BIM技術(shù)在高層建筑深化設(shè)計中的應(yīng)用探討

文／胡孟堯 常德市規(guī)劃建筑設(shè)計院有限責(zé)任公司 湖南常德 415000

引言：

隨著我國社會經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，城市化發(fā)展進(jìn)程不斷加快，城市用地日益緊張，在這樣的背景下，高層建筑得到大范圍的開發(fā)，解決了城市用地緊張這一發(fā)展問題。在進(jìn)行高層建筑設(shè)計過程中，將BIM技術(shù)應(yīng)用其中，設(shè)計者能夠直觀地看到建筑工程的三維模型圖，以此為建筑進(jìn)行深化設(shè)計，除以上之外，通過BIM技術(shù)所具有的可視化模擬特征，能夠幫助工程各參與方以直觀的方式了解建筑各專業(yè)，對提升建筑施工質(zhì)量具有重要意義。

1、概述

1.1 BIM技術(shù)

所謂BIM技術(shù)，中文簡稱為建筑信息模型，BIM的概念是基于當(dāng)代社會信息技術(shù)發(fā)展背景下衍生的一種數(shù)字化表達(dá)技術(shù)，通過運用特定軟件系統(tǒng)，將建筑內(nèi)部構(gòu)造、參數(shù)信息等設(shè)置其中，將物體本身的功能、物理等特性表達(dá)出來，以此開展建筑工程設(shè)計，在整個設(shè)計過程中，所產(chǎn)生的各項信息都可作為后期施工、維護(hù)等全壽命周期中的參考[1]。除以上之外，因BIM技術(shù)是以三維模型作為基礎(chǔ)而產(chǎn)生的，因此在進(jìn)行建筑設(shè)計過程中，可針對模型中的數(shù)據(jù)進(jìn)行動態(tài)調(diào)整和優(yōu)化，促使整個設(shè)計更具實施可行性，與此同時，在項目建設(shè)各階段，參與項目的施工、設(shè)計、建設(shè)等單位可進(jìn)入BIM共享平臺，根據(jù)自身工作需求從中獲取、更新數(shù)據(jù)信息，在其中落實自身工作職責(zé)，達(dá)成協(xié)同目的。

1.2 深化設(shè)計

所謂深化設(shè)計，就是基于條件圖或原理圖，根據(jù)工程施工現(xiàn)場實際，對已有的圖紙進(jìn)行更深層次的細(xì)化、完善。經(jīng)過深化設(shè)計后形成的圖紙，更容易滿足建設(shè)單位提出各項要求，符合產(chǎn)品生產(chǎn)、安裝規(guī)范要求，通過對此進(jìn)行全方位的審查，促使圖形合一，以此對工程現(xiàn)場施工起到指導(dǎo)性作用。經(jīng)過深化設(shè)計后圖紙更具實施可行性，滿足施工現(xiàn)場施工要求，明確施工各環(huán)節(jié)工作范圍，為交叉施工提供有力施工條件，對施工進(jìn)度起到控制作用；圖紙中的內(nèi)容更為詳細(xì)，能夠?qū)こ淌┕ぶ兴a(chǎn)生的造價預(yù)算進(jìn)行調(diào)整，另外，通過社會設(shè)計后，工程設(shè)計圖紙更具系統(tǒng)化，對推動當(dāng)前工程項目進(jìn)展具有一定作用。

2、傳統(tǒng)裝配式高層建筑深化設(shè)計中遇到的問題

2.1 標(biāo)準(zhǔn)化程度低

其一，所采用的軟件設(shè)計，缺乏統(tǒng)一性的標(biāo)準(zhǔn)制度，使得建筑項目在設(shè)計過程中所使用的專業(yè)軟件在進(jìn)行數(shù)據(jù)銜接和傳遞上存在一定的困難度，如果使用其中一種繪圖軟件進(jìn)行設(shè)計，使用另一軟件打開這一文件，經(jīng)常會出現(xiàn)圖形變形、數(shù)據(jù)丟失等情況 這就對設(shè)計者在進(jìn)行設(shè)計交流時造成一定影響，無法保證設(shè)計信息的銜接準(zhǔn)確性[2]；其二，軟件中所采用的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)與國家標(biāo)準(zhǔn)之間存在不一致之處，例如制圖標(biāo)準(zhǔn)和尺寸標(biāo)注方式存在差別，軸線畫法不滿足標(biāo)準(zhǔn)要求等等，雖然各專業(yè)在設(shè)計中滿足相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)要求，但如果多個專業(yè)間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，則沒有制定相對統(tǒng)一的標(biāo)注要求。

2.2 二維圖紙表達(dá)的局限性

以往在進(jìn)行高層建筑設(shè)計過程中，雖然已經(jīng)實現(xiàn)應(yīng)用計算機(jī)制作設(shè)計圖紙，但大多情況下都是采用CAD繪圖軟件進(jìn)行設(shè)計工作，這就使得設(shè)計方式、設(shè)計組織形式依舊采用以往傳統(tǒng)模式，這種情況下很容易出現(xiàn)數(shù)據(jù)前后不一、設(shè)計重復(fù)、數(shù)據(jù)冗余等情況，必然會對最終設(shè)計質(zhì)量產(chǎn)生影響，與此同時，項目參與方也不能實時掌握當(dāng)前設(shè)計進(jìn)度，無法為后續(xù)施工作業(yè)的開展提供參考依據(jù)。另外，雖然當(dāng)前很多設(shè)計單位建立局域網(wǎng)絡(luò)，但是針對設(shè)計的信息化技術(shù)開發(fā)例如還需要有待提升，沒有設(shè)立針對各專業(yè)設(shè)計人員在進(jìn)行設(shè)計信息共享所使用的協(xié)同平臺，設(shè)計人員無法在第一時間內(nèi)獲取設(shè)計進(jìn)展信息，沒有真正將網(wǎng)絡(luò)在設(shè)計中的作用發(fā)揮出來，也沒有達(dá)成協(xié)同設(shè)計目標(biāo)。

2.3 構(gòu)件碰撞問題難以提前發(fā)現(xiàn)

就以往傳統(tǒng)模式下的裝配式高層建筑設(shè)計來看，雖然借助已有的軟件能夠生成墻體、門窗等設(shè)計功能，但實際上，這些圖形在實際施工中的合理性還存在很多缺陷之處，需要進(jìn)一步做修改，特別是完成設(shè)計后，對于圖紙中一些構(gòu)件碰撞部分是否存在問題很難察覺到，經(jīng)常在后期施工中發(fā)現(xiàn)構(gòu)件碰撞上的問題，這種情況下可能需要對設(shè)計圖紙進(jìn)行修改，一般來說，修改圖紙具有一定的麻煩特征，如果對平面圖進(jìn)行修改，還要對立面、剖視等圖紙進(jìn)行相應(yīng)地修改。另外，如果在設(shè)計過程中某個設(shè)計部位被疏忽，嚴(yán)重情況下可能會引發(fā)質(zhì)量事故，為施工造成不必要的損失。

3、BIM技術(shù)深化設(shè)計實施方案

3.1 制定BIM技術(shù)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)

從本質(zhì)上來講，基于BIM技術(shù)進(jìn)行深化設(shè)計，是在已有模型的前提下進(jìn)行的，而對于高層建筑進(jìn)行深化設(shè)計，其對于建筑三維模型的數(shù)量、質(zhì)量都要做到精準(zhǔn)性的把控，才能在規(guī)定的時間、成本要求下達(dá)成深化設(shè)計各項要求。基于此，在實際設(shè)計過程中，應(yīng)針對高層建筑項目不同階段、專業(yè)所提出的深化設(shè)計要求和特征進(jìn)行分析，制定各階段的模型精度和表現(xiàn)形式標(biāo)準(zhǔn)，并結(jié)合工程施工實際將參數(shù)信息、成果形式加入其中。

3.2 建立BIM協(xié)同管理模式

開展深化設(shè)計，不可能通過某個單位自身的努力來完成，尤其是針對高層建筑，需要將施工過程中可能出現(xiàn)的各種因素考慮其中，以此為基礎(chǔ)進(jìn)行深化設(shè)計才能最大化滿足施工實際需求，有效減少后期施工中可能遇到的各種問題。因此在進(jìn)行深化設(shè)計過程中，還要將各參與方在其中的協(xié)調(diào)性作為重點內(nèi)容加入其中，通過建立BIM協(xié)同管理模式，在進(jìn)行深化設(shè)計過程中，能夠及時針對其中的設(shè)計問題進(jìn)行溝通，保證整個設(shè)計過程的透明性，參與各方及時對設(shè)計成果進(jìn)行確認(rèn)，以此保證最終設(shè)計結(jié)果具有實施可行性[3]。

3.3 制定針對性BIM 技術(shù)方案

針對高層建筑進(jìn)行深化設(shè)計時，針對其中的設(shè)計重難點部分，結(jié)合深化設(shè)計任務(wù)特征制定多種解決方案，然后選取其中最為合適的BIM軟件開展深化設(shè)計。舉例來講，應(yīng)用圖紙對比軟件，對多個版本設(shè)計圖紙中的差別進(jìn)行查找，相比較人工的方式進(jìn)行查找，不僅僅提升比對工作效率，同時也能夠保證查找的準(zhǔn)確性。

3.4 建立BIM技術(shù)保障機(jī)制

將BIM技術(shù)科學(xué)應(yīng)用于高層建筑深化設(shè)計中，需要其中各項工作環(huán)節(jié)的有效溝通，以及項目參與各方之間共同協(xié)作起到支持性作用。換句話說，如果其中某項工作環(huán)節(jié)，或者某個項目參與方出現(xiàn)問題，BIM技術(shù)在高層建筑深化設(shè)計中的應(yīng)用將成為無用功，無法切實發(fā)揮其應(yīng)用成效。基于此，為保證深化設(shè)計的有效性，這就需要對此制定相應(yīng)保障措施，通常情況由建設(shè)單位和總包單位作為牽頭人，真正發(fā)揮總包對深化設(shè)計的統(tǒng)籌管理作用，確保BIM技術(shù)在高層建筑深化設(shè)計中的有效施行。

4、BIM技術(shù)在高層建筑深化設(shè)計中的應(yīng)用分析

本文以喜來福公館作為案例進(jìn)行分析，該工程具有工程量大、設(shè)計復(fù)雜，其中所設(shè)計到的現(xiàn)代化施工工藝、材料等非常多，這就在一定程度上使得該建筑項目的深化設(shè)計困難度加大，將BIM技術(shù)應(yīng)用其中，以三維模型作為該項目設(shè)計中的基礎(chǔ)，為之后深化設(shè)計制定專門的實施方案，以此解決該項目在深化設(shè)計中的困難。

4.1 深化設(shè)計流程

在喜來福公館建筑項目工程中，該工程屬于高層建筑，建設(shè)所處區(qū)域的地下機(jī)電管線相對集中，各類專業(yè)管綜的分布形態(tài)具有一定的復(fù)雜性特征，其建筑周邊還設(shè)有配套的交通、綠化景觀等，這就為該項目在進(jìn)行排布上帶來一定的困難度，為改善以往所采用的二維圖紙在深化設(shè)計上存在的不足之處，通過BIM技術(shù)對此進(jìn)行深化設(shè)計，具體來講：

4.1.1 基礎(chǔ)建模

通過對當(dāng)前工程項目已有的CAD設(shè)計圖紙進(jìn)行分析，由專業(yè)BIM工程師對此開展三維建模，在進(jìn)行建模過程中，應(yīng)分析圖紙中是否存在與實際工程施工不相符的問題，然后針對問題與相關(guān)設(shè)計者進(jìn)行溝通[4]。與以往傳統(tǒng)模式下的二維圖紙對比來看，通過三維建模的模式，能夠以更為直觀的方式查找設(shè)計中存在的問題，根據(jù)施工各階段建設(shè)需求，制定符合當(dāng)前工程性質(zhì)的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，以此確定模型的精度、標(biāo)準(zhǔn)等等。

4.1.2 碰撞檢測

完成三維基礎(chǔ)建模后，在針對各專業(yè)模型進(jìn)行碰撞檢測，碰撞檢測的目的在于找到當(dāng)前模型中存在的不可行之處，以及設(shè)計圖紙中存在的問題，通過檢測后獲取相應(yīng)的碰撞報告，然后再由工程項目部門根據(jù)建設(shè)需求對碰撞報告進(jìn)行定制改版，以便于工程現(xiàn)場管理工作人員能夠準(zhǔn)確掌握圖紙中信息，找到定位所處位置，并針對該部分問題制定相應(yīng)的解決方案。完成碰撞檢測后，還要將檢測后的碰撞結(jié)果匯報至上級部分，然后由工程項目參與方針對報告制定調(diào)整方案，以此對后續(xù)工程項目施工的管綜調(diào)整工作提供指導(dǎo)。

4.1.3 確認(rèn)模型

完成管綜調(diào)整后，將當(dāng)前高層建筑項目參與方負(fù)責(zé)人召集，針對三維模型確認(rèn)開展會議，會議的目的在于針對模型經(jīng)過調(diào)整后，是否滿足相關(guān)設(shè)計參數(shù)要求，是否符合相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)要求等等進(jìn)行確認(rèn)，如果其中還是存在問題，則對模型進(jìn)行更進(jìn)一步的調(diào)整，直至最終調(diào)整后的模型符合項目參與各方提出的相關(guān)要求[5]。

4.1.4 二維出圖

項目參與各方確認(rèn)模型沒有問題后，即可根據(jù)最終確認(rèn)的模型出具二維圖紙，要求二維圖紙中將管線標(biāo)高、各節(jié)點、平面位置標(biāo)注其中，這樣做的目的在于保證最終完成的圖紙能夠為工程現(xiàn)場施工作業(yè)提供指導(dǎo)。另外，對于施工中的車庫上方、機(jī)房出入口、豎井等一些具有復(fù)雜性特征的節(jié)點部分，應(yīng)出具剖面圖，與平面圖紙相結(jié)合，將管綜所處具體空間位置信息表達(dá)出來，以此保證后續(xù)施工作業(yè)能夠順利開展。其中需要特別注意的是，所有圖紙都要由當(dāng)前工程設(shè)計方親自簽字確認(rèn)，以此保證圖紙信息的準(zhǔn)確性。

4.1.5 工程監(jiān)督

參與高層建筑施工的分包單位，根據(jù)自身專業(yè)對二維圖紙中所標(biāo)注的洞口預(yù)留、管線等開展施工作業(yè)，總包單位根據(jù)三維模型與當(dāng)前工程施工現(xiàn)場情況進(jìn)行對照，以此對施工作業(yè)情況進(jìn)行全面的監(jiān)督，在監(jiān)督過程中如果出現(xiàn)分包單位現(xiàn)場施工情況與三維模型之間存在不一致時，總包方在第一時間內(nèi)根據(jù)現(xiàn)場情況對三維模型進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，以此保證高層建筑施工現(xiàn)場能夠嚴(yán)格按照三維模型調(diào)整結(jié)果開展施工作業(yè)，真正實現(xiàn)各專業(yè)之間在施工中的協(xié)同，以此嚴(yán)控工程施工質(zhì)量，滿足設(shè)計規(guī)范要求。

4.1.6 實施效果

將BIM技術(shù)應(yīng)用于高層建筑深化設(shè)計過程中，通過對二維圖紙進(jìn)行深化，能夠在施工前預(yù)知工程施工中構(gòu)件碰撞、交叉工序可能產(chǎn)生的風(fēng)險，然后運用三維模型對此進(jìn)行合理的調(diào)整，能夠及時解決后續(xù)施工可能遇到的問題。在喜來福公館項目中應(yīng)用BIM技術(shù)，對施工現(xiàn)場起到了一定的指導(dǎo)性作用[6]。相比較于以往所采用的傳統(tǒng)二維深化設(shè)計模式而言，在原有基礎(chǔ)上進(jìn)一步提升了深化設(shè)計效率，經(jīng)過BIM技術(shù)進(jìn)行深化設(shè)計后 ，所呈現(xiàn)出來的圖紙信息更為詳細(xì)、準(zhǔn)確。與此同時，以三維的形式將當(dāng)前建筑工程設(shè)計模型呈現(xiàn)出來，施工參與各方對其中一些相對復(fù)雜的節(jié)點部分把控也更為簡單、便捷。從整體上來看，采取BIM技術(shù)對高層建筑進(jìn)行深化設(shè)計已經(jīng)得到工程參與各方的大力推崇和使用。

將BIM技術(shù)應(yīng)用于高層建筑深化設(shè)計中，為針對三維模型調(diào)整制定相應(yīng)的設(shè)計原則，建設(shè)單位、設(shè)計單位以及施工單位之間應(yīng)對此多次進(jìn)行溝通，在項目建設(shè)前期階段，設(shè)計單位最重視的部分就是規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)以及當(dāng)前建筑對功能方面提出的要求；而建設(shè)單位則重視建筑凈空標(biāo)高等各項參數(shù)信息，分包單位則重視施工現(xiàn)場施工的便利性。基于以上，在提出有關(guān)三維模型調(diào)整的意見過程中，各參與方都是站在自身的利益，基于自身對工程建設(shè)需求來對模型進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，如果只是采納其中一方的調(diào)整需求，無法形成相對統(tǒng)一的調(diào)整意見。對此組織各方參與BIM協(xié)調(diào)會，將各方負(fù)責(zé)人集中起來，統(tǒng)一通過模型將其中的碰撞點展示出來，然后根據(jù)各方提出的設(shè)計需求對模型進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，以更為直觀的表達(dá)方式將各方對設(shè)計提出的調(diào)整建議優(yōu)勢和缺陷呈現(xiàn)出來，各方根據(jù)模型調(diào)整后的效果互相協(xié)調(diào)，最終設(shè)計出具有實施可行性的方案。基于BIM技術(shù)進(jìn)行深化設(shè)計后的三維模型，一方面能夠被設(shè)計單位簽認(rèn)；另一方面能夠為工程現(xiàn)場施工作業(yè)提供指導(dǎo)，以此防止因多次進(jìn)行模型調(diào)整造成的浪費情況，具有積極性應(yīng)用意義。

4.2 復(fù)雜節(jié)點深化設(shè)計

從整體上來看喜來福公館這一高層建筑特征來看，整體設(shè)計上具有一定的復(fù)雜性特征，特別是其中鋼骨柱等材料的應(yīng)用量比較大，這就在一定程度上為節(jié)點深化設(shè)計部分的工作帶來困難度[7]。從二維設(shè)計圖紙的角度來看節(jié)點部分的設(shè)計，關(guān)于鋼骨柱和梁之間產(chǎn)生的穿孔、貫通、錨固、連接等情況經(jīng)常出現(xiàn)交叉性的設(shè)計錯誤，當(dāng)前已有的設(shè)計軟件雖然依舊使用鋼筋規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行鋼筋排布、生成連接方式等操作，但無法對細(xì)節(jié)部分進(jìn)行調(diào)整，再加上實際施工中可能發(fā)生的變數(shù)比較多，在滿足設(shè)計規(guī)范的前提下來時間節(jié)約時間、材料以及人力資源，才是人為方式進(jìn)行設(shè)計調(diào)整的重要方向。

基于以上，應(yīng)用BIM技術(shù)對工程項目中的節(jié)點開展深化建模設(shè)計，基于相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)、施工圖集，針對當(dāng)前工程快速生成鋼筋彎鉤，自動完成箍筋排布，同時還能夠?qū)︿摻詈弯摌?gòu)件之間的碰撞進(jìn)行檢測，通過BIM技術(shù)進(jìn)行深化設(shè)計所產(chǎn)生的成效，具有其他一般軟件、人工深化都不能與之比擬的優(yōu)勢，呈現(xiàn)出來的三維設(shè)計模型可對施工作業(yè)進(jìn)行指導(dǎo)，同時模型中附帶的各項參數(shù)、排布方式等也會根據(jù)設(shè)計變更進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，在很大程度上提高了節(jié)點部分的深化設(shè)計效率，縮短節(jié)點部分深化設(shè)計所需要的時間和人力資源。完成深化設(shè)計后，將圖紙和三維模型兩者結(jié)合起來，與工程現(xiàn)場施工實際相結(jié)合對技術(shù)人員進(jìn)行交底，對保證施工質(zhì)量具有非常重要意義。

5、BIM技術(shù)在高層建筑深化設(shè)計中的應(yīng)用優(yōu)勢分析

5.1 效率高

通過應(yīng)用BIM技術(shù)開展高層建筑深化設(shè)計，在二維模式的基礎(chǔ)上進(jìn)一步提升了深化設(shè)計工作效率，例如，在對喜來福公館項目進(jìn)行節(jié)點排布時，所需時間相比較于以往縮短了50%以上的時間。

5.2 成本低

應(yīng)用BIM技術(shù)對高層建筑開展深化設(shè)計，只需要在當(dāng)前項目建設(shè)模型的基礎(chǔ)上進(jìn)行相應(yīng)的深化和調(diào)整，即可達(dá)成節(jié)點排布、碰撞檢測等各項功能，不需要耗費人力資源對深化設(shè)計的可行性進(jìn)行驗證和計算，有效節(jié)約了人力、物力等資源的成本支出。

5.3 創(chuàng)新性

將BIM技術(shù)應(yīng)用于高層建筑深化設(shè)計中，能夠為項目提供更合適的總包管理模式，以此為基礎(chǔ)制定相應(yīng)的總包模型管理體系，以及分包管理協(xié)議，以便于更順利地將深化后的模型應(yīng)用于實際施工中，這對于提升施工質(zhì)量而言具有積極性意義。

5.4 直觀性

應(yīng)用BIM技術(shù)開展深化設(shè)計，能夠促使項目參與各方以更為直觀的方式查看當(dāng)前工程項目中的復(fù)雜節(jié)點空間所處具體位置，以及其中不規(guī)則類的建筑形體信息，其中主要有工藝搭接、基礎(chǔ)模型等等，即便不是工程專業(yè)方面的認(rèn)識，也能通過模型掌握其中的復(fù)雜節(jié)點信息，再加上模型中都會明確指出相應(yīng)的數(shù)據(jù)信息，以便于技術(shù)人員第一時間發(fā)現(xiàn)其中可能存在的問題，有效提升設(shè)計方案的可靠性。

結(jié)語：

綜上所述，隨著現(xiàn)代化建筑領(lǐng)域的發(fā)展，以往所采用的傳統(tǒng)CAD技術(shù)已經(jīng)無法滿足當(dāng)前建筑設(shè)計要求，而BIM技術(shù)是基于CAD的基礎(chǔ)上衍生出來的一種新型三維技術(shù)，在喜來福公館這一高層建筑項目中，將BIM技術(shù)應(yīng)用其中，相比較于二維深化設(shè)計模式更具設(shè)計優(yōu)勢，相信在不久的將來，BIM技術(shù)會逐漸成為建筑設(shè)計的必然發(fā)展方向，在現(xiàn)代化建筑設(shè)計中占據(jù)一席之位。