BIM 可视化技术的应用研究

王威，胡亚东，杨超

1 引言

近年来，随着BIM可视化技术在工程建设领域的发展和应用，BIM可视化技术已成为一种高效的项目管理手段。从项目前期的招投标管理，到项目实施、运营管理，都体现了BIM 可视化技术的优势[1]。

BIM 技术引导着传统粗放型的建筑行业向精细化、智能化方向发展。现阶段，设计方、施工方包括业主方都在积极引入BIM技术，国家也在大力倡导BIM技术的应用，BIM技术在建筑行业的应用呈现出积极向上、快速发展的趋势。BIM技术具有协调性、可视化、模拟性、优化性和可出图性五大特点。可视化即“所见即所得”，能将复杂的结构形体以三维立体模式呈现出来，降低了读图难度，使工作人员一目了然，尤其适用于造型奇特、结构复杂的建筑项目[2]。通过BIM 的可视化技术可减轻设计方的工作强度，减少施工变更，保证施工的质量和安全，提高业主方的满意度，有利于创造和谐的产业环境。

2 BIM可视化技术

BIM（Building Information Modeling）技术是一种应用于工程设计、建造、管理的数字化工具，以建筑工程项目的各项相关信息数据为基础，通过数字信息仿真技术来模拟建构筑物、机电设备、各种管道系统等，是对工程项目设施实体与功能特性的数字化表达，能够实现设计、采购、运输、施工安装以及运营等项目全生命周期的数据、过程和资源互联互通。

BIM 技术的核心是通过建立虚拟的建筑工程三维模型，利用数字化技术，为这个模型提供完整的、与实际情况一致的建筑工程信息库。该信息库不仅包含描述建筑物构件的几何信息、专业属性及状态信息，还包含了非构件对象（如空间、运动行为）的状态信息。利用BIM技术建成的三维模型可大大提高建筑工程的信息集成化程度，为建筑工程项目的相关利益方提供一个工程信息交换和共享的平台[3]。

BIM 可视化有两层含义：一是对人而言，信息可视，BIM技术将线条式图形转化成三维立体的实物图形，人们能够更为直观地描述建筑物构件的几何、材料、视角、位置等信息；二是对计算机而言，信息可计算，计算机能够直接获取BIM模型的各种几何、参数信息，实现实时数据统计、分析、计算。

3 BIM可视化技术的应用

3.1 基于Revit可视化协同设计

本文基于Autodesk Revit 2018建模平台建立建筑工程三维模型，Autodesk Revit 2018 是一款由Autodesk 公司研发的具有强大的三维参数化建模能力的设计平台，可提供高精度、高质量的建筑设计、结构设计、电气工程、HVAC、卫浴管道、电气设计的功能，可以将工程师的设计思路直观、清晰地展现出来，并可以方便快捷地生成二维平面工程图，还可以将工程项目中各构件的建筑信息完整地存储在三维模型的数据库中。

单纯利用平面二维图纸进行各专业间协同设计的传统设计方法，已经不能满足建筑信息化日益加快的进程。BIM 技术的出现弥补了传统设计的缺陷，通过BIM 软件可实现各专业协同设计，提高设计效率。图1 是基于Revit 协同设计的成果展示。

3.2 三维校审

Autodesk Navisworks 是一款用于仿真、分析和项目信息交流的软件。作为3D模型浏览和校审工具（见图2），Navisworks 软件提供了全面的审阅解决方案，通过对项目三维模型中潜在冲突的有效辨别、检查与报告，能够降低手动检查的差错率。通过对三维设计的高效分析与协调，用户能够及早预测和发现错误，避免因误算付出的昂贵代价。软件将精确的错误查找功能与基于硬冲突、软冲突、净空冲突与时间冲突的管理相结合，快速审阅和反复检查由多种三维设计软件创建的几何图元，完整记录项目中发现的所有冲突，使审查工作更加高效准确，同时可以为审查纪要的整理、跟踪和关闭提供全周期的管理支持。

图1 Revit协同设计

图2 Navisworks校审

3.3 碰撞检查（见图3）

传统的2D 碰撞检查工作模式，往往需要设计人员对很多张图纸进行套叠来一一排查，不仅费时费力，还对核查人员的工作能力、经验以及空间想象力有很高的要求，经常是花费很大精力还是不可避免存在一些错漏碰缺。现在通过应用BIM技术，运用相关软件，可以对所建立的信息化模型进行可视化的碰撞检查，通过碰撞检查模拟，可查看净高、管线之间的软硬碰撞，管线与结构之间的碰撞，自动生成碰撞报表，优化管线排布方案，指导施工人员正确高效工作，进行施工交底、施工模拟，提高施工质量，同时也可提高与业主沟通的能力。

3.4 施工模拟

在2D 工作模式下，由于技术手段限制及信息收集不足，虚拟施工难以实现，施工中常凭借个人经验来确定施工方案，返工、物料浪费、进度拖沓等现象频频出现。通过BIM 技术，可对3D 模型进行维度的拓展，加上4D（时间）维度，形成BIM 4D 进度管理模型，进行虚拟施工演示（见图4），再关联日、周、月等时间信息，可随时查看项目进度与施工计划，及时对进度与计划进行调整。结合其他相关技术，如云、物联网、射频技术等，可以使施工方、监理方、业主方等对项目进度、物料使用状况、人员配置、现场布置及安全管理等各方面情况一目了然，通过此方法优化施工方案，可大大减少建筑质量及安全问题，减少返工和整改情况。

图3 碰撞检查

图4 施工模拟

3.5 安全管理

超高、复杂、异形等建筑物的建造，施工安全难以管理。BIM技术因具有可视化、动态化、协调性、模拟性等特征而被项目管理人员逐渐接受，在施工安全管理方面起到了较强的指导作用。与传统安全管理方式不同，BIM技术可使项目管理人员更加直观地实时辨识现场危险源，并及时采取措施消除事故隐患，防止事故发生。同时，对施工作业人员的安全技术交底、安全告知、安全警示等，可由传统的纸质二维图转变为云端的三维动态图。三维动态图能够让施工作业人员随时关注作业场所的安全事项，从而降低事故的发生[5]。BIM 技术将可视化管理与移动终端设备相结合，运用互联网和移动通讯技术，建立管理平台和应用程序，现场问题可及时反馈，安全质量隐患及时整改，管理效益显著提高。

3.6 建筑性能分析

建设项目的景观可视度、日照情况、风环境、热环境、声环境等性能指标在项目开发前期就已经基本确定，但是由于缺少合适的技术手段，一般项目很难对上述各种性能指标进行多方案分析模拟，BIM 技术为建筑性能分析的普及应用提供了可能性。建筑性能分析主要包括室外风环境模拟、自然采光模拟、室内自然通风模拟、小区热环境模拟分析、建筑环境噪声模拟分析（见图5）等，绿色建筑技术及产品的应用将大大提升产品的舒适性和环保性能，为业主提供更高品质的绿色产品。

3.7 运营管理

传统的工程管理系统，受二维平面模型或对工程拆分不精细的三维模型限制，在管理过程中往往是以某个工程分部或者节点作为最小管理单位来进行整个工程的信息及生产管理，其精确性、可视性和交互性不足，使工程项目在发生紧急事件时不能为运维工作人员提供直观的信息和位置。另外，由于相关信息和模型都是独立的，在资产管理统计时，资产的分析统计很难将信息与实际工程部分相对应，从而影响整个工作流程的效率。

运用Revit 软件建造的建筑模型中，包含了各个构件的详细信息，具体包括所属类别、名称、材料、型号、生产厂家、价格等。利用建好的BIM模型进行运营管理，任何部位的设施出现问题，都能在第一时间了解该设施的详细资料，有利于实现建筑设施的信息化管理。因此相较传统的工程管理系统，基于BIM技术的管理平台提高了整个管理过程的精确性、可视性和交互性。基于BIM技术的可视化和信息化功能，管理平台可达到最大限度的拓展。如遇紧急事件，管理者可通过BIM模型快速找到发生预警位置的桩号、结构和预警原因等信息，并迅速安排相关人员进行紧急处理，防范事故发生或减少因事故带来的损失[5]。

3.8 三维渲染

三维渲染在CAD 时代也可以实现，但基本都是对项目的外观效果展示（如3DSMax），缺乏真实性，无法表现项目细部及描绘项目内部。通过BIM技术，可将模型进行细化及深化，再配合相关软件进行贴近现实的模拟演示。模型中不仅添加了构件信息，还可以360°旋转以及放大细部等（见图6），项目各方均可了解建筑整体及细节，配合VR等技术可以实现虚拟现实的演示，增加业主或相关人员的真实体验感。

4 结语

图5 噪声分析

图6 三维渲染

全球建筑业界已普遍认同BIM 技术对整个建筑领域的革命性影响，BIM 技术是未来的发展趋势。随着大数据时代的到来，BIM技术融合云计算技术与图像信号处理显示技术，可将较难反映的现象、问题转化为可见的模型和符号，把这些错综复杂的数据以三维模型展示，较之传统的分析方式更加精确直观。BIM 可视化信息综合管理系统打破了传统分析方式，结合VR、AR、GIS 等应用可实现教育、科研及企业应用中的智能化管理。由此可见，BIM 技术的可视化应用，必将在项目全生命周期过程中发挥巨大的作用，促进建筑业的可持续发展。