BIM技術在建筑工程設計中的應用優勢

趙曉雄（北京城建華泰土木工程有限公司，北京 100000）

建筑工程設計質量和效率一直是建筑行業追求的目標，適當引入新的信息技術能夠為當前的建筑工程設計注入活力，提高設計水平。BIM技術和當前建筑工程設計相互融合，能夠顯著提高當前建筑工程的設計效率，節省設計成本，對推動建筑工程設計發展意義重大，希望通過本文的介紹，可以進一步加深人們對BIM技術的認識。

1 BIM技術

BIM技術作為一項信息技術，應用最多的行業就是土木工程行業。所謂的BIM技術，就是Building Information Modeling，在當前的發展過程中，也被稱為建筑信息管理，主要在施工項目前期進行項目的設計、施工、維護等全周期可視化模型應用。通過建立三維模型，就可以模擬一個建設項目的所有指標。有了有關建設項目的更準確信息，規劃人員可以更輕松地處理這些信息，并根據這些信息進行設計分析。BIM技術的應用離不開信息技術的支撐，在建筑工程的設計以及運行維護階段發揮著巨大的作用，在提高施工效率、節約施工成本方面效果較為顯著，是今后建筑行業發展必不可少的一項工程技術。BIM 技術具有模擬、協調、可視化等優勢，相比傳統的建筑設計手段，可以更好地支持建筑項目的設計。

2 傳統建筑設計中存在的問題

信息技術在社會發展以及科學技術的推動下，在各個行業中都得到了大范圍的應用。隨著當前產業發展逐步向信息化、智能化方向轉變，一些傳統的技術和設計理念將無法滿足未來產業發展的要求和社會主體在現實應用中的需求。傳統建筑實踐和技術的使用也在一定程度上阻礙了建筑設計行業的長期發展。

2.1 傳統建筑設計中存在的局限性

傳統的建筑設計過程通常借助二維的建筑模型，可以清楚地分析建筑的外部結構，但建筑內部結構由于技術的限制無法清晰地看到，這就導致在進行建筑設計過程中沒有辦法確保對整個建筑進行分析。應用過去的設計方法進行建筑物外部設計之后，只能采用二維設計軟件比如PKPM 等對建筑物的內部結構進行分析，無法確保建筑工程的設計精度和質量。由此說來，傳統的設計方法在應用上仍舊存在較大問題。此外，傳統的設計計算就是設計好外部結構，采用規范上提供的公式進行簡單計算，由于人為因素的影響比較大，單靠主觀經驗進行設計方案的分析，缺少一定的科學依據支撐，這也會使得整個建筑項目質量無法保證。

2.2 傳統設計方式在空間設計中存在的問題

傳統設計過程中，進行空間設計時，也是首先采用二維模型進行建模，這是空間設計的基礎，但在具體的應用過程中，空間設計是立體三維模型，應用二維模型有時能夠滿足設計要求，但是大部分無法確保空間設計的要求，導致藍圖與真實情況存在一定誤差。此外，設計師在對結構感知上會遇到結構性空間障礙，導致后期項目規劃受限。

2.3 表達架構設計結果的問題

當查看建設項目的結果時，傳統的建設項目以靜態格式顯示。設計企業后期進行了大量的后期處理和渲染效果來展示施工圖，但與動態展示相比還是有很大的局限性。后處理的建筑平面圖雖然能夠從多個視角對結構進行展示，但是空間感的表達效果卻存在一定的至關體驗，同當前實際建筑相比，也存在較大差異。總的來說，二維的建筑圖形展示效果同三維模型相比仍舊存在較大差距，這是傳統建筑工程結構設計一個顯著的缺點。

3 BIM技術的特點

3.1 建筑模型的可視性

視覺上的可見性，就是呈現給觀看者的視覺形象。過去的設計技術無法對設計師和業主產生視覺影響。AutoCAD、PKPM、天正建筑配筋圖生成的平面圖、立面圖、剖面圖和結構圖，都是二維平面圖，供人們在腦海中構建最終模型，但是這就需要設計人員需要有很多想象力，即使有3D 模擬能力，也無法觀察到建筑物的真實情況，它代表的是只有在項目完成后才能看到的線性圖。但是，BIM技術允許設計人員通過3D建模、真實效果渲染和動畫表示等功能預覽其狀態。

3.2 不同工種的協調一致性

項目通常分為幾個方面。這些方面由幾個項目的專業人員進行設計，稍后將進行整合。項目包括幾個專業，所有專業設計師都創建自己的設計，工作量很大，架構很混亂。不同部門之間存在重大溝通問題，最終方案尚未達成一致，增加了工期，造成不必要的經濟損失。BIM技術允許基于相同的3D模型設計不同的專業之間節省溝通和整合時間，最大限度地提高不同專業之間的分工效率，防止由于過早溝通而導致的數據丟失，提高了建筑的整體質量。

3.3 整體優化性

從方案的提出、設計到項目的建設和完成，再到后期的模型運行，整個過程中BIM 應用就是一個不斷改進和數據填充的過程，其整體的優化性也能夠得到更直觀的表現，在BIM 中，數據的應用性、時效性變得隨機起來，也不存在之前的數據缺乏、設計周期長、設計效率低下等問題。其次，BIM技術的整體優化性還在一定程度上將建筑工程的設計數據進行數字化存儲，這樣在后期的模型改建、外觀重新設計等方面都可以直接調用，也可以在之前的3D 模型中進行二次修改、完善，不用再進行重復的建模等工作。

3.4 各模型之間的關聯性

在BIM 中，建筑與結構模型的維度不同，整體等價，相互關聯。使用已建立的模型，設計人員可以獲得所有相關的對象，在原有模型數據庫的基礎上，當設計者對建筑的某一部分進行改動時，其他相關部分和最終的仿真結果也得到動態跟蹤。隨著更改的進行，從公共數據庫中的所有設計人員收到的信息也會更新，此功能顯著減少了設計人員的工作量，并使設計人員更容易分析和改進架構。

3.5 模型可繪制性

對建筑物和構件進行設計、升級和優化后，即可得到最終的3D效果圖。BIM可以提供建筑設計和施工階段所需的規劃圖、立面、剖面、鋼筋等圖紙以及報告。此功能支持將所有2D 圖紙通過數字化技術集成到當前的模型中去。采用出圖功能，也可以及時打印出想要的圖紙。

4 BIM技術在建筑設計中的應用

4.1 建筑設計前期的仿真模擬設計要點

BIM 技術需要對建筑項目的真實情況進行綜合分析，然后才能進行模型的虛擬構建。因此，施工單位在開展項目施工工作前，利用BIM技術對項目的建設、運營、施工過程進行詳細分析，模擬應急響應。確保建筑物可以存在于設計階段，幫助我們解決各種問題，并針對問題提出有效的解決方案。在應用BIM 技術時，必須對建筑施工的所有流程、內容和設計方案進行比較分析，然后再進行項目的模擬施工。以上步驟將幫助設計人員及時發現項目中隱藏的問題，討論問題并達成共識解決方案。

4.2 BIM技術在設計中的動態控制實際應用

在建模設計方案中，BIM技術通過分析相關數據和信息，促進模型改進，使模型更加準確。隨著更多信息和數據的學習，BIM 技術改進了建模技術，捕獲了更準確的數據，并幫助設計師創建了更好的設計解決方案。通過在實際施工前對項目計劃進行建模，并根據項目計劃分析施工過程，人們可以隨時隨地觀察施工進度，將施工計劃與實際進度進行比較，提出問題等。經過一系列數據分析，不僅有效減少了實際施工中的變化，而且根據相關數據和計劃，對實際施工中各項目的材料損失和價格進行分析，并采取行動。施工過程中材料浪費、財務損失等受到一定程度的管理。綜上所述，BIM技術在建筑設計中的運用，不僅保證了設計方案在施工過程中的成功運用，還減少了施工過程中的資源損失。

5 具體工程應用案例

5.1 工程概況

某理工學院科研樓實驗室和公共走廊線路具有復雜性，共有7個系統，包括特殊設計，局部走廊線路最多29條（包括線路在內的3個大型通風系統）。在設計階段引入建筑信息模型（BIM）技術，并在施工階段根據實際情況進行調整，以解決合理的管道布置問題，保證管網的高度，確保項目的順利實施。

5.2 BIM技術的實施情況

BIM允許建筑信息化作為一種數據工具進行交互，應用于工程設計、施工和管理。如果數據完整且詳細，這不僅對規劃和施工階段有很大幫助，而且對建筑物的后續維護也有很大幫助，與此同時也能夠幫助設計人員以最快的速度參與工作，提高運維效率。

5.3 工作流程

在設計階段，BIM人員首先根據項目特點制定專門的服務方案并建立工作流程進行干預。在創建多專業BIM模型后，BIM人員首先規劃管道進入具有空間限制的密集管道區域模擬其可行性，設計單元重復多個設計，通過BIM技術建模分析，提出了有針對性的優化計劃，并進行多次修改，保證設計方案的可行性。

5.4 出屋面風管位置的調整

完成的建筑物安裝了幾口管道井。根據實驗室的要求，各種通風管（支撐管）被放置在電纜管道中，并從屋頂椽板結構中拉出，原設計風管的截面尺寸較大，按照原設計方案進行鋪設時，會在很多地方與橫梁發生碰撞，無法穿過橫梁。

為了解決這個問題，在BIM 技術的幫助下與現場專業設計師進行合作，部分改變了8 層風道的布置平面，改變了橫管的橫截面尺寸和部分位置。管道井中的立管進行了相應的調整。然后進行整條管道的施工深化，即第二次管道貫通，所有管道均基于滿足設計和規范要求，考慮施工可取性并符合后續運營和維護要求的假設。

放置和倒置在BIM模型中完成。在完成管道的詳細BIM模型后，BIM團隊從模型中導出了幾張詳細的圖紙，顯示了每根管道的平面位置和管板的高度，這些都是在各個領域的設計中考慮的。深度圖包括每個設施的總體規劃、每個實驗管的概述、走廊管的概述以及實驗墻的每個穿透的孔徑視圖。

5.5 水平管線的布設調整

科研樓共有七座專門設計的設施。除了傳統的消防、高壓、低壓和排水系統外，還有凈水和冷水供應系統、空調系統、排風系統和變風量控制系統。在氧氣、氣體等的供應系統中，局部走廊的管道數量最多為29條。607 實驗室及其相鄰走廊是整個科研樓最密集的部分。實驗室有19 個風管，面積約200m2，天花板2.7m。在原設計中，外風管（630×400）和風管（800×400）沿著6樓的走廊與607實驗室相連，恒溫恒濕。走廊現有管線最低高度僅為3.2m，新建臨時吊頂設計為3.1m，不可能只考慮上面兩根管子的橫截面尺寸。

為滿足自由空間設計要求，BIM團隊對607室及相鄰走廊的管道布局進行了廣泛考慮，以達到最佳解決方案。通過重復對BIM 模型的分析和模擬，從風管復雜的607房間中提取了可用的空間，將室外風管和恒溫恒濕風管挪至當前的房間中去，并在允許范圍之內對立管進行了更換，以此來完成設計方案的深化。通過這個深化方案，在一定程度上不僅保證了607房間的吊頂高度為2.7m，滿足設計要求，也保證了走廊的設計高度凈高滿足3.1m，滿足了設計要求。

5.6 應用效果和問題分析

科研樓采用BIM 技術預先定位，消除了大部分設計缺陷，減少了設計階段的返工。管道建設的深入工作在BIM3D 可視化環境中進一步完成，這樣可是設計方、施工方、監理方等各個單位都深入到模型重建工作中來，對方案的整體設計、優化有著更加清晰地認識。此外，通過各個設計團隊與BIM團隊合作，結合深化后的圖紙進行施工，消除了單個圖紙設計人員設計出的圖紙和其他專業人員“打架”的局面。

6 結語

由上述可知，在建筑工程設計中引入BIM 技術的優勢較為明顯，在建筑設計的精度以及準確性方面均有明顯提高，通過具體的工程實例應用，BIM 技術的應用效果也更加明顯，希望通過本文的介紹，BIM 技術在今后的建筑工程設計中可以得到更大范圍的應用，為促進我國建筑工程行業發展貢獻力量。