基于BIM技术的建筑工程施工图设计实施建议研究

刘旭峰

青岛城市建筑设计院有限公司 山东 青岛 266000

引言

BIM是建筑行业中常见的工具，能够将建筑项目施工图以三维立体图像呈现出来，在建筑项目设计、施工和拆除上均能得到有效应用，为施工决策提供依据，辅助设计和施工工作的顺利进行。因此，针对施工图设计中应用BIM技术的研究具有现实意义，更有利于提高建筑设计效率，满足建筑设计和施工需要。

1 传统人工施工图设计的弊端

施工图设计是建筑项目的基础，对于后续施工和使用产生直接影响。根据施工图纸进行施工预算，预算结果将明确工程造价，若后续发生设计变更，还需要重新调整施工图，再一步一步调整施工组织设计以及施工造价预算等内容，变更内容多，环节复杂。在传统人工设计中，设计人员很难熟练掌握施工技术，对于现场环境的了解知之甚少，即便设计人员积累了丰富的设计经验，但仍然很难完全了解新项目的现场信息，需要设计人员到现场后经过多次调研，才能保证施工图设计的可行性。不仅工作量巨大，更需要花费很长时间。一旦有人为因素造成错误，还需要重新修改，增加返工和洽商次数。且业主、施工人员不了解二维施工图，缺乏专业背景，理解困难。设计人员还需要进行一对一讲解，且很难让业主建立直观印象，沟通难度高。在这一背景下BIM技术的应用提供了巨大帮助，BIM技术支持下建立三维模型，能够让施工图直观真实地呈现出来，方便于各方人员的沟通，有效提高沟通效率。同时设计人员通过输入变更参数，系统自动完成优化改进，大幅减少人工工作量，规避人为失误。

2 BIM技术在建筑施工图设计中应用优势

2.1 协同化作业

在建筑施工图设计中应用BIM技术可以使用数字信息进行建筑结构的模拟，并通过3D模型呈现。在BIM软件支持下充分融合建筑资源信息，如项目空间关系、3D结构以及材料特征等。不管是设计人员还是业主，在BIM平台上可以共享信息资源，允许相关人员进行评论和建议，实现协同化作业。此外对于设计人员而言，BIM平台也是一个良好的沟通交流平台，不同项目的设计师可以互相分享施工图，互相借鉴和学习。BIM平台能够提供仿真模型，便于设计人员和施工人员分享施工要点的控制，更有利于施工人员进行技术交底，有利于推动施工环节的有序进行。

2.2 三维立体直观

BIM信息模型作为立体模型，能够呈现出不同角度的横截面。在BIM模型中建筑结构梁、幕墙以及管道均可以呈现出三维模型，让业主、施工人员等非设计专业人士可以更为直观准确地了解设计方案，相比于二维图形更容易被理解，让各方人员得到有效沟通[1]。三维模型能够呈现出墙体、管道等隐蔽工程的结构，能够规避管道交叉、梁柱碰撞等问题，提前进行改正，降低施工变更、设计变更风险。三维模型跟随施工项目进行，可以实时呈现出施工进度，方便于监理人员进行观察。一旦不慎出现设计变更，可以在BIM平台上进行修改，从而提高设计效率，避免对施工进度造成严重影响。详情见图1 。

图1 钢筋的三维图像

2.3 多方协同检查

如上文中提到的，在BIM技术的支持下，能够让业主、施工人员以及监理人员参与设计环节，更有利于在施工早期纠正设计方案中存在的错误，不断优化施工图，规避设计问题，减少返工的问题。施工期间，可以随时邀请多方参与检查，保证各方对施工图建立正确理解，提高多方协商管理的效率。

3 基于BIM技术的建筑工程施工图设计

3.1 定义构件

在IFC体系内建立建筑结构模型，如墙体结构，先定义建筑实体，再利用实体进行实体关联，最后定义墙体实体，利用空间结构将楼层和墙体关联起来。在BIM模型中有大量力学性能、建造信息、材料等性能。IFC模型已经可以基本满足构件属性。在IFC模型中对多层材料进行定义，常见墙体包括隔热层、墙面砖、结构层以及外墙面砖四类，首先对材料属性加以定义，然后定义其和实体的关联，最后将墙体材料和墙体关联。

3.2 定义关联

在BIM模型中定义关联有重要作用，为了保证BIM模型完整性和一致性，在IFC构件关联中有对称性关联以及非对称性关联两类。其中对称性关联表示两个实体为对等关系，任意一个改变都会对另一个造成影响。如柱体和梁体的关联，将柱体删除梁体也会删除，对梁体修改柱体也会出现对应修改。而非对称性关联表示两者存在主从关系，通过对主实体的修改进行改变，但不会改变主实体本质。如墙体和洞口的关系，洞口从属于墙体，将墙体删除也会对应删除洞口，但将洞口删除却不会影响墙体。

3.3 设计BIM模型

设计BIM模型不仅需要满足设计要求，更要关注BIM技术发展，兼顾模型运行性和便捷性。常使用罗星结构，结构构件使用面型对象，梁柱等结构使用这一结构。结构设计和构件利用计算结果和构件的耦合关系，建立构件和计算结构的关联。材料信息模型主要包含混凝土和钢筋，建立材料属性和结构构件的关联。

3.4 系统实现

使用BIM模型，在Visual Studio.Net平台上用AutoCAD二次开发，实现施工图设计。作图时不仅要按照规范设计，还要充分体现设计特点。智能系统可以模仿人工制图过程，录入梁柱等数字模型信息，在AutoCAD上绘制施工图。系统也同时提供算量统计、规范设计结果以及三维模型检查等功能。

4 BIM技术在建筑工程施工图设计中的实施建议

4.1 协同多系统设计

在施工图设计中使用BIM技术，需要协同应用AutoCAD系统、VS平台等技术，设计人员利用各系统和软件绘制模型，建立三维立体模型，更有利于提高设计效率，达到更真实准确的仿真效果。在AutoCAD软件上绘制施工图，能够将勘测数据应用其中，建设准确的仿真模型。BIM系统的应用能够便于计算和校验，形成三维模型。建设企业要建立BIM协同平台，积极将BIM平台和管理平台联合起来，当施工图发生改变后，根据BIM变更信息，提示采购部门、财务部门等作出对应的修改，保证项目管理的协同性和一体化。

4.2 贯穿设计全程

设计人员通过BIM软件输入勘测数据等信息建立模型，确保模型和项目需要相符合。再根据设计方案调整楼梯、梁柱、楼板等构件设计，呈现出三维立体效果。在BIM软件中提供成本、材料、力学性能等程序，能够在输入属性后自动计算出建筑项目的成本、性能等参数，提高设计效率，能够保证计算结果的准确性，最大程度降低人为误差[2]。设计人员若需要更改设计，可以随时通过删除等功能改变设计方案，操作简单，无需要重新绘图，节约大量设计时间。如在地下停车场的管道设计上，占据较大空间，三维设计图能够呈现出管线三维模型，在达到设计需要基础上，能够呈现出管线施工效果，通过优化设计减少管线占据空间。如将地下停车场照明线路统一为同一回路，工具间使用单独回路，优化设计提高照明设计的人性化水平。

4.3 要求多方参与审查

针对施工图的审查可以要求多方参与，施工单位施工前可以借助于BIM模型分析施工图在施工领域的可行性，从施工角度对施工图提出建议，为顺利施工奠定基础。同时在BIM平台上发布施工图变更信息，给各方人员发送信息，能够第一时间指出设计变更的位置及影响，让业主、施工方等快速理解，第一时间将变更内容解释清楚。在施工分包环节上，用BIM模型进行分包，能够让各个分包商明确自己的施工内容和交接位置。

4.4 优化设计成本

通过BIM施工图直观呈现出施工效果，优化管线设计，从而规避无用设计，降低设计成本。假设某工程基坑开挖深度为9.4m采取三轴搅拌桩、灌注桩以及混凝土支撑结构，使用BIM系统进行模拟优化设计，可以在安全性能的基础上将基坑深度从9.4m调整至8.5m，可以有效节约造价成本达数百万元，具有较高经济效益。又如在地下车库设计上，满足管线高度要求后，地下车库高度应在2.2m以上。但部分区域需要安装喷淋系统和风道等消防系统，安装后净高只能达到2m，无法满足车库使用需要。使用BIM系统进行优化设计，对风道和管线进行优化，提高层高，满足停车场要求[3]。

4.5 快速检验设计变更

在施工图设计中，不可避免遇到设计变更和修改的情况，设计方、业主以及施工方就某一部分出现争端。这时设计人员充分利用BIM软件对施工图精心修改，验证不同方案的可行性，可以快速得出设计方案的可行性，判断设计方案是否合理，也能帮助设计人员向业主讲解设计的目的。设计人员使用BIM软件输入不同参数，快速更改设计方案。并模拟现场施工，检验设计的可行性。并根据变更后的三维模型，快速计算造价和工程量，方便于业主判断是否满足自己的要求。使用BIM技术，结合MSProject、Visio软件进行施工模拟，也有利于根据施工工期要求，对构件进行调整，快速完成设计变更方案。详情见图2 。

图2 BIM模型参数修改界面

4.6 为后续施工提供科学指导

BIM施工图的应用能够对施工过程进行科学指导，根据BIM平台呈现出的三维立体模型，呈现出不同材料的建筑效果，并利用软件进行材料计算，有利于指导施工期间材料的使用，准确采购施工材料，避免造成施工成本浪费。建立BIM模型后可以呈现出仿真建筑物效果，详细分析施工材料是否合适，材料尺寸是否合理，指导设计人员判断施工材料是否可以满足安全等性能指标，提高建筑模型的科学性和准确性。根据BIM模型的指导，施工人员也能确认施工材料使用情况，指导实际施工技术，确保施工期间合理应用材料，避免材料浪费的问题。

5 结束语

综上所述，在建筑施工图设计中BIM技术的应用具有协同化作业、三维立体直观、多方协同检查的优势，在建筑工程施工图设计中应用BIM技术，应当积极协同多系统实现一体化管理，并让BIM模型贯穿设计全程，要求多方参与审查提高设计图的合理性和科学性，为后续施工提供科学指导，降低设计变更风险，推动建筑工程的顺利进行。