探讨BIM在各设计阶段的应用

张 斌

北京立人建筑设计有限公司 北京 100070

在我国城市化建设不断推进的今天，传统的 CAD设计过程越来越不能适应工业发展的需要，在设计周期长，协同性差，合理性不足等问题也逐步显现， BIM技术可以为此类问题的处理开辟一条崭新的道路。BIM技术是项目各个环节中的一个关键环节，它能分享项目各个环节的信息，并在整个项目的整个生产过程中扮演着关键角色。BIM技术以其数字化特性，为项目的各环节动态的建立起到了动态的支撑作用，并不断地对项目的各环节进行动态的更新，使项目的各环节得到有效的调整，使整个项目的施工流程得到最优化，最重要的是提升了项目的整体质量。

1 BIM技术的概念

BIM技术就是用数值模拟的方式来模拟建筑的实际信息，它的信息并不只是一个简单的图形信息，而是包括了很多的非几何信息，比如材料的耐火等级，材料的传热系数，构件的造价，以及采购信息。BIM其实就是利用数字化技术来建造一栋建筑，而建筑的信息就是一个完整的、完整的、有逻辑的信息库。

2 BIM技术的特征

BIM技术又称“建筑信息建模”，它指的是利用各种有关的信息和资料，利用数字信息进行虚拟的方法，对建筑的实际情况进行建模。通过大量的工程资料信息， BIM系统可以全面、系统地构建三维建筑的三维建模，为工程设计、工程监理、设备管理、工程可行性检测、施工成本控制等方面的工作，而且它还具备了可视化、参数化、模拟性、协调性、优化性、可出图性和信息完备性等诸多特性。

3 BIM在工程中的作用

BIM在工程各个阶段中的应用作用如下：(1) BIM为项目各个阶段的建设创造了直观的环境，为项目全寿命期内的科学规划提供了依据，并保证了项目各个环节的安全和质量；(2) BIM具有动态数据库，可以使项目中的数据更加充实，避免了信息的丢失和疏漏；(3) BIM作为工程学的基本功能，在各个阶段都能实现建模，为工程建设提供有用的资料，保证各个环节之间的协调和一致性，从而使整个工程的实施得以成功。

4 BIM在工程中的应用优势

4.1 建筑生命周期的信息共享

建筑工程的施工过程关系到施工、运营、改建等全过程，它的好坏关系到施工成本、进度控制、施工质量和使用寿命，在建筑施工过程中应综合考量建筑施工过程中的各方面因素，以保证其合理、符合施工企业的需求。然而，在常规 CAD设计过程中，由于项目的建设处于整个生命过程的初期阶段，其后续的施工和运营阶段具有不确定性，许多因素难以预料，难以确保其合理的设计，而 BIM正是一个完美的方法。有了 BIM的支撑，在建设过程中，如果能确保所有的数据都是真实的，就可以对整个施工过程进行仿真，找出目前的问题，并做出相应的修正，这就是整个建筑的整个寿命过程。比如，在工程管理中， BIM可以通过对场地使用、材料需求等各种不同的施工条件进行实时仿真，以实现对工程信息的分享，同时达到了工程与工程的有机结合，使得工程的总体规划更加合理。

4.2 建筑协同设计的全面优化

现代的建筑项目往往都是大型的，所以在这个设计过程中，往往会将这座大楼分成几个不同的区域来进行，然后将这些区域的不同的设计融合在一起。但是，在施工中，设计者是分门别类，而且设计图纸和方案十分繁杂，难以保证其协同性， BIM技术的运用，让施工项目不再需要考虑这些问题。①BIM技术是一种以工作集合为核心的施工设计，不同专业、不同设计人员的设计工作都是建立在相同的BIM模型上的，从而保证不同设计人员在不同的 BIM模型上进行设计，从而保证不同的设计人员在不同的 BIM模型中相互配合，从而保证设计的顺利进行。②利用BIM系统中的相关应用管理系统，实现对车辆的撞击识别，快速准确地查找出各个行业之间的冲突，从而为设计的最佳决策提供了有效的参考，从而保证了各个行业之间的协作。③就电力系统而言，通过 BIM建模的三维可视化特性，实现对管道的合理设计和最优，可以有效地解决工程和工程之间的不和谐问题。

4.3 支持绿色建筑设计

随着能源短缺和环境污染等社会问题的日趋突出，绿色施工是今后的发展方向，BIM正是对绿色施工的一种有效手段。①为了达到更高的能源效率，在建筑的建筑中，一般都会采用自然光线和自然风来取代传统的人工光源，比如空调、风扇等，而在BIM的帮助下，既可以模拟出自然的光线和光线，又可以根据实际情况，对建筑的各个方面进行优化，使建筑的采光和通风得到最好的控制，并使建筑的结构更加合理，并且不会影响到周边的通风和采光。②在绿色建筑中，建筑物的热力学特性是影响空调能量消耗的重要因素， BIM既可以对建筑物在一定条件下的耗能进行估算，又可以通过与同类建筑物的模型和资料进行比较，以便在合理的时间内及时地找到问题并做出相应的修正，提高其热力学特性。除此之外，BIM技术还可以在绿色建筑内部的许多领域中扮演着举足轻重的角色。比如在灯光条件下，设计人员可以根据室内光线的变化来调节照明，并根据照明的变化来选择最适合的光源。

5 BIM在工程各阶段中的应用

BIM在设计、施工、运营等方面的运用，已不再局限于设计阶段，而是渗透到了工程建设的每一个阶段。BIM文档可供不同施工单位进行分享。建筑设计类的学生能够在工程领域中进行直观的建模；而建筑工程专业的墙体材料强度和墙体的孔尺寸均宜；装备类专业能够对建筑能量、声学、光学等进行分析；建筑工地以其墙体混凝土类型、钢筋等为宜，进行混凝土等物料的配制和下料；而开发商以造价、门窗种类、工程量等为宜，进行项目总成本预算、产品订购等；同时，也可以利用房地产的可见性来进行地产的经营。BIM技术已经在施工企业的上下游环节得到了进一步的改进，使得 BIM技术能够在工程的全过程中得到有效地应用。在常规的规划中，不同的专业之间的协作是一个比较繁琐的流程，涉及知识的领悟和重构，缺少真正的三维空间的直观，而在一个比较复杂的领域，不同的学科之间的矛盾很容易被平面图所影响，需要花费很多的时间去配合。通过 BIM技术，可以实现三个不同的工作模式，从抽象的2D到特定的3D，与现有的审查体系相适应，2D的平面是3D建模的副产品，可以很容易地从模型中获得，而建模的灵活性，则可以方便地进行修改。BIM使建筑、结构、给排水、暖通、电气等各个学科都建立在相同的建模基础上，每个学科都有自己的模型，不用等资金投入，就能第一时间查看别人的修改，同时也能发现问题所在，并能随时交流和修正，这才是真正的立体一体化协同设计。

5.1 设计阶段

BIM可以从概念的设计入手，并全面地融入到整个设计的全流程中，而一个可视化的空间造型模型在研究建筑和城市的环境之间的联系，也可以应用到工程的绩效评估中去。由于 BIM技术具有高可视化、可视化、参数化等特点，使得设计者能够在概念设计的过程中，迅速准确地传达出设计者的思想，并与各个行业的工程师进行信息的交换和传输，达到了早期的质量、可视化和协同化的效果。当用户需求或思想发生变化时，根据参数性运算可以迅速地对设计结果进行修改，使整个项目的设计过程得到极大的改善。BIM在概念设计中的运用，要从空间形式的思考、装饰材料的运用、室内装饰色彩的选用等几个层面来进行。

在方案设计阶段，利用 BIM技术进行项目选择，其目标是选择最优的方案，并给出相应的设计模式。BIM技术方案的制定是在 BIM技术的基础上，运用 BIM技术，对多种方案进行加工或局部的修改，以供选择，从而在可视的立体环境中进行方案沟通、讨论、决策，从而达到决策的直观、有效的目的。BIM系列的建模、渲染、动画技术都非常强大，利用 BIM模型可以将二维专业抽象的二维建筑物的形象形象化、直观化，从而使业主等非专业人士对工程的功能判断更为明确、高效，决策更为准确。在此基础上，利用 BIM技术和虚拟技术对实际的建筑进行了建模，可以绘制出非常逼真的模型，让设计师可以根据自己的想法来建造一个“虚拟”的空间，还可以随意地改变自己的空间，查看自己的作品，直到自己的作品达到了预期的程度。从而可以让各个设计者的设计意向更加直观、真实、详尽地呈现，给项目的投资人以直观的感觉，同时也可以为后期的工程建设打下良好的基础。

初步设计是一个处于项目设计与图纸设计的中间环节，是对项目的进一步完善。在这一步，对施工的建模进行了细致地论证，并配合结构、设备建模进行了验证。利用 BIM技术建立建筑模型，对平面、立面、剖面进行统一检验，对模型进行切割，生成平面、立面和剖面，构成了建筑的初步结构、结构、设备模型和平面平面平面图。BIM在初期的应用包括结构分析、性能分析和计算。

在工程建设中，工程施工图是一个非常关键的环节，它在工程的建设中起着举足轻重的作用。该阶段的内容是以工程的结构图来表述工程的总体规划和结果，并以此为工程的工程建设提供参考。BIM在建筑图纸设计中的运用是建立各个建模基础之上的一个复杂流程。各个专业包括建筑，结构，给排水，暖通，电气等专业。然后，根据专业设计、施工等知识架构，进行一些简单的节点设计、碰撞检查、三维管线综合等方面的应用，从而实现了对工程设计的多项最优设计。在考虑到可能会对净高产生一定影响的关键区域进行详细的研究，并对其进行合理的布局和合理的规划。BIM在施工图的设计中的运用，主要有：各个协作的BIM检查，结构分析，工程量计算，节点大样深化，三维渲染图绘制。

5.2 施工阶段

第一，BIM为工程项目搭建了一个虚拟的模拟模型，包括工程项目的虚拟工程模型、过程控制模型和费用控制模型。BIM技术为工程建设中的三维+二维建模，实现了对全部数据的实时同步。第二， BIM在施工过程中建立了5D建模，能够对工程造价进行细致地分析，动态地对施工过程、区域和施工时间内的施工数量进行动态的估算。BIM是对项目实施过程中的单位单价与费用之间的内部联系进行具体的测算，以保证项目造价的精准性。在常规的工程中，是不可能预知利润和损失的，但是 BIM却可以通过 BIM来估算出工程的收益和损失，从而使设计单位的损失得到最小化。第三，由于建筑工地中存在着大量的零件装配作业，如果将零件运至工地进行组装，会造成不必要的资源浪费，造成一定的经济损失，使用 BIM可以在一个虚拟的空间中完成零件的装配，既节省了工期，又节省了投资。比如：在建筑工程中使用的是钢架，由于钢材要在工厂进行焊接和组装，所以很可能会产生装配上的偏差，因此，在此基础上，利用3D激光技术，将相应的三维尺寸建模出来，然后将其导入 BIM中，在 BIM中生成一个钢架，实现了整个钢架的焊接和组装。第四，各个专业并不是独立的，许多专业都会有类似的工作，比如水电、给排水、装修等，BIM可以对不同的工作进行评估，通过 BIM技术对不同的工作进行评估，发现工作中有冲突，提供相应的图纸，帮助改善工地的施工条件。在实际的工程中，由于各种工种的错接、漏接等问题，采用BIM软件对其进行调整，有利于对不同的工种进行最优的优化，同时BIM还具备立体的功能，保证了各个工种的工作可以进行顺畅的操作。第五，采用BIM技术进行建筑结构的三维建模，能够在 BIM中直观地反映施工场地的实际情况和施工状况，通过 BIM软件对各种设备进行合理的布置，并对各种机械设备进行合理的管理，保证工程的安全。此外，BIM还可以对施工现场构件和设备进行检验，规范构件和设备的使用，避免施工现场存在的隐患。第六，BIM在项目实施阶段对项目的成本进行了有效的管理，并对项目的业主进行了成本的监控。比如：在项目建设过程中，由顾问公司引入BIM技术，BIM自身就能构建三维建模，再将成本和时间导入到三维建模中，从而实现对项目的精确配置。数量和产量BIM对工程项目付款提供了准确的数据支撑。第七，BIM为项目建设提供了直观的环境，为项目提供了相应的施工方案，BIM提供了一个项目的效果图，方便了业主和施工方的对比。通过BIM技术，可以模拟出与实际情况相吻合的工程效果，突出了建筑的可视化设计在建筑中的作用。

6 结束语

综上所述，BIM技术是一项新的施工技术，它使施工过程中的信息、数据、时间、经济效益都得到了极大地提升。BIM技术在施工项目中具有广阔的应用前景，可以更好地满足建筑业的发展需要，所以施工单位要抓紧时间，充分利用 BIM技术，并根据国内的具体条件进行创新。BIM技术在项目建设中的应用，可以为项目的各个环节提供有力的信息支撑，预防各个环节的施工危险，增强项目管理的能力，充分发挥 BIM技术在各个项目中的重要地位。