BIM技术在绿色建筑工程三维算量中的应用研究——以上海电力学院临港校区图文信息大楼为例

杨太华，戴思烨

(上海电力学院，上海 200090)

1 引言

随着大规模基础设施的建设在中国迅速发展，项目管理也变得日益复杂，建筑工程设计涉及的专业项目种类繁多、专业接口多、界面管理复杂，传统的方法很难在整个设计过程中实现信息的集成和闭环。“互联网+”时代的出现，使得建筑信息模型(Building Information Modeling，BIM)的应用得以推广和普及。建筑信息模型是一种以三维数字技术为基础的，集成了建筑工程项目的各种相关信息[1～3]，可用于设计、施工、管理等环节。

推广BIM技术在绿色建筑工程中的应用，特别是在设计阶段的方案设计、可视化建模、协同设计、管道综合的自动碰撞检测、施工图设计、运维管理等方面的应用具有优势。在设计变更、施工指导等方面，有利于系统的评审，大大提高了建设项目的集成化程度和设计乃至整个工程的质量和效率，并减少施工中返工，具有十分重要的意义。

本论文结合上海电力学院临港校区图文信息大楼工程实例，从设计和算量两个方面，将建筑信息模型(Building Information Modeling)的理论和方法应用于工程项目管理，并进行钢筋算量和土建算量的三维计算。

2 BIM技术的介绍

2.1 BIM的软件介绍

BIM是Building Information Modeling的英文缩写，这一理论由Chuck Eastman教授1975年创建[1]，Jerry Laiserin通过Autodesk将其应用于工程中。BIM技术是以三维数字技术为基础，集成了建设项目各种相关工程信息数据模型的总称，而这一模型是伴随着项目发展处于不断深化和变化之中[3]。目前，常用的BIM软件已有几十个，甚至上百个之多(表1)。而且BIM软件已涉及整个项目的全生命周期。

2.2 BIM技术的特点

2.2.1 可视化

利用BIM技术可以将2D平面图纸转化为3D图形，并通过立体渲染，空间感强，从而解决了过去设计人员需凭想象和经验来判断是否会出现碰撞，以及钢筋尺寸的人工统计问题。运用BIM技术的三维立体视图，可以弥补了平面设计上的不足。通过构建建筑5个专业的所有模型，并深入检查平面、立面和剖面后，进行管线综合检查，做出实际调整，以消除设计中出现的建筑和结构中的错误，最后计算出工程量，预算项目成本[4～6]。

表1 BIM国内外软件分类

2.2.2 信息集成化

信息模型是信息集成的本质载体[7]。BIM的核心内容包含了整个工程从初始到使用周期终结的全部信息，包括①几何信息，比如建筑结构的空间关系等；②物理信息，表现在建筑材料等方面；③规则信息，例如建筑物的日照和隔音等。信息的集成化可根据不同的需求，综合使用不同的软件和硬件，呈现出所需要的模型或提供数据，发挥其更大的价值。建筑信息模型的信息集成化，完完全全打破了传统CAD的方法，设计人员能够全面的掌握每个环节的数据或出现的问题，优化每一个建筑构件的布局，合理的控制整个工程的成本。

2.2.3 可传递性

BIM软件虽然种类多，数量多，但都拥有可以传递信息的统一文件格式[7]。目前较为统一的格式为IFC格式。不同阶段的软件可以实现相互间的转化，从而达到信息的传递。例如，Revit建完模型后，即可将数据保存为BIM信息，导入结构、设备专业数据，由结构工程师对其进行设计与计算。在建筑和结构专业都完成后，再将数据导入水电、暖通等专业进行优化。

2.2.4 协同性

BIM的协同性，主要通过云平台实现。而BIM系统相当于提供了协同的介质，为设计、施工、业主经营者之间搭建了一个沟通桥梁，降低了各方沟通协同的成本。其协同性可分为内部协同和外部协调，内部协同就是在一个团队里，同时做一个项目，彼此之间相互沟通，怎样能通过合理分工，提高工作效率；外部协同就是在一个项目中，不同分工的人，可以通过云平台随时了解项目各部分的进展，做到有问题及时沟通修改，提升综合效率。

除此之外，还可以更好的支持基于BIM模型采集的现场数据、模型存储分析等。此特点不但在很大程度上提高了整个项目团队之间沟通与交流的能力，还充分有效地缩短设计的周期，提高了设计的质量，给项目带来巨大的经济效益，更重要的是，项目设计、施工、运营过程中的沟通、讨论、决策都可基于BIM模型的基础上进行[8，9]。

3 BIM技术在不同阶段的应用流程

3.1 方案设计阶段

利用BIM软件对建筑项目所处的场地环境(地形地貌、道路交通等)、绿色建筑(能耗分析、日照采光分析等)进行分析，并比较环境、绿建和成本，选出最优的工程设计方案。

3.2 初步设计阶段

依据初步设计的各专业图纸，建立初步模型。初步的对平面、立面和剖面进行检查，协助项目进一步确认建筑空间的设计、能耗等，避免一些错误，从而减少后续变更带来的浪费[3]。

3.3 施工图设计阶段

在施工图阶段用于构建建筑的五个专业的模型，并深入检查平、立、剖面后，进行管线自动碰撞检查，做出实际调整，以消除设计中出现的建筑和结构中的错误，最后计算出工程量，预算项目成本[4]。

3.4 施工阶段

在施工阶段可防止设计错误传递到项目上。BIM系统可利用三维模型来实现自动检测对象之间的互相沟通与影响。还可协调每一个专业的碰撞问题，产生协调数据，提供出来。对于复杂施工节点部分，利用BIM技术建立三维尺寸数据模型，模拟施工，对原有施工方案进行优化，节约人力和费用。

3.5 运营维护

运营维护分为五部分：空间管理、设施管理、隐蔽工程管理、应急管理、节能减排管理。BIM与其他软件对接，还可进行资产管理，监控固定资产成本和分配，计算折旧，规划人员和资产的搬迁。

4 三维算量应用实例

4.1 工程概况

项目名称：上海电力学院临港新校区新能源智能微电网项目作为中国高校能源管理和综合运用的一次探索，已获国家发展改革委和国家能源局批准，成为全国首批、上海唯一的新能源微电网示范项目。该项目位于上海市浦东新区临港新城，一期工程总建筑面积为159063 m2。其中地上建筑面积148613 m2，地下建筑面积10450 m2。项目新建公共教学楼、图文信息综合大楼、综合体育馆、学生公寓、学生食堂等工程。项目总投资估算为146669万元。其中图文信息综合大楼工程设计为框架剪力墙结构，地上11层，地下一层，抗震等级为三级。

4.2 广联达BIM钢筋算量软件GGL2013操作步骤

(1)新建工程。按照图纸，输入工程信息。

(2)工程设置。A. 比重设置：将直径为6 mm的钢筋比重改为0.26 kg/m；B. 楼层设置：根据结构图纸将数据输入层高和底标高。

(3)识别图纸。A. 整理图纸：导入cad图纸后，按照层数和柱、梁板、等手动整理图纸；B. 楼层对应：在识别构件前，将图纸按照楼层对应，防止出现不在同一空间的情况出现。

(4)识别构件。轴网.B. 柱：提取柱边线、标识、钢筋线→自动识别→自动检查和校核。C. 墙：识别剪力墙表→提取混凝土墙边线、标识→自动识别→自动检查和校核。D. 连梁：识别连梁表→梁边线、标注→自动识别→自动检查和校核。E. 梁：提取边线、标注、自动识别→梁跨校核→自动识别原位标注。F. 板：提取板标注→支座线→板洞线→自动识别→自动检查和校核。板筋：提取板钢筋线、标注→支座线→自动识别→自动检查和校核。G. 基础：建立构件→提取边线、标识→自动识别→自动检查和校核。

(5)非常规构件定义和绘制。根据图纸画出异形柱截面形状→输入钢筋信息→布置角筋、边筋、箍筋。

(6)汇总计算(图1)。

4.3 图文信息大楼的BIM建模

建模见图2、图3。

图1 BIM软件钢筋算量操作步骤

图2 钢筋模型

图3 土建模型

4.4 广联达BIM土建算量软件GCL2013操作步骤

①新建工程; ②工程设置(楼层设置); ③导入钢筋工程; ④识别图纸(整理图纸、楼层对应); ⑤建筑识别。 A. 墙：提取砌体墙边线→门窗线→墙厚→自动识别→自动检查和校核。 B. 门窗洞：识别门窗表→墙边线→门窗洞→自动识别→自动检查和校核。 ⑥绘制垫层、土方、楼梯、散水、场地平整、装修。 ⑦汇总计算(图4)。

图4 BIM软件土建算量操作步骤

4.5 工程量汇总计算

汇总计算见表2。

表2 工程量汇总

5 结论

本文首先详细阐述了BIM技术的介绍和在建设项目不同阶段的应用，然后在此基础上重点完成了某建筑工程的三维算量实例的应用。通过实例分析，本文主要获得以下结论。

使用现有BIM软件技术，能够有效提高建筑工程的建模和工程算量等工作，实现建设工程数据的共享，提高建设工程的精细化管理水平。在广联达算量软件中，造价人员只需按照图纸定义构建属性，正确绘出图形，软件就能按照设置好的计算规则，自动计算出需要扣减的部位和构件，汇总计算得出工程量清单。相较于手工算量来说，3D模型可以让造价人员及时发现图纸错误，缩短工程计量时间，大大提高了计算的准确性和工作效率。实践证明，这一技术引用是成功的，可以在今后的工程建设过程中推广使用。