摘要 建筑更新改造已逐步突顯并作為一門社會工程提出，BIM技術的可視化、一體化、參數(shù)化、仿真性、協(xié)調性、優(yōu)化性、可出圖性、信息完備性使其在既有建筑可持續(xù)性更新改造中表現(xiàn)出極大的優(yōu)勢。文章對BIM研究現(xiàn)狀和BIM技術在既有建筑更新改造技術的優(yōu)勢進行闡述，對BIM 技術在既有建筑項目改造中的具體應用和待解決的問題進行了詳細分析。

關鍵詞 BIM 技術;" 既有建筑;" 更新改造;" 應用

中圖分類號 TU746.3 文獻標志碼 A

0引言

當前我國處于城鎮(zhèn)化快速發(fā)展階段，實施城市更新，完善住房市場體系和住房保障體系，提升城鎮(zhèn)化發(fā)展質量勢在必行。城鎮(zhèn)建設模式逐步由“新建建筑”轉變?yōu)椤靶陆ńㄖc既有建筑更新改造”同步發(fā)展。既有建筑更新改造為綜合性改造，一方面需要對建筑功能的完善和更新以滿足日常使用的需求，另一方面需要在有限空間內完成對建筑安全的提升。建筑信息模型（Building Information Modeling）簡稱為BIM。BIM技術是在CAD等技術基礎上，以三維信息模型為載體，集成建筑全生命周期（規(guī)劃、設計、施工、運維等）的數(shù)據(jù)信息，并通過參數(shù)化、信息化的形式對建筑進行表達。BIM技術以可視性、協(xié)調性、模擬性等在既有建筑更新改造中表現(xiàn)出很大的優(yōu)勢，有利于智慧城市建設和實現(xiàn)建筑業(yè)轉型升級。

1BIM技術在國內外發(fā)展現(xiàn)狀

1.1國外發(fā)展現(xiàn)狀

BIM技術在國外研究及應用起步較早，根據(jù)國外發(fā)展過程將其分為以下3個階段：BIM概念創(chuàng)新階段、BIM應用實踐階段、BIM應用大力推廣階段。BIM概念最早萌芽于1974年，Charles Eastman提出“建筑描述系統(tǒng)（Building Description System）”，將BIM詮釋為基于計算機系統(tǒng)操作和儲存設計信息。1986年，Robert Aish在Charles Eastman提出的BIM概念基礎上進行了補充，并提出了“建筑模型（Building Modeling）”的概念。1992年，G.A. van Nederveen 和 F.P. Tolman初次明確提出了“建筑信息模型（Building Information Modeling）”的概念，描述為將同時滿足各參與方需求的建筑信息在同一個建筑模型中儲存。

2002年，Autodesk［1］發(fā)布了名叫《Building Information Modeling》的白皮書，強調BIM有3個優(yōu)勢：（1）創(chuàng)建并操作數(shù)字數(shù)據(jù)庫進行協(xié)作；（2）管理整個數(shù)據(jù)庫中的更改；（3）捕獲和儲存信息，便于在別的項目中多次重復使用，進而提高效率并控制成本。而后各大軟件廠商、學者加入該領域進行研究，探討B(tài)IM技術在實際項目的應用。美國、日本等發(fā)達國家逐步完善BIM技術，并逐漸在項目中運用實踐。

美國最先對BIM進行了普遍的應用推廣。美國于2003年發(fā)布了3D-4D-BIM的最新項目，2006年制訂了將來15年BIM技術應用的發(fā)展規(guī)劃，要求在大中型建筑、政府項目等項目應用BIM技術。丹麥推出數(shù)字化建筑規(guī)劃方案，規(guī)定必須使用基于BIM的數(shù)字改造。挪威制定了BIM指南，進行BIM應用示范，從2010年全面實行BIM技術應用［2］。新加坡要求企業(yè)必須以數(shù)字化遞交各專業(yè)的審批圖，激勵公司將BIM技術應用于建筑項目風險管理［3］。

1.2國內發(fā)展現(xiàn)狀

BIM技術在我國的研究和推廣較晚。根據(jù)國內外發(fā)展過程將其分為3個階段。BIM起步階段、BIM上升階段、BIM應用大力推廣階段。2001年，BIM技術在國內起步，住房和城鄉(xiāng)建設部印發(fā)《建設領域信息化工作基本要點》提到“十五”期間大力推進建設領域信息技術的研究開發(fā)與應用推廣［4］，這也是我國首次公開涉及 BIM 技術的概念。2010 年，中國建筑科學研究院等單位起草了GB/T 25507-2010《工業(yè)基礎類平臺規(guī)范》，意味著BIM 技術從概念向應用發(fā)展［5］。

2011年，住房和城鄉(xiāng)建設部印發(fā)《2011-2015 年建筑業(yè)信息化發(fā)展綱要》提出了在“十二五”期間加速推廣BIM技術在項目管理中的應用，制定相應的配套標準，改變傳統(tǒng)的生產(chǎn)和管理模式，提高企業(yè)的生產(chǎn)和管理效率，標志著BIM 技術在國內進入穩(wěn)步上升的階段。在基礎研究成果上主要體現(xiàn)在開發(fā)了面向建筑設計和施工的BIM建模系統(tǒng)；在應用和研究中，開發(fā)了“基于BIM的工程項目4D施工管理系統(tǒng)”。在工程實際應用方面，比較有特色的上海世博會的德國國家館、奧地利國家館和上汽通用企業(yè)館、蘇州星海生活廣場、中央音樂學院音樂廳以及銀川火車站項目［6］。

2016年，國家不斷地推動BIM應用推廣。2016 年，住房和城鄉(xiāng)建設部印布《2016-2020 年建筑業(yè)信息化發(fā)展綱要》，明確提出要加快BIM普及應用，實現(xiàn)技術升級，結合BIM等新技術應用，重點完善建筑工程勘察設計﹑施工﹑運維全生命期的信息化標準體系。住房和城鄉(xiāng)建設部在 2017 年版的《建筑業(yè)十項新技術》中明確指出，在建筑領域推廣BIM 技術，增強建筑領域的信息化程度。2018 年，GB/T 51235-2017《建筑信息模型施工應用標準》國家標準開始實施，對BIM技術在實際項目的應用得到標準支撐。

2BIM技術在既有建筑更新改造技術中的優(yōu)勢

既有建筑更新改造與新建建筑存在比較大的差異，既有建筑更新改造是以既有建筑為基礎，因此必須考慮既有建筑的現(xiàn)狀，包含其結構構件的實際強度、建筑損傷狀況、建筑實際空間位置等。傳統(tǒng)既有建筑更新改造技術在更新改造中前瞻性、直觀呈現(xiàn)既有建筑更新改造后的狀況、對施工進度進行有效控制不夠，不同專業(yè)之間重復檢測鑒定，設計位置沖突，協(xié)調比較困難，浪費資源，耽誤施工進度，也不利于更新改造后使用期間的維護和管理。利用 BIM技術的可視化特性，可以將既有建筑更新改造的方案直觀清晰的向專業(yè)或者非專業(yè)的客戶進行呈現(xiàn)，可以對復雜的節(jié)點進行可視化的技術交底，有效避免了復雜節(jié)點在施工過程中交底不清的問題。將各個專業(yè)的BIM模型組裝成一個整體BIM模型，通過碰撞檢測，可以直觀地對各專業(yè)沖突部分進行呈現(xiàn)，有利于各專業(yè)人員進行調整，有效避免了后期施工過程中各專業(yè)間空間的問題，節(jié)約工期和成本。BIM技術可以同步提有關建筑質量、進度以及成本的信息，消除現(xiàn)場施工過程干擾或施工工藝沖突，有效控制施工成本與進度［7］。BIM 技術可以準確高效地提取工程量。

3BIM技術在既有建筑更新改造各個階段中的應用

3.1規(guī)劃階段

既有建筑更新改造不僅僅考慮建筑結構的安全性和功能的完善，還應考慮更新改造中場地空間、整體協(xié)調等多方面的因素影響。王川等人基于BIM技術可視化對Z31進行商業(yè)改造，獲選2020倫敦設計獎“國際商業(yè)改造”銀獎，其改造效果與總府路核心商業(yè)區(qū)的整體風貌較好融合。Vereniging van Studiebureaus運用BIM技術在最低限度的改造幅度下對名為“紡織與城市肌理：阿爾斯特車站地區(qū)總體規(guī)劃”的項目進行規(guī)劃。通過現(xiàn)場檢測情況并結合3D掃描儀掃描形成既有建筑的點云圖像整合進入BIM模型［8］，利用BIM可視化的特性對既有建筑更新改造進行模擬，得到空間合適、與周圍環(huán)境協(xié)調匹配的方案，減少決策時間。

3.2檢測鑒定階段

既有建筑從建設到投入使用一定時間內，其結構、功能等均可以滿足人們日常需要。隨著時間流逝，建筑開始老化，城市不斷更新，人們的需求日益增長，既有建筑可能存在安全性差、功能不夠完善、資源消耗偏高、不再滿足日常生活和工作的需求，因此國家和人們都迫切對既有建筑進行更新改造。根據(jù)GB 55021-2021《既有建筑鑒定與加固通用規(guī)范》第1.0.3條規(guī)定，既有建筑的鑒定與加固，應遵循先檢測、鑒定，后加固設計、施工與驗收的原則。根據(jù)GB 50010-2020《混凝土結構設計規(guī)范》第 3. 7. 1 條規(guī)定，既有結構延長使用年限、改變用途、改建、擴建或需要進行加固、修復等，均應對其進行評定、驗算或重新設計［9］。根據(jù)GB 50367-2013《混凝土結構加固設計規(guī)范》第 1.0.3 條規(guī)定，混凝土結構加固前，應根據(jù)建筑物的種類，分別按現(xiàn)行國家標準GB 50144-2019《工業(yè)建筑可靠性鑒定標準》或GB 50292-2015《民用建筑可靠性鑒定標準》進行結構檢測或鑒定。當與抗震加固結合進行時，尚應按照現(xiàn)行國家標準GB 50023-209《建筑抗震鑒定標準》或GBJ 117-1988《工業(yè)構筑物抗震鑒定標準》進行抗震能力鑒定［10］。傳統(tǒng)檢測鑒定報告通常以建筑圖紙、現(xiàn)場照片及文字的形式呈現(xiàn)，信息表達抽象。通過原始圖紙和現(xiàn)場情況建立BIM 模型，可以通過三維的形式直觀地對構件、設備等相對空間位置、建筑周邊環(huán)境進行表達。既有建筑的檢測鑒定涉及結構、電氣等專業(yè)，以BIM 技術為中心，將各個專業(yè)檢測鑒定結果儲存在BIM數(shù)據(jù)庫中，各個專業(yè)檢測鑒定人員根據(jù)數(shù)據(jù)庫對檢測鑒定方案進一步優(yōu)化，可以得到更高可信度的結果。BIM 技術可以對建筑結構、建筑節(jié)能等進行分析，通過二次開發(fā)模塊實現(xiàn)建筑承載力自動評級，簡化鑒定過程，減少模型間傳遞的偏差。譚海亮等基于BIM技術對某教學樓完成了承載能力的自動計算及評定。張惠敏基于Revit 軟件的二次開發(fā)，將結構計算分析的功能集成到軟件中，實現(xiàn)了構件的抗震承載力驗算，參照GB50023-2009《建筑抗震鑒定標準》，對深圳市某辦公用途的5層鋼筋混凝土框架結構進行了抗震鑒定。張藝晶［11］基于BIM技術對某既有磚砌體住宅樓形成了一套適用于檢測鑒定工作的 BIM 模型建模方法，研發(fā)了 BIM 檢測鑒定數(shù)據(jù)處理體系。除此之外，BIM技術的應用也為建筑后期監(jiān)測、再次更新改造、運維等提供數(shù)據(jù)支撐。

3.3設計階段

BIM技術在設計中具有準確性、及時性、可視化、協(xié)調性、模擬性、優(yōu)化性和可出圖性等特點。既有建筑更新改造受現(xiàn)場條件影響較大，因此對既有建筑更新改造方式的選擇尤為重要，也對其提出了更高的要求。既有建筑更新改造的特殊性也意味著信息量大且復雜，各專業(yè)之間信息的傳遞效率決定了其進度和成本管理。傳統(tǒng)設計模式周期較長，需要按照建筑、結構、設備等順序進行設計。各專業(yè)通過BIM協(xié)同平臺進行三維協(xié)同設計，對BIM模型進行碰撞檢測得到各專業(yè)之間沖突的具體位置，如采用增大截面加固構件時與管線之間的沖突，根據(jù)碰撞結果，實時協(xié)調，調整空間布局，以達到最合理的綜合排布效果，可以有效提高各專業(yè)的設計準確度及效率，同時有效避免因無法施工造成的工期拖延、造價增加等問題。通過對BIM模型進行凈高分析，直觀、準確地表現(xiàn)出每個位置的凈高，找出具體凈高不足處，及時變更設計，有效避免后期使用中凈高不夠問題。BIM 模型中視圖具有聯(lián)動性，視圖會根據(jù)某一處更改進行自動演化，避免了傳統(tǒng)設計上重復修改視圖的麻煩，減少出錯概率。通過BIM技術采用3D動態(tài)進行采光日照分析、能耗分析，根據(jù)分析結果，進行相應的調整，實現(xiàn)建筑的綠色化改造。Sean N.Murray 等認為既有建筑改造需要發(fā)展，必須克服目前的“經(jīng)驗法則”的方法，提出了能源利用靜態(tài)建模與遺傳算法優(yōu)化技術相結合的方法，仿真優(yōu)化既有建筑改造方案。

3.4施工階段

利用BIM技術幫助現(xiàn)場技術人員對整個項目的結構、功能、布局等有直觀的認識，同時對施工全過程進行把控。在編制一些復雜工程施工方案的時候，技術人員可以通過BIM技術可視化的特性對技術要點、難點采用三維圖紙或視頻進行技術交底，避免因技術交底不清晰而影響施工質量和施工進度。

既有建筑更新改造涉及多個專業(yè)在施工方案指導下進行協(xié)助施工，以保證施工質量。以BIM模型為基礎，導入施工進度計劃進行4D施工模擬判斷其是否合理，并對不合理處進行調整，使得施工進度計劃更貼近于項目實際進度。在BIM 4D管理基礎上加上成本管理進行5D模擬，根據(jù)需要選擇任意期間，通過模擬分析，可以準確反映各個建設節(jié)點的進度、成本和原始計劃偏差，并根據(jù)建設進度、人工、材料、機械使用情況和相應成本反映當前建設情況，可以有效管理建設項目的時間表和人力資源，制定合理的建設時間表和資源分配計劃，縮短建設時間，節(jié)約成本。在BIM模型中，通過已設定的中心文件為基礎，各專業(yè)施工隊伍及時建立各自文件并基于本專業(yè)施工要求和發(fā)展進行BIM模型的建立，讓各個施工專業(yè)施工隊伍都能夠及時了解和掌握最新的施工動態(tài)，并以此為基礎積極配合和開展施工流程和工藝的優(yōu)化，進一步提升工程施工質量和效益。

基于 BIM 模型，可以自動統(tǒng)計各個專業(yè)工程量明細表，包括混凝土用量、鋼筋用量、主要設備數(shù)量等。當設計變更后，工程量明細表會自動進行更新，輔助項目相關人員對工程量進行快速統(tǒng)計，提高工作效率。

3.5運維階段

BIM數(shù)據(jù)庫集成了從規(guī)劃、設計、施工、運維的全生命周期內各種項目數(shù)據(jù)信息，為相互獨立的系統(tǒng)之間能夠資源共享和業(yè)務協(xié)同提供了有利條件。將BIM技術運用在建筑運維管理過程中，其直觀清晰地運維方式，有效彌補了傳統(tǒng)運維抽象的缺點。同時通過BIM技術中全生命周期的各種項目數(shù)據(jù)信息及三維視角，可以及時發(fā)現(xiàn)運維中的不足，及時調整運維方案，提高運維效率，降低運維成本。BIM技術對各專業(yè)重要設施準確的空間定位減少了設施監(jiān)測、調試和故障檢修時的工作量，提高了工作效率。BIM技術根據(jù)數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)信息進行場景模擬，如火災逃生模擬，可以判斷疏散線路和周圍危險環(huán)境之間潛在的關系，從而降低突發(fā)事件發(fā)生時導致的損失。

4結束語

我國既有建筑占有量很大，隨著時間流逝、城市的進一步更新，既有建筑更新改造需求會更大，成為建筑行業(yè)的機遇和挑戰(zhàn)。BIM技術在既有建筑更新改造中的應用不僅解決了對當前建筑的更新改造，還可以為建筑的再次更新改造提供數(shù)據(jù)信息支撐和更新改造后運營、維護等提供價值，其經(jīng)濟效益可持久顯現(xiàn)。BIM技術在既有建筑更新改造領域的不斷探索，其會更契合既有建筑更新改造的應用，提高既有建筑更新改造技術水平，提高生產(chǎn)效率，成為既有建筑更新改造新趨勢，為既有建筑更新改造保駕護航。

參考文獻

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