朱 寶，黃展華,王慶雨

(1.滁州職業(yè)技術(shù)學(xué)院 建筑工程學(xué)院,安徽 滁州 239000;2.廣州南方測繪科技股份有限公司 合肥分公司,安徽 合肥 230009)

0 引言

BIM技術(shù)是近年來受到廣泛關(guān)注的以綜合各類建筑工程項(xiàng)目信息來建立三維建筑模型的技術(shù),BIM技術(shù)的應(yīng)用可貫穿到建筑的整個生命周期,同時可以將各個不同階段的信息進(jìn)行收集與整合[1],在現(xiàn)代化建筑施工方面進(jìn)行了較多的創(chuàng)新設(shè)計,也促使建筑行業(yè)的施工趨于更加精細(xì)化和專業(yè)化方向發(fā)展[2]。國內(nèi)建筑行業(yè)在BIM技術(shù)應(yīng)用方面的研究相對歐美發(fā)達(dá)國家較晚(發(fā)達(dá)國家80%以上建筑企業(yè)都應(yīng)用BIM技術(shù)),且目前應(yīng)用的比例不高,這主要與BIM技術(shù)的掌握程度不夠、專業(yè)化人員偏少等有關(guān)[3-5]。隨著近年來國家對BIM技術(shù)的重視和相關(guān)政策措施的不斷推出,如《關(guān)于加快新型建筑工業(yè)化發(fā)展的若干意見》《現(xiàn)代建筑設(shè)計與施工關(guān)鍵技術(shù)研究》等文件中都在大力推廣BIM技術(shù),以期通過科研人員、企業(yè)等多方面的共同努力,共同提升BIM技術(shù)在國內(nèi)建筑設(shè)計上的應(yīng)用比例,并有助于提高全產(chǎn)業(yè)鏈資源配置效率[6]。在建筑設(shè)計上,傳統(tǒng)的分析方法往往需要通過CAD技術(shù)等來實(shí)現(xiàn)模型構(gòu)建,存在多次重復(fù)建模、分析效率低等缺陷[7-8],而BIM技術(shù)有望解決這些弊端,并從建筑設(shè)計全流程角度出發(fā)優(yōu)化建筑設(shè)計,結(jié)果將有助于BIM技術(shù)在現(xiàn)代化建筑設(shè)計中的應(yīng)用。

1 建筑工程中應(yīng)用BIM技術(shù)的特點(diǎn)

1.1 三維可視化

傳統(tǒng)建筑設(shè)計過程中,需要借助CAD等技術(shù)來完成建模,且建模過程中需要不斷設(shè)置“建筑結(jié)構(gòu)參數(shù)”,展現(xiàn)出的效果通常是二維圖,結(jié)構(gòu)只能采用“線性化”模式[9],而BIM技術(shù)可以將建筑設(shè)計中的各方面因素進(jìn)行整合,并有效融入3D模型中去,讓CAD模型中的點(diǎn)、線和面等,以墻、梁和柱等形態(tài)出現(xiàn),這種三維立體模型可以充分地將建筑最終效果展現(xiàn)在設(shè)計者面前,如可以隨時調(diào)取建筑構(gòu)件信息、管線連接情況、施工現(xiàn)場進(jìn)度、故障管理、內(nèi)部空間展示和進(jìn)行三維效果模擬等,如圖1.相較于傳統(tǒng)二維圖設(shè)計,BIM技術(shù)的三維可視化效果涵蓋了建筑幾何信息和材料屬性,不僅可以提升整體設(shè)計效果,還可以加強(qiáng)設(shè)計過程中各個施工環(huán)節(jié)的溝通,提高施工效率的同時、節(jié)約施工成本,并可以有效管控設(shè)計、施工和材料供應(yīng)等各方面的數(shù)據(jù)[10],促使施工質(zhì)量進(jìn)一步提高。

圖1 基于BIM技術(shù)的建筑三維可視化效果Fig.1 3D visualization effect of architecture based on BIM technology

1.2 信息數(shù)據(jù)庫互聯(lián)互通

傳統(tǒng)建筑施工過程中涉及到多方參與,在互聯(lián)網(wǎng)+技術(shù)不斷普及和信息化處理技術(shù)提升的背景下,將建筑設(shè)計過程中的各種信息進(jìn)行融合,實(shí)現(xiàn)信息數(shù)據(jù)庫互聯(lián)互通,是亟待解決的問題,通過BIM技術(shù)來進(jìn)行建筑設(shè)計將有助于更加精準(zhǔn)地對施工等環(huán)節(jié)進(jìn)行控制,提高生產(chǎn)效率。圖2為基于BIM技術(shù)的建筑信息數(shù)據(jù)庫互聯(lián)互通示意圖,可見,BIM技術(shù)可以將業(yè)主/開發(fā)商、建筑師、項(xiàng)目經(jīng)理、繪圖員、結(jié)構(gòu)工程師、水暖工程師、供應(yīng)商、總承包商、分包商和物業(yè)管理等進(jìn)行互聯(lián)互通,這樣有助于各個環(huán)節(jié)之間的交流,當(dāng)遇到需要其他方協(xié)助處理時,可以有效避免時間和空間差異帶來的延時或者差錯,提高管理質(zhì)量。

圖2 基于BIM技術(shù)的建筑信息數(shù)據(jù)庫互聯(lián)互通Fig.2 Interconnection of architectural information database based on BIM technology

1.3 多方面協(xié)同設(shè)計

傳統(tǒng)的基于CAD的建筑設(shè)計無法將建筑結(jié)構(gòu)信息等參數(shù)加載到模型中,因此在設(shè)計與施工過程中不能實(shí)現(xiàn)多方面協(xié)同設(shè)計、專業(yè)間交流較少,為了提高建筑設(shè)計與施工過程中各專業(yè)間的協(xié)調(diào)效果,需要多方面協(xié)同設(shè)計以實(shí)現(xiàn)對不完整、不及時交換數(shù)據(jù)的有效處理,滿足新時期現(xiàn)代化建筑設(shè)計要求[11-12]。BIM技術(shù)是實(shí)現(xiàn)多方向協(xié)同設(shè)計的有效手段,在設(shè)計過程中可以將多方面的信息(結(jié)構(gòu)參數(shù)、材料參數(shù)等)整合到三維模型中,通過搭建一個公共平臺來實(shí)現(xiàn)各方面人員的有效銜接和合作共享。如傳統(tǒng)CAD輔助設(shè)計往往采用外部文件鏈接和工作集模式進(jìn)行協(xié)同,兩種協(xié)同方式的文件形式分別為一個主文件/多個外部文件鏈接和一個中心文件/多個本地文件、工作模式分別為一人獨(dú)享模型和多人編輯模型,工作文件模板分別為可采用不同模板和必須同一模板、對項(xiàng)目成員操作性要求分別為可借用權(quán)限編輯和不可編輯等,因此其適用范圍分別為專業(yè)之內(nèi)、專業(yè)與專業(yè)之間、單體之內(nèi)、單體與單體之間的協(xié)同,而BIM技術(shù)可以同時發(fā)揮外部文件鏈接和工作集模式的優(yōu)勢,實(shí)現(xiàn)多方面協(xié)同設(shè)計。

2 基于BIM技術(shù)的建筑設(shè)計實(shí)現(xiàn)

BIM技術(shù)在建筑設(shè)計中已展現(xiàn)出獨(dú)特的優(yōu)勢并有望在未來的建筑工業(yè)中廣泛應(yīng)用,將BIM技術(shù)與建筑設(shè)計有機(jī)結(jié)合,有助于克服傳統(tǒng)設(shè)計中的弊端,從而提升建筑施工效果和質(zhì)量。隨著BIM技術(shù)的不斷推廣,BIM建模軟件和可持續(xù)分析軟件不斷被開發(fā)出來,如建筑建模軟件包括Revit、ArchiCAD、Tekla、Bentley和Digital Project等。每種建筑建模軟件和BIM可持續(xù)分析軟件都有各自的優(yōu)勢和特點(diǎn),將二者進(jìn)行有效傳遞可提升施工效率,其中,建筑建模信息傳遞情況如圖3.共分為3個階層,BIM建模平臺、建筑模型信息傳遞媒介和建筑模擬分析平臺,第一個階層包括Revit、ArchiCAD,第二個階層包括GbXML、IFC和DXF,第三個階層包括Green Building Studio、Ecotect Analysis、Design Builder和IES,BIM建模平臺、建筑模型信息傳遞媒介和建筑模擬分析平臺中的各個軟件之間可實(shí)現(xiàn)信息傳遞。

圖3 建筑建模信息傳遞情況Fig.3 Information transmission of architectural modeling

3 傳統(tǒng)CAD建模和BIM技術(shù)建模的對比分析

圖4為傳統(tǒng)CAD建模和BIM技術(shù)建模的模型建立方式對比。圖4(a)的基于CAD建模的方式一般需要采用平面圖紙和大量信息,在建模過程中將各種信息資源通過手工錄入的方式進(jìn)行輸入,能耗分析過程中再將CAD格式的文件導(dǎo)入可持續(xù)分析軟件中,整個過程相對繁瑣,建模效果較差;圖4(b)的基于BIM建模的方式則可以直接將不同的模塊中的模型導(dǎo)入BIM可持續(xù)分析軟件中,整個過程相對簡單、建模效果好。

圖4 傳統(tǒng)CAD建模和BIM技術(shù)建模的模型建立方式對比Fig.4 Comparison of modeling methods between traditional CAD modeling and modeling based on BIM technology

圖5為傳統(tǒng)CAD建模和BIM技術(shù)建模的設(shè)計方法對比分析圖。在對建筑進(jìn)行建筑設(shè)計過程中,傳統(tǒng)CAD建模方式下的建筑師需要依賴豐富的設(shè)計分析經(jīng)驗(yàn)才能得到建筑方案,然后反饋給建筑設(shè)計方案,這種分析方案僅停留在定性的層面上;而BIM技術(shù)建模方式下,建筑師只需要將信息數(shù)據(jù)支持導(dǎo)入建筑方案中,這種設(shè)計方法不僅能得到定性分析指標(biāo),還可以得到定量的參數(shù),便于各方做出最終決斷。除此之外,在設(shè)計效率方面,傳統(tǒng)CAD需要手工輸入各方數(shù)據(jù),這個過程將涉及不同專業(yè)的人員手工輸入大量數(shù)據(jù),不僅將耗費(fèi)巨大的人力和時間,而且其整體成形效果不佳;而BIM技術(shù)支持不同類型的格式文件(如IFC、gbXML等)同時導(dǎo)入,然后與可持續(xù)分析軟件銜接,傳遞效果良好且分析精度高,由于中間過程涉及的人為因素少,誤差明顯減小。

圖5 傳統(tǒng)CAD建模和BIM技術(shù)建模的設(shè)計方法Fig.5 Design method of traditional CAD modeling and modeling based on BIM technology

4 結(jié)論

綜上所述,建筑工程在節(jié)能設(shè)計中應(yīng)用BIM技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)三維可視化、信息數(shù)據(jù)庫互聯(lián)互通和多方面協(xié)同設(shè)計的效果。相較于CAD,BIM在模型建立方式、協(xié)同設(shè)計、分析效率和精度上都有明顯優(yōu)勢,更適宜應(yīng)用在建筑設(shè)計中。

工程實(shí)踐證明,BIM在建筑節(jié)能設(shè)計中不僅能大幅度降低設(shè)計人員勞動強(qiáng)度,節(jié)約工作時間,更能提高建筑節(jié)能指標(biāo)的精度。該方法為建筑節(jié)能設(shè)計方案優(yōu)化及節(jié)能材料合理選配提供了捷徑,在該領(lǐng)域應(yīng)予以推廣與應(yīng)用。