探讨BIM技术在建筑工程设计中的优势及应用

安 睿 沈阳近海盛腾开发建设有限公司

1 前言

现阶段，通过收集建筑工程信息，利用数字化技术构建三维立体模型，实施协同设计，进行碰撞检查，减少建筑结构和管线的交叉是建筑工程设计的新趋势，充分展现了BIM技术的优势。同时借助BIM软件功能，动态模拟施工过程，帮助技术管理人员认识到“人、机、料、法、环”因素对建筑施工产生的影响，制定可操作性较强的应急预案，以防范施工风险，达成进度质量目标。

建筑工程设计图纸和方案的重要性不言而喻，运用BIM 技术提高设计环节的专业化、精细化水平，促进数据信息在不同单位部门间的高速传递，建筑工程设计工作将焕发出新的气象，对于施工作业和管理活动的顺利高效开展具有十分积极的现实意义。

2 BIM技术的特点

以BIM技术为核心构建建筑信息模型，将复杂的建筑结构用立体、直观的形式展示出来，信息传递速度快，时效性强，能够真实反映建筑工程的实际情况，是辅助项目管理决策制定的重要参考依据。透过BIM模型了解工程设计及现场区域划分是否合理，有针对性的实施设计优化，促使设计方案在建筑施工中发挥更大作用。BIM 技术的主要特点包括以下几点。

2.1 可视性

与传统设计技术绘制二维平面图纸截然不同的是，运用BIM 技术构建三维立体模型，使得建筑信息呈现更加直观，创造了良好的视觉效应，适合于专业素质不高的业主检验设计成果，提出改进建议。将大量不同类型的数据加以整合，转换为清晰的图像，无须等到项目竣工就可以看到建筑工程的最终效果，从多个角度全方位的展现建筑平面、立面，便于设计人员及时发现和解决设计缺陷，提高建筑工程设计水平。

2.2 协调性

一般来说，建筑工程设计工作是由多个专业人员共同完成，难点在于专业和部门间的协同，设计效率低下是常见现象。运用BIM技术加强协同设计，为不同部门、不同岗位的人员创建了沟通平台，根据同一个模型开展设计工作，凭借自身专业素质表达独到见解，共同为方案设计和优化贡献智慧和力量。当设计完成后，在BIM平台上各方对信息模型进行深入分析，审核设计方案，督促设计人员及时修改，促使设计方案得到进一步完善，指导建筑施工的规范化开展。

2.3 优化性

实际上，建筑工程设计可以看作是信息收集、处理和完善的过程，利用BIM 技术构建标准化的数据库，结合本工程施工要求确定建筑造型和规模，从数据库中提取建筑结构构件，选择合适的施工材料，生成BIM模型。还能直接在信息模型上替换参数，与之相关联的构件都会发生改变，实时呈现最新设计效果，有利于设计人员优化建筑结构和功能，大大减轻了设计人员的工作强度和负担。

2.4 可出图性

BIM模型是建筑平面、立面、剖面的有机结合体，通过该模型可以得到建筑结构工程、土建工程、管道工程的施工图，只需要使用BIM 软件的出图功能，各专业就能获得相关图纸，在了解自身施工任务的同时，与其他专业保持高度协同。按照图纸进行施工作业，有效避免了施工矛盾和冲突，质量整改事件也会得以规避，建筑工程能够按时完工，施工质量达到规定要求。

3 BIM技术在建筑工程设计中的应用优势

3.1 创造标准化数据库，建立三维立体模型

结合BIM 技术与建筑工程信息构建标准化数据库，囊括建筑结构构件、现场环境、建筑材料等信息，是建设BIM模型的基础。模型建成后，设计人员可以为不同的建筑结构标注不同的颜色，设置显示或隐藏管线，分别面向施工队伍和业主，有利于满足不同单位部门对建筑工程设计的个性化需求。

长期以来，业主看到的通常是建筑平面图，需要凭借自身想象力获悉建筑各部分结构关联情况，而运用BIM技术打破了这一弊端，业主仿佛亲身经历一样，对建筑结构和功能知之甚详，为业主决策提供了重要参考。

除此之外，建筑运行阶段出现火灾和地震等突发性事件的概率较高，利用BIM技术开展建筑消防设计工作，标注消防设施的位置，科学设计应急照明系统、消火栓系统、防排烟系统、智能喷淋系统，规划人员疏散路线，以强化建筑安全性能，维护业主的人身安全。

3.2 实现了设计施工管理的一体化

在建筑工程的不同阶段有着不同的工作任务，设计环节主要是确定工程规模和建筑功能，选择合适的结构构件，构建BIM 模型，根据BIM 模型设计施工方案，实现专业协同设计，让设计人员大胆进行创新实践，透过BIM 模型看到新材料、新工艺的应用效果，验证其在建筑工程施工中的应用价值，择优选取性价比较高的施工材料，提高施工方案的可行性，降低施工成本。

此环节还要拟定材料采购计划，合理规划施工现场，配置人力物力资源，准确计算建筑工程造价成本，检验建筑结构稳定性和承载力。可以说建筑工程设计工作的影响力贯穿整个建筑生命周期，BIM技术提供了强有力的支持，使得保存于数据库的工程信息具有真实性和完整性，能够高效优质的完成上述任务，为后续工作的开展奠定了坚实的基础，设计施工管理的一体化理念得以实现。

3.3 有效控制造价成本

众所周知，建筑工程规模越来越大，高度也在不断增加，投资成本更是达到了十分惊人的数字，加强造价成本控制，保障各方根本利益，是参建单位的共同心声。在建筑工程造价中占比最大的要数材料费用，材料采购成本超出预算，施工中浪费材料的现象时有发生，导致材料成本的控制变得极为困难。

建筑工程设计中运用BIM技术，确定本工程施工所需材料的类型、数量、价格，根据各专业工种的施工任务合理分配施工材料，限制施工人员对材料的使用，从根本上杜绝材料的无故损耗和浪费。结合工程进度计划和各个施工队伍的职责、施工时间，自动计算人工成本，彻底将工作人员从繁琐的造价成本控制工作中解放出来，实现了工程造价的精细化管理思想。

3.4 推进建筑施工有序进行

传统设计技术应用的一个突出问题是在细节上难免管控不到位，有些建筑结构构件的体积小，所处位置不易于观察，即便不符合建筑施工要求也很难发现。正式施工中经常出现结构和管线的碰撞，不得不实施变更，由此引发了进度延误、成本上升、安全隐患增加等不良情况。

运用BIM技术开展建筑工程设计工作，BIM模型全方位立体化地呈现了建筑各个结构之间及其与管线的位置关系，调整模型观看角度，点击某个结构构件，采用放大操作，使得建筑信息一览无余。碰撞检查更是必不可少的环节，发现结构和管线的冲突会及时修正，将设计变更尽可能地控制在建筑工程的设计阶段，提高施工方案的使用价值，保证建筑施工的持续稳定推进。

3.5 适用于低碳环保设计

低碳经济时代的到来，给建筑行业发展指明了新的方向，加强低碳环保设计，建造绿色节能建筑，创建建筑业与环保事业协同发展的新格局，是践行可持续发展的必要举措。

建筑工程设计中运用BIM 技术模拟自然光照和通风条件，带来了身临其境的感受，走进建筑室内查看光线是否明亮，通风状况是否良好；基于建筑结构对建筑功能的影响，调整门窗朝向、位置和大小，增强建筑的保温隔热性能，充分利用自然风和自然光，营造舒适的居住空间。

应用BIM技术还能计算建筑能耗，所得结果准确度较高，根据数据库中同类案例采用的解决办法，使设计人员的思路更加清晰，采取有效的节能措施，优化建筑结构，提高热工性能，整个建筑的能耗大幅下降。

4 BIM技术在建筑工程设计中的有效应用策略

4.1 科学制定BIM建模标准

要想确保BIM模型的标准性与科学性，能够全面真实的体现建筑工程信息，首先要明确BIM模型的建设标准，收集完整的工程资料，具体包括模型文件、项目文件、绘图标准、模型拆分需求、增加相关变更资金、协作文件的标准控制、模型文件的存储和使用、代表性文件等。根据这些数据信息，利用BIM 技术建设建筑信息模型，对施工现场进行布局，得到各专业的施工图纸，从而拓宽施工图设计的深度和广度，充分发挥BIM技术的价值功能。

由于信息的来源渠道及结构类型较多，信息传递的过程中容易出现失真问题，因此要认真审核各类信息，确保数据库中的信息准确无误，这样在整合信息、建立BIM模型时就会有据可依。模型建立之前做好充分的准备工作，及时将初步设计模型和市场调研、实地勘察、项目资料等所得到的信息传递给设计单位，计算工程量清单，有效分析经济成本模型，还要参考相关数据。为了实现投资估算、概算和预算计划的科学发展目标，有必要适当增减模型的相关内容，使经济量和成本信息能够有效地联系起来。

4.2 做好全专业模型的构建工作

三维立体模型的构建可全面覆盖建筑结构、设备、景观等，是BIM 技术应用于建筑工程设计的重大优势，所建立的BIM模型应按照建筑工程设计标准执行，根据相应的可视化程度，对建筑物、构筑物、景观设施及相关设备之间的关系进行排序，在BIM模型中加入完整信息，完成三维立体模型的构建。

BIM 技术与专业软件的结合使用可以满足设计工作的多种要求，比较常用的有Revit、NavisWorks、showcase 等软件，提高设计协同，进行设计优化，为BIM 模型的充分合理利用创造了良好条件。建筑设计包括许多参数，如建筑室内各个功能区的面积、管道型号和规格等，因为建筑工程具有独特性，所以经过对数据库信息的更新，不断积累设计经验，提高数据信息利用率，会使BIM 模型的构建更加高效化，参考价值更高，进一步提升建筑工程经济成本管理及进度质量控制水平。

在建筑工程协同设计、可视化、分析仿真等方面BIM技术发挥重要作用。对于复杂多样的外观造型、不规则的建筑立面的建筑模型的构建，可采用自定义设计构建子族，为每个子族添加相应的参数信息，并参考绘制平面的复合族，使不同材质的组图以不同点、线、面的形式放置在合并后的平面视图中，根据相关设计图纸中的尺寸信息，建立每个子族，并准确标注子族的数量和参数，提供较高的仿真精度。然后利用BIM 模型科学处理相关数据，模型建立后，考虑到建筑不同结构的尺寸、类型和材料的差异性，可以添加准确的统计数据，用于计算材料用量，控制工程造价。

4.3 通过碰撞检查优化BIM模型

借助NavisWorks 软件的碰撞检查功能检验BIM模型的可行性，软件会自动记录和呈现建筑结构中设计不合理的地方，使得BIM模型的优化变得有的放矢，工作效率相对更高，有效消除了后期设计变更和返工的可能性。

碰撞检查可分为硬碰撞和间隙碰撞，二者的区别在于建筑结构是否存在交集，结构梁、空调管道和给排水管道中常见硬碰撞问题；而间隙碰撞是指结构距离小于预设值，出于对施工安全和建筑功能的考虑，无论哪种碰撞都要尽量规避。

运用BIM技术实施碰撞检查的流程为：提交BIM模型，软件自动运行并输出结果，出具碰撞检查报告，设计人员充分讨论后调整相互碰撞的建筑结构间的距离，生成新的模型，再次进行碰撞检查，直到无碰撞问题出现为止。

4.4 加强施工图的专业管理

我国建筑工程设计规范中关于施工图的设计有着明确规定，审核通过后的BIM模型利用出图功能可以制作各专业需要的施工图，清晰体现建筑结构的组成及构件、管线间的连接，不需要手工绘制图纸，削弱了人为因素对施工图专业性的影响，充分满足了施工图的专业化管理需求。

空间规划是建筑工程设计的重要内容，研究建筑工程各项组成要素的空间关系，保证结构数据的准确性，建筑工程设计才能更加符合项目功能要求。BIM技术具有可视化特点，是研究建筑结构构件空间关系的有效辅助工具，结构构件参数信息的直观展示为设计人员优化施工图给予了信息支撑，使得建筑空间规划的合理性得到保证。

5 结束语

信息时代下，BIM技术在建筑工程中发挥的作用不可小觑，利用BIM 技术构建三维立体模型，清晰展现建筑信息，加强协同设计和碰撞检查，不断优化建筑结构和管线，增强建筑的环保节能特性，彰显了BIM技术在新时期的应用价值，值得加以推广。BIM技术在建筑工程中的应用于为大众建造功能性、实用性、美观性兼备的高质量建筑，降低对生态环境的污染，维护建筑用户的健康，从而推动建筑业的可持续发展。