建筑信息模型技術(shù)下的建筑設(shè)計

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摘要：指出了建筑信息模型技術(shù)是建筑領(lǐng)域的一場信息化革命。BIM技術(shù)的應(yīng)用有利于實現(xiàn)對建設(shè)項目全生命周期的管理、實現(xiàn)設(shè)計視圖的三維性、有效地減少設(shè)計變更及縮短設(shè)計周期、實現(xiàn)對施工成本預(yù)測性控制。對建筑信息模型技術(shù)在建筑設(shè)計階段的應(yīng)用價值進行了探討，得出了BIM技術(shù)在建筑模型設(shè)計、結(jié)構(gòu)模型設(shè)計和機電模型設(shè)計中的價值，為建筑設(shè)計新模式的應(yīng)用提供參考。

關(guān)鍵詞：建筑信息模型；建筑設(shè)計；應(yīng)用價值

1引言

BIM（BuildingInformationModeling），也稱為建筑信息化模型技術(shù)，與傳統(tǒng)建筑模型技術(shù)相比，三維下的建筑設(shè)計模型構(gòu)建便是BIM技術(shù)最大的亮點［1］。它以現(xiàn)實工程建設(shè)數(shù)據(jù)和計算機技術(shù)為基礎(chǔ)，在一個工程建設(shè)項目未完工或者設(shè)計階段，構(gòu)建出其虛擬數(shù)字化模型，同時通過計算機平臺實時整合并修改工程建設(shè)項目各個節(jié)點的關(guān)鍵信息，以保證關(guān)鍵信息在建筑工程全生命周期內(nèi)的互通性。在大數(shù)據(jù)平臺技術(shù)的協(xié)助下提高所有參與工程建設(shè)及后期運維人員對項目各個節(jié)點的掌控力。并對未來建筑設(shè)計可能產(chǎn)生的問題提早解決或者排除，以達到規(guī)避風(fēng)險、節(jié)省工期、縮減項目全生命周期的造價成本等效果。

2建筑信息模型技術(shù)的應(yīng)用價值

傳統(tǒng)建筑設(shè)計，在設(shè)計順序上通常是“先建筑，再結(jié)構(gòu)，最后水電”的模型構(gòu)建順序。由于各個專業(yè)的不同、各個節(jié)點的復(fù)雜錯綜，使得傳統(tǒng)設(shè)計在人員對接上可能發(fā)生信息阻礙、溝通欠缺等諸多難題，導(dǎo)致不同設(shè)計單元的版本存在矛盾及差異［1，2］。在軟件使用上，傳統(tǒng)建筑設(shè)計不同專業(yè)一般需要不同軟件的參與。傳統(tǒng)設(shè)計過程的缺陷及其設(shè)計軟件的種類繁多，各有各的優(yōu)劣，從而使大部分應(yīng)用于各個施工階段的數(shù)據(jù)和通信處于隔離狀態(tài)，導(dǎo)致的大量數(shù)據(jù)丟失，進而給工程項目的實施與竣工造成了一定的風(fēng)險。通過BIM技術(shù)在項目設(shè)計階段建設(shè)的數(shù)據(jù)信息可視化、集成化處理，建設(shè)工程項目可以優(yōu)化施工方案、縮短工期，以實現(xiàn)建筑施工現(xiàn)場效益的最大化，經(jīng)濟成本效益最優(yōu)化。BIM技術(shù)是一種多維模型信息集成技術(shù)，其關(guān)鍵點在“信息”，即模型內(nèi)涵蓋建筑更多層次的信息。其應(yīng)用價值有以下幾點。

2．1有利于實現(xiàn)對建設(shè)項目全生命周期的管理

在建設(shè)項目的建設(shè)階段中，BIM翻模技術(shù)對建設(shè)項目完工后進行形象化和智能化管理至關(guān)重要［3］。BIM翻模技術(shù)允許項目參與方提取并追蹤相關(guān)有價值性的數(shù)據(jù)，例如組件狀況，規(guī)格模數(shù)，維護與操作指南，保修校準等。因此，BIM技術(shù)可以使其能夠參與到建設(shè)項目的全生命周期的設(shè)計，對建設(shè)項目的各個階段都能實現(xiàn)很好的實時控制，實現(xiàn)建設(shè)項目的設(shè)計由管理人員通過建筑信息管理平臺，在整個生命周期內(nèi)進行運維活動，有利于實現(xiàn)對建設(shè)項目全生命周期的管理。

2．2實現(xiàn)設(shè)計視圖的三維性

BIM技術(shù)圍繞一個綜合的數(shù)據(jù)模型，建筑師，土木工程師，結(jié)構(gòu)工程師等各種參與者，根據(jù)其對建筑設(shè)計的需求提取與構(gòu)成視圖及信息。其可視化功能使得參與者不但可以在建筑施工之前就能以三維視圖形式審視建筑物，而且在項目生命周期里自動更新建筑視圖。雖然傳統(tǒng)建筑設(shè)計軟件AutoCAD等也具有三維視圖效果，但是其對計算機的硬件要求較高，同時無法對各個構(gòu)件進行渲染，使得建筑思維變得局限［4，5］。BIM技術(shù)確保項目能夠收集到更多更準確的數(shù)據(jù)，并將其存儲在模型中，并以三維模型加以展示，從而真正實現(xiàn)建筑設(shè)計的三維性［6］，同時，將已建成模型與現(xiàn)代VR技術(shù)進行鏈接，利用其真實觀賞效果可漫游實景感受，并且任意角度導(dǎo)出全景、VR及效果動畫，實時把控方案效果審閱，提前預(yù)知實施效果。同時達到快速審查、會審、交底驗收目的。

2．3有效減少設(shè)計變更及縮短設(shè)計周期

建筑項目的設(shè)計過程的科學(xué)化、合理化是保證設(shè)計質(zhì)量與進度的前提［7］，在建筑設(shè)計階段發(fā)現(xiàn)并且減少由于設(shè)計文件而導(dǎo)致的設(shè)計變更，將大大提高施工質(zhì)量和節(jié)省工期。BIM技術(shù)能夠應(yīng)用于施工現(xiàn)場規(guī)劃各個階段的相關(guān)任務(wù)，它允許項目涉及者能夠處在整個工程建設(shè)項目生命周期中去進行提取建設(shè)數(shù)據(jù)信息和可視化其項目的建設(shè)進度。同時建筑信息模型技術(shù)的應(yīng)用能夠?qū)⒛Ｐ偷母鱾€專業(yè)領(lǐng)域（建筑方面、結(jié)構(gòu)方面、設(shè)備方面）等在設(shè)計階段時，集成到一個建筑模型中，在BIM技術(shù)中設(shè)置相應(yīng)的檢測規(guī)則，即可進行相應(yīng)碰撞核驗，導(dǎo)出詳細的檢驗報告，高效查找碰撞的管道和行架的構(gòu)件和位置，通過碰撞核驗可以發(fā)現(xiàn)風(fēng)管水管相交概率點、空調(diào)管道的合適高度，在施工前避免不必要的錯誤，節(jié)省人力物力，大幅度提高碰撞核驗的控制精度，改善處在建設(shè)項目過程中所可能發(fā)生的修改變更。有效地減少了設(shè)計變更及縮短了設(shè)計周期。

2．4實現(xiàn)對施工成本預(yù)測性控制

在傳統(tǒng)設(shè)計中，建筑模型信息往往停留在各個構(gòu)件板塊模數(shù)上，例如構(gòu)件尺寸、構(gòu)件位置等繪圖數(shù)據(jù)。由于傳統(tǒng)建筑設(shè)計過程缺乏對于建筑模型定額定量匯總的技術(shù)手段，因此無法在施工前期進行相對精準有效的造價估算。BIM信息翻模技術(shù)允許涉及者可視化其項目的進度和相關(guān)的造價成本［8］。同時BIM技術(shù)的使用提高了工程變更、設(shè)備、人工更改的精確性。并且提供了用于提取和分析成本，評估方案和變更影響的方法，因此能實現(xiàn)對施工成本的預(yù)測性控制［9］。

3建筑信息模型技術(shù)在建筑設(shè)計階段的探究

建筑信息模型技術(shù)應(yīng)用在建筑設(shè)計階段的設(shè)計要點主要包括［10］：建筑模型設(shè)計、結(jié)構(gòu)模型設(shè)計和機電模型設(shè)計。

3．1建筑模型設(shè)計

建筑模型設(shè)計包括房間布置、碰撞檢查等分應(yīng)用點［11］。傳統(tǒng)建筑設(shè)計一般采用CAD、SKETCHUP等模型設(shè)計軟件進行設(shè)計。但由于各個軟件的不兼容性，傳統(tǒng)建筑設(shè)計模型設(shè)計一般需要在不同軟件中重復(fù)建模才能完成設(shè)計工作。利用BIM技術(shù)的建筑模型設(shè)計則一般采用天正CAD設(shè)計平臺對建筑圖紙進行初步設(shè)計，接著以計算機系統(tǒng)所支持的特定格式文件通過Re－vit鏈接或者導(dǎo)入模塊將初步設(shè)計圖紙直接連接BIMforRevit［12～14］。然后基于圖紙進行初步建筑軸網(wǎng)翻模，最后通過已建軸網(wǎng)模型完成建筑設(shè)計。此外，還能采用的BIMforRevit套包，通過其自帶土建建模板塊能夠自動進行房間識別及模型調(diào)整。相比于傳統(tǒng)的建模技術(shù)，基于BIM技術(shù)的建筑模型設(shè)計不需要在不同軟件重復(fù)建模，僅需要通過對項目三維模型雛形進行修改就能得到理想建筑模型，利用BIM技術(shù)構(gòu)建三維模型能夠更加直觀的表達建筑物效果。同時還能對已建模型進行碰撞分析及修改，最大程度的降低成本，減少資源消耗［15～17］。

3．2結(jié)構(gòu)模型設(shè)計

結(jié)構(gòu)設(shè)計相對于建筑設(shè)計，其主要針對該項目柱、梁及板等房屋結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)計及布置，傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件有PKPM、ETABS和3D3S等軟件。由于建筑結(jié)構(gòu)的多樣性，其結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件同樣種類繁多，這也就使得設(shè)計者在軟件選擇上需要花費額外的時間和浪費較多的精力，使工作效率無法提高。再者基于PKPM、ETABS和3D3S等傳統(tǒng)設(shè)計軟件的結(jié)構(gòu)設(shè)計模式存在不夠直觀、各個專業(yè)分散非協(xié)同以及無法準確參數(shù)化等問題，從而導(dǎo)致與現(xiàn)代建筑設(shè)計開始出現(xiàn)嫌隙，無法適應(yīng)現(xiàn)代建筑更新?lián)Q代和無法滿足其對可視化、精確化、數(shù)字化等更高要求［18，19］。利用BIM技術(shù)的結(jié)構(gòu)模型設(shè)計，將滿足Revit系統(tǒng)要求的建筑結(jié)構(gòu)模型鏈接，創(chuàng)建包含梁板配筋面積計算信息的建筑主體結(jié)構(gòu)模型。利用Revit軟件的結(jié)構(gòu)功能板塊，通過各個構(gòu)件屬性分模塊進行屬性修改（包括形狀規(guī)格、材料配置、顏色等模數(shù)修改），接著根據(jù)項目要求及當?shù)亟ㄖO(shè)計規(guī)范進行各個構(gòu)件設(shè)計，待構(gòu)件屬性修改完成，最后進行構(gòu)件布置，從得到結(jié)構(gòu)模型。并且，利用BIM技術(shù)的結(jié)構(gòu)模型設(shè)計，由于其通過結(jié)合配筋信息與建筑平法標注信息，能夠直接于該管理平臺創(chuàng)建滿足國家設(shè)計標準的結(jié)構(gòu)施工圖，無需通過CAD進行二次建模，從而大大節(jié)約了時間成本。此外，基于BIM技術(shù)，還能夠提供高清構(gòu)建模型，對已建混凝土、鋼筋等結(jié)構(gòu)構(gòu)件進行實物工程量匯總，通過web端和移動端以輕量化模型展示，使其獲得更佳的展示效果。

3．3機電模型設(shè)計

建筑機電模型設(shè)計具有明顯的集成特性，各類管線和行架的碰撞核驗一直是設(shè)計的難點。傳統(tǒng)的碰撞核驗，采用傳統(tǒng)CAD等軟件，以二維圖紙的方式進行核驗。由于各類管線、橋架尺寸等構(gòu)件均無法以二維圖紙形式精準呈現(xiàn)出來，所以將構(gòu)件碰撞的風(fēng)險隱患精準的反映出來顯得極為困難，同時各基本要素間又易發(fā)生沖突，從而導(dǎo)致管線排布難度的攀升?；贐IM技術(shù)的機電模型設(shè)計，主要采用斯維爾BIMforRevit翻模平臺，其最大的特點就是能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)同步化，在Revit等設(shè)計軟件平臺中所修改的信息實時并且完好無缺地反饋在三維建筑模型中。采用BIM正向一體化技術(shù)措施可轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)的翻模方式，建立3D模型管理方案，在Revit、天正CAD等建模軟件功能的支持下，有利于機電構(gòu)件碰撞核驗的全面開展。當發(fā)現(xiàn)存在碰撞核驗等方面的缺陷，便可以及時通過校準管片位置等方法減少甚至避免構(gòu)件沖突。基于BIM技術(shù)的機電模型設(shè)計應(yīng)用主要包括以下要點。（1）管線布置及搬遷模擬。利用已有機電CAD格式圖紙鏈接Revit，從而進行管線布置與搬遷。（2）碰撞核驗與管線綜合。結(jié)合Revit2軟件自帶的碰撞檢查系統(tǒng)，對項目存在碰撞的管線進行修正。（3）模型漫游及管線檢查。傳統(tǒng)模型需要通過Fu－zor等軟件來完成模型的漫游演示及施工成果展示，基于BIM技術(shù)的機電模型漫游及管線檢查則通過其自帶的三維模型漫游功能，以此對項目已修正管線進行三維漫游檢查，對其進行可行性分析，采用適量的手段加以改進，以保證管線布置的精確性。（4）管配件工程量計算。對機電模型進行實物工程量匯總，得到管配件工程量報表，以保證項目造價分析準確性。BIM技術(shù)最終實現(xiàn)的管線排布，是物理拓樸與邏輯拓樸的相互對應(yīng)，它將邏輯上的機電模型在物理空間上實現(xiàn)。在建筑機電模型上是實現(xiàn)其電氣平面圖的設(shè)計。依據(jù)機電模型設(shè)計階段分析的結(jié)果修改三維模型［20］。根據(jù)系統(tǒng)圖，完成物理拓樸的設(shè)計。對物理拓樸進行設(shè)計，使之從功能上與邏輯拓樸對應(yīng)。完成管線布置系統(tǒng)設(shè)計。布線系統(tǒng)，在實現(xiàn)良好的系統(tǒng)三維模型外，還應(yīng)從建筑實際的適應(yīng)性和經(jīng)濟性角度對機電模型加以考慮。此機電模型的管線排布的最終完成，三維與二維之間的高效轉(zhuǎn)換，體現(xiàn)了BIM技術(shù)在建筑一體化設(shè)計中的優(yōu)點。

4結(jié)語

本文首先通過將傳統(tǒng)建筑設(shè)計與現(xiàn)代新型BIM建筑協(xié)同管理平臺進行分析比對，從而了解建筑信息模型具體的優(yōu)劣勢所在。通過BIM的技術(shù)及其相關(guān)軟件對建筑設(shè)計階段的建筑模型，結(jié)構(gòu)模型，機電模型進行研究設(shè)計模擬，充分顯示了Revit等相關(guān)BIM建筑信息管理平臺在現(xiàn)代建筑項目設(shè)計階段具有無可比擬的優(yōu)勢。隨著設(shè)計階段的不斷深化，對建筑設(shè)計模型的要求越來越高，這就使得傳統(tǒng)設(shè)計的缺陷越來越明顯。而伴隨著Revit等相關(guān)BIM建筑信息協(xié)同管理平臺的出現(xiàn)，給現(xiàn)代建筑項目設(shè)計階段開辟了一個新的設(shè)計模式。雖然本文所述僅處在建筑設(shè)計階段，并未包含建筑的全壽命周期，但是BIM技術(shù)對建筑全壽命周期所帶來的便利是毋庸置疑的。它為建筑全壽命周期提供了有效的技術(shù)及管理依據(jù)，進而有效提高整個項目的經(jīng)濟效益。

作者：李達耀 劉驍 朱英華 單位：北部灣大學(xué)