探討BIM在各設計階段的應用

張 斌

北京立人建筑設計有限公司 北京 100070

在我國城市化建設不斷推進的今天，傳統的 CAD設計過程越來越不能適應工業發展的需要，在設計周期長，協同性差，合理性不足等問題也逐步顯現， BIM技術可以為此類問題的處理開辟一條嶄新的道路。BIM技術是項目各個環節中的一個關鍵環節，它能分享項目各個環節的信息，并在整個項目的整個生產過程中扮演著關鍵角色。BIM技術以其數字化特性，為項目的各環節動態的建立起到了動態的支撐作用，并不斷地對項目的各環節進行動態的更新，使項目的各環節得到有效的調整，使整個項目的施工流程得到最優化，最重要的是提升了項目的整體質量。

1 BIM技術的概念

BIM技術就是用數值模擬的方式來模擬建筑的實際信息，它的信息并不只是一個簡單的圖形信息，而是包括了很多的非幾何信息，比如材料的耐火等級，材料的傳熱系數，構件的造價，以及采購信息。BIM其實就是利用數字化技術來建造一棟建筑，而建筑的信息就是一個完整的、完整的、有邏輯的信息庫。

2 BIM技術的特征

BIM技術又稱“建筑信息建模”，它指的是利用各種有關的信息和資料，利用數字信息進行虛擬的方法，對建筑的實際情況進行建模。通過大量的工程資料信息， BIM系統可以全面、系統地構建三維建筑的三維建模，為工程設計、工程監理、設備管理、工程可行性檢測、施工成本控制等方面的工作，而且它還具備了可視化、參數化、模擬性、協調性、優化性、可出圖性和信息完備性等諸多特性。

3 BIM在工程中的作用

BIM在工程各個階段中的應用作用如下：(1) BIM為項目各個階段的建設創造了直觀的環境，為項目全壽命期內的科學規劃提供了依據，并保證了項目各個環節的安全和質量；(2) BIM具有動態數據庫，可以使項目中的數據更加充實，避免了信息的丟失和疏漏；(3) BIM作為工程學的基本功能，在各個階段都能實現建模，為工程建設提供有用的資料，保證各個環節之間的協調和一致性，從而使整個工程的實施得以成功。

4 BIM在工程中的應用優勢

4.1 建筑生命周期的信息共享

建筑工程的施工過程關系到施工、運營、改建等全過程，它的好壞關系到施工成本、進度控制、施工質量和使用壽命，在建筑施工過程中應綜合考量建筑施工過程中的各方面因素，以保證其合理、符合施工企業的需求。然而，在常規 CAD設計過程中，由于項目的建設處于整個生命過程的初期階段，其后續的施工和運營階段具有不確定性，許多因素難以預料，難以確保其合理的設計，而 BIM正是一個完美的方法。有了 BIM的支撐，在建設過程中，如果能確保所有的數據都是真實的，就可以對整個施工過程進行仿真，找出目前的問題，并做出相應的修正，這就是整個建筑的整個壽命過程。比如，在工程管理中， BIM可以通過對場地使用、材料需求等各種不同的施工條件進行實時仿真，以實現對工程信息的分享，同時達到了工程與工程的有機結合，使得工程的總體規劃更加合理。

4.2 建筑協同設計的全面優化

現代的建筑項目往往都是大型的，所以在這個設計過程中，往往會將這座大樓分成幾個不同的區域來進行，然后將這些區域的不同的設計融合在一起。但是，在施工中，設計者是分門別類，而且設計圖紙和方案十分繁雜，難以保證其協同性， BIM技術的運用，讓施工項目不再需要考慮這些問題。①BIM技術是一種以工作集合為核心的施工設計，不同專業、不同設計人員的設計工作都是建立在相同的BIM模型上的，從而保證不同設計人員在不同的 BIM模型上進行設計，從而保證不同的設計人員在不同的 BIM模型中相互配合，從而保證設計的順利進行。②利用BIM系統中的相關應用管理系統，實現對車輛的撞擊識別，快速準確地查找出各個行業之間的沖突，從而為設計的最佳決策提供了有效的參考，從而保證了各個行業之間的協作。③就電力系統而言，通過 BIM建模的三維可視化特性，實現對管道的合理設計和最優，可以有效地解決工程和工程之間的不和諧問題。

4.3 支持綠色建筑設計

隨著能源短缺和環境污染等社會問題的日趨突出，綠色施工是今后的發展方向，BIM正是對綠色施工的一種有效手段。①為了達到更高的能源效率，在建筑的建筑中，一般都會采用自然光線和自然風來取代傳統的人工光源，比如空調、風扇等，而在BIM的幫助下，既可以模擬出自然的光線和光線，又可以根據實際情況，對建筑的各個方面進行優化，使建筑的采光和通風得到最好的控制，并使建筑的結構更加合理，并且不會影響到周邊的通風和采光。②在綠色建筑中，建筑物的熱力學特性是影響空調能量消耗的重要因素， BIM既可以對建筑物在一定條件下的耗能進行估算，又可以通過與同類建筑物的模型和資料進行比較，以便在合理的時間內及時地找到問題并做出相應的修正，提高其熱力學特性。除此之外，BIM技術還可以在綠色建筑內部的許多領域中扮演著舉足輕重的角色。比如在燈光條件下，設計人員可以根據室內光線的變化來調節照明，并根據照明的變化來選擇最適合的光源。

5 BIM在工程各階段中的應用

BIM在設計、施工、運營等方面的運用，已不再局限于設計階段，而是滲透到了工程建設的每一個階段。BIM文檔可供不同施工單位進行分享。建筑設計類的學生能夠在工程領域中進行直觀的建模；而建筑工程專業的墻體材料強度和墻體的孔尺寸均宜；裝備類專業能夠對建筑能量、聲學、光學等進行分析；建筑工地以其墻體混凝土類型、鋼筋等為宜，進行混凝土等物料的配制和下料；而開發商以造價、門窗種類、工程量等為宜，進行項目總成本預算、產品訂購等；同時，也可以利用房地產的可見性來進行地產的經營。BIM技術已經在施工企業的上下游環節得到了進一步的改進，使得 BIM技術能夠在工程的全過程中得到有效地應用。在常規的規劃中，不同的專業之間的協作是一個比較繁瑣的流程，涉及知識的領悟和重構，缺少真正的三維空間的直觀，而在一個比較復雜的領域，不同的學科之間的矛盾很容易被平面圖所影響，需要花費很多的時間去配合。通過 BIM技術，可以實現三個不同的工作模式，從抽象的2D到特定的3D，與現有的審查體系相適應，2D的平面是3D建模的副產品，可以很容易地從模型中獲得，而建模的靈活性，則可以方便地進行修改。BIM使建筑、結構、給排水、暖通、電氣等各個學科都建立在相同的建模基礎上，每個學科都有自己的模型，不用等資金投入，就能第一時間查看別人的修改，同時也能發現問題所在，并能隨時交流和修正，這才是真正的立體一體化協同設計。

5.1 設計階段

BIM可以從概念的設計入手，并全面地融入到整個設計的全流程中，而一個可視化的空間造型模型在研究建筑和城市的環境之間的聯系，也可以應用到工程的績效評估中去。由于 BIM技術具有高可視化、可視化、參數化等特點，使得設計者能夠在概念設計的過程中，迅速準確地傳達出設計者的思想，并與各個行業的工程師進行信息的交換和傳輸，達到了早期的質量、可視化和協同化的效果。當用戶需求或思想發生變化時，根據參數性運算可以迅速地對設計結果進行修改，使整個項目的設計過程得到極大的改善。BIM在概念設計中的運用，要從空間形式的思考、裝飾材料的運用、室內裝飾色彩的選用等幾個層面來進行。

在方案設計階段，利用 BIM技術進行項目選擇，其目標是選擇最優的方案，并給出相應的設計模式。BIM技術方案的制定是在 BIM技術的基礎上，運用 BIM技術，對多種方案進行加工或局部的修改，以供選擇，從而在可視的立體環境中進行方案溝通、討論、決策，從而達到決策的直觀、有效的目的。BIM系列的建模、渲染、動畫技術都非常強大，利用 BIM模型可以將二維專業抽象的二維建筑物的形象形象化、直觀化，從而使業主等非專業人士對工程的功能判斷更為明確、高效，決策更為準確。在此基礎上，利用 BIM技術和虛擬技術對實際的建筑進行了建模，可以繪制出非常逼真的模型，讓設計師可以根據自己的想法來建造一個“虛擬”的空間，還可以隨意地改變自己的空間，查看自己的作品，直到自己的作品達到了預期的程度。從而可以讓各個設計者的設計意向更加直觀、真實、詳盡地呈現，給項目的投資人以直觀的感覺，同時也可以為后期的工程建設打下良好的基礎。

初步設計是一個處于項目設計與圖紙設計的中間環節，是對項目的進一步完善。在這一步，對施工的建模進行了細致地論證，并配合結構、設備建模進行了驗證。利用 BIM技術建立建筑模型，對平面、立面、剖面進行統一檢驗，對模型進行切割，生成平面、立面和剖面，構成了建筑的初步結構、結構、設備模型和平面平面平面圖。BIM在初期的應用包括結構分析、性能分析和計算。

在工程建設中，工程施工圖是一個非常關鍵的環節，它在工程的建設中起著舉足輕重的作用。該階段的內容是以工程的結構圖來表述工程的總體規劃和結果，并以此為工程的工程建設提供參考。BIM在建筑圖紙設計中的運用是建立各個建模基礎之上的一個復雜流程。各個專業包括建筑，結構，給排水，暖通，電氣等專業。然后，根據專業設計、施工等知識架構，進行一些簡單的節點設計、碰撞檢查、三維管線綜合等方面的應用，從而實現了對工程設計的多項最優設計。在考慮到可能會對凈高產生一定影響的關鍵區域進行詳細的研究，并對其進行合理的布局和合理的規劃。BIM在施工圖的設計中的運用，主要有：各個協作的BIM檢查，結構分析，工程量計算，節點大樣深化，三維渲染圖繪制。

5.2 施工階段

第一，BIM為工程項目搭建了一個虛擬的模擬模型，包括工程項目的虛擬工程模型、過程控制模型和費用控制模型。BIM技術為工程建設中的三維+二維建模，實現了對全部數據的實時同步。第二， BIM在施工過程中建立了5D建模，能夠對工程造價進行細致地分析，動態地對施工過程、區域和施工時間內的施工數量進行動態的估算。BIM是對項目實施過程中的單位單價與費用之間的內部聯系進行具體的測算，以保證項目造價的精準性。在常規的工程中，是不可能預知利潤和損失的，但是 BIM卻可以通過 BIM來估算出工程的收益和損失，從而使設計單位的損失得到最小化。第三，由于建筑工地中存在著大量的零件裝配作業，如果將零件運至工地進行組裝，會造成不必要的資源浪費，造成一定的經濟損失，使用 BIM可以在一個虛擬的空間中完成零件的裝配，既節省了工期，又節省了投資。比如：在建筑工程中使用的是鋼架，由于鋼材要在工廠進行焊接和組裝，所以很可能會產生裝配上的偏差，因此，在此基礎上，利用3D激光技術，將相應的三維尺寸建模出來，然后將其導入 BIM中，在 BIM中生成一個鋼架，實現了整個鋼架的焊接和組裝。第四，各個專業并不是獨立的，許多專業都會有類似的工作，比如水電、給排水、裝修等，BIM可以對不同的工作進行評估，通過 BIM技術對不同的工作進行評估，發現工作中有沖突，提供相應的圖紙，幫助改善工地的施工條件。在實際的工程中，由于各種工種的錯接、漏接等問題，采用BIM軟件對其進行調整，有利于對不同的工種進行最優的優化，同時BIM還具備立體的功能，保證了各個工種的工作可以進行順暢的操作。第五，采用BIM技術進行建筑結構的三維建模，能夠在 BIM中直觀地反映施工場地的實際情況和施工狀況，通過 BIM軟件對各種設備進行合理的布置，并對各種機械設備進行合理的管理，保證工程的安全。此外，BIM還可以對施工現場構件和設備進行檢驗，規范構件和設備的使用，避免施工現場存在的隱患。第六，BIM在項目實施階段對項目的成本進行了有效的管理，并對項目的業主進行了成本的監控。比如：在項目建設過程中，由顧問公司引入BIM技術，BIM自身就能構建三維建模，再將成本和時間導入到三維建模中，從而實現對項目的精確配置。數量和產量BIM對工程項目付款提供了準確的數據支撐。第七，BIM為項目建設提供了直觀的環境，為項目提供了相應的施工方案，BIM提供了一個項目的效果圖，方便了業主和施工方的對比。通過BIM技術，可以模擬出與實際情況相吻合的工程效果，突出了建筑的可視化設計在建筑中的作用。

6 結束語

綜上所述，BIM技術是一項新的施工技術，它使施工過程中的信息、數據、時間、經濟效益都得到了極大地提升。BIM技術在施工項目中具有廣闊的應用前景，可以更好地滿足建筑業的發展需要，所以施工單位要抓緊時間，充分利用 BIM技術，并根據國內的具體條件進行創新。BIM技術在項目建設中的應用，可以為項目的各個環節提供有力的信息支撐，預防各個環節的施工危險，增強項目管理的能力，充分發揮 BIM技術在各個項目中的重要地位。