基于BIM的计算机辅助建筑设计与施工管理研究

徐国红

摘要：利用BIM技术建立工程项目的模型模拟项目方案，再结合BIM技术的可视化、模拟及分析手段，可以降低项目的成本、缩短周期、提高建筑质量。通过BIM信息在各阶段的传递功能，可以将前期决策贯彻到建筑设计及施工管理中。结合BIM技术在建筑设计中的应用实例，分析基于BIM的计算机辅助建筑设计与施工的效果。

关键词：BIM技术；建筑设计；施工管理

中图分类号：TB

文献标识码：A doi：10.19311/j.cnki.1672-3198.2016.18.098

0.引言

BIM（Building Information Model）技术是当前计算辅助建筑设计领域出现的新技术，该技术以建筑工程的相关数据为基础，建立工程项目的信息化模型。模型可以根据建筑全过程中的动态数据进行调整以及实时调用数据。BIM技术的运用提高可决策的科学性和效率，有利于提高建筑工程质量，降低工程造价。

1.基于BIM的计算机辅助分析

1.1基于BIM的计算机辅助设计分析

建筑设计是BIM应用的主要领域，也是应用BIM技术的关键。传统二维设计属于分散式图纸表达设计信息，信息之间相互独立、关联性不强，信息共享程度低。以上缺点导致设计人员无法借鉴他人成果。并且设计阶图纸多，差错频繁，修改难度大。BIM技术可以根据数据建立模型，采用统一的数字模型呈现信息。设计过程中，BIM模型包含绝大多数建筑信息，有利于各个专业和各阶段信息协同工作，实现信息有效传递，真正意义上实现多专业协同工作。将BIM技术用于建筑设计过程中，建筑设计被分为若干阶段，各个阶段的设计目标明确，为各专业设计达到协同配和的效果，从而更有效的掌握建筑设计周期及组织管理。

1.2 BIM技术在施工管理阶段的应用

建筑施工管理阶段，传统二维图纸具有许多缺点，如施工质量及工期无法保证、工作效率低等。而BIM技术可以有效规避传统二维图纸的缺点。BIM技术使用一个文件融合的各个专业的设计模型，方便设计人员分析各个专业设计模型之间的冲突，从而在正式施工前解决冲突，达到缩短工期、减少浪费、消除专业之间不和谐目的。施工期间，BIM模型可以分析施工方案中的细节，再利用BIM技术进行模拟施工，优化施工方案。利用BIM技术还能三维模拟施工现场和过程，解决实际施工过程中难以发现的问题。BIM技术可以提高施工的精细化程度。BIM参数模型为各个专业和工作提供了大量资源，为各方合作提供了平台，保证了信息和资源的准时制管理，减少时间浪费，提高效率。

2.基于BIM的计算机辅助用于建筑设计的实例分析

2.1工程概况

该工程为某单位科研综合楼，集研发、科研、接待、办公于一体。建筑工程设计精度和成本具有较高的精细化要求，并且工期紧张。另外，建筑设计必须坚持高标准的节约资源、环境保护标准。基于以上要求，该项目采用BIM技术辅助设计，优化建筑设计方案，提高建筑施工效率、缩短施工周期，降低工程造价，同时利用BIM技术方便建筑运营维护。工程包括L形科研及停车楼，建筑总面积31600m2，科研楼包括研发、设计、办公、接待等功能，地下建筑为的设备用房。建筑上层10层，地下一层，采用框剪结构设计。建筑主体高45m，综合楼地面为交通工具存放地，地下室作为机动车停放点及战时人防场所。建筑造型力求大气、美观、简约现代风，与周边建筑相互协调。

2.2 BIlVl技术在建筑设计中的应用

2.2.1概念设计

由于工程用地紧张、建筑外部条件高、绿色建筑要求严格，需要借助具备量化功能的技术才能确定建筑位置及形体。设计人员利用BIM技术对建筑场地进行了多次比较，综合建筑项目的各项要求确定建筑位置及形体。具体过程如下：首先，用数据模型构建施工场地环境，使用专业软件测试施工现场的风环境。测试结果显示施工现场的风环境满足建设要求，但是较低的风速不利于过渡季自然通风。其次，构建场地模型，分析太阳辐射情况。模型显示周边建筑造成大量辐射量分布不均匀，辐射量呈南北递减特征。最后，对北侧居住建筑的日照遮挡进行模型分析，为建筑物不具规划提供参考。

结合对环境、太阳辐射和日照遮擋分析结果，总结场地环境的优势和不足，再根据建筑规划要求及建设规划等因素，设计建筑形体，详见图2。设计过程中对的建筑形体的特点作了大量分析，为方案设计后续工作提出了优化要求。

2.2.2方案设计

方案设计阶段工作主要内容为根据设计要求，建立建筑与设计环境的基本关系，提出空间建构设想，为后续工作提供依据和指导。本项目中，利用BIM技术进行了组织空间、确定以及优化建筑风格等内容。

第一，由于项目属于单位科研及办公大楼，建筑空间需分配需要与各个部门紧密相连。方案设计充分利用模型的模块功能，计算平面分配数据，利用BIM技术对数据和模型进行调整。

第二，建筑对绿色节能有极高的要求，因而设计前使用BIM技术导入IES分析软件，分析体块方案的能耗，深入分析体块的优缺点，提出符合可持续要求的指导性意见，使方案设计策略更具针对性。根据计算结果，制定不同风格的设计方案，满足建筑工程项目的定位及要求，以免设计方案出现较大的变化。

第三，使用BIM模型分析不同设计方案的环保型能，再从多方面要求进行分析，选出“最佳方案”，再结合其它方案的优点优化最佳方案。

2.2.3初步设计

本工程项目在BIM技术创建的三维环境下设计方案，与传统建筑设计相比，三维环境下的工作流程和数据流转等设计环节发生明显变化，设计效率及质量更高。

第一，使用BIM技术对细节进行精细化设计，提高设计质量。例如楼梯间下部设计，利用BIM技术度楼梯间下部进行反复解剖，使该区域空间设计更加精细化，空间利用率也更高。第二，使用BIM技术实现各专业协同。例如三维环境下设计将管线综合工作前移，设计过程中可以及时发现管线较差和碰撞问题，减少了后期工作量。第三，利用BIM模型分析建筑设计的可持续性，提出和确定绿色建筑节能措施及可再生能源利用策略。

初步设计阶段BIM模型分析包括整体分析，计算自然通风数据，指导优化策略。根据室内增加的墙上通风口，增加自然通风。使用BIM模型分屋顶太阳辐射量，确定太阳能集热器方案、集热器族排布方式。

2.2.4施工设计阶段

本工程采用Autodesk Revit系列软件，结合现行图纸规范对于软件默认样本中的标高、尺寸、文字样式、线型线宽、对象等样式进行定义，制定了适合自身的BIM企业标准。

第一，使用BIM技术绘图，实现了从三维数字模型直接打印二维图纸，满足最终出图要求。

第二，利用设计阶段BIM模型，深入处理模型，获取施工所需模型资源。再根据施工方法，对管线安装工序进行分析，并进行了施工方案模型，提高了施工方案的可行性。

第三，对BIM模型进行补充，向模型中加入附属构件，针对设计模型进行编码体系设置，深入拆分模型，使模型满足算量及排期要求。