BIM技术在建筑工程设计施工一体化中的应用研究

刘利孙

（桂林市雁山区房屋征收与补偿服务中心，广西桂林 541006）

1 BIM技术的相关理论

1.1 BIM技术概述

BIM 是一种新兴的工程数字化设计与施工管理方式，其由三维仿真技术、数据分析与协同工作机制等对建筑工程的结构化信息进行整合与三维立体建模，通过对建筑工程的模拟与仿真，将原本二维平面设计模式转变为三维可视化设计模式，科学计算建筑工程的各项参数，设计工程结构的规格属性，分析建筑工程的力学性能、抗震性能，减少建筑工程设计的结构化冲突与性能风险漏洞[1]。同时，以建筑工程的三维信息模型为基础进行施工预演与进度跟踪，利用三维信息模型模拟施工活动与施工过程，融入信息化分析技术对施工质量、安全、进度等进行科学分析，切实完善优化工程施工方案，助力工程有序施工。通过对施工进度和资源的动态管理及优化控制，提高工程项目是资源利用率。

1.2 BIM技术的特征分析

BIM 技术的核心是建筑工程三维信息模型，本质特征主要包括：（1）可视化特征。BIM 技术依托三维仿真建模技术对建筑工程各结构的规格属性、空间关系等进行三维立体建模，利用三维可视模型实现对建筑工程外观以及内部结构的精细化刻画与表达，是设计人员调整与优化设计方案的重要工具。（2）协调性。利用BIM 技术对建筑工程构建三维信息模型，将其作为建设、设计和施工单位开展技术交底活动、讨论建筑结构细节的重要依据，设计单位可根据沟通交流与讨论的结果实时调整建筑信息模型的规格属性与参数，依托BIM 技术的自动渲染功能与图形属性联动机制实现建筑三维信息模型的实时渲染、实时刷新，实现所改即所得，助力工程各参建单位有机协同[2]。（3）模拟性。BIM 技术采用数字化方法对建筑工程结构细节与全局分布进行精细化模拟，也提供了强大的性能分析工具与施工预演跟踪工具，以便设计单位对设计好的三维信息模型进行抗震、力学性能等分析，以便施工单位对施工过程进行预演、对施工进度进行跟踪检查，及时发现施工过程中可能存在的结构冲突等问题，调整优化建筑工程施工组织方案。

1.3 BIM技术在建筑工程设计施工一体化中的应用优势

BIM 技术是现代建筑工程中常见的高度集成设计与施工的数字化技术，将BIM 技术应用到建筑工程设计与施工中，一方面可借助其可视化优势精细表达建筑工程的设计方案，推进建筑工程设计阶段各参建方的协同参与，在三维可视化的基础上实现建筑工程的参数化设计与深化设计，减少设计方案中的冲突与错误[3]。一方面借助其协调性优势为工程各参建方提供良好的沟通交流平台，在建筑工程三维信息模型的基础上，充分体现各参建方的意见建议并自动渲染刷新，提高各参建方沟通协调的效率，减少工程设计与施工阶段各参建方的矛盾与冲突。一方面借助其模拟性为建筑工程施工可视化预演、施工进度跟踪提供技术支持，施工单位可基于BIM技术实现对施工活动的过程化模拟，进一步明确施工风险与安全漏洞，为工程保质保效实施奠定基础。

2 BIM技术在建筑工程设计施工一体化中的具体应用

2.1 在建筑工程项目信息综合分析中的应用

1）信息整合。建筑工程三维信息模型的构建、设计方案深化、施工过程预演等均有赖于前期对建筑工程项目信息及其相关数据的精准收集与汇总。利用BIM 技术对建筑工程所在地以及周边地区的气候环境数据、地质勘察数据、地下管线布设数据、地形地貌数据等进行整合，提高对目标区域相关数据的整合能力，为后续建筑工程项目信息综合分析奠定基础。

2）导入分析。将前期收集的影响建筑工程设计方案与施工活动的数据导入BIM 软件平台中，依托软件的信息综合分析功能对特定数据加以分析，提高建筑工程设计方案的合理性与科学性。例如，通过对目标区域地形地貌的三维建模生成数字高程模型，在其上叠加地下管线布设数据、地质勘察数据等，以便科学测算建筑工程需平整的土方量，合理设计建筑朝向、优选适宜于当地气候条件与水文条件的建筑材料等[4]。

2.2 在建筑工程设计中的应用

1）可视化设计。传统建筑工程设计多为二维平面，在一定程度上局限了设计方案的表达精细度。将BIM 技术应用在建筑工程设计，依托前期项目多元信息综合分析的结果以及建筑设计要求构建建筑工程的三维立体化信息模型，提升设计方案与实际现场环境条件的契合度，提高设计方案的合理性与科学性，为施工图纸绘制、图纸内容深化等提供依据。在BIM 可视化设计模式下，建筑工程的设计方案不再是一张张相对独立的剖面图、立面图、门窗表，而是结构关联、信息紧凑、空间布局合理科学的三维立体信息模型[5]。在图形属性联动机制与自动渲染技术的支持下，建筑工程的三维信息模型更加立体逼真、规格属性更加真实科学。

2）协同设计。BIM 技术为工程各参建方提供了良好的协同沟通信息平台，在设计阶段，大型建筑工程的多个设计师可以在同一个平台中对建筑工程的三维信息模型进行构建、修改、更新，协同开展工程项目设计工作，软件会自动对三维信息模型中存在的碰撞冲突或设计错误进行提示，以便设计人员在沟通交流后调整建筑结构的相关规格参数，规避三维信息模型的若干错误，提高建筑工程设计的效率与准确性。同时，BIM 良好的协同优势可以为设计人员与建设、施工单位沟通交流提供良好的分析与模拟平台，设计人员可将设计好的建筑三维信息模型传输至建设、施工单位加以共享，以便其对设计方案以及建筑内部设计细节、建筑结构构件的布局与关联、构件的规格属性等有着更加清晰的认识。若建设单位等对设计方案有修改意见，设计人员可及时修改并刷新三维信息模型，确保工程设计的更新协同性。

3）建筑性能分析。建筑性能分析是BIM 技术在建筑工程设计阶段的一个重要应用，其依托前期的项目综合信息以及设计人员构建的建筑三维信息模型对建筑的抗震性能、力学性能、采光效果、通风效果等进行模拟与分析，以便设计人员及时调整与优化设计方案，满足建设单位对建筑工程的性能要求。例如，基于地质勘察数据、建筑三维信息模型的结构数据、材料数据等分析建筑的抗震性能，基于建筑三维信息模型、气候环境条件等分析建筑室内自然通风情况，基于建筑三维信息模型的材料、设备、价格等数据分析建筑工程项目的绿色性能等[6]。此外，小区热环境模拟、日照环境、风环境模拟等也为工程的合理设计提供了重要参考。

4）参数化设计。参数化设计是建筑工程设计的重要环节，建筑工程各结构构件的规格参数设计合理性直接关系到结构之间的碰撞冲突与错误率。参数化设计是站在几何模型与逻辑模型的视角对建筑工程加以分解，通过不同规格属性的构件有机组合，形成建筑工程三维信息模型，因此，参数化设计也是建筑工程协同设计的重要内容。将BIM 技术应用到建筑工程设计中，通过对结构尺寸大小、空间布局、关联关系等规格参数与关联性的设计，明确建筑工程各结构的几何模型，并对几何模型进行集成组合构建出高复杂度的建筑结构造型，提高建筑工程设计的丰富程度。

5）深化设计。深化设计是BIM 技术在建筑工程设计中的重要应用，在利用BIM 对建筑三维信息模型进行构建的基础上，需对工程的细部构成进行优化设计、二次深化设计，如机电、钢结构、幕墙等。深化设计的重点主要是施工阶段常常存在模糊或冲突之处，在二维平面设计时某些细部设计精细度不够，带来诸多的设计盲点，常有“碰、撞、漏”等设计问题，不利于设计交底以及施工进度有序推进。因此，将BIM 技术引入建筑工程深化设计中，对工程细部结构进行深化优化设计，对常见的盲点进行精细、准确、高效的设计，可提高建筑三维信息模型的构建精度与构建效率，保证设计质量，为工程高质量施工提供精细化的设计依据。

2.3 在建筑工程施工中的应用

1）可视化预演。BIM 技术的可视化特征与模拟性特征为建筑工程施工过程预演提供了良好的技术支持，在前期项目综合信息整合与导入的基础上，对施工现场的平面布置、施工环节中各项工艺与技术的实施过程等加以预演，可帮助施工单位科学评判现场平面布置方案的合理性、施工工艺与施工技术的科学性与可行性。施工单位依托BIM 技术开展可视化预演，可以更加全面、直观地掌握建筑工程的整个施工过程，对施工方案的实施情况做到了然于心，对施工技术实施过程中出现的问题及时加以调整，可切实提高工程施工方案的实用性，提升项目管理控制的科学化水平。

2）施工进度跟踪。把构建模型和施工进度进行有机结合，再利用4D 进行模拟，对其中的问题进行充分分析，并提出合理的解决方案。通过利用4D 模拟把空间和时间的信息进行整合，并统一到一个模板当中，充分展现出整个施工的过程。运用BIM 技术，可对施工的进度进行动态跟踪，对施工计划与实际进度做比较，对每日、每周、每月的施工情况进行汇总，依据现场的实际情况进行调整，获取最优的施工方案，使质量、安全、进度得到有效管控，为后期的运作实施提供精准的数据信息。

3）预制加工及跟踪管理。当前，BIM 技术与装配式建筑的联合应用日渐深入，施工单位可以将无线移动终端、身份识别等技术运用到生产、运输、采购和现场安装的过程当中，将在工厂的预加工部件和BIM 模型进行有机结合，更加高效地对所有物件进行管理，防止装配式建筑构件的预制加工与运输环节出现错误。

4）碰撞检查。运用BIM 技术，可以对建筑三维信息模型的各个构件进行碰撞检查，对设计不合理的地方进行及时发现并改进，并对设计结果进行深化检查，制定相应的整改措施，防止深化设计导致失误造成返工的情况[7]。同时，还可以对建筑工程中的梁、柱、墙、管线等设备进行碰撞检查，防止它们之间出现一些冲突，确保各个专业之间的协调合作，减少施工阶段的矛盾与冲突，提高工程施工的效率。图1 所示为建筑三维信息模型的碰撞检查。

图1 建筑三维信息模型的碰撞检查

3 结语

充分发挥BIM 技术在建筑设计施工一体化的作用，是新时代背景下建筑工程实现高质量发展的创新之举，助力建筑行业的健康发展。基于此，就要求相关参建人员要将BIM 技术应用到项目信息综合分析、建筑设计以及建筑施工的过程中。借助BIM 技术构建统一的数字化工程信息平台，实现工程建设过程中各阶段数据信息的整合及其应用，更好地为工程创造价值，提高工程建设效率和质量。以此为突破口来为高质量的建筑活动开展提供技术支持，从而实现相关的建筑设计施工管理目标。