胡平淳

（中國建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司，北京 100044）

1 引言

建筑設(shè)計(jì)是項(xiàng)目建設(shè)的重要基礎(chǔ)，完善設(shè)計(jì)方案是優(yōu)化建筑建設(shè)質(zhì)量的有效措施。建筑信息模型（BIM）是信息化時(shí)代重要產(chǎn)物之一，將其用于建筑設(shè)計(jì)領(lǐng)域可使很多傳統(tǒng)設(shè)計(jì)問題迎刃而解，減少資源浪費(fèi)，節(jié)約成本，引領(lǐng)建筑行業(yè)步入新領(lǐng)域。

2 BIM 技術(shù)概述

BIM（Building Information Modeling）為一種建筑設(shè)計(jì)信息技術(shù)模型，BIM 技術(shù)能實(shí)現(xiàn)對建筑體內(nèi)所有結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)、特性以及工程量數(shù)據(jù)的信息化，同時(shí)將以上信息錄入計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，并建立三維立體可視化建筑模型，進(jìn)行相應(yīng)的分析、模擬、呈現(xiàn)。雖然BIM 在應(yīng)用中取得了較滿意的成績，但該項(xiàng)技術(shù)在國內(nèi)建筑行業(yè)起步較晚，和歐美等部分發(fā)達(dá)國家相比存在著一定差距[1]。

3 BIM 技術(shù)的功能分析

3.1 三維功能

在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，通過合理應(yīng)用BIM 技術(shù)，可以直觀、清晰、立體地呈現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)模型，設(shè)計(jì)人員通過觀察、分析建筑模型，可以對建筑實(shí)體結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)、設(shè)計(jì)難點(diǎn)、質(zhì)量控質(zhì)要點(diǎn)等進(jìn)行更全面的了解，并且可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)中存在的問題，盡早修正，提升建筑設(shè)計(jì)的合理性，優(yōu)化工程整體設(shè)計(jì)效果[2]。

3.2 采集和處理信息

在科學(xué)技術(shù)日新月異的背景下，BIM 技術(shù)的完善與創(chuàng)新發(fā)展過程也有更強(qiáng)大的動力支撐。BIM 技術(shù)能合理應(yīng)用現(xiàn)代化手段處理建筑相關(guān)信息，并構(gòu)建與其相配套的模型數(shù)據(jù)庫，方便設(shè)計(jì)者從數(shù)據(jù)庫內(nèi)檢索所需信息資料，明顯提升了建筑設(shè)計(jì)信息采集與處理效率。另外，建筑行業(yè)正在逐漸朝著現(xiàn)代化、智能化的方向發(fā)展，將BIM 技術(shù)合理用于建筑設(shè)計(jì)內(nèi)，有益于提高建筑行業(yè)的信息化水平。

3.3 修正建筑設(shè)計(jì)圖紙

采用BIM 技術(shù)進(jìn)行輔助設(shè)計(jì)時(shí)，可以快速在三維模型中定位設(shè)計(jì)方案不合理的結(jié)構(gòu)的具體位置，便于設(shè)計(jì)者及時(shí)更正、改進(jìn)、優(yōu)化。和傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法相比較，不僅減少了設(shè)計(jì)耗時(shí)，還提升了設(shè)計(jì)工作質(zhì)量，以及建筑設(shè)計(jì)圖的完善度[3]。

3.4 模擬設(shè)計(jì)和施工方案

BIM 技術(shù)相比于傳統(tǒng)建筑設(shè)計(jì)不僅實(shí)現(xiàn)了建筑的參數(shù)化設(shè)計(jì)，還有效地對計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)進(jìn)行了應(yīng)用。

設(shè)計(jì)階段，設(shè)計(jì)人員在建筑物設(shè)計(jì)完成后，可以利用BIM技術(shù)對設(shè)計(jì)方案進(jìn)行模擬，將仿真結(jié)果反饋給設(shè)計(jì)人員，使不同專業(yè)的設(shè)計(jì)者可以直觀交流，在滿足國家規(guī)范的前提下，深入開展優(yōu)化設(shè)計(jì)并將成果“植入”施工圖階段，以此通過BIM技術(shù)對建筑物各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行檢驗(yàn)，以確保建筑在使用期內(nèi)不發(fā)生結(jié)構(gòu)安全問題，同時(shí)在建設(shè)中體現(xiàn)其經(jīng)濟(jì)性[4]。并在施工中運(yùn)用BIM 建筑信息模型庫技術(shù)模擬施工和施工過程控制、成本控制。該模型可將工藝參數(shù)與影響施工的屬性聯(lián)系起來，反映施工模型與設(shè)計(jì)模型間的交互作用。通過BIM 技術(shù)，實(shí)現(xiàn)3D+2D（時(shí)間+費(fèi)用）條件下的施工模型，保持了模型的一致性和可持續(xù)性，實(shí)現(xiàn)虛擬施工各階段的有效集成[5]。

4 BIM 技術(shù)的實(shí)踐應(yīng)用

4.1 BIM 技術(shù)在前期設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

首先，工程設(shè)計(jì)人員可以結(jié)合BIM 技術(shù)的功能特征前往建筑施工現(xiàn)場開展實(shí)地勘察工作，結(jié)合本地氣候條件，選擇最適宜的設(shè)計(jì)方案；其次，應(yīng)用BIM 技術(shù)內(nèi)的Weather Tool 軟件，可以精準(zhǔn)地收集、統(tǒng)計(jì)本地氣候信息，并將其轉(zhuǎn)化為可視化影像，在建筑模型中進(jìn)行模擬分析，充分了解地理、氣候環(huán)境對建筑設(shè)計(jì)的影響，進(jìn)而協(xié)助設(shè)計(jì)人員認(rèn)定建筑的最佳方位和朝向。

4.2 BIM 技術(shù)在方案設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

4.2.1 建筑室外空間優(yōu)化

通過BIM 技術(shù)可以對建筑施工區(qū)域進(jìn)行空間分析，如場地的坡度、坡向等，為方案設(shè)計(jì)過程提供數(shù)據(jù)參考。

4.2.2 建筑內(nèi)部空間可視化分析

可視化是BIM 技術(shù)最基本的功能，主要是根據(jù)項(xiàng)目的平面設(shè)計(jì)圖建立建筑3D 模型，將原本在平面設(shè)計(jì)中不能展示的結(jié)構(gòu)尺寸和空間效果展示出來，便于優(yōu)化內(nèi)部空間造型與流線。同時(shí)，檢查所有建筑空間以及相關(guān)設(shè)備和設(shè)施，更直觀快速地看到建筑物實(shí)際完成后所產(chǎn)生的問題，了解未來工程全貌及預(yù)計(jì)施工過程。例如，通過BIM 技術(shù)的3D 模型立體呈現(xiàn)建筑室內(nèi)空間設(shè)計(jì)，進(jìn)行室內(nèi)視野分析、空間分區(qū)分析等，并利用BIM 技術(shù)進(jìn)行可視化調(diào)整，得出最佳的空間規(guī)劃模型；利用BIM 技術(shù)確定樓層凈高，影響樓層凈高的因素包括：層高、梁板高度、樓板面層做法、機(jī)電管線綜合高度、吊頂高度?？臻g凈高分析是對建筑結(jié)構(gòu)、水、暖、電各專業(yè)的綜合設(shè)計(jì)過程，利用BIM 技術(shù)，可以促進(jìn)凈高確定過程涉及的各專業(yè)進(jìn)行協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)，并進(jìn)行管線碰撞檢查，優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，確定最佳凈高[6]。

4.2.3 BIM 技術(shù)在綠色建筑設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

1）節(jié)地與室外環(huán)境

合理利用BIM 技術(shù)，一方面可對建筑場地周圍環(huán)境及建筑物空間進(jìn)行模擬分析，得出合理的場地規(guī)劃、交通物流組織、建筑物及大型設(shè)備布局等方案；另一方面，模擬建筑建成后，日照、通風(fēng)、噪聲等因素對建筑的影響，從而完善建筑設(shè)計(jì)方案，充分利用自然資源，減少建筑能耗，提高建筑的舒適度。

2）節(jié)能與能源利用

將專業(yè)建筑性能分析軟件導(dǎo)入BIM 模型進(jìn)行能耗、熱工分析，并根據(jù)分析結(jié)果調(diào)整設(shè)計(jì)參數(shù)，達(dá)到節(jié)約能源的效果。此外，可以通過BIM 模型優(yōu)化設(shè)計(jì)建筑的形體、朝向、樓距、墻窗比等，提高對自然能源的利用率，減小能耗。

3）節(jié)水與水資源利用

利用BIM 技術(shù)，可以在BIM 動態(tài)數(shù)據(jù)庫中清晰地了解建筑物的日用水量，及時(shí)找出用水過多的原因；利用BIM 模型統(tǒng)計(jì)雨水采集數(shù)據(jù)，根據(jù)此數(shù)據(jù)庫確定不同地貌和材質(zhì)對徑流系數(shù)的影響，充分利用非傳統(tǒng)水源。

4）節(jié)材與材料資源利用

首先，在BIM 模型中輸入材料信息，對材料從制作或出庫到使用情況的全過程進(jìn)行動態(tài)跟蹤，從而了解材料的去向，避免浪費(fèi)；其次，還可以利用BIM 強(qiáng)大的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)及分析功能，預(yù)估材料的用量，優(yōu)化材料的分配；再次，借助BIM 模型分析并控制材料的性能，使其在成本范圍內(nèi)更接近綠色目標(biāo)；最后，通過BIM 進(jìn)行沖突和碰撞檢測，避免因遇到?jīng)_突而返工造成的材料浪費(fèi)。

5）室內(nèi)環(huán)境質(zhì)量

在BIM 模型中，通過改變門窗的位置、大小、方向等，可以檢測室內(nèi)的空氣流通狀況，并判斷是否對空氣質(zhì)量產(chǎn)生影響；通過噪聲和采光分析，判斷室內(nèi)隔音效果和光線是否達(dá)到要求；通過調(diào)整樓間距或者朝向，改善室內(nèi)視野。

4.3 管線綜合與碰撞檢查

排水系統(tǒng)是影響住宅建筑排水效率、順暢度的直接因素，可將BIM 技術(shù)應(yīng)用到該系統(tǒng)中，確保其自身作用、功能發(fā)揮到最大化。首先，在構(gòu)建建筑給排水管線系統(tǒng)BIM 模型前，需逐一把管道、管件等構(gòu)件加載至軟件內(nèi)，便捷相應(yīng)參數(shù)，通過以上過程減少后續(xù)建設(shè)活動中管路的調(diào)整次數(shù)，提升工作效率。針對給排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)階段所需的各類管件、附件等均可由構(gòu)件族庫內(nèi)載入，結(jié)合功能要求有針對性地調(diào)整部分管道屬性，確定管道的具體類型名稱、材質(zhì)、連接方式、型號等信息。其次，在設(shè)計(jì)好排水管道得出基本屬性信息后，在專業(yè)軟件協(xié)助下建出給排水管線系統(tǒng)的BIM 模型。為了使管線系統(tǒng)布置的精準(zhǔn)性得到最大保障，可將CAD 二維圖紙和項(xiàng)目相鏈接，作為外部參照，結(jié)合圖紙內(nèi)容更精準(zhǔn)地確定管道空間位置。CAD 圖紙作為外部參照鏈接或整合至BIM 建模過程中，能夠協(xié)助設(shè)計(jì)人員在軟件設(shè)計(jì)界面下直接閱覽CAD 圖紙，減少設(shè)計(jì)錯(cuò)差。

然后，布置模型管線系統(tǒng)。平面視圖內(nèi)完成管道繪制和布置任務(wù)，軟件“常用”選項(xiàng)卡內(nèi)的“管道”命令可以用來繪制管道。先選出需繪制的管道類型，繪制前，結(jié)合設(shè)計(jì)要求準(zhǔn)確選出所需管徑，確保其能滿足建筑給水、排水系統(tǒng)要求，后輸入管段標(biāo)高，即管道的偏移量，精準(zhǔn)連接不同管線，在部分位置布置彎頭、地漏、閥門等附件。

應(yīng)用Revit Architecture 和Revit MEP 2013 軟件，基于專業(yè)協(xié)同設(shè)計(jì)落實(shí)建筑主體及給排水系統(tǒng)的BIM 模型后，需對給排水管線進(jìn)行管線綜合，探尋存有碰撞問題的管線與設(shè)備，做出相應(yīng)調(diào)整。在落實(shí)全部管線繪制與設(shè)備安置工作后，在三維視圖內(nèi)初步檢查與調(diào)整管線，采用的調(diào)整方法有移動位置、調(diào)整標(biāo)高等。如果一開始就啟用“碰撞檢查”功能，會檢查出更多碰撞點(diǎn)，一方面不便于查找與修整，另一方面也會減緩計(jì)算機(jī)檢查程序的速度。

在探查到建筑圖紙內(nèi)存在管線交叉、碰撞問題后，需采用適宜的方法調(diào)整交叉管線的空間位置，以上操作遵循小管避讓大管、給水管避讓排水管等原則，設(shè)計(jì)人員要做到靈活運(yùn)用。通常碰撞檢查會伴隨模型的幾輪修改，碰撞檢查的一般流程如圖1 所示[6]。

圖1 碰撞檢查的一般流程

很多工程項(xiàng)目的給排水系統(tǒng)由給水、排水和消防等諸多子系統(tǒng)構(gòu)成，各子系統(tǒng)管線均完整布置在模型內(nèi)，類型繁多的管線系統(tǒng)布設(shè)在有限空間中，管道和建筑主體的局部發(fā)生交叉碰撞在所難免。且給排水系統(tǒng)的很多子系統(tǒng)管線間會涉及高度和水平位置形成的偏差，造成局部位置關(guān)系矛盾化，故而做好給排水系統(tǒng)內(nèi)部管道碰撞檢查工作有很大的意義。建筑主體施工和給排水專業(yè)加強(qiáng)協(xié)同設(shè)計(jì)，建設(shè)集建筑、結(jié)構(gòu)梁柱與給排水管線信息的綜合BIM 模型，并規(guī)范開展相應(yīng)碰撞檢查工作。

用Navisworks 軟件輔助碰撞檢查，可自動生成碰撞報(bào)告，報(bào)告中清晰呈現(xiàn)碰撞點(diǎn)方位與數(shù)目，并給出碰撞點(diǎn)ID號碼，參照號碼可精準(zhǔn)定位，隨后返回Autodesk 2013 軟件找到相應(yīng)碰撞點(diǎn)，于Revit MEP 軟件內(nèi)修改出現(xiàn)交叉碰撞問題的管道。

4.4 施工優(yōu)化與管理

4.4.1 性能模擬

性能模擬為建筑施工活動中的重要部分，涵蓋諸多內(nèi)容：（1）落實(shí)建筑室外場地風(fēng)環(huán)境模擬，結(jié)合設(shè)定要求，采用多種仿真數(shù)據(jù)獲得建筑所在地的氣流方向、氣流密度及風(fēng)速等信息，以此為據(jù)測出建筑體的間距、朝向；（2）可以采用Cadna/A軟件等模擬分析噪聲，結(jié)合相關(guān)數(shù)據(jù)，有針對性地管控施工噪聲，將其對周邊居民的影響與干擾降到最低；（3）綜合模擬建筑能耗，基于傳熱原理對建筑物開展仿真測驗(yàn)活動，設(shè)計(jì)人員可把既往年間的能耗信息作為測評建筑實(shí)際能耗的主要依據(jù)，使用BIM 技術(shù)后，借用ES 軟件模擬建立密封式模型，依次導(dǎo)入相關(guān)機(jī)電系統(tǒng)、建筑結(jié)構(gòu)與濕度信息，比較不同模擬分析，設(shè)計(jì)適合建筑結(jié)構(gòu)的最佳方案[7]。

4.4.2 BIM 技術(shù)在成本管理方面的運(yùn)用

BIM 技術(shù)可真正意義上實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目成本的精細(xì)化管理和動態(tài)管理，通過算量軟件運(yùn)用BIM 技術(shù)建立施工階段的5D模型，能實(shí)現(xiàn)成本的精細(xì)分析，準(zhǔn)確計(jì)算每個(gè)工序、工區(qū)、時(shí)間節(jié)點(diǎn)段的工程量。按照企業(yè)定額分析，及時(shí)算出每階段各個(gè)構(gòu)件的中標(biāo)單價(jià)和施工成本的對應(yīng)關(guān)系，實(shí)現(xiàn)了項(xiàng)目成本的精細(xì)化管理。同時(shí)，根據(jù)施工進(jìn)度進(jìn)行及時(shí)統(tǒng)計(jì)分析，實(shí)現(xiàn)了成本的動態(tài)管理。避免以前施工企業(yè)在項(xiàng)目完成后，無法知道項(xiàng)目盈利和虧損的原因和部位。設(shè)計(jì)變更出來后，對模型進(jìn)行調(diào)整，及時(shí)分析出設(shè)計(jì)變更前后造價(jià)變化額，實(shí)現(xiàn)成本動態(tài)管理。

4.5 BIM 技術(shù)在建筑工程中的其他應(yīng)用

4.5.1 觀演建筑的視線分析

視線設(shè)計(jì)以通視、明視、真實(shí)、舒適為基本原則，滿足觀演建筑的觀賞要求。通過對舞臺視點(diǎn)、視距、觀眾廳座席升起、樓座俯視角等動態(tài)的調(diào)整模擬，達(dá)到最優(yōu)的觀賞舒適度，避免出現(xiàn)視線遮擋和明顯的透視變形。

4.5.2 停車系統(tǒng)的模擬與優(yōu)化

1）車位凈高模擬分析

不同車型凈高不同，如微型、小型客車凈高要求2.2 m，中大型車一般在3 m 以上，包括不同車型通行流線上也有不同凈高要求。如果凈高不足或是未經(jīng)優(yōu)化的高凈高流線都會對車庫的經(jīng)濟(jì)性及安全性造成影響，因此，對不同車型的停車位置及車行通道排布進(jìn)行模擬優(yōu)化是BIM 設(shè)計(jì)的優(yōu)勢所在。

2）車流模擬優(yōu)化

合理的汽車流線布置直接影響車庫是否可高效利用并獲得高的經(jīng)濟(jì)效益。在車庫流線設(shè)計(jì)可通過車流線實(shí)時(shí)動態(tài)模擬，觀察其合理性，及時(shí)發(fā)現(xiàn)碰撞與低效率的地方并改正。

5 結(jié)語

對于我國建筑行業(yè)，BIM 技術(shù)是一種全新的技術(shù)手段，盡管其在實(shí)踐中處于發(fā)展階段，但該技術(shù)在建筑行業(yè)已占據(jù)很高地位，在完善建筑設(shè)計(jì)工作質(zhì)量的價(jià)值已被認(rèn)可，可見其有廣闊的發(fā)展前景，未來建筑行業(yè)應(yīng)積極將BIM 技術(shù)與其他技術(shù)相結(jié)合，創(chuàng)新發(fā)展，創(chuàng)造出更多工程效益。