王明琦

（天津市長城建筑設(shè)計有限公司，天津 300041）

0 引言

BIM相關(guān)技術(shù)是一類搭建或者采用參數(shù)化模型進行建筑工程的規(guī)劃設(shè)計及項目管理的技術(shù)，針對建筑工程的設(shè)計過程來說，BIM技術(shù)是一類領(lǐng)先的規(guī)劃設(shè)計相關(guān)技術(shù)及工作流程，該技術(shù)給項目工程帶來了智慧化及信息化的數(shù)據(jù)參數(shù)交互平臺，具備共同設(shè)計、自頂向下參數(shù)化設(shè)計、模擬仿真及受力分析管理等模塊。如圖1所示，在建筑主體結(jié)構(gòu)規(guī)劃設(shè)計領(lǐng)域的大型施工企業(yè)中，應(yīng)用BIM技術(shù)進行建筑結(jié)構(gòu)規(guī)劃設(shè)計已經(jīng)超過5年的公司比重已經(jīng)達到了41%，BIM技術(shù)在未來為3～5年中的應(yīng)用比例高達43%。BIM技術(shù)在中小規(guī)模建筑主體結(jié)構(gòu)規(guī)劃設(shè)計企業(yè)中的使用已經(jīng)超過5年的數(shù)量僅為13%，主要原因是當中絕大多數(shù)相關(guān)企業(yè)在近期才了解到BIM技術(shù)，BIM技術(shù)應(yīng)用比例為3～5年的達到45%[1]。

1 BIM技術(shù)定義

BIM（Building Information Modeling）技術(shù)指的是一類使用在建筑工程設(shè)計、施工建造及工程管理的數(shù)字化解決方案，經(jīng)過對于建筑物的數(shù)字化及參數(shù)化模型整理，在工程項目規(guī)劃、運作及維護的整個生命周期進程中進行數(shù)據(jù)信息互通及傳輸，使相關(guān)建筑工程設(shè)計人員掌握各類工程數(shù)據(jù)信息，為相關(guān)設(shè)計團隊及建設(shè)、施工作業(yè)企業(yè)在內(nèi)的各個建筑工程參加主體帶來共同工作的平臺，在提升施工作業(yè)效率、降低造價及壓縮施工周期層面起到了關(guān)鍵作用。BIM技術(shù)如圖2所示。

圖1 各種規(guī)模建筑設(shè)計型公司BIM技術(shù)使用狀況

2 BIM技術(shù)優(yōu)勢研究

2.1 建筑工程BIM技術(shù)生成的模型具備可視化的優(yōu)良特性

工程設(shè)計人員可以BIM技術(shù)進行建筑工程的實體建模操作，實現(xiàn)項目工程的3D實體模型的生成工作，借助3D立體的圖像模式來體現(xiàn)建筑實體工程的相關(guān)參數(shù)信息，跨越了以往借助二維平面的施工作業(yè)圖進行想象3D立體工程實體的技術(shù)限制，促進了建筑項目工程中各個相關(guān)部門或者各個專業(yè)人員間在圖形化的3D實體模型中進行有效的溝通、交流及工程有關(guān)的決策[2]。

圖2 BIM技術(shù)

2.2 建筑工程BIM技術(shù)生成的模型具有信息集成的特點

工程設(shè)計人員可以借助BIM相關(guān)技術(shù)生成建筑項目工程整體的全部階段的參數(shù)信息文檔，相關(guān)文檔匯集了建筑工程的模型有關(guān)的參數(shù)信息，例如外形尺寸的幾何信息、材料物理屬性信息、工程結(jié)構(gòu)空間參數(shù)信息、建筑原材料及構(gòu)件的參數(shù)信息、建筑原材料數(shù)目和有關(guān)屬性信息等，匯總為復(fù)雜的建筑工程總體模型，數(shù)據(jù)信息庫生成復(fù)雜的建筑工程模型，相關(guān)的數(shù)據(jù)庫達到了建筑工程規(guī)劃設(shè)計進程的集成化，參數(shù)信息規(guī)范化的目標。

2.3 建筑工程項目BIM技術(shù)生成的模型具備工程實際模擬的特性

工程設(shè)計人員可借助BIM相關(guān)技術(shù)，針對對建筑工程3D模型處在各種各樣的外部環(huán)境條件下的情況實施模擬操作，例如實施建筑工程3D模型的放大操作、縮小操作、旋轉(zhuǎn)操作等，由此進行多維度的觀測，或者能夠完成工程結(jié)構(gòu)的受載荷情況的模擬、日光照射情況的模擬、節(jié)能減排活動的模擬、熱量傳遞情況的模擬、施工作業(yè)過程的模擬，從而完成建筑工程的各類制約要素的工程模擬及相關(guān)設(shè)計工作[3]。

2.4 鋼筋表達在BIM技術(shù)中的應(yīng)用研究

鋼筋表達一般是指鋼筋水泥混凝土結(jié)構(gòu)在BIM技術(shù)建模中的三維立體化呈現(xiàn)，能夠獲取精確的鋼筋外形尺寸及位置確定，圖像化隱藏工程，體驗建筑工程構(gòu)造的實際信息，實施水泥混凝土鋼筋的用量計算。鋼筋表達如圖3所示。目前BIM技術(shù)中主要采用實體與詳圖表達鋼筋以及平法注釋表達鋼筋2種方法。實體與詳圖表達鋼筋可以對鋼筋的信息進行三維立體表達，方便選定鋼筋的所處位置、表現(xiàn)形式及外形尺寸等，并且通過三維視圖隱蔽阻擋鋼筋的水泥混凝土參數(shù)，對隱蔽部位的鋼筋信息進行觀察。然而此類技術(shù)方法對于計算機硬件需求非常高，大量占用計算機存儲空間，相關(guān)工程技術(shù)人員工作量很大。平法注釋表達鋼筋的方法指的是實施相關(guān)構(gòu)件的鋼筋參數(shù)賦值，使相關(guān)參數(shù)信息和構(gòu)件科學(xué)結(jié)合，并借助注釋實施調(diào)取及互換研究，優(yōu)勢是能夠在1張圖紙上表現(xiàn)很多的鋼筋參數(shù)信息。缺點是必須實施三維立體圖形的空間想象，表現(xiàn)形式不直接。2類技術(shù)模式表達各有所長，在實際操作過程中可以依據(jù)實際需求進行選擇。

圖3 鋼筋表達

3 基于BIM相關(guān)技術(shù)的建筑工程結(jié)構(gòu)實際應(yīng)用的解決方案

3.1 建筑工程結(jié)構(gòu)實體模型的可視化實際應(yīng)用

工程設(shè)計人員可以應(yīng)用BIM相關(guān)技術(shù)進行3D建模操作，將結(jié)構(gòu)復(fù)雜的工程結(jié)構(gòu)或者異形的工程結(jié)構(gòu)用3D建模的模式表現(xiàn)其相對應(yīng)的空間狀態(tài)，準確、直觀而真實地將項目工程的結(jié)構(gòu)相關(guān)信息、空間相對位置以及3D模型全方位地展現(xiàn)在相關(guān)工程設(shè)計人員的面前，更能直觀真實地表達出相關(guān)建筑工程的總體面貌，方便設(shè)計人員進行多角度、多層面的觀測工作，然后對于建筑工程相關(guān)構(gòu)件的各項功能的排布及構(gòu)件和構(gòu)件間的相對空間布局之間的關(guān)聯(lián)性進行更加精確的研究，從而判斷相關(guān)建筑工程規(guī)劃設(shè)計的構(gòu)件外形尺寸以及空間相對位置是否科學(xué)合理，進一步優(yōu)化相關(guān)建筑工程的結(jié)構(gòu)規(guī)劃設(shè)計方案，提升設(shè)計工作的總體品質(zhì)，可視化的工程結(jié)構(gòu)3D模型對于設(shè)計人員來講，觀測工作非常方便，容易進行清晰的解讀，大幅度提升了工程設(shè)計人員的工作效率。如圖4所示，17%的工程設(shè)計企業(yè)沒有推行BIM相關(guān)技術(shù)的的計劃，23%的企業(yè)剛開始實行BIM相關(guān)技術(shù)的概念化，56%的設(shè)計企業(yè)實施了BIM技術(shù)的規(guī)?；囼灐Ｖ挥写蠹s1%～3%的企業(yè)已經(jīng)將BIM相關(guān)技術(shù)應(yīng)用于大規(guī)模的工程項目中[4]。

3.2 建筑施工單位應(yīng)用BIM相關(guān)技術(shù)的主要領(lǐng)域

3.2.1 碰撞檢查，降低返工概率

結(jié)構(gòu)的碰撞方面的檢查工作是為了達到減少設(shè)計返工的目的。工程設(shè)計人員可以應(yīng)用BIM技術(shù)中的3D建模技術(shù)，在設(shè)計前期進行模擬碰撞檢查工作，能夠使設(shè)計者直觀地應(yīng)對結(jié)構(gòu)空間關(guān)系中的各類干涉情況，優(yōu)化設(shè)計，最大限度地降低施工階段可能出現(xiàn)的問題及返工情況，對于凈空及管線布置的方案也能起到優(yōu)化的作用?，F(xiàn)場操作人員可以使用最后經(jīng)過碰撞檢查優(yōu)化的最佳方案，完成實際的施工交底、工程模擬工作，從而提高工程質(zhì)量，并且提升和業(yè)主交流協(xié)作的效果。

3.2.2 模擬施工過程，大力協(xié)調(diào)各部門工作

模擬現(xiàn)場施工，進行協(xié)同作業(yè)。3D可視化操作配合時間維度操作，可以模擬項目進程，直觀迅速地將設(shè)計和現(xiàn)場進展進行比對，并且進行有效的協(xié)同作業(yè)，參加工程建設(shè)的各方都清楚地了解項目的相關(guān)情況及可能發(fā)生的問題。進而降低建筑工程出現(xiàn)品質(zhì)問題、安全生產(chǎn)問題的概率，大幅度減少返工及項目整改的次數(shù)。應(yīng)用BIM相關(guān)技術(shù)進行多部門的協(xié)同作業(yè)，能夠高效地完成重要信息的有效交互，加速反饋及相關(guān)決策等信息的傳送效率。使用模塊型的模式，在某個工程的BIM相關(guān)信息生成之后，可以借鑒和引用類似的項目，積累知識，避免重復(fù)工作。

3.2.3 三維空間渲染圖形

為了方便宣傳和展示3D模型的渲染動畫，可以借助虛擬現(xiàn)實的技術(shù)使觀察者擁有代入感，帶給其真實的臨場感及直觀的視覺方面的沖擊效果，結(jié)合投標工作演示和施工程方案的及時調(diào)整。生成的BIM相關(guān)模型可以進行二次開發(fā)，大幅度提升了3D模型渲染效果的精度操作效率，帶給業(yè)主更加直觀震撼的宣傳效果，在相關(guān)投標過程中能夠提高設(shè)計方案的中標概率。

3.3 BIM相關(guān)技術(shù)在建筑工程結(jié)構(gòu)規(guī)劃設(shè)計過程中的實際應(yīng)用

3.3.1 方案設(shè)計階段流程

具體過程為工程結(jié)構(gòu)規(guī)劃設(shè)計基礎(chǔ)條件/建筑工程方案3D模型→工程結(jié)構(gòu)方案規(guī)劃建模→建筑結(jié)構(gòu)計算→工程結(jié)構(gòu)校審→編輯模型→專業(yè)工程協(xié)調(diào)溝通→方案完成?？傮w方案完成后進入下一時段：初期規(guī)劃設(shè)計時段。使用BIM相關(guān)技術(shù)之后，可以完成主體結(jié)構(gòu)規(guī)劃設(shè)計，將主體結(jié)構(gòu)方案規(guī)劃設(shè)計的模式、表現(xiàn)方法由紙質(zhì)材料轉(zhuǎn)換為工程結(jié)構(gòu)的3D模型，并作為工程設(shè)計總體方案的部分應(yīng)用于建筑工程規(guī)劃設(shè)計工作的審批過程中。

圖4 BIM應(yīng)用深度分布狀況

3.3.2 初期規(guī)劃設(shè)計時段過程

具體過程為整理載荷的相關(guān)信息/生成初期的3D模型→工程結(jié)構(gòu)初期建模→主體結(jié)構(gòu)的計算→工程結(jié)構(gòu)的校審→組合相關(guān)模型→專業(yè)問題溝通→方案完成。在此前的時段的相關(guān)BIM技術(shù)生成的結(jié)構(gòu)模型上進行進一步工程結(jié)構(gòu)的建模操作，各部門能夠共同參與規(guī)劃設(shè)計過程。

3.3.3 施工作業(yè)圖規(guī)劃設(shè)計時段的過程

具體過程為工程地基條件、雨雪荷載、風(fēng)荷載、地震相關(guān)參數(shù)/施工作業(yè)圖模型→總體結(jié)構(gòu)作業(yè)圖紙建?！Y(jié)構(gòu)分析→專業(yè)校審→組合相關(guān)3D模型→專業(yè)問題溝通→BIM技術(shù)相關(guān)結(jié)構(gòu)模型/某些2D作業(yè)圖修改→BIM模型審核/2D圖校審→方案完成。BIM設(shè)計模型完成。

4 BIM技術(shù)在綠色建筑設(shè)計過程中的使用研究

4.1 提升綠色建筑原材料的材料利用率

相關(guān)工程技術(shù)人員應(yīng)該最大限度地選取可再生的綠色建筑原材料，該材料需要占建筑原材料使用總體數(shù)量的12%以上，且不會對自然環(huán)境造成污染，并保證廣大人民群眾的健康。與此同時，還能夠使用BIM技術(shù)對于可再生建筑原材料的各項技術(shù)參數(shù)進行統(tǒng)計，以確定建筑原材料的應(yīng)用能否滿足相關(guān)建筑行業(yè)的設(shè)計標準。

4.2 提升建筑物室內(nèi)環(huán)境品質(zhì)

4.2.1 模擬仿真建筑物室內(nèi)的通風(fēng)研究

相關(guān)工程技術(shù)人員應(yīng)用BIM技術(shù)模擬仿真及研究建筑物室內(nèi)的通風(fēng)區(qū)域、外形尺寸及框架結(jié)構(gòu)，了解建筑物室內(nèi)的通風(fēng)過程以及冷熱氣流的排布，使建筑室內(nèi)科學(xué)通風(fēng)，并且優(yōu)化室內(nèi)環(huán)境[5]。

4.2.2 模擬室外自然光線研究

相關(guān)工程技術(shù)人員應(yīng)用BIM技術(shù)研究該建筑物能否安裝天窗，并且按照綠色建筑規(guī)劃設(shè)計過程中的自然光照射合理參數(shù)，模擬建筑物室外及室內(nèi)的光照環(huán)境，完成建筑物室內(nèi)的自然光的規(guī)劃設(shè)計。為了提升自然光照的采光效果，相關(guān)工程技術(shù)人員需要調(diào)配建筑物排布及構(gòu)造的可見日光透光效率，并且相應(yīng)地調(diào)整建筑內(nèi)部布局。

4.2.3 模擬研究熱環(huán)境過程

相關(guān)工程技術(shù)人員根據(jù)建筑物規(guī)劃的要求，應(yīng)用BIM技術(shù)建立建筑工程的路況系統(tǒng)、給排水體系及綠植等參數(shù)模型，并能夠在BIM技術(shù)中根據(jù)實際的天氣狀況及周邊自然環(huán)境設(shè)計相關(guān)技術(shù)參數(shù)。還能夠進行綠化帶加固，進而盡量減少熱島效應(yīng)。

4.2.4 模擬研究建筑物室內(nèi)環(huán)境噪聲的過程

相關(guān)工程技術(shù)人員應(yīng)用BIM技術(shù)模擬研究建筑物施工現(xiàn)場的真實狀況，并且采用電腦軟件模擬相關(guān)作業(yè)環(huán)境，搭建所需要的三維立體化數(shù)字模型，使用最先進的建筑物室內(nèi)裝修原材料預(yù)估建筑物的聲學(xué)品質(zhì)。

4.3 完成數(shù)據(jù)信息的互聯(lián)互通及資源共享

現(xiàn)代建筑物綠色設(shè)計技術(shù)是1類跨學(xué)科的多種專業(yè)協(xié)作工作的過程，為了確保各個專業(yè)能夠有效地進行溝通及協(xié)作，建筑物主體結(jié)構(gòu)規(guī)劃設(shè)計中涉及的數(shù)據(jù)信息需要完成互聯(lián)互通及資源共享。由于常規(guī)設(shè)計過程中的數(shù)據(jù)信息共享體系有待完善，因此相關(guān)工程技術(shù)人員在規(guī)劃設(shè)計進程中不能使數(shù)據(jù)信息同步。

5 結(jié)語

綜上所述，BIM技術(shù)是1種可以顯著提升建筑物主體結(jié)構(gòu)規(guī)劃設(shè)計工作效率及施工作業(yè)品質(zhì)的專業(yè)技術(shù)，該技術(shù)具備模擬仿真特性、可視化分析、數(shù)據(jù)信息集成、實時傳輸性及協(xié)同工作等很多優(yōu)點，具體技術(shù)的實施能夠在建筑物主體結(jié)構(gòu)三維數(shù)字化模型設(shè)計過程中實施可視化、參數(shù)化、鋼筋排布、流程規(guī)劃、構(gòu)造功能及施工現(xiàn)場操作研究使用。