BIM技术在建筑工程各阶段的应用

BIM技术在建设各阶段的应用2018/01/10前言：2010年BIM一词开始逐渐被工程建设行业专业人士所熟悉，经过近两年的发展，年成为行业内的年度热词。国内建筑工程也逐渐在设计阶段开始进行BIM技术的应用，大型建筑公司也在工程施工过程中成功的使用了BIM技术。BIM技术在设计阶段的应用提供了全新三维状态下可视化的设计方法BIM技术下的建模设计过程是以三维状态为基础，不同于CAD的基于二维状态下的设计。在常规CAD状态下的设计，绘制墙体、柱等构件没有构件属性，只有由点、线、面构成的封闭图形。而在BIM技术下绘制的构件本身具有各自的属性，每一个构件在空间中都通过X、Y、Z坐标各自的独立属性。设计过程中设计师构想能够通过电脑屏幕上虚拟出来三维立体图形，达到三维可视化下的设计。同时构建的模型具有各自的属性，如柱子，点击属性可知柱子的位置、尺寸、高度、混凝土强度等，这些属性通过软件将数据保存为信息模型（阶段BIM），也可以由其他专业导入数据，提供了协同设计的基础。提供各个专业协同设计的数据共享平台首先，在传统条件下各个专业间的建筑模型设计数据不能相互导出和导入，使各个专业间缺乏相互的协作，即使设计院内部通过大量的技术把关，也只能解决建筑和结构间的构件尺寸统一问题，对于水电、暖通和建筑、结构间的构件冲突都只能在施工过程中进行修改。因此各专业图纸间的矛盾众多，导致施工过程中变更加大，施工单位在施工过程中协调难度增加；设计单位不断调整设计变更增加工作量，造成工程成本增加，达不到业主要求。其次，在BIM技术下的设计，各个专业通过相关的三维设计软件协同工作，能够最大程度的提高设计速度。并且建立各个专业间互享的数据平台，实现各个专业的有机合作，提高图纸质量。例如欧特克通过开发的AutoCADArchitecture、AutoCADRevit、RevitArchitecture、AutodeskRobotstructuralanalysis系列软件，使建筑工程师在完成建筑选型、建筑平面、立面图形布置完成后，即可将数据保存为BIM信息，导入结构工程师、设备水电工程师专业数据，由结构工程师进行承重构件的设计和结构计算，设备及水电专业工程师同时进行各自专业设计。在建筑和结构专业都完成后，将包含建筑和结构专业数据的BIM信息导入水电、暖通、电梯、智能专业进行优化。同时水电、暖通、设备等专业的BIM信息也可以导入建筑、结构专业，达到了各个专业间数据的共享和互通，真正实现在共享平台下的协同设计，在设计过程中能够进行各个专业间的有效协调，避免各个专业间的构件矛盾。提供设计阶段进行方案优化的基础在设计阶段方便、迅速的进行方案经济技术优化：在BIM技术下进行设计，专业设计完成后则建立起工程各个构件的基本数据；导入专门的工程量计算软件，则可分析出拟建建筑的工程预算和经济指标，能够立即对建筑的技术、经济性进行优化设计，达到方案选择的合理性。实现了可视化条件下的设计第一，方便了建筑概念设计和方案设计。传统条件下，建筑概念设计基本上是依靠建筑师设想出建筑平面和立面体型，但是直观表述建筑师的设想较为困难，通畅借助制作幻灯片向业主表述自己的设计概念，而业主不能直接理解设计概念的内涵。在三维可视化条件下进行设计，三维状态的建筑能够借助电脑呈现，并且能够从各个角度观察，虚拟阳光、灯光照射下建筑各个部位的光线视觉，为建筑概念设计和方案设计提供了方便；同时，设计过程中，通过虚拟人员在建筑内的活动，直观的再现人在真正建筑中的视觉感受；使建筑师和业主的交流变得直观和容易。第二，为空间建筑设计提供了有力工具。在传统的二维状态下进行设计，对于高、大、新、奇的建筑，建筑师、结构师都很难理解到各个构件在空间上的位置和变化，设备工程师、电气工程师更难在空间建筑内进行设备、管线的准确定位和布置。建筑、结构与设备、管线位置关系出现矛盾，影响了设计图纸的质量。在三维可视化条件下进行设计，建筑各个构件的空间位置都能够准确定位和再现，为各个专业的协同设计提供了共享平台，因此通过BIM数据的共享，设备、电气工程师等能够在建筑空间内合理布置设备和管线位置，并通过专门的碰撞检查，消除了各种构件相互间的矛盾。通过软件的虚拟功能，设计人员可以在虚拟建筑内各位置进行细部尺寸的观察，方便进行图纸检查和修改，从而提高图纸的质量。实现设计阶段项目参与各方的协同工作传统的二维设计条件下，图纸中图元本身没有构件属性，都是一些点、线、面。项目业主、造价咨询单位要从各自角度对设计方案进行经济上测算和优化，需要造价咨询单位将二维图纸重新建模，建立算量模型，花费大量的时间和人力。同时设计方案修改后，造价单位需要重新按照二维图纸进行模型修改，导致不能及时准确的测算项目成本。在BIM条件下，设计软件导出BIM数据，造价单位用BIM条件下的三维算量软件平台，按照不同专业导入需要的BIM数据；迅速地实现了建筑模型在算量软件中的建立，及时准确的计算出工程量，并测算出项目成本；设计方案修改后，重新导入BIM数据，直接得出修改后的测算成本。设计阶段BIM技术的应用实例-上海中心上海中心大厦是目前在建的中国第一高楼，位于上海市浦东新区陆家嘴金融中心，也是最后一栋浦东规划的超高层建筑。总高632m，项目总用地面积约30368m2，地上可容许建筑面积380000m2，总建筑面积573223m2，地下部分共5层，共计约17万m2。基地两侧分别是402.5m的金茂大厦和492m的环球金融中心，这3座大楼将构成浦东新区新的天际线。上海中心大厦在方案及初步设计和施工图设计两阶段都使用了BIM设计手段。根据同济大学设计院的论文介绍，上海中心BIM技术在设计阶段的应用主要有以下几个方面：首先是BIM建构。在方案设计阶段，上海中心大厦设计初期，为了塑造一个自由形体的塔，设计单位选择了工业领域的Rhinoceros来完成对自由曲面的构建，而在设计推敲过程中结合Grasshopper来控制形体的变化，亦即参数化，从而得到建筑师满意的空间形态。同时，通过RhinocerosScripts来快速生成外观。在深化设计阶段和施工图阶段，BIM的重点在于建筑、结构、机电等各专业间的协调。选择操作简便、相对完整的RevitArchitecture、Structure、MEP这一BIM平台。其次是BIM对施工图设计的辅助作用。通过向模型中添加建筑相关信息，如构造、材料、尺寸等形成了比较完整的信息模型，实现了施工深化的三维模型重构。在施工图设计中，主要是应用BIM将建筑、结构、机电模型整合，配合检测设计中存在的问题，起到碰撞检测、管线综合以及对复杂空间定位的作用。在这一过程中，Revit系列的MEP、Structure、Architecture相对完善的功能为设计提供了技术支持。最后是成本测算和设计优化。上海中心投资监理单位是香港利比投资咨询公司，在业主的统一协调下，香港利比公司和同济设计院协同，在欧特克公司技术支持下，完成了三维算量模型建模，在设计阶段对设计方案进行了经济上优化和成本测算。BIM技术在施工阶段应用虚拟仿真施工运用建筑信息模型（BIM）技术，建立用于进行虚拟施工和施工过程控制、成本控制的模型。该模型能够将工艺参数与影响施工的属性联系起来，以反映施工模型与设计模型间的交互作用。通过BIM技术，实现3D+2D（三维+时间+费用）条件下的施工模型，保持了模型的一致性及模型的可持续性，实现虚拟施工过程各阶段和各方面的有效集成。实现项目成本的精细化管理和动态管理通过算量软件运用BIM技术建立的施工阶段的5D模型，能够实现项目成本的精细分析，准确计算出每个工序、每个工区、每个时间节点段的工程量。按照企业定额进行分析，可以及时计算出各个阶段每个构件的中标单价和施工成本的对应关系，实现了项目成本的精细化管理。同时根据施工进度进行及时统计分析，实现了成本的动态管理。避免了以前施工企业在项目完成后，无法知道项目盈利和亏损的原因和部位。设计变更出来后，对模型进行调整，及时分析出设计变更前后造价变化额，实现成本动态管理。实现了大型构件的虚拟拼装，节约了大量的施工成本现代化的建筑具有高、大、重、奇的特征，建筑结构往往是钢结构+钢筋混凝土结构组成为主，如上海中心的外筒就有极大的水平钢结构桁架。按照传统的施工方式，钢结构在加工厂焊接好后，应当进行预拼装，检查各个构件间的配合误差。在上海中心建造阶段，施工方通过三维激光测量技术，建立了制作好的每一个钢桁架的三维尺寸数据模型，在电脑上建立钢桁架模型，模拟了构件的预拼装，取消了桁架的工厂预拼装过程，节约了大量的人力和费用。各专业的碰撞检查，及时优化施工图通过建立建筑、结构、设备、水电等各专业BIM模型，在施工前进行碰撞检查，及时优化了设备、管线位置，加快了施工进度，避免了施工中大量的返工。在上海中心项目中，施工技术人员采用传统方法，利用二维图纸将建筑结构图进行叠加，导致施工下料中出现较多管线尺寸不准确，材料计划与实际需要误差大的情况。通过引入BIM技术后，建立了施工阶段的设备、机电BIM模型。通过软件对综合管线进行碰撞检测，利AutodeskRevit系列软件进行三维管线建模，快速查找模型中的所有碰撞点，并出具碰撞检测报告。同时配合设计单位对施工图进行了深化设计，在深化设计过程中选用AutodeskNavisworks系列软件，实现管线碰撞检测，从而较好地解决传统二维设计下无法避免的错、漏、碰、撞等现象。按照碰撞检查结果，对管线进行调整，从而满足设计施工规范、体现设计意图、符合业主要求、维护检修空间的要求，使得最终模型显示为零碰撞。同时，借由BIM技术的三维可视化功能，可以直接展现各专业的安装顺序、施工方案以及完成后的最终效果。实现项目管理的优化通过BIM技术建立施工阶段三维模型能够实现施工组织设计的优化。例如在三维建筑模型上布置塔吊、施工电梯、提升脚手架，检查各种施工机械间的空间位置，优化机械运转间的配合关系，实现施工管理的优化。香港港岛中心工程在施工中对施工设备建模，利用虚拟三维全真模型爬摸预留孔洞和横梁的位置关系。并模拟出爬升挂靴的插入状况，以便确定预留孔洞的位置，在爬架爬升前，事前发现可能存在的问题，及时予以调整。在施工中，还可以根据建筑模型对异型模板进行建模，准确获得异型模板的几何尺寸，用于进行预加工，减少了施工损耗。同样可以对设备管线进行建模，获取管线的各段下料尺寸和管件规格、数量，使得管线尺寸能够在加工厂预先预加工，实现了建筑生产的工厂化。建设业主及造价咨询公司的投资控制项目业主或者造价咨询单位采用BIM技术可以有效的实现施工期间成本控制。在施工期间咨询单位通过导入BIM技术，可以快速准确的建立三维施工模型（3D），再加上时间、费用则形成了施工过程中的建筑项目的5D模型。实现了施工期间成本的动态管理，并且能够及时准确的划分施工完成工程量及产值，为进度款支付提供了及时准确的依据。能够实现可视化条件下的装饰方案优化装饰工程设计通常在施工期间根据业主的需要进一步作深化设计。在二维状态下的建筑装饰设计，设计单位主要是出具效果图。即简单的内部透视图形，无法进行动态的虚拟，更没有办法进行各种光线照射下的效果观测，设计人员和业主不能体会到使用各种装饰材料产生的质感变化。在装饰施工中，为了让业主体会装饰效果，需要建立几个样板间，样板间建立过程中对装饰材料反复更换和比较，浪费时间和成本。通过BIM技术下三维装饰深化设计，可以建立一个完全虚拟真实建筑空间的模型。业主或者建筑师能够像在建好的房屋内的虚拟建筑空间内漫游。通过虚拟太阳的升起降下过程，人员可以在虚拟建筑空间内感受到阳光从不同角度射入建筑内的光线变化，而光线带给人们的感受在公共建筑中往往变的尤为重要。同时，通过建筑材料的选择，业主可以在虚拟空间内感受建筑内部或者外部采用不同材料的质感、装饰图案给人带来的视觉感受，如同预先进入了装饰好的建筑内一样。可以变换各种位置，或者角度进行观察装饰效果，从而在电脑上实现装饰方案的选择和优化，既使业主满意，又节约了建造样板间的时间和费用。项目名称适用范围主要内