探討BIM技術在建筑工程設計中的優勢及應用

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1 前言

現階段，通過收集建筑工程信息，利用數字化技術構建三維立體模型，實施協同設計，進行碰撞檢查，減少建筑結構和管線的交叉是建筑工程設計的新趨勢，充分展現了BIM技術的優勢。同時借助BIM軟件功能，動態模擬施工過程，幫助技術管理人員認識到“人、機、料、法、環”因素對建筑施工產生的影響，制定可操作性較強的應急預案，以防范施工風險，達成進度質量目標。

建筑工程設計圖紙和方案的重要性不言而喻，運用BIM 技術提高設計環節的專業化、精細化水平，促進數據信息在不同單位部門間的高速傳遞，建筑工程設計工作將煥發出新的氣象，對于施工作業和管理活動的順利高效開展具有十分積極的現實意義。

2 BIM技術的特點

以BIM技術為核心構建建筑信息模型，將復雜的建筑結構用立體、直觀的形式展示出來，信息傳遞速度快，時效性強，能夠真實反映建筑工程的實際情況，是輔助項目管理決策制定的重要參考依據。透過BIM模型了解工程設計及現場區域劃分是否合理，有針對性的實施設計優化，促使設計方案在建筑施工中發揮更大作用。BIM 技術的主要特點包括以下幾點。

2.1 可視性

與傳統設計技術繪制二維平面圖紙截然不同的是，運用BIM 技術構建三維立體模型，使得建筑信息呈現更加直觀，創造了良好的視覺效應，適合于專業素質不高的業主檢驗設計成果，提出改進建議。將大量不同類型的數據加以整合，轉換為清晰的圖像，無須等到項目竣工就可以看到建筑工程的最終效果，從多個角度全方位的展現建筑平面、立面，便于設計人員及時發現和解決設計缺陷，提高建筑工程設計水平。

2.2 協調性

一般來說，建筑工程設計工作是由多個專業人員共同完成，難點在于專業和部門間的協同，設計效率低下是常見現象。運用BIM技術加強協同設計，為不同部門、不同崗位的人員創建了溝通平臺，根據同一個模型開展設計工作，憑借自身專業素質表達獨到見解，共同為方案設計和優化貢獻智慧和力量。當設計完成后，在BIM平臺上各方對信息模型進行深入分析，審核設計方案，督促設計人員及時修改，促使設計方案得到進一步完善，指導建筑施工的規范化開展。

2.3 優化性

實際上，建筑工程設計可以看作是信息收集、處理和完善的過程，利用BIM 技術構建標準化的數據庫，結合本工程施工要求確定建筑造型和規模，從數據庫中提取建筑結構構件，選擇合適的施工材料，生成BIM模型。還能直接在信息模型上替換參數，與之相關聯的構件都會發生改變，實時呈現最新設計效果，有利于設計人員優化建筑結構和功能，大大減輕了設計人員的工作強度和負擔。

2.4 可出圖性

BIM模型是建筑平面、立面、剖面的有機結合體，通過該模型可以得到建筑結構工程、土建工程、管道工程的施工圖，只需要使用BIM 軟件的出圖功能，各專業就能獲得相關圖紙，在了解自身施工任務的同時，與其他專業保持高度協同。按照圖紙進行施工作業，有效避免了施工矛盾和沖突，質量整改事件也會得以規避，建筑工程能夠按時完工，施工質量達到規定要求。

3 BIM技術在建筑工程設計中的應用優勢

3.1 創造標準化數據庫，建立三維立體模型

結合BIM 技術與建筑工程信息構建標準化數據庫，囊括建筑結構構件、現場環境、建筑材料等信息，是建設BIM模型的基礎。模型建成后，設計人員可以為不同的建筑結構標注不同的顏色，設置顯示或隱藏管線，分別面向施工隊伍和業主，有利于滿足不同單位部門對建筑工程設計的個性化需求。

長期以來，業主看到的通常是建筑平面圖，需要憑借自身想象力獲悉建筑各部分結構關聯情況，而運用BIM技術打破了這一弊端，業主仿佛親身經歷一樣，對建筑結構和功能知之甚詳，為業主決策提供了重要參考。

除此之外，建筑運行階段出現火災和地震等突發性事件的概率較高，利用BIM技術開展建筑消防設計工作，標注消防設施的位置，科學設計應急照明系統、消火栓系統、防排煙系統、智能噴淋系統，規劃人員疏散路線，以強化建筑安全性能，維護業主的人身安全。

3.2 實現了設計施工管理的一體化

在建筑工程的不同階段有著不同的工作任務，設計環節主要是確定工程規模和建筑功能，選擇合適的結構構件，構建BIM 模型，根據BIM 模型設計施工方案，實現專業協同設計，讓設計人員大膽進行創新實踐，透過BIM 模型看到新材料、新工藝的應用效果，驗證其在建筑工程施工中的應用價值，擇優選取性價比較高的施工材料，提高施工方案的可行性，降低施工成本。

此環節還要擬定材料采購計劃，合理規劃施工現場，配置人力物力資源，準確計算建筑工程造價成本，檢驗建筑結構穩定性和承載力?？梢哉f建筑工程設計工作的影響力貫穿整個建筑生命周期，BIM技術提供了強有力的支持，使得保存于數據庫的工程信息具有真實性和完整性，能夠高效優質的完成上述任務，為后續工作的開展奠定了堅實的基礎，設計施工管理的一體化理念得以實現。

3.3 有效控制造價成本

眾所周知，建筑工程規模越來越大，高度也在不斷增加，投資成本更是達到了十分驚人的數字，加強造價成本控制，保障各方根本利益，是參建單位的共同心聲。在建筑工程造價中占比最大的要數材料費用，材料采購成本超出預算，施工中浪費材料的現象時有發生，導致材料成本的控制變得極為困難。

建筑工程設計中運用BIM技術，確定本工程施工所需材料的類型、數量、價格，根據各專業工種的施工任務合理分配施工材料，限制施工人員對材料的使用，從根本上杜絕材料的無故損耗和浪費。結合工程進度計劃和各個施工隊伍的職責、施工時間，自動計算人工成本，徹底將工作人員從繁瑣的造價成本控制工作中解放出來，實現了工程造價的精細化管理思想。

3.4 推進建筑施工有序進行

傳統設計技術應用的一個突出問題是在細節上難免管控不到位，有些建筑結構構件的體積小，所處位置不易于觀察，即便不符合建筑施工要求也很難發現。正式施工中經常出現結構和管線的碰撞，不得不實施變更，由此引發了進度延誤、成本上升、安全隱患增加等不良情況。

運用BIM技術開展建筑工程設計工作，BIM模型全方位立體化地呈現了建筑各個結構之間及其與管線的位置關系，調整模型觀看角度，點擊某個結構構件，采用放大操作，使得建筑信息一覽無余。碰撞檢查更是必不可少的環節，發現結構和管線的沖突會及時修正，將設計變更盡可能地控制在建筑工程的設計階段，提高施工方案的使用價值，保證建筑施工的持續穩定推進。

3.5 適用于低碳環保設計

低碳經濟時代的到來，給建筑行業發展指明了新的方向，加強低碳環保設計，建造綠色節能建筑，創建建筑業與環保事業協同發展的新格局，是踐行可持續發展的必要舉措。

建筑工程設計中運用BIM 技術模擬自然光照和通風條件，帶來了身臨其境的感受，走進建筑室內查看光線是否明亮，通風狀況是否良好；基于建筑結構對建筑功能的影響，調整門窗朝向、位置和大小，增強建筑的保溫隔熱性能，充分利用自然風和自然光，營造舒適的居住空間。

應用BIM技術還能計算建筑能耗，所得結果準確度較高，根據數據庫中同類案例采用的解決辦法，使設計人員的思路更加清晰，采取有效的節能措施，優化建筑結構，提高熱工性能，整個建筑的能耗大幅下降。

4 BIM技術在建筑工程設計中的有效應用策略

4.1 科學制定BIM建模標準

要想確保BIM模型的標準性與科學性，能夠全面真實的體現建筑工程信息，首先要明確BIM模型的建設標準，收集完整的工程資料，具體包括模型文件、項目文件、繪圖標準、模型拆分需求、增加相關變更資金、協作文件的標準控制、模型文件的存儲和使用、代表性文件等。根據這些數據信息，利用BIM 技術建設建筑信息模型，對施工現場進行布局，得到各專業的施工圖紙，從而拓寬施工圖設計的深度和廣度，充分發揮BIM技術的價值功能。

由于信息的來源渠道及結構類型較多，信息傳遞的過程中容易出現失真問題，因此要認真審核各類信息，確保數據庫中的信息準確無誤，這樣在整合信息、建立BIM模型時就會有據可依。模型建立之前做好充分的準備工作，及時將初步設計模型和市場調研、實地勘察、項目資料等所得到的信息傳遞給設計單位，計算工程量清單，有效分析經濟成本模型，還要參考相關數據。為了實現投資估算、概算和預算計劃的科學發展目標，有必要適當增減模型的相關內容，使經濟量和成本信息能夠有效地聯系起來。

4.2 做好全專業模型的構建工作

三維立體模型的構建可全面覆蓋建筑結構、設備、景觀等，是BIM 技術應用于建筑工程設計的重大優勢，所建立的BIM模型應按照建筑工程設計標準執行，根據相應的可視化程度，對建筑物、構筑物、景觀設施及相關設備之間的關系進行排序，在BIM模型中加入完整信息，完成三維立體模型的構建。

BIM 技術與專業軟件的結合使用可以滿足設計工作的多種要求，比較常用的有Revit、NavisWorks、showcase 等軟件，提高設計協同，進行設計優化，為BIM 模型的充分合理利用創造了良好條件。建筑設計包括許多參數，如建筑室內各個功能區的面積、管道型號和規格等，因為建筑工程具有獨特性，所以經過對數據庫信息的更新，不斷積累設計經驗，提高數據信息利用率，會使BIM 模型的構建更加高效化，參考價值更高，進一步提升建筑工程經濟成本管理及進度質量控制水平。

在建筑工程協同設計、可視化、分析仿真等方面BIM技術發揮重要作用。對于復雜多樣的外觀造型、不規則的建筑立面的建筑模型的構建，可采用自定義設計構建子族，為每個子族添加相應的參數信息，并參考繪制平面的復合族，使不同材質的組圖以不同點、線、面的形式放置在合并后的平面視圖中，根據相關設計圖紙中的尺寸信息，建立每個子族，并準確標注子族的數量和參數，提供較高的仿真精度。然后利用BIM 模型科學處理相關數據，模型建立后，考慮到建筑不同結構的尺寸、類型和材料的差異性，可以添加準確的統計數據，用于計算材料用量，控制工程造價。

4.3 通過碰撞檢查優化BIM模型

借助NavisWorks 軟件的碰撞檢查功能檢驗BIM模型的可行性，軟件會自動記錄和呈現建筑結構中設計不合理的地方，使得BIM模型的優化變得有的放矢，工作效率相對更高，有效消除了后期設計變更和返工的可能性。

碰撞檢查可分為硬碰撞和間隙碰撞，二者的區別在于建筑結構是否存在交集，結構梁、空調管道和給排水管道中常見硬碰撞問題；而間隙碰撞是指結構距離小于預設值，出于對施工安全和建筑功能的考慮，無論哪種碰撞都要盡量規避。

運用BIM技術實施碰撞檢查的流程為：提交BIM模型，軟件自動運行并輸出結果，出具碰撞檢查報告，設計人員充分討論后調整相互碰撞的建筑結構間的距離，生成新的模型，再次進行碰撞檢查，直到無碰撞問題出現為止。

4.4 加強施工圖的專業管理

我國建筑工程設計規范中關于施工圖的設計有著明確規定，審核通過后的BIM模型利用出圖功能可以制作各專業需要的施工圖，清晰體現建筑結構的組成及構件、管線間的連接，不需要手工繪制圖紙，削弱了人為因素對施工圖專業性的影響，充分滿足了施工圖的專業化管理需求。

空間規劃是建筑工程設計的重要內容，研究建筑工程各項組成要素的空間關系，保證結構數據的準確性，建筑工程設計才能更加符合項目功能要求。BIM技術具有可視化特點，是研究建筑結構構件空間關系的有效輔助工具，結構構件參數信息的直觀展示為設計人員優化施工圖給予了信息支撐，使得建筑空間規劃的合理性得到保證。

5 結束語

信息時代下，BIM技術在建筑工程中發揮的作用不可小覷，利用BIM 技術構建三維立體模型，清晰展現建筑信息，加強協同設計和碰撞檢查，不斷優化建筑結構和管線，增強建筑的環保節能特性，彰顯了BIM技術在新時期的應用價值，值得加以推廣。BIM技術在建筑工程中的應用于為大眾建造功能性、實用性、美觀性兼備的高質量建筑，降低對生態環境的污染，維護建筑用戶的健康，從而推動建筑業的可持續發展。