摘要 建筑更新改造已逐步突顯并作為一門社會(huì)工程提出，BIM技術(shù)的可視化、一體化、參數(shù)化、仿真性、協(xié)調(diào)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(shì)。文章對(duì)BIM研究現(xiàn)狀和BIM技術(shù)在既有建筑更新改造技術(shù)的優(yōu)勢(shì)進(jìn)行闡述，對(duì)BIM 技術(shù)在既有建筑項(xiàng)目改造中的具體應(yīng)用和待解決的問題進(jìn)行了詳細(xì)分析。

關(guān)鍵詞 BIM 技術(shù);" 既有建筑;" 更新改造;" 應(yīng)用

中圖分類號(hào) TU746.3 文獻(xiàn)標(biāo)志碼 A

0引言

當(dāng)前我國(guó)處于城鎮(zhèn)化快速發(fā)展階段，實(shí)施城市更新，完善住房市場(chǎng)體系和住房保障體系，提升城鎮(zhèn)化發(fā)展質(zhì)量勢(shì)在必行。城鎮(zhèn)建設(shè)模式逐步由“新建建筑”轉(zhuǎn)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(duì)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(nèi)完成對(duì)建筑安全的提升。建筑信息模型（Building Information Modeling）簡(jiǎn)稱為BIM。BIM技術(shù)是在CAD等技術(shù)基礎(chǔ)上，以三維信息模型為載體，集成建筑全生命周期（規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)維等）的數(shù)據(jù)信息，并通過參數(shù)化、信息化的形式對(duì)建筑進(jìn)行表達(dá)。BIM技術(shù)以可視性、協(xié)調(diào)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(shì)，有利于智慧城市建設(shè)和實(shí)現(xiàn)建筑業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)。

1BIM技術(shù)在國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀

1.1國(guó)外發(fā)展現(xiàn)狀

BIM技術(shù)在國(guó)外研究及應(yīng)用起步較早，根據(jù)國(guó)外發(fā)展過程將其分為以下3個(gè)階段：BIM概念創(chuàng)新階段、BIM應(yīng)用實(shí)踐階段、BIM應(yīng)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(jì)算機(jī)系統(tǒng)操作和儲(chǔ)存設(shè)計(jì)信息。1986年，Robert Aish在Charles Eastman提出的BIM概念基礎(chǔ)上進(jìn)行了補(bǔ)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(shí)滿足各參與方需求的建筑信息在同一個(gè)建筑模型中儲(chǔ)存。

2002年，Autodesk［1］發(fā)布了名叫《Building Information Modeling》的白皮書，強(qiáng)調(diào)BIM有3個(gè)優(yōu)勢(shì)：（1）創(chuàng)建并操作數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行協(xié)作；（2）管理整個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)中的更改；（3）捕獲和儲(chǔ)存信息，便于在別的項(xiàng)目中多次重復(fù)使用，進(jìn)而提高效率并控制成本。而后各大軟件廠商、學(xué)者加入該領(lǐng)域進(jìn)行研究，探討B(tài)IM技術(shù)在實(shí)際項(xiàng)目的應(yīng)用。美國(guó)、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家逐步完善BIM技術(shù)，并逐漸在項(xiàng)目中運(yùn)用實(shí)踐。

美國(guó)最先對(duì)BIM進(jìn)行了普遍的應(yīng)用推廣。美國(guó)于2003年發(fā)布了3D-4D-BIM的最新項(xiàng)目，2006年制訂了將來15年BIM技術(shù)應(yīng)用的發(fā)展規(guī)劃，要求在大中型建筑、政府項(xiàng)目等項(xiàng)目應(yīng)用BIM技術(shù)。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(jìn)行BIM應(yīng)用示范，從2010年全面實(shí)行BIM技術(shù)應(yīng)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(lì)公司將BIM技術(shù)應(yīng)用于建筑項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)管理［3］。

1.2國(guó)內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀

BIM技術(shù)在我國(guó)的研究和推廣較晚。根據(jù)國(guó)內(nèi)外發(fā)展過程將其分為3個(gè)階段。BIM起步階段、BIM上升階段、BIM應(yīng)用大力推廣階段。2001年，BIM技術(shù)在國(guó)內(nèi)起步，住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部印發(fā)《建設(shè)領(lǐng)域信息化工作基本要點(diǎn)》提到“十五”期間大力推進(jìn)建設(shè)領(lǐng)域信息技術(shù)的研究開發(fā)與應(yīng)用推廣［4］，這也是我國(guó)首次公開涉及 BIM 技術(shù)的概念。2010 年，中國(guó)建筑科學(xué)研究院等單位起草了GB/T 25507-2010《工業(yè)基礎(chǔ)類平臺(tái)規(guī)范》，意味著BIM 技術(shù)從概念向應(yīng)用發(fā)展［5］。

2011年，住房和城鄉(xiāng)建設(shè)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(shù)在項(xiàng)目管理中的應(yīng)用，制定相應(yīng)的配套標(biāo)準(zhǔn)，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(biāo)志著BIM 技術(shù)在國(guó)內(nèi)進(jìn)入穩(wěn)步上升的階段。在基礎(chǔ)研究成果上主要體現(xiàn)在開發(fā)了面向建筑設(shè)計(jì)和施工的BIM建模系統(tǒng)；在應(yīng)用和研究中，開發(fā)了“基于BIM的工程項(xiàng)目4D施工管理系統(tǒng)”。在工程實(shí)際應(yīng)用方面，比較有特色的上海世博會(huì)的德國(guó)國(guó)家館、奧地利國(guó)家館和上汽通用企業(yè)館、蘇州星海生活廣場(chǎng)、中央音樂學(xué)院音樂廳以及銀川火車站項(xiàng)目［6］。

2016年，國(guó)家不斷地推動(dòng)BIM應(yīng)用推廣。2016 年，住房和城鄉(xiāng)建設(shè)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(yīng)用，實(shí)現(xiàn)技術(shù)升級(jí)，結(jié)合BIM等新技術(shù)應(yīng)用，重點(diǎn)完善建筑工程勘察設(shè)計(jì)﹑施工﹑運(yùn)維全生命期的信息化標(biāo)準(zhǔn)體系。住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部在 2017 年版的《建筑業(yè)十項(xiàng)新技術(shù)》中明確指出，在建筑領(lǐng)域推廣BIM 技術(shù)，增強(qiáng)建筑領(lǐng)域的信息化程度。2018 年，GB/T 51235-2017《建筑信息模型施工應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)》國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)開始實(shí)施，對(duì)BIM技術(shù)在實(shí)際項(xiàng)目的應(yīng)用得到標(biāo)準(zhǔn)支撐。

2BIM技術(shù)在既有建筑更新改造技術(shù)中的優(yōu)勢(shì)

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(chǔ)，因此必須考慮既有建筑的現(xiàn)狀，包含其結(jié)構(gòu)構(gòu)件的實(shí)際強(qiáng)度、建筑損傷狀況、建筑實(shí)際空間位置等。傳統(tǒng)既有建筑更新改造技術(shù)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(duì)施工進(jìn)度進(jìn)行有效控制不夠，不同專業(yè)之間重復(fù)檢測(cè)鑒定，設(shè)計(jì)位置沖突，協(xié)調(diào)比較困難，浪費(fèi)資源，耽誤施工進(jìn)度，也不利于更新改造后使用期間的維護(hù)和管理。利用 BIM技術(shù)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?qū)I(yè)或者非專業(yè)的客戶進(jìn)行呈現(xiàn)，可以對(duì)復(fù)雜的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行可視化的技術(shù)交底，有效避免了復(fù)雜節(jié)點(diǎn)在施工過程中交底不清的問題。將各個(gè)專業(yè)的BIM模型組裝成一個(gè)整體BIM模型，通過碰撞檢測(cè)，可以直觀地對(duì)各專業(yè)沖突部分進(jìn)行呈現(xiàn)，有利于各專業(yè)人員進(jìn)行調(diào)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(shù)可以同步提有關(guān)建筑質(zhì)量、進(jìn)度以及成本的信息，消除現(xiàn)場(chǎng)施工過程干擾或施工工藝沖突，有效控制施工成本與進(jìn)度［7］。BIM 技術(shù)可以準(zhǔn)確高效地提取工程量。

3BIM技術(shù)在既有建筑更新改造各個(gè)階段中的應(yīng)用

3.1規(guī)劃階段

既有建筑更新改造不僅僅考慮建筑結(jié)構(gòu)的安全性和功能的完善，還應(yīng)考慮更新改造中場(chǎng)地空間、整體協(xié)調(diào)等多方面的因素影響。王川等人基于BIM技術(shù)可視化對(duì)Z31進(jìn)行商業(yè)改造，獲選2020倫敦設(shè)計(jì)獎(jiǎng)“國(guó)際商業(yè)改造”銀獎(jiǎng)，其改造效果與總府路核心商業(yè)區(qū)的整體風(fēng)貌較好融合。Vereniging van Studiebureaus運(yùn)用BIM技術(shù)在最低限度的改造幅度下對(duì)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(xiàng)目進(jìn)行規(guī)劃。通過現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)情況并結(jié)合3D掃描儀掃描形成既有建筑的點(diǎn)云圖像整合進(jìn)入BIM模型［8］，利用BIM可視化的特性對(duì)既有建筑更新改造進(jìn)行模擬，得到空間合適、與周圍環(huán)境協(xié)調(diào)匹配的方案，減少?zèng)Q策時(shí)間。

3.2檢測(cè)鑒定階段

既有建筑從建設(shè)到投入使用一定時(shí)間內(nèi)，其結(jié)構(gòu)、功能等均可以滿足人們?nèi)粘Ｐ枰?。隨著時(shí)間流逝，建筑開始老化，城市不斷更新，人們的需求日益增長(zhǎng)，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(guó)家和人們都迫切對(duì)既有建筑進(jìn)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(yīng)遵循先檢測(cè)、鑒定，后加固設(shè)計(jì)、施工與驗(yàn)收的原則。根據(jù)GB 50010-2020《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》第 3. 7. 1 條規(guī)定，既有結(jié)構(gòu)延長(zhǎng)使用年限、改變用途、改建、擴(kuò)建或需要進(jìn)行加固、修復(fù)等，均應(yīng)對(duì)其進(jìn)行評(píng)定、驗(yàn)算或重新設(shè)計(jì)［9］。根據(jù)GB 50367-2013《混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)規(guī)范》第 1.0.3 條規(guī)定，混凝土結(jié)構(gòu)加固前，應(yīng)根據(jù)建筑物的種類，分別按現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 50144-2019《工業(yè)建筑可靠性鑒定標(biāo)準(zhǔn)》或GB 50292-2015《民用建筑可靠性鑒定標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行結(jié)構(gòu)檢測(cè)或鑒定。當(dāng)與抗震加固結(jié)合進(jìn)行時(shí)，尚應(yīng)按照現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 50023-209《建筑抗震鑒定標(biāo)準(zhǔn)》或GBJ 117-1988《工業(yè)構(gòu)筑物抗震鑒定標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行抗震能力鑒定［10］。傳統(tǒng)檢測(cè)鑒定報(bào)告通常以建筑圖紙、現(xiàn)場(chǎng)照片及文字的形式呈現(xiàn)，信息表達(dá)抽象。通過原始圖紙和現(xiàn)場(chǎng)情況建立BIM 模型，可以通過三維的形式直觀地對(duì)構(gòu)件、設(shè)備等相對(duì)空間位置、建筑周邊環(huán)境進(jìn)行表達(dá)。既有建筑的檢測(cè)鑒定涉及結(jié)構(gòu)、電氣等專業(yè)，以BIM 技術(shù)為中心，將各個(gè)專業(yè)檢測(cè)鑒定結(jié)果儲(chǔ)存在BIM數(shù)據(jù)庫(kù)中，各個(gè)專業(yè)檢測(cè)鑒定人員根據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)檢測(cè)鑒定方案進(jìn)一步優(yōu)化，可以得到更高可信度的結(jié)果。BIM 技術(shù)可以對(duì)建筑結(jié)構(gòu)、建筑節(jié)能等進(jìn)行分析，通過二次開發(fā)模塊實(shí)現(xiàn)建筑承載力自動(dòng)評(píng)級(jí)，簡(jiǎn)化鑒定過程，減少模型間傳遞的偏差。譚海亮等基于BIM技術(shù)對(duì)某教學(xué)樓完成了承載能力的自動(dòng)計(jì)算及評(píng)定。張惠敏基于Revit 軟件的二次開發(fā)，將結(jié)構(gòu)計(jì)算分析的功能集成到軟件中，實(shí)現(xiàn)了構(gòu)件的抗震承載力驗(yàn)算，參照GB50023-2009《建筑抗震鑒定標(biāo)準(zhǔn)》，對(duì)深圳市某辦公用途的5層鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行了抗震鑒定。張藝晶［11］基于BIM技術(shù)對(duì)某既有磚砌體住宅樓形成了一套適用于檢測(cè)鑒定工作的 BIM 模型建模方法，研發(fā)了 BIM 檢測(cè)鑒定數(shù)據(jù)處理體系。除此之外，BIM技術(shù)的應(yīng)用也為建筑后期監(jiān)測(cè)、再次更新改造、運(yùn)維等提供數(shù)據(jù)支撐。

3.3設(shè)計(jì)階段

BIM技術(shù)在設(shè)計(jì)中具有準(zhǔn)確性、及時(shí)性、可視化、協(xié)調(diào)性、模擬性、優(yōu)化性和可出圖性等特點(diǎn)。既有建筑更新改造受現(xiàn)場(chǎng)條件影響較大，因此對(duì)既有建筑更新改造方式的選擇尤為重要，也對(duì)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(fù)雜，各專業(yè)之間信息的傳遞效率決定了其進(jìn)度和成本管理。傳統(tǒng)設(shè)計(jì)模式周期較長(zhǎng)，需要按照建筑、結(jié)構(gòu)、設(shè)備等順序進(jìn)行設(shè)計(jì)。各專業(yè)通過BIM協(xié)同平臺(tái)進(jìn)行三維協(xié)同設(shè)計(jì)，對(duì)BIM模型進(jìn)行碰撞檢測(cè)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(gòu)件時(shí)與管線之間的沖突，根據(jù)碰撞結(jié)果，實(shí)時(shí)協(xié)調(diào)，調(diào)整空間布局，以達(dá)到最合理的綜合排布效果，可以有效提高各專業(yè)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)確度及效率，同時(shí)有效避免因無法施工造成的工期拖延、造價(jià)增加等問題。通過對(duì)BIM模型進(jìn)行凈高分析，直觀、準(zhǔn)確地表現(xiàn)出每個(gè)位置的凈高，找出具體凈高不足處，及時(shí)變更設(shè)計(jì)，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(dòng)性，視圖會(huì)根據(jù)某一處更改進(jìn)行自動(dòng)演化，避免了傳統(tǒng)設(shè)計(jì)上重復(fù)修改視圖的麻煩，減少出錯(cuò)概率。通過BIM技術(shù)采用3D動(dòng)態(tài)進(jìn)行采光日照分析、能耗分析，根據(jù)分析結(jié)果，進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，實(shí)現(xiàn)建筑的綠色化改造。Sean N.Murray 等認(rèn)為既有建筑改造需要發(fā)展，必須克服目前的“經(jīng)驗(yàn)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(shù)相結(jié)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(shù)幫助現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員對(duì)整個(gè)項(xiàng)目的結(jié)構(gòu)、功能、布局等有直觀的認(rèn)識(shí)，同時(shí)對(duì)施工全過程進(jìn)行把控。在編制一些復(fù)雜工程施工方案的時(shí)候，技術(shù)人員可以通過BIM技術(shù)可視化的特性對(duì)技術(shù)要點(diǎn)、難點(diǎn)采用三維圖紙或視頻進(jìn)行技術(shù)交底，避免因技術(shù)交底不清晰而影響施工質(zhì)量和施工進(jìn)度。

既有建筑更新改造涉及多個(gè)專業(yè)在施工方案指導(dǎo)下進(jìn)行協(xié)助施工，以保證施工質(zhì)量。以BIM模型為基礎(chǔ)，導(dǎo)入施工進(jìn)度計(jì)劃進(jìn)行4D施工模擬判斷其是否合理，并對(duì)不合理處進(jìn)行調(diào)整，使得施工進(jìn)度計(jì)劃更貼近于項(xiàng)目實(shí)際進(jìn)度。在BIM 4D管理基礎(chǔ)上加上成本管理進(jìn)行5D模擬，根據(jù)需要選擇任意期間，通過模擬分析，可以準(zhǔn)確反映各個(gè)建設(shè)節(jié)點(diǎn)的進(jìn)度、成本和原始計(jì)劃偏差，并根據(jù)建設(shè)進(jìn)度、人工、材料、機(jī)械使用情況和相應(yīng)成本反映當(dāng)前建設(shè)情況，可以有效管理建設(shè)項(xiàng)目的時(shí)間表和人力資源，制定合理的建設(shè)時(shí)間表和資源分配計(jì)劃，縮短建設(shè)時(shí)間，節(jié)約成本。在BIM模型中，通過已設(shè)定的中心文件為基礎(chǔ)，各專業(yè)施工隊(duì)伍及時(shí)建立各自文件并基于本專業(yè)施工要求和發(fā)展進(jìn)行BIM模型的建立，讓各個(gè)施工專業(yè)施工隊(duì)伍都能夠及時(shí)了解和掌握最新的施工動(dòng)態(tài)，并以此為基礎(chǔ)積極配合和開展施工流程和工藝的優(yōu)化，進(jìn)一步提升工程施工質(zhì)量和效益。

基于 BIM 模型，可以自動(dòng)統(tǒng)計(jì)各個(gè)專業(yè)工程量明細(xì)表，包括混凝土用量、鋼筋用量、主要設(shè)備數(shù)量等。當(dāng)設(shè)計(jì)變更后，工程量明細(xì)表會(huì)自動(dòng)進(jìn)行更新，輔助項(xiàng)目相關(guān)人員對(duì)工程量進(jìn)行快速統(tǒng)計(jì)，提高工作效率。

3.5運(yùn)維階段

BIM數(shù)據(jù)庫(kù)集成了從規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)維的全生命周期內(nèi)各種項(xiàng)目數(shù)據(jù)信息，為相互獨(dú)立的系統(tǒng)之間能夠資源共享和業(yè)務(wù)協(xié)同提供了有利條件。將BIM技術(shù)運(yùn)用在建筑運(yùn)維管理過程中，其直觀清晰地運(yùn)維方式，有效彌補(bǔ)了傳統(tǒng)運(yùn)維抽象的缺點(diǎn)。同時(shí)通過BIM技術(shù)中全生命周期的各種項(xiàng)目數(shù)據(jù)信息及三維視角，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)運(yùn)維中的不足，及時(shí)調(diào)整運(yùn)維方案，提高運(yùn)維效率，降低運(yùn)維成本。BIM技術(shù)對(duì)各專業(yè)重要設(shè)施準(zhǔn)確的空間定位減少了設(shè)施監(jiān)測(cè)、調(diào)試和故障檢修時(shí)的工作量，提高了工作效率。BIM技術(shù)根據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行場(chǎng)景模擬，如火災(zāi)逃生模擬，可以判斷疏散線路和周圍危險(xiǎn)環(huán)境之間潛在的關(guān)系，從而降低突發(fā)事件發(fā)生時(shí)導(dǎo)致的損失。

4結(jié)束語

我國(guó)既有建筑占有量很大，隨著時(shí)間流逝、城市的進(jìn)一步更新，既有建筑更新改造需求會(huì)更大，成為建筑行業(yè)的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。BIM技術(shù)在既有建筑更新改造中的應(yīng)用不僅解決了對(duì)當(dāng)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(yùn)營(yíng)、維護(hù)等提供價(jià)值，其經(jīng)濟(jì)效益可持久顯現(xiàn)。BIM技術(shù)在既有建筑更新改造領(lǐng)域的不斷探索，其會(huì)更契合既有建筑更新改造的應(yīng)用，提高既有建筑更新改造技術(shù)水平，提高生產(chǎn)效率，成為既有建筑更新改造新趨勢(shì)，為既有建筑更新改造保駕護(hù)航。

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［10］混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范： GB 50010-2020［S］.

［11］張藝晶. Revit軟件基于項(xiàng)目的二次開發(fā)應(yīng)用研究［D］. 石家莊： 河北科技大學(xué)， 2015.