BIM技術在建筑工程設計施工一體化中的應用研究

劉利孫

（桂林市雁山區房屋征收與補償服務中心，廣西桂林 541006）

1 BIM技術的相關理論

1.1 BIM技術概述

BIM 是一種新興的工程數字化設計與施工管理方式，其由三維仿真技術、數據分析與協同工作機制等對建筑工程的結構化信息進行整合與三維立體建模，通過對建筑工程的模擬與仿真，將原本二維平面設計模式轉變為三維可視化設計模式，科學計算建筑工程的各項參數，設計工程結構的規格屬性，分析建筑工程的力學性能、抗震性能，減少建筑工程設計的結構化沖突與性能風險漏洞[1]。同時，以建筑工程的三維信息模型為基礎進行施工預演與進度跟蹤，利用三維信息模型模擬施工活動與施工過程，融入信息化分析技術對施工質量、安全、進度等進行科學分析，切實完善優化工程施工方案，助力工程有序施工。通過對施工進度和資源的動態管理及優化控制，提高工程項目是資源利用率。

1.2 BIM技術的特征分析

BIM 技術的核心是建筑工程三維信息模型，本質特征主要包括：（1）可視化特征。BIM 技術依托三維仿真建模技術對建筑工程各結構的規格屬性、空間關系等進行三維立體建模，利用三維可視模型實現對建筑工程外觀以及內部結構的精細化刻畫與表達，是設計人員調整與優化設計方案的重要工具。（2）協調性。利用BIM 技術對建筑工程構建三維信息模型，將其作為建設、設計和施工單位開展技術交底活動、討論建筑結構細節的重要依據，設計單位可根據溝通交流與討論的結果實時調整建筑信息模型的規格屬性與參數，依托BIM 技術的自動渲染功能與圖形屬性聯動機制實現建筑三維信息模型的實時渲染、實時刷新，實現所改即所得，助力工程各參建單位有機協同[2]。（3）模擬性。BIM 技術采用數字化方法對建筑工程結構細節與全局分布進行精細化模擬，也提供了強大的性能分析工具與施工預演跟蹤工具，以便設計單位對設計好的三維信息模型進行抗震、力學性能等分析，以便施工單位對施工過程進行預演、對施工進度進行跟蹤檢查，及時發現施工過程中可能存在的結構沖突等問題，調整優化建筑工程施工組織方案。

1.3 BIM技術在建筑工程設計施工一體化中的應用優勢

BIM 技術是現代建筑工程中常見的高度集成設計與施工的數字化技術，將BIM 技術應用到建筑工程設計與施工中，一方面可借助其可視化優勢精細表達建筑工程的設計方案，推進建筑工程設計階段各參建方的協同參與，在三維可視化的基礎上實現建筑工程的參數化設計與深化設計，減少設計方案中的沖突與錯誤[3]。一方面借助其協調性優勢為工程各參建方提供良好的溝通交流平臺，在建筑工程三維信息模型的基礎上，充分體現各參建方的意見建議并自動渲染刷新，提高各參建方溝通協調的效率，減少工程設計與施工階段各參建方的矛盾與沖突。一方面借助其模擬性為建筑工程施工可視化預演、施工進度跟蹤提供技術支持，施工單位可基于BIM技術實現對施工活動的過程化模擬，進一步明確施工風險與安全漏洞，為工程保質保效實施奠定基礎。

2 BIM技術在建筑工程設計施工一體化中的具體應用

2.1 在建筑工程項目信息綜合分析中的應用

1）信息整合。建筑工程三維信息模型的構建、設計方案深化、施工過程預演等均有賴于前期對建筑工程項目信息及其相關數據的精準收集與匯總。利用BIM 技術對建筑工程所在地以及周邊地區的氣候環境數據、地質勘察數據、地下管線布設數據、地形地貌數據等進行整合，提高對目標區域相關數據的整合能力，為后續建筑工程項目信息綜合分析奠定基礎。

2）導入分析。將前期收集的影響建筑工程設計方案與施工活動的數據導入BIM 軟件平臺中，依托軟件的信息綜合分析功能對特定數據加以分析，提高建筑工程設計方案的合理性與科學性。例如，通過對目標區域地形地貌的三維建模生成數字高程模型，在其上疊加地下管線布設數據、地質勘察數據等，以便科學測算建筑工程需平整的土方量，合理設計建筑朝向、優選適宜于當地氣候條件與水文條件的建筑材料等[4]。

2.2 在建筑工程設計中的應用

1）可視化設計。傳統建筑工程設計多為二維平面，在一定程度上局限了設計方案的表達精細度。將BIM 技術應用在建筑工程設計，依托前期項目多元信息綜合分析的結果以及建筑設計要求構建建筑工程的三維立體化信息模型，提升設計方案與實際現場環境條件的契合度，提高設計方案的合理性與科學性，為施工圖紙繪制、圖紙內容深化等提供依據。在BIM 可視化設計模式下，建筑工程的設計方案不再是一張張相對獨立的剖面圖、立面圖、門窗表，而是結構關聯、信息緊湊、空間布局合理科學的三維立體信息模型[5]。在圖形屬性聯動機制與自動渲染技術的支持下，建筑工程的三維信息模型更加立體逼真、規格屬性更加真實科學。

2）協同設計。BIM 技術為工程各參建方提供了良好的協同溝通信息平臺，在設計階段，大型建筑工程的多個設計師可以在同一個平臺中對建筑工程的三維信息模型進行構建、修改、更新，協同開展工程項目設計工作，軟件會自動對三維信息模型中存在的碰撞沖突或設計錯誤進行提示，以便設計人員在溝通交流后調整建筑結構的相關規格參數，規避三維信息模型的若干錯誤，提高建筑工程設計的效率與準確性。同時，BIM 良好的協同優勢可以為設計人員與建設、施工單位溝通交流提供良好的分析與模擬平臺，設計人員可將設計好的建筑三維信息模型傳輸至建設、施工單位加以共享，以便其對設計方案以及建筑內部設計細節、建筑結構構件的布局與關聯、構件的規格屬性等有著更加清晰的認識。若建設單位等對設計方案有修改意見，設計人員可及時修改并刷新三維信息模型，確保工程設計的更新協同性。

3）建筑性能分析。建筑性能分析是BIM 技術在建筑工程設計階段的一個重要應用，其依托前期的項目綜合信息以及設計人員構建的建筑三維信息模型對建筑的抗震性能、力學性能、采光效果、通風效果等進行模擬與分析，以便設計人員及時調整與優化設計方案，滿足建設單位對建筑工程的性能要求。例如，基于地質勘察數據、建筑三維信息模型的結構數據、材料數據等分析建筑的抗震性能，基于建筑三維信息模型、氣候環境條件等分析建筑室內自然通風情況，基于建筑三維信息模型的材料、設備、價格等數據分析建筑工程項目的綠色性能等[6]。此外，小區熱環境模擬、日照環境、風環境模擬等也為工程的合理設計提供了重要參考。

4）參數化設計。參數化設計是建筑工程設計的重要環節，建筑工程各結構構件的規格參數設計合理性直接關系到結構之間的碰撞沖突與錯誤率。參數化設計是站在幾何模型與邏輯模型的視角對建筑工程加以分解，通過不同規格屬性的構件有機組合，形成建筑工程三維信息模型，因此，參數化設計也是建筑工程協同設計的重要內容。將BIM 技術應用到建筑工程設計中，通過對結構尺寸大小、空間布局、關聯關系等規格參數與關聯性的設計，明確建筑工程各結構的幾何模型，并對幾何模型進行集成組合構建出高復雜度的建筑結構造型，提高建筑工程設計的豐富程度。

5）深化設計。深化設計是BIM 技術在建筑工程設計中的重要應用，在利用BIM 對建筑三維信息模型進行構建的基礎上，需對工程的細部構成進行優化設計、二次深化設計，如機電、鋼結構、幕墻等。深化設計的重點主要是施工階段常常存在模糊或沖突之處，在二維平面設計時某些細部設計精細度不夠，帶來諸多的設計盲點，常有“碰、撞、漏”等設計問題，不利于設計交底以及施工進度有序推進。因此，將BIM 技術引入建筑工程深化設計中，對工程細部結構進行深化優化設計，對常見的盲點進行精細、準確、高效的設計，可提高建筑三維信息模型的構建精度與構建效率，保證設計質量，為工程高質量施工提供精細化的設計依據。

2.3 在建筑工程施工中的應用

1）可視化預演。BIM 技術的可視化特征與模擬性特征為建筑工程施工過程預演提供了良好的技術支持，在前期項目綜合信息整合與導入的基礎上，對施工現場的平面布置、施工環節中各項工藝與技術的實施過程等加以預演，可幫助施工單位科學評判現場平面布置方案的合理性、施工工藝與施工技術的科學性與可行性。施工單位依托BIM 技術開展可視化預演，可以更加全面、直觀地掌握建筑工程的整個施工過程，對施工方案的實施情況做到了然于心，對施工技術實施過程中出現的問題及時加以調整，可切實提高工程施工方案的實用性，提升項目管理控制的科學化水平。

2）施工進度跟蹤。把構建模型和施工進度進行有機結合，再利用4D 進行模擬，對其中的問題進行充分分析，并提出合理的解決方案。通過利用4D 模擬把空間和時間的信息進行整合，并統一到一個模板當中，充分展現出整個施工的過程。運用BIM 技術，可對施工的進度進行動態跟蹤，對施工計劃與實際進度做比較，對每日、每周、每月的施工情況進行匯總，依據現場的實際情況進行調整，獲取最優的施工方案，使質量、安全、進度得到有效管控，為后期的運作實施提供精準的數據信息。

3）預制加工及跟蹤管理。當前，BIM 技術與裝配式建筑的聯合應用日漸深入，施工單位可以將無線移動終端、身份識別等技術運用到生產、運輸、采購和現場安裝的過程當中，將在工廠的預加工部件和BIM 模型進行有機結合，更加高效地對所有物件進行管理，防止裝配式建筑構件的預制加工與運輸環節出現錯誤。

4）碰撞檢查。運用BIM 技術，可以對建筑三維信息模型的各個構件進行碰撞檢查，對設計不合理的地方進行及時發現并改進，并對設計結果進行深化檢查，制定相應的整改措施，防止深化設計導致失誤造成返工的情況[7]。同時，還可以對建筑工程中的梁、柱、墻、管線等設備進行碰撞檢查，防止它們之間出現一些沖突，確保各個專業之間的協調合作，減少施工階段的矛盾與沖突，提高工程施工的效率。圖1 所示為建筑三維信息模型的碰撞檢查。

圖1 建筑三維信息模型的碰撞檢查

3 結語

充分發揮BIM 技術在建筑設計施工一體化的作用，是新時代背景下建筑工程實現高質量發展的創新之舉，助力建筑行業的健康發展?；诖耍鸵笙嚓P參建人員要將BIM 技術應用到項目信息綜合分析、建筑設計以及建筑施工的過程中。借助BIM 技術構建統一的數字化工程信息平臺，實現工程建設過程中各階段數據信息的整合及其應用，更好地為工程創造價值，提高工程建設效率和質量。以此為突破口來為高質量的建筑活動開展提供技術支持，從而實現相關的建筑設計施工管理目標。