BIM協同技術在建筑設計階段的應用實踐

饒仕貴 王鵑鵑

基于對國內建筑設計階段BIM應用現狀及其協同技術的優勢分析，文章結合實際工程，闡述在建筑設計階段的多專業、多環節、多軟件、多數據的BIM協同技術的應用情況。

BIM; 建筑信息模型; 協同技術

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[定稿日期]2021-07-02

[作者簡介]饒仕貴（1988～），男，本科，工程師，主要從事建筑設計行業工作;王鵑鵑（1987～），女，碩士，工程師，主要從事建筑設計行業工作。

隨著我國建筑發展的產業升級和模式迭代，能夠有效的實現建筑工程領域的信息集成、交互及協同辦公的BIM（全稱“建筑信息模型”，Building Information Modeling），在建筑全生命周期的運用彰顯壓倒性的優勢。其中設計階段是項目實施的起點，也很大程度上決定了項目品質，設計階段即采用BIM技術，更利于項目全生命周期的信息化管理。基于此，本文重點研究BIM協同技術在建筑設計階段的應用。

1 BIM在建筑設計行業的應用現狀

近年來因物價上漲及市場競爭致使設計企業發展困難，如何實現質量和效率的最大化、減少企業成本和設計周期，一直是設計公司的重大攻破難點。傳統的基于CAD操作平臺的建筑設計工作，多種設計條件疊加，各專業反復提資，即使經過綜合校對工作，也不可避免造成各專業的錯漏碰缺，甚至因為設計問題引發工程延誤及事故。

BIM概念的提出及推廣，無疑給傳統低效、繁瑣的設計流程帶來里程碑式的變革。隨著BIM技術的價值紅利日益凸顯，設計企業普及BIM的充分性和必要性也日漸增長。但經過近十多年的發酵和成長，BIM在國內建筑設計行業的應用仍存在以下問題：

（1）受限于軟件、服務器、人力等成本限制，在中小型設計公司普及度偏低。

（2）大部分建筑設計人員和BIM技術人員分化，各自存在知識盲區，未形成統一。

（3）BIM更多應用于復雜異形或參數化設計的建筑，但普通建筑的使用率很低。

（4）為應對部分地區政策上對BIM的強制要求，設計企業僅提供簡單粗略的BIM文件應付審查，但未實現數字化移交，與后續施工階段的設計深化脫節。

2 BIM協同技術在建筑設計階段的特點及優勢

BIM的協同技術包括兩種維度的理解：一是橫向協同，即在各專業領域的協同，包括規劃、建筑、結構、電氣、給排水、暖通、裝飾、造價、施工、采購、管理、運維等板塊;二是縱向協同，即時間軸線上的協同，包括立項、設計、施工、運維等流程。

BIM既是貫穿始終溝通的主體，也是多重信息協調的平臺，其協同技術在建筑設計階段的優勢主要表現在以下幾大方面：

（1）高水平的空間可視化，利于不同專業的理解。

（2）多元參數信息的高度整合，利于信息交換、標準化與集成管理。

（3）各專業間的無縫對接，實時更新，加快效率。

（4）數據共享，避免重復操作。

（5）最大限度保證設計正確性，提高設計質量。

3 建筑設計階段的BIM協同應用

BIM在建筑設計階段主要應用于規劃設計、方案設計、施工圖設計、設計優化或深化、既有建筑改造、管線綜合利用、施工模擬等方面。本文以四川某高校綜合教學樓為例，用BIM協同技術實現前期分析—方案—施工圖—造價的全過程，并進行施工模擬。

項目位于四川成都某高校，為新建的多層綜合性教學樓。校方有三大訴求：一是保證四個學院使用功能的合理分區與資源共享，二是建成校園中軸線上的標志性建筑;三是在安全高效的基礎上最優化建筑與環境的空間關系。基于此，本項目從前期分析階段開始運用多種BIM軟件，協同解決各種技術問題，并不斷優化設計方案。項目中運用到的BIM及相關軟件如表1所示。

3.1 方案設計與分析

（1）利用CIVIL 3D軟件分析場地條件，同時使用Autodesk及Infraworks模擬項目周邊的環境信息，以直觀的數據和漫游的場景信息得出場地環境和用地條件分析結論：交通便利，場地富余，南北兩側道路存在4.5 m高差;地處位置重要，利于標志性的打造;周邊綠化豐富、景觀良好，利于開敞空間的營造。

（2）結合溫度場、相對濕度、風頻、太陽輻射、建筑朝向及Vasari風洞分析，參考成都風玫瑰數據資料，通過體量研究對比，設置大尺度開放中庭，同時在建筑背風面形成大片靜風區，營造出舒適的室外活動場所;通過建筑體量的分布組合設計，有效控制風道，更加利于新風量攝入，形成良好的自然通風效果。這個過程主要使用Sketchup軟件進行前期的建筑體量推敲及深化（圖1）。

（3）基本確定設計雛形后，在Revit軟件中完成方案設計深化，并通過Lumion及Infraworks制作漫游視頻，便于業主對項目的空間效果有更直觀的理解。其中，使用云渲染技術，實現不同角度的建筑效果展示。

（4）基于BIM軟件導出的工程量，采用CECS374-2014《建筑碳排放計量標準》指出的清單統計法，采集本建筑在材料生產階段的活動水平數據，確定各類材料生產階段的碳排放因子，計算出該階段的碳排放量。同時使用PKPM-pbeca、斯維爾等軟件，對項目進行節能計算和分析。這個過程中不斷利用綠建分析結果優化建筑性能，以確定正式的方案設計。

3.2 施工圖設計

施工圖設計的各個專業通過中心服務器搭建的平臺完成BIM協同設計工作（圖2、圖3），Revit的工作界面可在二維和三維試圖中隨時切換，便于設計人員提高精確度和效率，具體如下：

（1）建筑專業設計人員將方案階段的Revit模型進行初步深化，在服務器上建立中心文件。

（2）結構、電氣、給排水、暖通等專業通過外部鏈接方式進行相關設計，隨時與中心文件同步，及時獲取各專業最新資料，各工種共享元素數據，并于不同的專業角度操作該構件元素，發現錯漏碰缺及時溝通修改。其中結構專業因Revit結構計算短板問題，需現在PKPM中進行計算確定結構方案后再融合于協同文件。

（3）采用FUZOR、Navisworks等軟件進行虛擬現實漫游，在三維中檢查設計文件中的錯漏碰缺，發現問題可及時修改或標注，比如管道穿梁、管綜交錯碰撞、設備尺寸不滿足吊頂凈高等問題。

（4）對于異形的批量構件及圖紙需要的標注等，采用自定義族的方式解決。

（5）造價專業在設計階段及時跟進，快速統計不同階段的工程量及計算造價，協同各專業設計，確保概預算控制在投資規模內。

3.3 造價

造價控制，首先依照最新清單計價規范劃分規則編制BIM建模編碼清單。BIM建模編碼清單實質上是一本可查詢的“字典”，為設計人員提供了構件劃分規則。當設計人員設計構件時，按照編碼清單要求對構件進行分類并提供所需信息，為所繪構件賦予族、類型、族編碼和型號四個屬性。這四個屬性保證了該構件在項目上種類的唯一性。

設計完成后，以清單方式從Revit快速導出工程量明細表，數據經過整理加工后，導入宏業計價軟件，進行投資估算、概預算工作。但BIM模型的工程量受軟件影響，其精確性有待提升，解決方式為從造價角度對數據精度進行對比研究，以校核數據準確性，為BIM建模標準以及輸出工程量清單提供依據，根據不同階段的不同數據精度要求，快速輸出工程量。其中方案設計階段、初步設計階段、施工圖設計階段的誤差精度分別為±10 %、±5 %、±3 %。

3.4 施工模擬

在項目建設過程中，傳統的施工管理模式比較粗放，水、電浪費比較嚴重，建造過程中產生的余料及廢料管理混亂，施工場地的噪聲、污水、揚塵等也給周圍環境造成了一定的不利影響。據研究測算，采取綠色施工方式，每1 m2可以減少能耗20 %，水耗63 %，施工垃圾90 %。因此在設計階段進行施工模擬，根據項目特點及周邊環境提前規劃，擬定各項管理規定和措施，做好節能、節水、節地、節材以及環保措施，數字化移交給業主后，有利于指導施工降低建造成本以及對環境的不利影響，實現建筑全生命周期的綠色節能目標，具體如下：

（1）根據確定的施工工法和工序進行施工組織設計，制定進度計劃。

（2）通過軟件的模擬和統計功能，結合BIM模型形成階段性工程量、人工、設備的需求量，計劃及采購部門即可據此編制人材機計劃，合理安排采購、人工及設備進場時間，使資金的利用率最高，減少因材料堆積、人工設備閑置造成的浪費，從而做好建設期資金安排工作，降低建造成本，規避資金風險。

（3）施工總圖布置：當施工工法和工藝確定后，根據施工現場的場地、臨時用地范圍，以及需要的人、材、機配置情況，即可設計施工總平面圖，合理布置辦公區、生活區、加工堆放區、施工區、場地內交通流線等，并檢查吊車碰撞半徑等，做好施工安全防范工作。

4 結束語

通過在建筑設計階段對BIM協同技術的實踐，亦發現BIM技術應用的一些短板，比如無法在BIM軟件中進行結構計算、在設計初期階段方案推敲缺乏靈活性、大規模建筑對硬件設備的高要求等。在如今BIM軟件百花齊放的時代，設計行業逐步實現了從單機分離式的單打獨斗走向基于中心服務器的的協同合作，接下來BIM技術的發展趨勢極大可能類似于華為鴻蒙操作系統的“萬物互聯”內核，將從“數據及技術孤島”走向云端服務，以減少企業在各種軟硬件設備及人力的投入成本，使BIM的普及成為設計行業的常態。

參考文獻

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