浅析BIM技术在保障房设计中的应用——以浦江镇鲁汇基地项目为例

■丁俊杰 Ding Jun jie

“十三五”时期，中央提出全面提高建筑业信息化水平，着力增强BIM技术、大数据、智能化等信息技术集成应用能力，建筑业数字化、网络化、智能化取得突破性进展，初步建成一体化行业监管和服务平台，数据资源利用水平和信息服务能力明显提升。其中，BIM技术作为第一列位技术,其应用与发展是直接关系到建筑行业转型升级的一个关键环节，这是上海在城市高速发展转变为高质量发展中所面临的又一个重要课题。

1 BIM技术概况与定义

基本概念：BIM技术是以建筑工程项目的各项相关信息数据作为模型基础，进行建筑模型的建立，通过数字信息仿真模拟建筑物所具有的真实信息，并利用数字模型对项目进行设计、建造及运营管理的过程。BIM技术不是软件，是一个理念，是一个可以提升工程建设行业从策划、设计、施工、运营全产业链各个环节质量和效率的系统工程。

BIM技术的含义包括：①Building Information Model以三维数字技术为基础，集成了建筑工程项目各阶段相关信息的工程数据模型；②Building Information Modeling在项目的不同阶段，不同利益相关方通过在BIM技术中插入、提取、更新和修改信息，以支持和反映其各自职责的协同作业；③Building Information Management 类似GIS的三维可视化信息管理平台，比如运维管理、智能建筑、智慧城市。

1.1 BIM技术特点与优势

BIM技术的五大特点（表1）：

（1）可视化（Visualization）：“所见即所得”，模型三维的立体实物图形可视，项目设计、建造、运营等整个建设过程可视，方便进行更好的沟通、讨论与决策。

（2）协调（Coordination）：应用BIM技术协调流程进行综合协调，减少不合理变更方案或问题变更方案。

（3）模拟(Simulation)：3D画面的模拟、能耗、安全、舒适、紧急疏散、日照、热能传导、风环境等模拟。4D(发展时间上)的模拟。5D(造价控制上)的模拟，对地震人员逃生及消防人员疏散等日常紧急情况的处理方式的模拟。

表1 BIM技术设计与传统二维设计优势对比表

（4）优化（Optimization)：与BIM技术配套的各种优化工具能对项目进行可能的优化处理。利用模型提供的各种信息来优化，如几何、物理、规则、建筑物变化以后的各种信息。给复杂程度高的建筑优化。

（5）出图（Documentation）：建筑设计图+经过碰撞检查和设计修改=综合设计施工图。如综合管线图、综合结构留洞图、碰撞检查侦错报告和建议改进方案等实用的施工图纸[1]。

1.2 BIM技术发展必要性与设计方法

1.2.1 BIM技术发展的必要性

（1）政府政策在BIM技术发展的推动上起着积极作用。以上海为例，在上海2014年发布的《关于在本市推进BIM技术应用的指导意见》中，明确了上海市政府未来三年BIM技术的应用目标和重要任务。2015年，印发《上海市推进建筑信息模型技术应用三年行动计划（2015-2017）》的通知，要求成立BIM技术协调推进组织，从管理角度贯彻落实BIM技术推广工作的落实。2016年，上海又出台了《2016上海市建筑信息模型技术应用与发展报告》《关于进一步加强上海市建筑信息模型技术推广应用的通知》，按项目的规模、投资性质和区域分类，分阶段全面推广应用BIM技术，并出台了奖励政策。这些政策大大提升了BIM技术行业发展速度。

（2）随着数据时代信息革命的来临，如今各行各业都已经步入了信息化领域。而在建筑设计行业，能体现这一标志性举动的就是BIM技术的应用和发展，使得原有的建筑图纸数据三维化、信息化、智能管理化，能更有效地进行后期分析、管理、运维，及时发现问题，尽早处理。在当今最求效率、人力成本偏高的状况下，大大提升了数据的精确性与整合性。

1.2.2 BIM技术设计方法

在BIM技术中，建筑项目全专业参数化模型构建是各项功能应用的基础，以Revit为代表的综合性BIM技术模型软件经过十几年的发展已成熟，而由BIM技术模型衍生的建筑项目深入到BIM技术设计的各阶段。目前，采用ECVS方法可实现BIM技术设计的过程：①元素Element BIM技术构件，按施工图设置平立剖面图表达并添加属性参数，以设计施工图信息表达需求为基本要求，以施工深化成本计量需求为信息表达的附加要求，结合BIM技术软件平台，制定出构件的信息标准化要求。按照构件类别，分别定义了构件所需的参数信息，并充分定义了设计常用的参数化信息范围，为BIM技术的参数化信息化设计提供了充分条件。②建模Construct，建立有逻辑、有组织、分专业的BIM技术模型。按设计逻辑构成组织设计模型的数据信息架构，使得设计模型能参数化、关联化、有理化。③视图view按照出图，利用模型生成各专业平立剖视图，设置视图式样，并添加标记注释，使线型表达可以满足施工图表达要求。④图纸sheet设置图框并关联项目参数，直接使用BIM技术模型输出施工图。

2 工程实例分析

2.1 项目概况

浦江镇鲁汇基地动迁安置房项目（之后简称2A），位于闵行区浦江镇鲁汇基地控规中第15-13、16-03、17-09号地块，东临河流新浦泾、北接已建小区新汇绿苑与跃进河、南接城市次干道闸航路。项目总用地面积为116 685.10m2，总建筑面积约为299 284.1m2，以14～18层高层住宅为主，31幢，共有4种房型，配有3个独立的地下车库（人防）和配套公建。住宅均为二类高层建筑，其耐火等级为二级。设计使用年限50年，抗震设防丙类，地下停车库设置1 840个停车泊位。项目以建设新世纪的现代化高尚居住区为目标，立足于高起点、高品位、高水准，并强调贯彻“以人为本”“可持续发展的和谐社会”和“生态文化”的理念。建筑外观造型独特，大量采用斜坡面，颜色稳重大气（图1）。

2.2 BIM技术在工程中应用分析

使用BIM技术能充分反映设计中的问题，其成果形式是冲突检测报告，报告可以查出建造过程中各个专业之间碰撞冲突等不合理的问题，以及设计中很难发现的净高、碰头等影响规范的问题。冲突报告分为三级，冲突情况分为6类（表2、3）。

通过BIM技术设计，对各个专业间发生冲突问题的具体案例分析如下：

（1）建筑与结构专业主要存在的问题：如剪力墙的对应变化，有些结构图上有剪力墙的部位，建筑图纸上并没有反应；还有梁的高度问题，在二维模型中很难发现高度不够，产生碰头或与开洞冲突等矛盾，2A项目中，住宅屋面消防走道需要人行通道，建筑图上无梁，但结构图上有梁，且梁比较大，加上屋面的保温面层和给排水管线的铺设，导致通行净高小于2.0m，无法正常使用。通过BIM技术模型发现后，设计中减小了梁的高度，问题得到了解决。

（2）建筑与电气专业主要问题是：电气桥架高度，点位插座强弱电箱安放位置与建筑图上的冲突。如2A项目建筑图纸上，空调室外机的留洞位置与电气图上空调插座位置不对应，导致有空调洞的地方没有插座无法使用。调整统一后得到修正。

（3）建筑与给排水专业主要问题是：消防栓、雨水管位置上下对应，屋面水箱高度碰梁，水管影响立面效果等问题。如2A项目中，屋顶水箱放在坡屋顶里面，内部有结构梁，加上水箱的高度会有碰撞问题产生，这种光靠平面上的位置是很难发现的。这个又和结构上设水箱基础位置有关，若不及时调整，届时会造成无法安装使用的大问题。有BIM技术模型的准确定位，能有效控制类似问题的发生。

图1 2A项目鸟瞰图

表2 冲突检测报告的冲突分级表

表3 冲突检测报告的冲突分类表

（4）结构与电气专业主要问题是：板墙留洞，缆线桥架穿梁布置等问题。如2A项目中，配套公建在一层设配电间，需有桥架穿到楼上，原设计利用楼梯上下贯通的空间，但桥架占梯段宽度影响较大。BIM技术模型中发现问题，让结构专业修改，在配电间顶板贴墙开洞设置，从而解决布线问题。

（5）水-暖-电专业主要问题是：在地下车库内顶板安装喷淋、桥架、风机布置之间打架碰撞，从而影响车库净高问题（图2）。如2A项目中，地下车库喷淋管、消火栓、照明桥架与风管交叉，按照老式的施工方式，许多碰撞问题都是现场机电施工分包方根据施工经验平移加弯头处理，这需要浪费大量的时间和精力，对材料构件成本也难把控。但是通过BIM技术模型的模拟演示与复核，能及时发现问题及时进行调整，通过增设转头，改善管线综合平移布置位置，改梁留洞的尺寸规格，通过提前模拟，整体解决车库净高2.2m的要求,使得现场施工效率得到大大提升（图3、4）。但是需要指出的是，BIM技术专业的翻图技术员未必画过施工图，有时候对五个专业的图纸绘制也并非都能准确反映设计者的真实意图。这需要设计者与BIM技术制图人员，根据出现的碰撞问题进行数次沟通和反馈，因为有些是真的碰撞问题，有些则是因看不懂图纸而产生的错误解读，其实并无问题。因此，BIM技术模型的3D化只是一个过程空间的技术表达方式，实际操作上还需更精确有效的提升。

2.3 BIM技术应用后的体会

（1）通过实际工程的操作，笔者认为，BIM技术的应用还需要逐步过渡，可以先由CAD二维平面出图后，对应BIM技术专业团队翻图各个专业图纸，从翻图逐步改进完善成BIM技术出图，对于人才培养上，需要对技术人员在BIM技术建模与施工图出图技术方面有双重要求，也需要公司部门做到对电脑配置的跟进与对于BIM技术发展的重视，更需要业主与政府层面对于BIM技术应用的支持与认识[2]。以2A工程为例，此为动迁房项目，政府支持BIM技术信息化产业发展，因此规定,只做BIM技术设计阶段不予补贴，若BIM技术设计+施工一起做，政府给予10元/m2的政府补贴，若做后期运维，政府还可以给5元/m2的政府补贴。这也大大激励了甲方对于BIM技术应用的积极性。

图2 2A项目地下车库BIM技术管线剖面图

图3 2A项目地下车库原BIM技术管线冲突碰撞图

图4 2A项目地下车库修改后BIM技术管线冲突碰撞图

（2）如今中国建筑设计行业已经进入较为成熟的发展阶段。因此，甲方对于设计院的要求体现为时间紧、修改多、反复量大的特点，致使设计前后变化较大，这也对设计人员的工作素质、责任意识和全面性要求更高。比如2A工程中，建筑专业完成修改图后需要及时反馈给其他专业跟进处理，否则往往会导致各专业间出图不对应，施工方不知道按何专业设计图施工。若施工方没有核对图纸，提前完工，后面发现与其他专业不对应造成返工，需要拆除或重新设计，这不但浪费人力、物力和时间，也给甲方和施工队带来不少成本上的损失。而这些问题可以通过BIM技术模型来规避和优化。一方面，BIM技术可以作为校对各个专业的图纸；另一方面，可以把设计图纸形成三维的信息化数据提供给业主和施工单位，作为参考施工和后期运维的标准。所以，这也是今后设计行业发展进步提高效率的方向。

3 结语

BIM技术的发展，是一个重要发展领域。建筑设计从原来的手绘时代提升到2D制图时代，再到如今起步于3D建模工程出图，使得建筑、结构、给排水、暖通、电气五大专业同步配合。这种高精度、高要求、高配合的理念形式，符合当今中国建设从高速度增长发展阶段，逐步过渡到以高质量为引导的建设发展时期的要求，也适用于未来建筑形式更复杂、科技含量更高的发展。BIM技术能有效控制重复劳动力的成本问题，可以提前预判施工过程中将会遇到的管线碰撞、设计缺漏、各专业不对应、设计不合理等一系列欠考虑的问题。相信在不久的将来，BIM技术将在建筑设计领域展现出辉煌的一笔，从而推动整个建筑领域的变革调整。

参考资料：

[1]张晓菲,李嘉军,王凯,刘翀. 基于 BIM技术的复杂项目群体设计协调管理方式研究--后世博B片区项目群体为例[J].土木建筑工程信息技术, 2014(10):84-85.

[2]孙成双,江帆,满庆鹏.BIM技术在建筑业的应用能力评述[J].工程管理学报, 2014(06):30-31.