劉津津 唐博

中國建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司 北京 100032

1 BIM技術(shù)及意義

BIM（Building Information Modeling，即建筑信息模型）是建設(shè)領(lǐng)域中，可被應(yīng)用于項(xiàng)目全生命周期的一種高度信息化手段。BIM模型集成了所有構(gòu)件的幾何特征、屬性、功能要求、使用特點(diǎn)等各類信息，其強(qiáng)大的整合能力將項(xiàng)目建設(shè)方、設(shè)計(jì)方、施工方、監(jiān)理方、物業(yè)管理方以及材料器械供應(yīng)商等各參與單位集中在同一平臺(tái)，共享項(xiàng)目信息，推動(dòng)項(xiàng)目向效果可視化、成本控制精細(xì)化、建造品質(zhì)精致化、設(shè)備維護(hù)精準(zhǔn)化等方向發(fā)展。BIM已不只是單純的軟件應(yīng)用，更成為一種科學(xué)管理手段，是實(shí)現(xiàn)建設(shè)項(xiàng)目信息化、數(shù)字化、智能化的重要工具[1]。

伴隨新一輪科技革命的肇始，數(shù)字化、信息化浪潮正以不可阻擋之勢(shì)席卷全球并洗禮各行各業(yè)。媒體和信息通信技術(shù)等領(lǐng)域已實(shí)現(xiàn)高度信息化，而建筑行業(yè)在全球范圍內(nèi)，即使是發(fā)達(dá)國家，其產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)的信息化程度也普遍處于墊底水平。整個(gè)行業(yè)仍背負(fù)著數(shù)字化轉(zhuǎn)型升級(jí)的巨大壓力。

為更好地推動(dòng)建筑業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型升級(jí)，近年來中央及各地方政府聯(lián)合行業(yè)管理機(jī)構(gòu)一直高度重視建筑行業(yè)BIM技術(shù)發(fā)展，并相繼出臺(tái)了一系列鼓勵(lì)、支持信息技術(shù)服務(wù)行業(yè)發(fā)展的政策法規(guī)，從制度層面提供了保障行業(yè)蓬勃發(fā)展的良好環(huán)境。

2 BIM技術(shù)的應(yīng)用特點(diǎn)

可視化及可優(yōu)化：通過三維立體模型呈現(xiàn)準(zhǔn)確的幾何結(jié)構(gòu)，使設(shè)計(jì)人員能夠更快捷地掌握建筑整體形態(tài)、內(nèi)部空間形態(tài)、構(gòu)件間的相互關(guān)系等，同時(shí)還可以通過與渲染軟件的銜接，實(shí)時(shí)展示建筑效果，方便設(shè)計(jì)人員針對(duì)不同的設(shè)計(jì)需求對(duì)工程進(jìn)行持續(xù)優(yōu)化。

共享性與協(xié)調(diào)性：在設(shè)計(jì)階段，BIM技術(shù)通過展現(xiàn)建筑空間、結(jié)構(gòu)構(gòu)件、設(shè)備機(jī)器及管線布置等內(nèi)容實(shí)現(xiàn)各專業(yè)間的設(shè)計(jì)信息實(shí)時(shí)共享，既保證了各專業(yè)在空間布置上的協(xié)調(diào)統(tǒng)一，又提升了設(shè)計(jì)人員的協(xié)同意識(shí)。通過提高設(shè)計(jì)效率及設(shè)計(jì)準(zhǔn)確率，較大程度地克服了傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中存在的各專業(yè)間二維圖紙解讀偏差的弊端[2]。

在施工階段及運(yùn)維階段，BIM信息的共享性能夠保證各參與部門在同一信息基礎(chǔ)上協(xié)同工作，降低溝通障礙，提高協(xié)作效率，BIM的共享性與協(xié)調(diào)性貫穿項(xiàng)目的全生命周期。

關(guān)聯(lián)性與一致性：BIM信息模型中構(gòu)件內(nèi)部、構(gòu)件之間、各分模型之間的參數(shù)信息具有關(guān)聯(lián)性，筑基于于同一邏輯系統(tǒng)。當(dāng)項(xiàng)目某項(xiàng)信息發(fā)生變化時(shí)，相應(yīng)的模型及構(gòu)件參數(shù)會(huì)隨之變化，保證BIM系統(tǒng)內(nèi)部邏輯及信息的一致性。

可分析性與可模擬性：基于完整的BIM模型，通過與各類分析軟件的銜接，可以實(shí)現(xiàn)風(fēng)環(huán)境模擬、日照模擬、建設(shè)材料用量分析、造價(jià)核算等各類指標(biāo)性分析；亦可以通過施工進(jìn)度模擬、構(gòu)件建造模擬等優(yōu)化施工方案；還可以模擬自然災(zāi)害對(duì)建筑的影響，實(shí)現(xiàn)更加科學(xué)化的建筑設(shè)計(jì)。

3 BIM技術(shù)在建筑設(shè)計(jì)中的應(yīng)用案例-某商業(yè)綜合體項(xiàng)目

3.1 項(xiàng)目介紹

作為世界級(jí)的都市更新項(xiàng)目，本案立身為促進(jìn)社會(huì)進(jìn)步，改善社會(huì)福祉，激發(fā)創(chuàng)業(yè)和藝術(shù)發(fā)展的全新文化中心，比肩倫敦金絲雀碼頭，東京中城以及紐約哈德森碼頭。項(xiàng)目毗鄰某在京著名藝術(shù)區(qū)，西側(cè)是現(xiàn)有商業(yè)辦公酒店綜合體，東側(cè)為大型體育公園。項(xiàng)目總占地面積3.4萬㎡，總建筑面積約26萬㎡，落成后將為本區(qū)域釋放出更多辦公，酒店及零售空間。地下一至三層裙房部分承擔(dān)商業(yè)功能，四棟塔樓分別為三棟甲級(jí)辦公樓和一棟五星級(jí)酒店。裙房部分造型設(shè)計(jì)采用曲直結(jié)合，由層疊錯(cuò)落的室外景觀露臺(tái)及景觀樓梯串聯(lián)；建筑群整體造型靈動(dòng)、活力充沛，空間形態(tài)豐富，各建筑分體通過若干公共模塊銜接融合。在傳統(tǒng)設(shè)計(jì)框架內(nèi)，本案對(duì)建筑、結(jié)構(gòu)、機(jī)電等專業(yè)的分工作業(yè)與協(xié)調(diào)配合提出極大的挑戰(zhàn)，但BIM技術(shù)的應(yīng)用使得這些難題迎刃而解[3]。

3.2 項(xiàng)目中BIM技術(shù)的應(yīng)用

3.2.1 全專業(yè)協(xié)同設(shè)計(jì)。本案在BIM設(shè)計(jì)范式下，由建筑師團(tuán)隊(duì)率先搭建整體建筑模型（包括功能空間、外幕墻方案與局部特色結(jié)構(gòu)構(gòu)件），借助與BIM銜接的即時(shí)渲染軟件及VR技術(shù)向業(yè)主展示項(xiàng)目整體效果。局部方案調(diào)整與效果確認(rèn)后，結(jié)構(gòu)工程師開始搭建結(jié)構(gòu)體系，核算結(jié)構(gòu)構(gòu)件尺寸，與建筑團(tuán)隊(duì)協(xié)同優(yōu)化局部空間設(shè)計(jì)方案。機(jī)電工程師隨后介入，對(duì)機(jī)房、管線排布空間開展精細(xì)設(shè)計(jì)，校核已預(yù)留空間尺寸、面積、高度等是否滿足業(yè)主、建筑師的控制要求。若滿足則設(shè)計(jì)完成，否則四方（三專業(yè)匯同業(yè)主方）重復(fù)上述過程直至方案得到各方認(rèn)可。

3.2.2 復(fù)雜變更及時(shí)同步。項(xiàng)目造型及空間錯(cuò)落復(fù)雜，結(jié)構(gòu)體系形式多樣（裙房部分采用鋼結(jié)構(gòu)體系，塔樓和地下室采用混凝土框架體系），設(shè)備管線綜合布置難度高、工作量大。BIM模型能夠完成對(duì)三維空間（構(gòu)件）精確展示的天然優(yōu)勢(shì)使各專業(yè)間的配合變得直觀且高效，設(shè)計(jì)調(diào)整與方案變更能夠在各方工作端得到及時(shí)體現(xiàn)，初始方案在不斷的優(yōu)化迭代中完成蛻變。

圖1 某商業(yè)綜合體項(xiàng)目BIM設(shè)計(jì)最優(yōu)方案

3.2.3 全生命周期無間配合。本項(xiàng)目現(xiàn)已進(jìn)展至施工圖階段，從方案深化設(shè)計(jì)、初步設(shè)計(jì)到施工圖設(shè)計(jì)，BIM技術(shù)已貫穿至各配合方（建筑師、結(jié)構(gòu)工程師、機(jī)電工程師、幕墻深化單位、木結(jié)構(gòu)及連橋設(shè)計(jì)單位等）并實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)成果與業(yè)主要求的精準(zhǔn)契合。在滿足業(yè)主功能策劃及造型審美要求的基礎(chǔ)上最大限度地保證了項(xiàng)目整體設(shè)計(jì)的安全性、經(jīng)濟(jì)性和最優(yōu)性。每個(gè)環(huán)節(jié)的無間配合都為項(xiàng)目后期施工與運(yùn)維增添了一重保障，在避免錯(cuò)漏碰缺，減少浪費(fèi)的同時(shí)提升了項(xiàng)目的綠色、節(jié)能和可持續(xù)性[4]。

4 BIM技術(shù)在建筑行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)

4.1 BIM+X助力傳統(tǒng)建筑向數(shù)字建筑跨越式發(fā)展

Information（信息）是BIM技術(shù)的核心，更是建筑大數(shù)據(jù)時(shí)代的基石。作為建筑行業(yè)的源代碼，BIM與大數(shù)據(jù)結(jié)合的典型形式是建立包含海量案例信息的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，該系統(tǒng)可顯著提升信息體量和檢索速度，實(shí)現(xiàn)各屬性、各層次構(gòu)件的快速、精準(zhǔn)定位。拓展到相關(guān)領(lǐng)域，可有效降低知識(shí)獲取成本，弱化行業(yè)壁壘，筑牢創(chuàng)新基礎(chǔ)。

BIM+云計(jì)算一方面使得各建筑參與單位可以通過云端租用各種計(jì)算基礎(chǔ)工具，將自身從昂貴、煩瑣的IT基礎(chǔ)建設(shè)中解放出來。另一方面，基于大數(shù)據(jù)的云檢查可有效提升工程安全裕度。云端批注共享，支持廣域協(xié)同，也使審計(jì)更加便捷。

BIM技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)的碰撞，將使整個(gè)建筑產(chǎn)業(yè)鏈充分融合，使建筑業(yè)的發(fā)展和實(shí)施更加完善及有序。而BIM在和GIS整合后有望廣泛應(yīng)用于城市及景觀規(guī)劃、建筑設(shè)計(jì)、災(zāi)害管理、室內(nèi)導(dǎo)航等場(chǎng)景。

隨著新一代信息技術(shù)的加速發(fā)展，BIM+X的跨界融合必將為傳統(tǒng)建筑行業(yè)帶來深刻變革。結(jié)合先進(jìn)的精益建造理論方法，集成人員、流程、數(shù)據(jù)、技術(shù)和業(yè)務(wù)系統(tǒng)，推進(jìn)建筑全過程、全要素、全參與方實(shí)現(xiàn)數(shù)字化跨越式發(fā)展。

4.2 BIM與VR/AR技術(shù)深度融合

傳統(tǒng)的建筑設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)通常由建筑師的設(shè)計(jì)理念驅(qū)動(dòng)，形成初步建筑外觀與內(nèi)部構(gòu)造。再由結(jié)構(gòu)工程師校核結(jié)構(gòu)可靠性與安全性，最后由機(jī)電工程師配合校核及優(yōu)化。BIM+VR（Virtual Reality，即虛擬現(xiàn)實(shí)）技術(shù)的使用，不僅使得三方在設(shè)計(jì)階段就可以同步介入，協(xié)同完善設(shè)計(jì)，高效推進(jìn)項(xiàng)目進(jìn)程，VR的使用甚至允許客戶直接參與設(shè)計(jì)，有效降低反復(fù)修改設(shè)計(jì)方案帶來的時(shí)間與經(jīng)濟(jì)成本。VR技術(shù)與BIM結(jié)合應(yīng)用到建筑施工過程模擬，可以充分比較各種建筑材料和施工方法，進(jìn)而直觀評(píng)價(jià)工程預(yù)算和施工結(jié)果，實(shí)現(xiàn)最終的降本增效。

BIM+AR（Augmented Reality，即增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)）通過向現(xiàn)實(shí)世界投射項(xiàng)目信息，使得用戶可以在真實(shí)施工場(chǎng)地上預(yù)覽設(shè)計(jì)或施工效果，從源頭避免沖突和設(shè)計(jì)錯(cuò)誤。可廣泛應(yīng)用于項(xiàng)目決策、進(jìn)度查看和地下工程施工等各個(gè)環(huán)節(jié)[5]。

4.3 BIM+創(chuàng)新應(yīng)用場(chǎng)景

BIM在歷史建筑模型的構(gòu)建中，可以同時(shí)完成分析、保存建筑形態(tài)的任務(wù)。通過構(gòu)建等比例仿真模型，用直觀的視覺語言表現(xiàn)歷史建筑的演變，發(fā)覺歷史建筑的設(shè)計(jì)美感、文化美感和精神內(nèi)核。在古建筑修復(fù)、歷史建筑設(shè)計(jì)等諸多方面也能發(fā)揮重要作用。

BIM等先進(jìn)信息技術(shù)應(yīng)用到現(xiàn)場(chǎng)施工管理可更好地實(shí)現(xiàn)施工現(xiàn)場(chǎng)人、機(jī)、料、法、環(huán)的整合與控制，實(shí)現(xiàn)管理模式由粗放化的傳統(tǒng)工地向數(shù)字化、精細(xì)化、智能化的智慧工地轉(zhuǎn)變。

BIM模型是支撐智慧城市建設(shè)的必要數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。后者借助信息和通信技術(shù)，通過全面收集、分析、整合和處理城市生態(tài)系統(tǒng)中的各類信息，使城市中各系統(tǒng)的信息互聯(lián)互通，對(duì)城市運(yùn)營管理中的各類需求做出智能化響應(yīng)和決策支持，推動(dòng)民眾生活實(shí)現(xiàn)普惠便捷、城市治理高效精準(zhǔn)生存環(huán)境綠色宜居、基礎(chǔ)設(shè)施智能可靠[6]。

5 結(jié)束語

BIM在建筑設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的應(yīng)用突出體現(xiàn)了其可視化、可優(yōu)化、一致性等技術(shù)優(yōu)勢(shì)。為因應(yīng)全球產(chǎn)業(yè)信息化、數(shù)字化、智能化的發(fā)展趨勢(shì)，建立以BIM技術(shù)為核心的系統(tǒng)管理體系刻不容緩。BIM與新一代信息技術(shù)的跨界融合，輔以VR/AR等先進(jìn)視覺感知設(shè)備，將成為打造數(shù)字建筑、建設(shè)智慧城市的中流砥柱。