BIM技术在高层建筑深化设计中的应用探讨

文／胡孟尧 常德市规划建筑设计院有限责任公司 湖南常德 415000

引言：

随着我国社会经济高速发展，城市化发展进程不断加快，城市用地日益紧张，在这样的背景下，高层建筑得到大范围的开发，解决了城市用地紧张这一发展问题。在进行高层建筑设计过程中，将BIM技术应用其中，设计者能够直观地看到建筑工程的三维模型图，以此为建筑进行深化设计，除以上之外，通过BIM技术所具有的可视化模拟特征，能够帮助工程各参与方以直观的方式了解建筑各专业，对提升建筑施工质量具有重要意义。

1、概述

1.1 BIM技术

所谓BIM技术，中文简称为建筑信息模型，BIM的概念是基于当代社会信息技术发展背景下衍生的一种数字化表达技术，通过运用特定软件系统，将建筑内部构造、参数信息等设置其中，将物体本身的功能、物理等特性表达出来，以此开展建筑工程设计，在整个设计过程中，所产生的各项信息都可作为后期施工、维护等全寿命周期中的参考[1]。除以上之外，因BIM技术是以三维模型作为基础而产生的，因此在进行建筑设计过程中，可针对模型中的数据进行动态调整和优化，促使整个设计更具实施可行性，与此同时，在项目建设各阶段，参与项目的施工、设计、建设等单位可进入BIM共享平台，根据自身工作需求从中获取、更新数据信息，在其中落实自身工作职责，达成协同目的。

1.2 深化设计

所谓深化设计，就是基于条件图或原理图，根据工程施工现场实际，对已有的图纸进行更深层次的细化、完善。经过深化设计后形成的图纸，更容易满足建设单位提出各项要求，符合产品生产、安装规范要求，通过对此进行全方位的审查，促使图形合一，以此对工程现场施工起到指导性作用。经过深化设计后图纸更具实施可行性，满足施工现场施工要求，明确施工各环节工作范围，为交叉施工提供有力施工条件，对施工进度起到控制作用；图纸中的内容更为详细，能够对工程施工中所产生的造价预算进行调整，另外，通过社会设计后，工程设计图纸更具系统化，对推动当前工程项目进展具有一定作用。

2、传统装配式高层建筑深化设计中遇到的问题

2.1 标准化程度低

其一，所采用的软件设计，缺乏统一性的标准制度，使得建筑项目在设计过程中所使用的专业软件在进行数据衔接和传递上存在一定的困难度，如果使用其中一种绘图软件进行设计，使用另一软件打开这一文件，经常会出现图形变形、数据丢失等情况 这就对设计者在进行设计交流时造成一定影响，无法保证设计信息的衔接准确性[2]；其二，软件中所采用的设计标准与国家标准之间存在不一致之处，例如制图标准和尺寸标注方式存在差别，轴线画法不满足标准要求等等，虽然各专业在设计中满足相应标准要求，但如果多个专业间进行数据交换，则没有制定相对统一的标注要求。

2.2 二维图纸表达的局限性

以往在进行高层建筑设计过程中，虽然已经实现应用计算机制作设计图纸，但大多情况下都是采用CAD绘图软件进行设计工作，这就使得设计方式、设计组织形式依旧采用以往传统模式，这种情况下很容易出现数据前后不一、设计重复、数据冗余等情况，必然会对最终设计质量产生影响，与此同时，项目参与方也不能实时掌握当前设计进度，无法为后续施工作业的开展提供参考依据。另外，虽然当前很多设计单位建立局域网络，但是针对设计的信息化技术开发例如还需要有待提升，没有设立针对各专业设计人员在进行设计信息共享所使用的协同平台，设计人员无法在第一时间内获取设计进展信息，没有真正将网络在设计中的作用发挥出来，也没有达成协同设计目标。

2.3 构件碰撞问题难以提前发现

就以往传统模式下的装配式高层建筑设计来看，虽然借助已有的软件能够生成墙体、门窗等设计功能，但实际上，这些图形在实际施工中的合理性还存在很多缺陷之处，需要进一步做修改，特别是完成设计后，对于图纸中一些构件碰撞部分是否存在问题很难察觉到，经常在后期施工中发现构件碰撞上的问题，这种情况下可能需要对设计图纸进行修改，一般来说，修改图纸具有一定的麻烦特征，如果对平面图进行修改，还要对立面、剖视等图纸进行相应地修改。另外，如果在设计过程中某个设计部位被疏忽，严重情况下可能会引发质量事故，为施工造成不必要的损失。

3、BIM技术深化设计实施方案

3.1 制定BIM技术规范标准

从本质上来讲，基于BIM技术进行深化设计，是在已有模型的前提下进行的，而对于高层建筑进行深化设计，其对于建筑三维模型的数量、质量都要做到精准性的把控，才能在规定的时间、成本要求下达成深化设计各项要求。基于此，在实际设计过程中，应针对高层建筑项目不同阶段、专业所提出的深化设计要求和特征进行分析，制定各阶段的模型精度和表现形式标准，并结合工程施工实际将参数信息、成果形式加入其中。

3.2 建立BIM协同管理模式

开展深化设计，不可能通过某个单位自身的努力来完成，尤其是针对高层建筑，需要将施工过程中可能出现的各种因素考虑其中，以此为基础进行深化设计才能最大化满足施工实际需求，有效减少后期施工中可能遇到的各种问题。因此在进行深化设计过程中，还要将各参与方在其中的协调性作为重点内容加入其中，通过建立BIM协同管理模式，在进行深化设计过程中，能够及时针对其中的设计问题进行沟通，保证整个设计过程的透明性，参与各方及时对设计成果进行确认，以此保证最终设计结果具有实施可行性[3]。

3.3 制定针对性BIM 技术方案

针对高层建筑进行深化设计时，针对其中的设计重难点部分，结合深化设计任务特征制定多种解决方案，然后选取其中最为合适的BIM软件开展深化设计。举例来讲，应用图纸对比软件，对多个版本设计图纸中的差别进行查找，相比较人工的方式进行查找，不仅仅提升比对工作效率，同时也能够保证查找的准确性。

3.4 建立BIM技术保障机制

将BIM技术科学应用于高层建筑深化设计中，需要其中各项工作环节的有效沟通，以及项目参与各方之间共同协作起到支持性作用。换句话说，如果其中某项工作环节，或者某个项目参与方出现问题，BIM技术在高层建筑深化设计中的应用将成为无用功，无法切实发挥其应用成效。基于此，为保证深化设计的有效性，这就需要对此制定相应保障措施，通常情况由建设单位和总包单位作为牵头人，真正发挥总包对深化设计的统筹管理作用，确保BIM技术在高层建筑深化设计中的有效施行。

4、BIM技术在高层建筑深化设计中的应用分析

本文以喜来福公馆作为案例进行分析，该工程具有工程量大、设计复杂，其中所设计到的现代化施工工艺、材料等非常多，这就在一定程度上使得该建筑项目的深化设计困难度加大，将BIM技术应用其中，以三维模型作为该项目设计中的基础，为之后深化设计制定专门的实施方案，以此解决该项目在深化设计中的困难。

4.1 深化设计流程

在喜来福公馆建筑项目工程中，该工程属于高层建筑，建设所处区域的地下机电管线相对集中，各类专业管综的分布形态具有一定的复杂性特征，其建筑周边还设有配套的交通、绿化景观等，这就为该项目在进行排布上带来一定的困难度，为改善以往所采用的二维图纸在深化设计上存在的不足之处，通过BIM技术对此进行深化设计，具体来讲：

4.1.1 基础建模

通过对当前工程项目已有的CAD设计图纸进行分析，由专业BIM工程师对此开展三维建模，在进行建模过程中，应分析图纸中是否存在与实际工程施工不相符的问题，然后针对问题与相关设计者进行沟通[4]。与以往传统模式下的二维图纸对比来看，通过三维建模的模式，能够以更为直观的方式查找设计中存在的问题，根据施工各阶段建设需求，制定符合当前工程性质的规范标准，以此确定模型的精度、标准等等。

4.1.2 碰撞检测

完成三维基础建模后，在针对各专业模型进行碰撞检测，碰撞检测的目的在于找到当前模型中存在的不可行之处，以及设计图纸中存在的问题，通过检测后获取相应的碰撞报告，然后再由工程项目部门根据建设需求对碰撞报告进行定制改版，以便于工程现场管理工作人员能够准确掌握图纸中信息，找到定位所处位置，并针对该部分问题制定相应的解决方案。完成碰撞检测后，还要将检测后的碰撞结果汇报至上级部分，然后由工程项目参与方针对报告制定调整方案，以此对后续工程项目施工的管综调整工作提供指导。

4.1.3 确认模型

完成管综调整后，将当前高层建筑项目参与方负责人召集，针对三维模型确认开展会议，会议的目的在于针对模型经过调整后，是否满足相关设计参数要求，是否符合相关规范标准要求等等进行确认，如果其中还是存在问题，则对模型进行更进一步的调整，直至最终调整后的模型符合项目参与各方提出的相关要求[5]。

4.1.4 二维出图

项目参与各方确认模型没有问题后，即可根据最终确认的模型出具二维图纸，要求二维图纸中将管线标高、各节点、平面位置标注其中，这样做的目的在于保证最终完成的图纸能够为工程现场施工作业提供指导。另外，对于施工中的车库上方、机房出入口、竖井等一些具有复杂性特征的节点部分，应出具剖面图，与平面图纸相结合，将管综所处具体空间位置信息表达出来，以此保证后续施工作业能够顺利开展。其中需要特别注意的是，所有图纸都要由当前工程设计方亲自签字确认，以此保证图纸信息的准确性。

4.1.5 工程监督

参与高层建筑施工的分包单位，根据自身专业对二维图纸中所标注的洞口预留、管线等开展施工作业，总包单位根据三维模型与当前工程施工现场情况进行对照，以此对施工作业情况进行全面的监督，在监督过程中如果出现分包单位现场施工情况与三维模型之间存在不一致时，总包方在第一时间内根据现场情况对三维模型进行适当调整，以此保证高层建筑施工现场能够严格按照三维模型调整结果开展施工作业，真正实现各专业之间在施工中的协同，以此严控工程施工质量，满足设计规范要求。

4.1.6 实施效果

将BIM技术应用于高层建筑深化设计过程中，通过对二维图纸进行深化，能够在施工前预知工程施工中构件碰撞、交叉工序可能产生的风险，然后运用三维模型对此进行合理的调整，能够及时解决后续施工可能遇到的问题。在喜来福公馆项目中应用BIM技术，对施工现场起到了一定的指导性作用[6]。相比较于以往所采用的传统二维深化设计模式而言，在原有基础上进一步提升了深化设计效率，经过BIM技术进行深化设计后 ，所呈现出来的图纸信息更为详细、准确。与此同时，以三维的形式将当前建筑工程设计模型呈现出来，施工参与各方对其中一些相对复杂的节点部分把控也更为简单、便捷。从整体上来看，采取BIM技术对高层建筑进行深化设计已经得到工程参与各方的大力推崇和使用。

将BIM技术应用于高层建筑深化设计中，为针对三维模型调整制定相应的设计原则，建设单位、设计单位以及施工单位之间应对此多次进行沟通，在项目建设前期阶段，设计单位最重视的部分就是规范标准以及当前建筑对功能方面提出的要求；而建设单位则重视建筑净空标高等各项参数信息，分包单位则重视施工现场施工的便利性。基于以上，在提出有关三维模型调整的意见过程中，各参与方都是站在自身的利益，基于自身对工程建设需求来对模型进行适当的调整，如果只是采纳其中一方的调整需求，无法形成相对统一的调整意见。对此组织各方参与BIM协调会，将各方负责人集中起来，统一通过模型将其中的碰撞点展示出来，然后根据各方提出的设计需求对模型进行相应的调整，以更为直观的表达方式将各方对设计提出的调整建议优势和缺陷呈现出来，各方根据模型调整后的效果互相协调，最终设计出具有实施可行性的方案。基于BIM技术进行深化设计后的三维模型，一方面能够被设计单位签认；另一方面能够为工程现场施工作业提供指导，以此防止因多次进行模型调整造成的浪费情况，具有积极性应用意义。

4.2 复杂节点深化设计

从整体上来看喜来福公馆这一高层建筑特征来看，整体设计上具有一定的复杂性特征，特别是其中钢骨柱等材料的应用量比较大，这就在一定程度上为节点深化设计部分的工作带来困难度[7]。从二维设计图纸的角度来看节点部分的设计，关于钢骨柱和梁之间产生的穿孔、贯通、锚固、连接等情况经常出现交叉性的设计错误，当前已有的设计软件虽然依旧使用钢筋规范标准要求进行钢筋排布、生成连接方式等操作，但无法对细节部分进行调整，再加上实际施工中可能发生的变数比较多，在满足设计规范的前提下来时间节约时间、材料以及人力资源，才是人为方式进行设计调整的重要方向。

基于以上，应用BIM技术对工程项目中的节点开展深化建模设计，基于相关规范标准、施工图集，针对当前工程快速生成钢筋弯钩，自动完成箍筋排布，同时还能够对钢筋和钢构件之间的碰撞进行检测，通过BIM技术进行深化设计所产生的成效，具有其他一般软件、人工深化都不能与之比拟的优势，呈现出来的三维设计模型可对施工作业进行指导，同时模型中附带的各项参数、排布方式等也会根据设计变更进行相应的调整，在很大程度上提高了节点部分的深化设计效率，缩短节点部分深化设计所需要的时间和人力资源。完成深化设计后，将图纸和三维模型两者结合起来，与工程现场施工实际相结合对技术人员进行交底，对保证施工质量具有非常重要意义。

5、BIM技术在高层建筑深化设计中的应用优势分析

5.1 效率高

通过应用BIM技术开展高层建筑深化设计，在二维模式的基础上进一步提升了深化设计工作效率，例如，在对喜来福公馆项目进行节点排布时，所需时间相比较于以往缩短了50%以上的时间。

5.2 成本低

应用BIM技术对高层建筑开展深化设计，只需要在当前项目建设模型的基础上进行相应的深化和调整，即可达成节点排布、碰撞检测等各项功能，不需要耗费人力资源对深化设计的可行性进行验证和计算，有效节约了人力、物力等资源的成本支出。

5.3 创新性

将BIM技术应用于高层建筑深化设计中，能够为项目提供更合适的总包管理模式，以此为基础制定相应的总包模型管理体系，以及分包管理协议，以便于更顺利地将深化后的模型应用于实际施工中，这对于提升施工质量而言具有积极性意义。

5.4 直观性

应用BIM技术开展深化设计，能够促使项目参与各方以更为直观的方式查看当前工程项目中的复杂节点空间所处具体位置，以及其中不规则类的建筑形体信息，其中主要有工艺搭接、基础模型等等，即便不是工程专业方面的认识，也能通过模型掌握其中的复杂节点信息，再加上模型中都会明确指出相应的数据信息，以便于技术人员第一时间发现其中可能存在的问题，有效提升设计方案的可靠性。

结语：

综上所述，随着现代化建筑领域的发展，以往所采用的传统CAD技术已经无法满足当前建筑设计要求，而BIM技术是基于CAD的基础上衍生出来的一种新型三维技术，在喜来福公馆这一高层建筑项目中，将BIM技术应用其中，相比较于二维深化设计模式更具设计优势，相信在不久的将来，BIM技术会逐渐成为建筑设计的必然发展方向，在现代化建筑设计中占据一席之位。