BIM技術融入建筑工程設計中的實踐方法

摘 要：隨著工程設計工作越來越復雜，傳統二維設計技術已經難以滿足現代建筑工程設計的需求。BIM作為一種新興技術開始逐步應用于建筑工程設計中，不僅具有建筑結構可視化功能，還能對各類復雜設計數據開展綜合分析，全面提升工程設計的效率與質量，為工程后續建設提供有力保障。基于此，探討BIM技術的優勢，分析將其融入建筑工程設計的流程與實踐方法，以期為更多同類型工程提供參考。

關鍵詞：BMI技術；建筑；工程設計；實踐方法

中圖分類號：F407.9" " " " " " " " " " " " " " " " " 文獻標識碼：A" " " " " " " " " " " " " " " "文章編號：2096-6903（2024）04-0120-03

0 引言

建筑信息模型（BIM）是一種能夠借助數字三維將建筑物的物理、功能等相關特征呈現出來的一種新興技術，其展示的信息更完整、更全面，可以通過數字化方式將建筑工程的相關信息統一保存在數據庫中，從而為工程設計人員提供完善的參考信息與數據。利用BIM技術可以對建筑工程的場景相關數據進行實時聯系，實現數據的共享，并構建出三維模型，設計人員僅需要對該模型進行調整與優化，即可實現整個建筑工程設計的優化，提升工程設計的效率與質量。

1 BIM技術融入建筑工程設計優勢

1.1 協調與共享

與CAD技術比較，BIM技術能夠通過動態方式將整個建筑工程的三維模型創建流程展現出來，設計人員通過觀察三維模型就可以檢查設計問題，可以對結構設計實施調整與優化。施工人員可以在BIM軟件中同步輸入工程數據，實現多部門協調管理。BIM技術還能實現信息數據的實時共享，規避無法及時獲得信息或信息不完整等問題，使得各參建方都能夠通過共享信息進行協同設計，提升工程設計質量。

1.2 高效模擬

在建筑工程設計中融入BIM技術，設計人員可以借助該技術模擬建筑工程內部透光、采光效果，以及模擬建筑物的日照規律與風速環境等，從而為設計方案的優化提供更多參考數據。這不僅能夠確保設計方案的科學性、合理性，還能確保建筑物投入使用后具有更高的經濟性與安全性。

施工設計時，借助BIM技術可以模擬出現場施工的具體情況與過程，再依據模擬結果，對施工方案、流程等進行優設計。BIM技術還能夠模擬出工程管理現場突發事故的應急處理情況，從而為現場管理工作的有效開展提供支持。BIM技術所具備的高效模擬優勢，不僅能提升建筑工程設計的效率與質量，還能減少設計、施工以及現場管理等環節投入的資源成本，為工程建設的安全、有序開展提供支撐[1]。

1.3 全程可視化

將BIM技術融入建筑工程設計工作中，設計人員可以將結構設計、施工設計、建設過程以及竣工驗收等相關信息數據全部輸入軟件，從而構建一個完整的三維模型，模擬出整個建筑的結構形式與施工過程。傳統的建筑工程設計一般是人員手工在紙上繪圖，不僅時間成本過高，而且無法完整呈現出施工過程，容易影響工程的順利施工。

BIM技術具備可視化優勢，可以完善手工繪制平面圖紙，通過三維立體模型圖將平面圖紙無法展現的細節呈現出來，從而確保設計圖紙與實際施工更符合、更對稱，減少返工事件。BIM技術不僅能減少建設成本，還能加速工程施工進度，為工程項目建設的順利、安全開展提供有力保障，提升建筑企業的整體效益。

1.4 可計算性

BIM技術具備可計算優勢，主要是指可優化性、模擬性以及仿真性的綜合特性。設計人員在建筑工程設計時，利用BIM技術模擬測試出建筑物實際的日照、節能以及熱能傳導等功能，并在BIM中分解工程量，設計出詳細的時間表。在工程招投標、施工等環節將模擬情況展示出來，與工程造價系統進行結合，從而對整個工程的成本進行精準控制。針對建筑物投入運營后的情況，則可以借助BIM技術模擬地震逃生、消防疏散等應急事件，通過仿真實驗測試出建筑物的其他功能需求，以便在工程設計階段就進行優化、調整。

2 BIM技術融入建筑工程設計的流程

2.1 工程設計方案

構建出建筑工程方案模型后，設計人員與各方相關人員針對BIM方案模型展開溝通，對相關進行參數整合分析，完成初步模型設計。具體如下：①設計人員將各個專業工程師組織起來，共同細化與調整設計方案。②設計人員以已明確的結構為依據，進一步確定各類部件實際的尺寸與位置等信息，從而將建筑工程的信息模型構建出來。③將轉換接口連接于計算機軟件，針對建筑結構開展高效計算，并將具體的結構信息反饋至建筑信息模型當中。④若模型需要更改，設計人員可以在建筑信息模型中直接進行調整，BIM系統可以自動對各項相關數據進行同步修改，避免反復搭建或更改模型等問題。通過上述流程可以確定建筑結構相關構件具體的尺寸、位置以及配筋等信息，然后錄入BIM模型中完整[2]。

2.2 設計施工圖

建筑工程的施工圖設計環節，設計人員可先采用BIM技術切分模型，再對施工圖進行優化設計，避免手工繪制圖紙的缺陷。在設計施工圖時，需要注釋的信息與構件的數據完全一致，所以不需要設計人員再次進行數據的手工錄入，只要通過軟件將注釋項直接加入施工圖當中即可。注釋信息和構件數據為相互聯系的關系，因此如果構件的參數發生改變，施工圖當中與之對應的注釋信息就會隨之改變，始終保證施工圖各項信息與模型保持完成一致性。

2.3 完善BMI模型

隨著結構設計工作的不斷推進，建筑工程的信息模型逐步完善，從而形成完整的BIM模型。此時，需要設計人員對各類構件、配筋等信息作進一步的細化，借助于三維技術將工程的詳細數據收集起來，從而為整個工程的造價估算供以參考。設計人員還能借助BIM技術對模型實施渲染，將整個工程效果以可視化的方式呈現出來，并利用計算機軟件于BIM結構模型當中將各項結構設計的具體信息與數據提取出來，為模型后續的應用打下基礎。BMI建筑工程信息模型如圖1所示。

3 BIM技術融入建筑工程設計的實踐方法

3.1 預算統計

在傳統建筑工程設計中，關于建筑機電的綜合管線安裝設計，大部分采用AutoCAD軟件，依據二維繪圖及三維設計設計出管線的實際排布，但實踐證明應用效果差強人員。而BIM技術的數據庫擁有更全面、完美的信息數據，可以讓設計人員、施工人員都能獲取更精確的數據信息，為建筑工程的管線布設設計方案提供參考，對施工成本進行綜合考量，最終選最科學、最省資源的施工方案。BIM技術還可以借助云處理為設計、施工等各方單位提供準確、全面的數據信息，為綜合管線的施工方案設計與安裝施工提供參考[3]。

3.2 優化結構方案

結構方案設計是建筑工程至關重要的一個環節，需要工程各個參與方進行數據交換，并積極進行協調溝通與反饋，數據交換工作變得十分頻繁。對此，必須嚴格依據設計階段給出的工程業務流程來設計結構方案，在設計時主動融入IFD模式，讓工程的各個參與方可以提前介入工作，借助協同管理方案，快速、高效地解決碰撞、錯漏缺等相關問題。BMI建筑工程結構方案設計的業務流程如圖2所示。

3.3 繪制工程結構圖紙

BIM技術應用于建設結構圖紙的繪制工作，可以直接創建一個三維模型，從而讓后續的設計工作有足夠的數據資料作為參考。三維模型不僅具有可視化，還有立體感、層次感，設計人員可以更直接地觀察結構細節。對三維模型當中有問題的部分進行調整，進一步優化設計細節，確保每項設計與工程預期給出的要求相符合，減少工程后續施工可能出現的風險。

在Revit環境當中，如果需要使用到結構或者是機電等模型，可先將模型導入到Navisworks 軟件當中，自由檢測各個主體模型，再根據檢測結果編出對應的檢測報告，以便第一時發現建筑結構設計當中存在的沖突或問題，及時調整結構，確保整個工程可以嚴格依據既定標準開展施工[4]。

3.4 三維建模技術

BIM是一項以信息化技術作為基礎的先進技術，可以借助多種不同的軟件來對建筑工程相關的參數進行確定與修改。修改確定過程中可以借助三維建模完成，只需要設計人員將建筑工程的結構布局、特點輸入軟件，軟件就可以自動構建出三維模型，將整個建筑工程的結構以直觀、立體的畫面展示在計算機系統當中。設計人員還可以對模型所展示出來的內容進行隨意修改，或者通過三維模型進一步檢驗與審核建筑需要具備的相關功能。

與傳統的審核模式相比，融入BIM技術可以提升審核數據的準確性。比如對建筑某個結構的受力能力進行分析時，采用BIM三維建模能夠對該結構實際的受力數值進行分析，并對建筑的地基承重力開展進一步核算，從而將建筑各個結構部位與整體的受力能力計算出來，為結構設計的調整與優化提供參考。

3.5 綜合管線的碰撞檢驗

碰撞檢驗主要是指在建筑工程施工前，借助對應技術對設計圖紙開展審查，查出設計圖紙當中存在的不合理問題，并進行更正。如果采用傳統的二維平面設計進行檢驗，極易產生平、立、剖圖紙等不統一的問題，導致構件于空間出現碰撞，造成多次返工、工期延長以及浪費材料等一系列問題。采用BIM 技術則可以借助三維模型完成碰撞查驗工作，高效、快速的發現遺漏問題。

碰撞查驗包括了多專業、單專業兩種碰撞查驗。單專業查驗主要是進行建筑、結構或是機電等某一方面的檢查，然后確定出碰撞點。多專業查驗則是針對建筑、結構以及機電等專業2個或以上的項目開展查驗，可以發現更多的碰撞點，查驗工作也更復雜，需要設計人員嚴格篩查結果，并及時進行設計調整。

3.6 工程場地分析

場地分析是建筑工程設計非常重要的一個環節，其分析結果會直接影響建筑物整體的定位、外觀以及方位等相關信息的定位。在工程項目的規劃設計環節，設計人員就需要進入工程場地，對現場的植被、地貌以及氣候等自然條件開展調查與分析，再依據調研數據進行合理設計。

采用傳統的二維設計方法，設計人員分析場地時容易受到主觀判斷的影響，整體數據與信息的準確性、可靠性都明顯不足。而采用BIM與GIS兩項技術聯合共用的方式，就可以構建出場地的三維模型，并在該模型中進行建筑物的模擬建設，為工程設計采集更完整、準確的數據資料[5]。

3.7 遮擋與日照設計

建筑工程在日照方面的需求，需要依據建筑具體的使用功能、當地的自然氣候等多種因素來確定，設計師人員需要考慮太陽每日位移產生的光照角度，每個時段光照的強度，依據工程所處的地區屬性與自然環境等，科學、合理地確定日照情況，然后進行建筑結構設計，以確保建筑物投入使用后獲得最佳的日照效果。

日照分析環節需要使用到BIM技術主要是Autodesk Ecotect Analysis軟件。該軟件可以模擬分析太陽的輻射、日照以及遮擋等情況，并對3D Max、CAD以及Revit等多款軟件均有良好的兼容性，多種文件格式均可輸入軟件分析。Autodesk Ecotect Analysis還具備有建模功能，可以快速構建工程三維可視化模型，并對建筑物的光照、遮擋等進行模擬分析，獲取具體的日照時間、強度以及陰影改變等信息數據，再結合建筑日照標準表，設計人員就可以對建筑物的功能分區、朝向、遮擋結構等進行更科學、合理的設計[6]。建筑工程日照標準表如表1所示。

4 結束語

BIM技術用于建筑工程設計中可以對整個工程的規劃設計進行優化，不僅能夠提升設計工作的效率與質量，還能對設計流程進行簡化，減少材料、資源浪費等問題，建筑企業應在工程設計中積極融入BIM技術，主動探索BIM技術用于建筑工程設計實踐的創新途徑，為建筑行業穩步發展提供助力。

參考文獻

[1] 高志程，王琪.BIM技術在建筑工程結構設計階段的應用[J].磚瓦世界，2023（13）：49-51.

[2] 姜偉.基于BIM技術的建筑工程施工圖設計分析[J].建材與裝飾，2023，19（1）：27-29.

[3] 李倩.BIM技術在建筑工程正向設計中的應用[J].油氣田地面工程，2022，41（7）：8-13.

[4] 李洋.BIM技術在建筑工程項目設計階段應用[J].四川建筑，2022，42（4）：62-64.

[5] 劉嫣然.試論BIM技術在建筑工程設計管理中的應用效果[J].包裝世界，2022（4）：112-114.

[6] 劉威.BIM技術在現代建筑工程結構設計中的應用研究[J].中國建筑裝飾裝修，2022（20）：68-70.

收稿日期：2023-12-11

作者簡介：彭永輝（1981—），男，浙江寧波人，博士研究生，高級工程師，研究方向：市政工程。