BIM技術(shù)在建筑設(shè)計(jì)中的應(yīng)用及推廣

殷曉博

(中鐵房地產(chǎn)集團(tuán)城市運(yùn)營(yíng)管理有限公司 北京 100012)

1 引言

隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，現(xiàn)代化建設(shè)項(xiàng)目數(shù)量迅速增加，復(fù)雜程度日益提高，建設(shè)規(guī)模日益擴(kuò)大。在建筑業(yè)務(wù)設(shè)計(jì)中，有必要建立有效的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，以確保建筑部門(mén)有效地使用建筑信息系統(tǒng)和BIM技術(shù)。BIM技術(shù)的應(yīng)用可以為決策者提供準(zhǔn)確的依據(jù)，使各個(gè)環(huán)節(jié)的建設(shè)能夠緊密協(xié)調(diào)、精細(xì)管理。利用BIM技術(shù)建立的信息模型可以方便施工參與方獲取數(shù)據(jù)信息，保持密切溝通和交流。只有正確認(rèn)識(shí)和理解該技術(shù)，才能保證應(yīng)用的合理性，充分發(fā)揮該技術(shù)的優(yōu)勢(shì)和價(jià)值，使建筑工程質(zhì)量達(dá)到相關(guān)要求，全面保證建筑工程的使用安全。

2 BIM技術(shù)內(nèi)涵和優(yōu)勢(shì)

2.1 內(nèi)涵

BIM技術(shù)在建筑行業(yè)的合理應(yīng)用，可以進(jìn)一步提高我國(guó)建筑行業(yè)的設(shè)計(jì)效率，優(yōu)化整體設(shè)計(jì)。在BIM技術(shù)深入應(yīng)用的背景下，我國(guó)建筑業(yè)正逐步走向現(xiàn)代化[1]。BIM技術(shù)可以全面整合建筑設(shè)計(jì)信息，建立標(biāo)準(zhǔn)化模型，對(duì)建筑工程的發(fā)展起到指導(dǎo)作用。

2.2 BIM技術(shù)優(yōu)勢(shì)分析

借助科學(xué)規(guī)范的管理方法，BIM技術(shù)可以有效地整合項(xiàng)目建設(shè)過(guò)程中所有分散的信息，形成一個(gè)強(qiáng)大的整體，確保信息的完整性和統(tǒng)一性。從整體方面進(jìn)行全方位監(jiān)測(cè)，可以直觀地展示項(xiàng)目施工情況，避免重復(fù)施工，提高施工資源的利用效率。因此，不同的施工主體可以保持密切溝通，保持意見(jiàn)的完整性。同時(shí)，可以根據(jù)使模型更具目標(biāo)性的必要性來(lái)設(shè)置模型類(lèi)型[2]。通過(guò)提高工程質(zhì)量，有效規(guī)避建設(shè)風(fēng)險(xiǎn)，提高建設(shè)投資有效地控制。

2.2.1 促使建筑設(shè)計(jì)從二維轉(zhuǎn)換為三維

在BIM技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用中，可以通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)將建筑設(shè)計(jì)從二維轉(zhuǎn)化為三維。傳統(tǒng)的CAD設(shè)計(jì)模式在二維平臺(tái)上交換各種信息數(shù)據(jù)(見(jiàn)圖1)，在實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程中，錯(cuò)誤理解的概率和重復(fù)信息注釋的概率相對(duì)較高[3]?；贐IM技術(shù)擁有和傳統(tǒng)3D設(shè)計(jì)方法一致的可視化設(shè)計(jì)窗口，并能夠利用數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行對(duì)信息數(shù)據(jù)的三維可視化操作，從而極大地提高了信息數(shù)據(jù)的交互效果和精確度，為建筑設(shè)計(jì)的順利發(fā)展打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

圖1 CAD在二維平臺(tái)設(shè)計(jì)圖例

2.2.2 實(shí)現(xiàn)資源共享

在傳統(tǒng)建筑設(shè)計(jì)工作模型的實(shí)踐運(yùn)用過(guò)程中，由于建筑設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的傳遞主要是借助于高度離散的二維圖紙進(jìn)行的，而基于各個(gè)領(lǐng)域的信息數(shù)據(jù)間沒(méi)有關(guān)聯(lián)性和交互作用，因此各種信息數(shù)據(jù)的方差和獨(dú)立性都相對(duì)較強(qiáng)。但是，在BIM技術(shù)的實(shí)踐運(yùn)用過(guò)程中，統(tǒng)一數(shù)字標(biāo)準(zhǔn)下的建筑模式可以大大提高建筑模式中各種信息與數(shù)據(jù)的共享[4]，從而達(dá)到建筑信息設(shè)計(jì)與資源共享的目標(biāo)。它還能夠利用三維模式和互聯(lián)網(wǎng)間的相互作用來(lái)解決實(shí)際問(wèn)題，并提高了利用互聯(lián)網(wǎng)資料的可共享性，其工作模式如圖2所示。

圖2 BIM應(yīng)用于建筑設(shè)計(jì)階段工作模型

3 BIM在建筑設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

3.1 可視化設(shè)計(jì)

通過(guò)建立BIM模型，可以充分發(fā)揮可視化軟件的優(yōu)勢(shì)和作用，制作與建筑設(shè)計(jì)相符合的動(dòng)畫(huà)，以直觀的方式為人們展示建筑設(shè)計(jì)效果，使人們對(duì)建筑設(shè)計(jì)的預(yù)期得到有效實(shí)現(xiàn)，讓業(yè)主提前感受建筑物。另外，通過(guò)BIM技術(shù)還可以對(duì)建筑物進(jìn)行多角度、全方位的觀察，最終使業(yè)務(wù)的需求得到最大化的滿(mǎn)足，提高業(yè)主的滿(mǎn)意度。

3.2 協(xié)同設(shè)計(jì)

Revit是BIM建模必須應(yīng)用的軟件，在整合模型時(shí)需要合理利用鏈接文件，并依托網(wǎng)絡(luò)化的方式協(xié)同設(shè)計(jì)[5]。在設(shè)計(jì)建筑物時(shí)，分別由不同人員負(fù)責(zé)各自的設(shè)計(jì)任務(wù)，然后在同一個(gè)模型中整合，在建筑工程規(guī)模不斷擴(kuò)大的背景下，建筑功能更加多元化，建筑設(shè)計(jì)工作開(kāi)始朝著跨學(xué)科合作方向發(fā)展。隨著科學(xué)技術(shù)水平的不斷提升，創(chuàng)新性的BIM技術(shù)能夠?yàn)樵O(shè)計(jì)人員提供良好的平臺(tái)，從根本上促進(jìn)建筑設(shè)計(jì)效率的提高，保證建筑工程質(zhì)量達(dá)到相關(guān)要求，有效提升建筑企業(yè)在市場(chǎng)上的競(jìng)爭(zhēng)力。

4 BIM技術(shù)在建筑設(shè)計(jì)中的應(yīng)用方法

4.1 展示建筑三維信息與空間信息

在建筑設(shè)計(jì)中應(yīng)用BIM技術(shù)后可將二維設(shè)計(jì)圖紙轉(zhuǎn)變成三維模型，主要是利用計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)行模型展示，讓設(shè)計(jì)人員與建設(shè)者能夠直觀化地觀察設(shè)計(jì)方案的最終效果[6]。在此過(guò)程中，相關(guān)人員可以與設(shè)計(jì)人員直接交流與溝通，實(shí)現(xiàn)正確指導(dǎo)設(shè)計(jì)人員的設(shè)計(jì)過(guò)程，通過(guò)有效的改進(jìn)形成科學(xué)化、合理化、可行性的設(shè)計(jì)方案。在應(yīng)用BIM技術(shù)時(shí)，展示建筑三維信息與空間信息是此技術(shù)的主要功能，如果設(shè)計(jì)人員想要對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行更改，可直接輸入某方面的參數(shù)即可。計(jì)算機(jī)接收到設(shè)計(jì)人員的修改指令后，能夠進(jìn)行大數(shù)據(jù)處理，顯著提升了設(shè)計(jì)效率，進(jìn)一步控制了成本的投入，實(shí)現(xiàn)收益最大化。

4.2 提升施工圖紙的可行性與可操作性

在以往建筑建設(shè)過(guò)程中需要設(shè)計(jì)人員、施工專(zhuān)業(yè)人員針對(duì)設(shè)計(jì)方案與圖紙內(nèi)容進(jìn)行探討時(shí)，需要考慮較多因素，比如施工材料、施工結(jié)構(gòu)、施工設(shè)備等，還要將可能會(huì)發(fā)生的各種突發(fā)性因素全面化考慮，并要融入施工方案與圖紙?jiān)O(shè)計(jì)中。由于在設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮過(guò)多的內(nèi)容，而給予的設(shè)計(jì)期限較為有限，設(shè)計(jì)人員的設(shè)計(jì)時(shí)間不足，導(dǎo)致圖紙?jiān)O(shè)計(jì)的可行性未得到有效改進(jìn)。如果在實(shí)際建設(shè)中存在“不可行”的施工過(guò)程，會(huì)影響工程后期的建設(shè)效果，并且還會(huì)因?yàn)楦鞣N錯(cuò)誤問(wèn)題的產(chǎn)生，對(duì)設(shè)計(jì)單位的名譽(yù)會(huì)產(chǎn)生不利影響。在設(shè)計(jì)工作中引入BIM技術(shù)可以有效地調(diào)整短期內(nèi)存在的各種因素。設(shè)計(jì)師需要根據(jù)實(shí)際施工需要，根據(jù)實(shí)際地理環(huán)境將項(xiàng)目劃分為不同的模塊。BIM技術(shù)可以根據(jù)實(shí)際需求創(chuàng)建不同的管理系統(tǒng)，有效調(diào)整空間問(wèn)題，有效連接各個(gè)模塊，避免錯(cuò)誤，利用計(jì)算機(jī)的大數(shù)據(jù)處理功能，確保設(shè)計(jì)方案的科學(xué)性和可行性。

4.3 清晰展現(xiàn)較為復(fù)雜的建筑形體

建筑設(shè)計(jì)未引入BIM技術(shù)之前，對(duì)于具有復(fù)雜形體的建筑設(shè)計(jì)工作，會(huì)因較為復(fù)雜而影響設(shè)計(jì)效果的科學(xué)性與可行性[7]。在引入BIM技術(shù)后，無(wú)論建筑的形體多么復(fù)雜，設(shè)計(jì)人員只需要通過(guò)輸入信息數(shù)據(jù)，利用BIM技術(shù)的三維模型展示功能，能夠清晰、直觀地觀察設(shè)計(jì)效果，見(jiàn)圖3。BIM技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)這一效果，主要原因是其能夠整合并驗(yàn)證數(shù)據(jù)信息，可以根據(jù)掌握的數(shù)據(jù)信息創(chuàng)建出立體化模型，能夠全方位地將建筑設(shè)計(jì)的最終效果展示在設(shè)計(jì)人員面前，設(shè)計(jì)人員只需要通過(guò)參數(shù)的修改，即可對(duì)存在的不足進(jìn)行改善。

圖3 BIM清晰展現(xiàn)較為復(fù)雜的建筑形體設(shè)計(jì)

4.4 各專(zhuān)業(yè)實(shí)施協(xié)同設(shè)計(jì)過(guò)程

在運(yùn)用BIM技術(shù)實(shí)施建筑設(shè)計(jì)時(shí)，各環(huán)節(jié)專(zhuān)業(yè)人員都能夠積極參與到整個(gè)建筑設(shè)計(jì)流程中，充分利用各環(huán)節(jié)專(zhuān)業(yè)人員的專(zhuān)業(yè)能力促進(jìn)設(shè)計(jì)效果達(dá)到科學(xué)性、合理性、可操作性。建筑設(shè)計(jì)人員在傳統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)需要全面規(guī)劃建筑建設(shè)中的各個(gè)方面，包括結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、給排水設(shè)計(jì)、電氣設(shè)計(jì)、暖通設(shè)計(jì)等，會(huì)因涉及專(zhuān)業(yè)較多且設(shè)計(jì)人員專(zhuān)業(yè)能力不足，而導(dǎo)致設(shè)計(jì)效果會(huì)存在較多的問(wèn)題，需要在設(shè)計(jì)方案完成后，各專(zhuān)業(yè)人員通過(guò)審核設(shè)計(jì)圖紙的過(guò)程挖掘出設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題。在此過(guò)程中會(huì)耗費(fèi)較多的時(shí)間，對(duì)建筑建設(shè)工期產(chǎn)生較大影響。引入BIM技術(shù)后，可以讓各專(zhuān)業(yè)人員共同觀察三維模型，某專(zhuān)業(yè)人員發(fā)現(xiàn)問(wèn)題后，設(shè)計(jì)人員只需要通過(guò)參數(shù)的調(diào)整即可完善設(shè)計(jì)方案，顯著降低了以往設(shè)計(jì)方案審核時(shí)間，在提高設(shè)計(jì)效率的同時(shí)進(jìn)一步提升了整體建設(shè)的效率。

5 在推廣BIM技術(shù)時(shí)需要面臨的問(wèn)題

5.1 BIM技術(shù)投入成本過(guò)高

顯而易見(jiàn)BIM技術(shù)不僅僅是使用軟件，更是一種適用于項(xiàng)目全生命周期項(xiàng)目管理的理念。整個(gè)過(guò)程消耗大量人力資源，而巨額的政府投資和巨大的建筑生產(chǎn)成本是妨礙BIM技術(shù)應(yīng)用的最主要原因。因此有些中小型建筑和地產(chǎn)企業(yè)也缺乏相應(yīng)的資金建設(shè)BIM模型[8]。同時(shí)，如果他們投入大量資金把BIM模型運(yùn)用到工程項(xiàng)目建成后的全過(guò)程，就很難在短期內(nèi)發(fā)現(xiàn)BIM技術(shù)能為公司帶來(lái)的巨大優(yōu)勢(shì)。而且出于公司在生產(chǎn)活動(dòng)流程中尋求利潤(rùn)的本能，很多建筑公司都不希望通過(guò)使用BIM技術(shù)投入巨大成本。

5.2 BIM技術(shù)應(yīng)用的法律法規(guī)及規(guī)范不完善

BIM技術(shù)是建筑業(yè)的新發(fā)展領(lǐng)域。目前，由于有關(guān)法規(guī)還不健全，在我國(guó)關(guān)于BIM技術(shù)的具體應(yīng)用法規(guī)也大多處于探討階段。法律法規(guī)以及應(yīng)用法規(guī)的不健全也嚴(yán)重影響了對(duì)BIM技術(shù)的宣傳與運(yùn)用，即使一些建筑公司成功利用了BIM技術(shù)并取得了一定的商業(yè)效益，但如果不投入更多的人力、物力和資金，組織研發(fā)并制定BIM技術(shù)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)規(guī)范，也將無(wú)法積極推進(jìn)BIM技術(shù)的商業(yè)應(yīng)用。

6 BIM技術(shù)推廣策略

6.1 加強(qiáng)宣傳力度

加強(qiáng)建設(shè)項(xiàng)目的宣傳，對(duì)BIM技術(shù)的推廣起到了很好的作用。為了將BIM技術(shù)廣泛應(yīng)用于建設(shè)項(xiàng)目，更多的建設(shè)項(xiàng)目可以了解和推廣BIM技術(shù)的優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，必須充分適應(yīng)市民的實(shí)際需要，利用BIM技術(shù)為改善人們的生活作出貢獻(xiàn)，實(shí)現(xiàn)BIM技術(shù)的全面推廣[9]。

6.2 推廣BIM技術(shù)的相關(guān)產(chǎn)業(yè)

優(yōu)化環(huán)境也是BIM技術(shù)推廣的一個(gè)非常重要的部分，使BIM技術(shù)能夠應(yīng)用于建筑設(shè)計(jì)，這就要求BIM工程師通過(guò)政府機(jī)構(gòu)的協(xié)助參與產(chǎn)業(yè)鏈的建設(shè)。因此，BIM技術(shù)需要相關(guān)技術(shù)鏈的發(fā)展，才能推動(dòng)[11]。

在BIM技術(shù)推廣中，積極更新硬件基礎(chǔ)，引進(jìn)最新設(shè)備，建設(shè)應(yīng)用硬件技術(shù)的硬件基礎(chǔ)，積極更新設(shè)計(jì)單元，防止硬件技術(shù)應(yīng)用中的硬件錯(cuò)誤。BIM技術(shù)能夠在準(zhǔn)確顯示設(shè)計(jì)效果信息的基礎(chǔ)上，有效改善現(xiàn)有缺陷，確保建筑施工的最終效果。

6.3 建筑項(xiàng)目可視化設(shè)計(jì)

在建筑設(shè)計(jì)中，配合三維模型，有效地強(qiáng)調(diào)建筑各種結(jié)構(gòu)元素的性能設(shè)計(jì)，并進(jìn)行視覺(jué)設(shè)計(jì)，以防止后期土建工程中出現(xiàn)各種準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)問(wèn)題。在過(guò)去的配置中，二維模型通常由CAD程序建立，即使用不同的幾何圖形直觀地顯示模型的內(nèi)部子結(jié)構(gòu)。然而，這些平面關(guān)系不能保證完全準(zhǔn)確地形成三維結(jié)構(gòu)[10]。相比之下，BIM技術(shù)可以構(gòu)建一個(gè)三維模型圖(見(jiàn)圖4)，幫助開(kāi)發(fā)商清晰、全面地了解建設(shè)項(xiàng)目的總體特征，然后設(shè)計(jì)和布局第一個(gè)項(xiàng)目。在我國(guó)，將BIM技術(shù)應(yīng)用于建設(shè)項(xiàng)目的可視化設(shè)計(jì)，實(shí)質(zhì)上是根據(jù)現(xiàn)有結(jié)構(gòu)模型對(duì)實(shí)際施工效果進(jìn)行動(dòng)態(tài)演示，便于設(shè)計(jì)，逐步優(yōu)化方案設(shè)計(jì)[11]，確保工程建設(shè)科學(xué)合理。

圖4 BIM技術(shù)三維模型圖例

6.4 項(xiàng)目其他細(xì)節(jié)部位設(shè)計(jì)

在建筑設(shè)計(jì)中，除了應(yīng)用于鋼結(jié)構(gòu)建模外，還需要應(yīng)用于其他結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)，如項(xiàng)目框架結(jié)構(gòu)與設(shè)備管道的連接、框架結(jié)構(gòu)和電梯的適用性。建筑細(xì)節(jié)決定著建筑的質(zhì)量[12]。

第一，雖然BIM技術(shù)具有許多優(yōu)點(diǎn)和功能，但由于實(shí)際應(yīng)用范圍有限，沒(méi)有發(fā)揮真正的價(jià)值。因此，施工企業(yè)必須不斷加強(qiáng)BIM技術(shù)的推廣。BIM技術(shù)最重要的優(yōu)點(diǎn)是可以快速發(fā)現(xiàn)圖紙中存在的問(wèn)題，優(yōu)化設(shè)計(jì)，全面掌握整個(gè)施工過(guò)程，在施工前快速發(fā)現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題，全面提高工作效率，確保施工安全。

第二，有必要開(kāi)展試點(diǎn)工作，在運(yùn)營(yíng)過(guò)程中不斷積累經(jīng)驗(yàn)，為建筑企業(yè)合理應(yīng)用BIM技術(shù)提供堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。其次，BIM技術(shù)的推廣將受到?jīng)Q策者的影響，因此決策者必須充分了解BIM技術(shù)及其優(yōu)勢(shì)，以便通過(guò)合理使用BIM技術(shù)做出正確的決策。

第三，在實(shí)際使用流程中，由于預(yù)算員是BIM技術(shù)開(kāi)發(fā)的主要責(zé)任人，能更好地實(shí)現(xiàn)BIM技術(shù)的應(yīng)用價(jià)值。

第四，預(yù)算部門(mén)頻繁應(yīng)用BIM技術(shù)，需求量大。BIM模型技術(shù)必須與云技術(shù)緊密結(jié)合，進(jìn)一步增強(qiáng)該技術(shù)的應(yīng)用效果。為了更好地應(yīng)用BIM技術(shù)，滿(mǎn)足實(shí)際設(shè)計(jì)需要，施工企業(yè)必須利用電子施工隊(duì)，利用計(jì)算機(jī)技術(shù)展示BIM模型，最終在第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)并解決問(wèn)題。

7 結(jié)束語(yǔ)

建筑信息模型主要集成項(xiàng)目的所有信息，基于這一原則，可以利用BIM技術(shù)通過(guò)模型顯示建筑中的所有信息，建立一個(gè)集成模型。設(shè)計(jì)單位不僅要注意設(shè)計(jì)圖紙的準(zhǔn)確性，還要充分利用這項(xiàng)技術(shù)。通過(guò)BIM技術(shù)平臺(tái)的建設(shè)，可以及時(shí)傳遞信息，為建設(shè)單位提供準(zhǔn)確的管理依據(jù)。