談BIM技術發展及建筑設計運用

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【摘要】本文在闡述bim技術概念、發展歷程及特性基礎上，以具體工程案例為支撐探究BIM技術的實踐應用，預測該技術的發展趨向。希望能與同行分享設計經驗與方法，促進BIM技術推廣，整體優化建筑設計效果。

【關鍵詞】建筑設計；建筑信息模型；鋼筋砼框架結構；設計實踐

進入21世紀以來，信息技術高度發展，互聯網全球化趨勢持續推進，信息化時代逐漸取代工業化時代，各個行業對信息化水平提出的要求有不斷提升趨勢。建筑行業產值在國民經濟總產值中所占比例很高，屬于我國國民經濟的支柱性產業之一，對建材、冶金、化工等數十個相關產業發展有強大的驅動性作用，提升其信息化水平是行業現代化發展的重要任務之一[1]。CAD二維模型在處理結構復雜建筑時暴露出很多不足，不同系統之間數據共享率偏低，系統拓展性偏差，難以為項目設計施工提供整體度高、集成性強的信息支撐。BIM（建筑信息模型）提出以后有效彌補傳統設計方法的不足，明顯提升了建筑在整個生命周期內的質效，強化了本行業的生產能力。

1.BIM技術發展分析

1.1概念發展

有資料記載，早在1975年，美國佐治亞理工學院建筑與計算機系教授查克•伊士曼于《AIA雜志》上“BuildingDescriptionSystem（建筑描述系統）”一文內提出BIM概念，查克•伊士博士被世界各個國家公認是“BIM之父”，在后續的十余年間，歐美陸續開展了類似研究，美國、歐洲把研究時取得的成果分別叫做建筑產品模型、產品信息模型。追溯“BuildingModeling”，發現其首次被用于1986年美國學者羅伯特•艾什發表的一篇論文內，這篇論文闡釋了當下我們熟知的BIM論點與有關執行技術：三維立體建模、智能成圖、相關性數據庫、模擬化工程施工進度計劃等[2]。在1999年，查克•伊士曼把“建筑描述系統”發展為“建筑產品模型”，指出該模型在建筑整個生命周期內，均能提供建筑項目相關的充足、整合式信息。2002年，Autodesk并購RevitTechnology公司后正式提出業界所熟知的BIM技術。

1.2技術特性

BIM不是單個軟件也不是多個軟件，其屬于一個系統，可以提升建筑行業內產業鏈條各流程質量與效率，三維模型形成的數據庫是本技術的核心。BIM技術滲透于建筑項目的整個生命周期，涵蓋了策劃與規劃、勘探設計、施工運營與維管階段。針對技術價值，可以通過匯總建筑模型運用于項目全生命周期不同時段價值總和來表示。針對BIM的特性，可以做出如下闡釋[3]：（1）可視化：傳統二維設計中，利用線條將不同構件繪制在圖紙上，需要建筑施工人員通過主觀聯想設計現實的構造樣式。而利用BIM技術的可視化，能把傳統的線條式構件進行三維處理，實現三維直觀化，無須人工再行處置。（2）可優化：建筑項目設計、施工與運營的完善，是一個循序漸進的過程，基于BIM技術建模，能夠在繁雜環境條件下，為相關人員調整參數信息創造便利條件，促進項目持續改進、優化進程。（3）可分析性：在計算機協助下能完成各種分析工作，分析日照時數、作業量等指標。（4）可共享性：利用計算機提升信息共享效率，比如設計階段多個成員、專業、系統之間共同分析過往處于獨立狀態中的設計成績，減少或規避設計偏差，整體提升項目設計效果。

2.BIM技術在建筑設計實踐中的應用

本文利用revit2018軟件設計某多層住宅樓模型，進而闡述BIM技術在建筑設計實踐中的應用情況。工程概況：本住宅樓高22.0m，已知建筑體耐火等級是II級，地上共計有5層，鋼筋砼框架結構，設計本建筑使用年限是50年（見圖1）。

2.1空間規劃

空間規劃是建筑設計的首個步驟，在確定建筑地點以后，可以對建筑工程所在地空間進行地形分析，特別是針對地形相對復雜的建筑基地，開展地形分析是設計工作中不可缺少的內容[4]。利用BIM技術對建筑基本的空間進行分析，常見指標有坡高、斜率、坡向等，進而為施工設計提供更可靠的數據支持，拓展設計思路。在分析坡度時（圖2），可以采用BIM構建模型，模擬化其包括的各種參數信息，設計人員可以立足工程實況從不同維度出發加以探究，進而闡述多種基礎數據，為后期工程設計提供憑據。地形探索結束后，便可以進行建筑物空間規劃。通常基于BIM技術可視化分析功能完成空間規劃任務基于3D技術立體化呈現建筑樣態，并完成室內視野、規劃可視度、道路可視性分析等諸多任務，建設相關模型是開展各項分析活動的基礎，輔助使用BIM技術加以調試，在綜合多種因素的基礎上，建設出最佳的建筑空間規劃模型。

2.2構建建筑模型

（1）構建建筑模型：依照現實建筑工程從低至高逐層施工次序建設該模型，基于多樣化構件族、圖元建設BIM三維模型。本住宅項目隸屬于鋼筋砼結構，BIM技術通過利用墻、結構柱、建筑樓板等諸多元素實現建設結構模型的目的。（2）構建結構模型：利用Rev軟件內結構分析模型與結構幾何模型兩者是同步形成的。建設結構模型同樣是基于現實建筑按由低至高次序推進的，結構三維模型的構成要素以不同構件族、圖元為主，以其為基礎建設出具有結構構件特性的信息模型。梁、結構柱、結構板等是結構模型的基本構件。revit2018軟件采用模數化和等分拆分兩種形式完成本項目中樓板的拆分任務，不管采用哪種拆分方法，針對拆分后的疊板均要做出優化整理。見圖2（a所示，采用等分拆分處理后，依照他類樓板的規格對模數化加以整理，獲得圖2（b）所示的方案，圖2（b）內兩塊雙向板和他類疊合板規格統一，以上設計形式有益于減少兩類疊合板的使用數額。工程建設階段，若采用同種疊合板不僅需要維持砼構件規格一致，疊合板內部鋼筋布設、吊鉤件方位參數也一定要等同。這就提示在鋼筋碰撞仿真模擬中，針對同類疊合板全部鋼筋參數均要做出調整[3]。

3.BIM設計前景與發展趨向

如今，廣大社會群體對建筑體自身的認識水平不斷提升，建筑物不管是外部形態，還是內部組成上均體現出較高復雜度。在面對規則性偏低、復雜抽象的建筑體時，傳統CAD二維設計方法表現力不從心，但是BIM設計能從容、直觀、全面地闡釋抽象空間構件，明顯降低了設計表達的難度系數，也為建設方、施工方在認識理解層面上創造了諸多便利性。BIM技術不僅能建設出可視化的模型，而且可以作為參與工程全周期的綜合性技術，有初期設計方案、多媒體效果呈現；設計階段不同專業之間交互設計、仿真擬化；后續施工進度計劃擬化、施工節點立體呈現；項目完工后的運營維管等。由項目籌劃到項目生命周期完成，BIM技術在不同時期均能發揮一定作用。可見，BIM技術對于建筑行業發展及運作形成的影響是積極而深遠的。設計單位是建設BIM模型的核心節點，在后續幾年將有更為廣闊的發展前景，在項目推進過程中占據的地位也是不可取代的。未來幾年，建筑工程設計將朝著精細化、數字化方向進軍，會采用BIM技術對建筑內各個系統進行仿真模擬，粗略估算設計形式將整體退出建筑設計舞臺。比如，對于給排水設計而言，要判斷計算得出的水量水壓是否會造成浪費問題，是否能夠真正符合設計要求，設備選型的合理性等，均可以基于BIM設計平臺內BIM模型實現仿真模擬，最大限度地提升工程項目的設計水平，為施工活動提供更優質的服務。

4.結束語

在建筑行業中，普遍認為建筑模型是BIM技術核心，其實建設的模型內囊括了建筑物的諸多信息。通過輸入建筑信息的形式完成建模任務，而后使不同專業之間共享信息與資源，協同合作，提升勞動效率，這也間接地表現出BIM技術強大的生產能力。盡管BIM技術在國內建筑領域中未全面普及，但在科學技術日新月異的時代，在國家大力扶持下，BIM將演變成建筑項目整個生命周期的核心技術，有廣袤的應用空間。

參考文獻

[1]歐陽婷，聶凡茗.基于BIM技術視角下的裝配式建筑協同化設計研究[J].居舍，2020（13）：86.

[2]魏立明，董天昊，劉言.基于BIM技術的建筑電氣設備族庫擴展研究[J].北方建筑，2020，5（02）：71-73.

[3]黃偉.BIM技術在超高層復雜外框巨柱鋼結構節點優化設計中的應用[J].智能城市，2020，6（08）：216-217.

作者：王奕杰 單位：甘肅省城鄉規劃設計研究院有限公司