BIM技术在建筑工程设计中的应用优势

2022-01-01赵晓雄北京城建华泰土木工程有限公司北京100000

砖瓦 2022年5期

赵晓雄（北京城建华泰土木工程有限公司，北京 100000）

建筑工程设计质量和效率一直是建筑行业追求的目标，适当引入新的信息技术能够为当前的建筑工程设计注入活力，提高设计水平。BIM技术和当前建筑工程设计相互融合，能够显著提高当前建筑工程的设计效率，节省设计成本，对推动建筑工程设计发展意义重大，希望通过本文的介绍，可以进一步加深人们对BIM技术的认识。

1 BIM技术

BIM技术作为一项信息技术，应用最多的行业就是土木工程行业。所谓的BIM技术，就是Building Information Modeling，在当前的发展过程中，也被称为建筑信息管理，主要在施工项目前期进行项目的设计、施工、维护等全周期可视化模型应用。通过建立三维模型，就可以模拟一个建设项目的所有指标。有了有关建设项目的更准确信息，规划人员可以更轻松地处理这些信息，并根据这些信息进行设计分析。BIM技术的应用离不开信息技术的支撑，在建筑工程的设计以及运行维护阶段发挥着巨大的作用，在提高施工效率、节约施工成本方面效果较为显著，是今后建筑行业发展必不可少的一项工程技术。BIM 技术具有模拟、协调、可视化等优势，相比传统的建筑设计手段，可以更好地支持建筑项目的设计。

2 传统建筑设计中存在的问题

信息技术在社会发展以及科学技术的推动下，在各个行业中都得到了大范围的应用。随着当前产业发展逐步向信息化、智能化方向转变，一些传统的技术和设计理念将无法满足未来产业发展的要求和社会主体在现实应用中的需求。传统建筑实践和技术的使用也在一定程度上阻碍了建筑设计行业的长期发展。

2.1 传统建筑设计中存在的局限性

传统的建筑设计过程通常借助二维的建筑模型，可以清楚地分析建筑的外部结构，但建筑内部结构由于技术的限制无法清晰地看到，这就导致在进行建筑设计过程中没有办法确保对整个建筑进行分析。应用过去的设计方法进行建筑物外部设计之后，只能采用二维设计软件比如PKPM 等对建筑物的内部结构进行分析，无法确保建筑工程的设计精度和质量。由此说来，传统的设计方法在应用上仍旧存在较大问题。此外，传统的设计计算就是设计好外部结构，采用规范上提供的公式进行简单计算，由于人为因素的影响比较大，单靠主观经验进行设计方案的分析，缺少一定的科学依据支撑，这也会使得整个建筑项目质量无法保证。

2.2 传统设计方式在空间设计中存在的问题

传统设计过程中，进行空间设计时，也是首先采用二维模型进行建模，这是空间设计的基础，但在具体的应用过程中，空间设计是立体三维模型，应用二维模型有时能够满足设计要求，但是大部分无法确保空间设计的要求，导致蓝图与真实情况存在一定误差。此外，设计师在对结构感知上会遇到结构性空间障碍，导致后期项目规划受限。

2.3 表达架构设计结果的问题

当查看建设项目的结果时，传统的建设项目以静态格式显示。设计企业后期进行了大量的后期处理和渲染效果来展示施工图，但与动态展示相比还是有很大的局限性。后处理的建筑平面图虽然能够从多个视角对结构进行展示，但是空间感的表达效果却存在一定的至关体验，同当前实际建筑相比，也存在较大差异。总的来说，二维的建筑图形展示效果同三维模型相比仍旧存在较大差距，这是传统建筑工程结构设计一个显著的缺点。

3 BIM技术的特点

3.1 建筑模型的可视性

视觉上的可见性，就是呈现给观看者的视觉形象。过去的设计技术无法对设计师和业主产生视觉影响。AutoCAD、PKPM、天正建筑配筋图生成的平面图、立面图、剖面图和结构图，都是二维平面图，供人们在脑海中构建最终模型，但是这就需要设计人员需要有很多想象力，即使有3D 模拟能力，也无法观察到建筑物的真实情况，它代表的是只有在项目完成后才能看到的线性图。但是，BIM技术允许设计人员通过3D建模、真实效果渲染和动画表示等功能预览其状态。

3.2 不同工种的协调一致性

项目通常分为几个方面。这些方面由几个项目的专业人员进行设计，稍后将进行整合。项目包括几个专业，所有专业设计师都创建自己的设计，工作量很大，架构很混乱。不同部门之间存在重大沟通问题，最终方案尚未达成一致，增加了工期，造成不必要的经济损失。BIM技术允许基于相同的3D模型设计不同的专业之间节省沟通和整合时间，最大限度地提高不同专业之间的分工效率，防止由于过早沟通而导致的数据丢失，提高了建筑的整体质量。

3.3 整体优化性

从方案的提出、设计到项目的建设和完成，再到后期的模型运行，整个过程中BIM 应用就是一个不断改进和数据填充的过程，其整体的优化性也能够得到更直观的表现，在BIM 中，数据的应用性、时效性变得随机起来，也不存在之前的数据缺乏、设计周期长、设计效率低下等问题。其次，BIM技术的整体优化性还在一定程度上将建筑工程的设计数据进行数字化存储，这样在后期的模型改建、外观重新设计等方面都可以直接调用，也可以在之前的3D 模型中进行二次修改、完善，不用再进行重复的建模等工作。

3.4 各模型之间的关联性

在BIM 中，建筑与结构模型的维度不同，整体等价，相互关联。使用已建立的模型，设计人员可以获得所有相关的对象，在原有模型数据库的基础上，当设计者对建筑的某一部分进行改动时，其他相关部分和最终的仿真结果也得到动态跟踪。随着更改的进行，从公共数据库中的所有设计人员收到的信息也会更新，此功能显著减少了设计人员的工作量，并使设计人员更容易分析和改进架构。

3.5 模型可绘制性

对建筑物和构件进行设计、升级和优化后，即可得到最终的3D效果图。BIM可以提供建筑设计和施工阶段所需的规划图、立面、剖面、钢筋等图纸以及报告。此功能支持将所有2D 图纸通过数字化技术集成到当前的模型中去。采用出图功能，也可以及时打印出想要的图纸。

4 BIM技术在建筑设计中的应用

4.1 建筑设计前期的仿真模拟设计要点

BIM 技术需要对建筑项目的真实情况进行综合分析，然后才能进行模型的虚拟构建。因此，施工单位在开展项目施工工作前，利用BIM技术对项目的建设、运营、施工过程进行详细分析，模拟应急响应。确保建筑物可以存在于设计阶段，帮助我们解决各种问题，并针对问题提出有效的解决方案。在应用BIM 技术时，必须对建筑施工的所有流程、内容和设计方案进行比较分析，然后再进行项目的模拟施工。以上步骤将帮助设计人员及时发现项目中隐藏的问题，讨论问题并达成共识解决方案。

4.2 BIM技术在设计中的动态控制实际应用

在建模设计方案中，BIM技术通过分析相关数据和信息，促进模型改进，使模型更加准确。随着更多信息和数据的学习，BIM 技术改进了建模技术，捕获了更准确的数据，并帮助设计师创建了更好的设计解决方案。通过在实际施工前对项目计划进行建模，并根据项目计划分析施工过程，人们可以随时随地观察施工进度，将施工计划与实际进度进行比较，提出问题等。经过一系列数据分析，不仅有效减少了实际施工中的变化，而且根据相关数据和计划，对实际施工中各项目的材料损失和价格进行分析，并采取行动。施工过程中材料浪费、财务损失等受到一定程度的管理。综上所述，BIM技术在建筑设计中的运用，不仅保证了设计方案在施工过程中的成功运用，还减少了施工过程中的资源损失。

5 具体工程应用案例

5.1 工程概况

某理工学院科研楼实验室和公共走廊线路具有复杂性，共有7个系统，包括特殊设计，局部走廊线路最多29条（包括线路在内的3个大型通风系统）。在设计阶段引入建筑信息模型（BIM）技术，并在施工阶段根据实际情况进行调整，以解决合理的管道布置问题，保证管网的高度，确保项目的顺利实施。

5.2 BIM技术的实施情况

BIM允许建筑信息化作为一种数据工具进行交互，应用于工程设计、施工和管理。如果数据完整且详细，这不仅对规划和施工阶段有很大帮助，而且对建筑物的后续维护也有很大帮助，与此同时也能够帮助设计人员以最快的速度参与工作，提高运维效率。

5.3 工作流程

在设计阶段，BIM人员首先根据项目特点制定专门的服务方案并建立工作流程进行干预。在创建多专业BIM模型后，BIM人员首先规划管道进入具有空间限制的密集管道区域模拟其可行性，设计单元重复多个设计，通过BIM技术建模分析，提出了有针对性的优化计划，并进行多次修改，保证设计方案的可行性。

5.4 出屋面风管位置的调整

完成的建筑物安装了几口管道井。根据实验室的要求，各种通风管（支撑管）被放置在电缆管道中，并从屋顶椽板结构中拉出，原设计风管的截面尺寸较大，按照原设计方案进行铺设时，会在很多地方与横梁发生碰撞，无法穿过横梁。

为了解决这个问题，在BIM 技术的帮助下与现场专业设计师进行合作，部分改变了8 层风道的布置平面，改变了横管的横截面尺寸和部分位置。管道井中的立管进行了相应的调整。然后进行整条管道的施工深化，即第二次管道贯通，所有管道均基于满足设计和规范要求，考虑施工可取性并符合后续运营和维护要求的假设。

放置和倒置在BIM模型中完成。在完成管道的详细BIM模型后，BIM团队从模型中导出了几张详细的图纸，显示了每根管道的平面位置和管板的高度，这些都是在各个领域的设计中考虑的。深度图包括每个设施的总体规划、每个实验管的概述、走廊管的概述以及实验墙的每个穿透的孔径视图。

5.5 水平管线的布设调整

科研楼共有七座专门设计的设施。除了传统的消防、高压、低压和排水系统外，还有净水和冷水供应系统、空调系统、排风系统和变风量控制系统。在氧气、气体等的供应系统中，局部走廊的管道数量最多为29条。607 实验室及其相邻走廊是整个科研楼最密集的部分。实验室有19 个风管，面积约200m2，天花板2.7m。在原设计中，外风管（630×400）和风管（800×400）沿着6楼的走廊与607实验室相连，恒温恒湿。走廊现有管线最低高度仅为3.2m，新建临时吊顶设计为3.1m，不可能只考虑上面两根管子的横截面尺寸。

为满足自由空间设计要求，BIM团队对607室及相邻走廊的管道布局进行了广泛考虑，以达到最佳解决方案。通过重复对BIM 模型的分析和模拟，从风管复杂的607房间中提取了可用的空间，将室外风管和恒温恒湿风管挪至当前的房间中去，并在允许范围之内对立管进行了更换，以此来完成设计方案的深化。通过这个深化方案，在一定程度上不仅保证了607房间的吊顶高度为2.7m，满足设计要求，也保证了走廊的设计高度净高满足3.1m，满足了设计要求。

5.6 应用效果和问题分析

科研楼采用BIM 技术预先定位，消除了大部分设计缺陷，减少了设计阶段的返工。管道建设的深入工作在BIM3D 可视化环境中进一步完成，这样可是设计方、施工方、监理方等各个单位都深入到模型重建工作中来，对方案的整体设计、优化有着更加清晰地认识。此外，通过各个设计团队与BIM团队合作，结合深化后的图纸进行施工，消除了单个图纸设计人员设计出的图纸和其他专业人员“打架”的局面。