BIM技术在建筑设计管理模式中的应用初探

2018-03-12汪金喜

建筑设计管理 2018年2期

汪金喜

（甘肃第六建设集团股份有限公司，兰州730000）

0 引言

随着3D图形技术的不断发展，BIM（建筑信息模型）技术在建筑设计的应用也越来越多。在建筑施工行业中，BIM解决了工程建设施工顺序、施工流程、结构设计等方面的可视化问题，实现业务流程再造，推进项目决策的科学化与精细化。通过虚拟3D建模技术采集建筑信息，直观化、形象化展现建设过程中可能遇到的各类问题，最终促进建筑施工设计的优化，从而实现对施工设计方案的最佳选择。通过BIM技术应用，解决了施工各环节的有机协同与成本控制。

1 BIM技术的应用特点

1.1 实现建筑施工方案的可视化

可视化对于建筑施工非常重要，可视化设计过程的实现如图1所示。建模可解析为三方面内容：（1）环境模型；（2）建筑结构模型；（3）施工设施模型等。通过3D建模中上述各类模型的协同设计，利用RVT、NWC、CSV文件标准，实现4D模拟施工，最终导出可视化NWD文件，使整个建筑物工程整体外观、主体结构、细处构造等全面直观反映出来，这是以往简单的建筑物表面施工二维图无法实现的，如图1所示。

1.2 促进工程项目各方的协调性

BIM技术具有为建筑工程施工协调服务的功能，通过对各方各专业的交叉问题进行收集，并运用数字化分析生成协调数据，为建筑项目各方提供协调帮助。BIM的协调服务出现在建筑工程项目的全过程，工程项目各方可通过BIM的协调服务，可提前实现随时随地的问题沟通，从而避免施工问题的出现，保证建筑施工的顺利进行。

图1 基于BIM施工方案的可视化设计过程

1.3 实现建筑施工的模拟与优化

BIM技术对建筑作业以建模效仿，发现可能出现的作业问题并及时处理，以实现建筑施工设计改善的目标。其方针模拟过程具体见图2所示。经过创建3D模型，梳理作业流程，对作业环节仿真再现，达成作业过程的动态监察，最后剖析和评定施工计划，判定计划的实操性，且经过调整改善方案，明确最终的建设计划，如图2所示。

图2 基于BIM施工方案的模拟与优化过程

通过三维建模完成对建筑施工中各场景的模拟，完美实现了现实场景的预演，从而对未知的问题进行优化，例如建筑施工方案中的综合管线设计、管线的碰撞检查等，都能通过BIM技术的可视化展示进行诊断预测，并最终实现方案的改进优化，从而确保建筑施工的质量安全。

2 BIM技术在建筑设计管理中的应用分析——以钢筋结构设计为例

2.1 工程概况

工程位于某商业区，总建筑面积55.8万m2，地上建筑面积约49万m2，地下约10.8万m2，建筑高度610 m，地上68层，地下4层，基础埋深46.9 m。该项目是一组集高端写字楼、甲级商业及休闲娱乐等功能于一体的较高层建设项目，施工结构定为巨型框架与型钢砼核心筒结构体系，巨型框架由巨柱、转换桁架、巨型斜撑和重力柱构成，核心筒由钢板剪力墙、钢暗柱等构成，总用钢量约8万t。

2.2 钢结构三维模型构建

BIM技术在施工方案中的优化体现在其可以在狭小的空间里合理安排堆场规划，使施工设计人员和技术人员不必受限于过去的二维空间施工图纸设计，而是借助现有的BIM数学建模标准来进行三维式施工结构的参数化模型设计，从而借助模型的透明化效果来作为设计和施工的依据。过去的二维施工图无法有效快速地表达出施工项目各自之间的相互关系和各专业交叉作业的影响状态。因此，对BIM模型进行设计，可以在钢结构的构件大小、方位与土方、机电设备与自动化控制系统、帷幕等施工各流程的关联关系在BIM模型中直观地反映出来，从而对BIM模型进行相应的模拟计算，实现BIM技术在施工中的具体应用。

2.3 钢平台设计方案

鉴于现场施工空间十分狭窄，堆料场设置有所局限的实际，通过采取多次方案比较分析，利用BIM数学建模方式，形成了一种钢平台三维模型，对人员车辆来回路径、堆场划分与布置以及机械设备放置位置都有直观的演示。钢平台BIM模型如图3所示。经专业技术人员验证，证明了钢平台的设计标准和施工实际符合该工程的实际要求。钢平台现场实际情况如图4所示。

图3 钢平台BIM模型

图4 钢平台现场实际情况

2.4 钢结构深化设计

通过建立BIM工程模型使以往二维图纸在细处无法对缺陷有效发现的问题得到解决，因而不存在施工人员到现场发现实际缺陷后才加以解决的现象，节约了工时和经济成本。实际上，BIM技术不仅可以及时发现问题，还能够提供优化施工方案。通过将专业建立的BIM模型整合在一起，并执行碰撞测试程序，给出碰撞报告从而实现辅助设计优化。在这些工程中，借助BIM模型整合，钢结构深化设计讨论、修改和验证过程的周期有所减少，对钢结构支架的布置、安装空间及吊顶高度等方案进行调整与优化，缓解了交叉作业中产生的缺陷。

2.5 钢结构4D施工模拟

在以往的施工过程中，项目部主要通过横道图比较法来判断工程的实际运行状况与设计方案的差异。次种方式表面上看既简单又直观，但各个环节之间的逻辑关系不够清晰，也无法通过进度计划测算相应参数，最优路线和计划设计存在缺陷。而BIM模型充分解决了这些问题，将已设计完毕的3D模型上传至软件Navisworks中，对关键环节通过施工顺序模型给予展示，调整时只需要移位或参数校正的开关即可满足预设的施工效果，并以3D形式直观呈现，易于理解和信息通联，使钢结构无论在整体构架还是细处设计上都能够符合设计要求。

2.6 钢结构辅助施工

2.6.1 钢板墙施工顺序

工程的钢板墙施工包含4个区域，每个区域的钢板墙在吊装时相互影响其余钢板墙的安装位置，这就需要在安装之前设计好施工顺序。BIM模型按照现场的实际环境，以动态图形式直观展现钢板墙所有施工顺序，合理安排吊装工艺进度。

2.6.2 辅助交底

过去的现场施工和安全要求主要是由项目负责人对照图纸就相应内容进行口头讲解，保证沟通的有效性。利用BIM模型向施工工人进行技术交底，可以激发施工人员的兴趣，使施工人员能够以直观、主动的知识接收来理解交底人员的意图和事项，抑制差错发生。

2.7 BIM技术对施工过程中的质量控制应用

利用BIM技术创建的三维模，把作业现场的数据传输到BIM模型上，可以整体展示工程总体亦或部分的施工水平，进而大大提升施工质量管控成效。另外，以BIM为基础的质管，能够对工程各个建设时期的质量加以管控，且依托计算机技术，达成质管信息的精准传输与即时共享，满足项目各个参与方的质管信息了解诉求，为施工方连接起交流与控制的纽带，进而更便利地对施工质量加以管理。

3 “BIM＋”应用的发展趋势

BIM技术在我国建筑设计管理中的应用可以说越来越广，目前正在向多阶段、集成化、多角度、网络化、智能化、协同化、普及化等方面发展，呈现出基于“BIM+”背景下对云计算、大数据等先进信息技术集成应用的特点。具体而言，一是从设计阶段向施工阶段延伸。有40%以上的用户认为施工阶段是BIM技术应用最有价值阶段，59.7%的用户认为目前BIM应用正在从设计阶段逐渐过渡到施工阶段。二是从单业务向多业务集成延伸。集成应用模式解决了不同软件和硬件相互集成应用（如工程量计算软件形成的算量模型与钢筋翻样软件集成），对于具有复杂几何构件，可以明显增加生产效率。三是从单纯技术应用向与项目系统化管理集成应用过渡。BIM技术有效解决生产协同、数据协同问题，增强了管理模块相互之间的数据协同和共享效率，为项目管理提供一致的模型，支持各参建方沟通、决策、审批、项目跟踪、通信等。四是从单机应用向基于网络的多角度协同应用延伸。依托于云计算、大数据等技术达到真正协同，方便信息采集、高效分析，实现“云+端”的应用模式。五是从重点性工程项目应用向普通项目拓展。从BIM技术起初应用于规模较大的重点项目，到最近及未来的时间有更多的项目已经开始或即将开始积极推广BIM应用，为施工现场管理和协同带来革命，从而制订更好的施工方案。