摘要：从一个建筑从无到有，由三个部分组成了它的整个生命周期，分别是设计、施工和管理，建筑信息模型在其中起着至关重要的作用，由于建筑信息模型能够使信息的交互和共享更加便利，决策响应速度更快，成本更低，质量安全更加容易控制，建筑设计是一项反复修改的过程，随着我国建筑技术的发展，越来越多高难度的建筑被设计建造出来，设计者充分的利用建筑信息模型技术就成为了必须，重筑信息模型的相关发展和技术，来论述其在建筑技术中的可行性。
关键词：BIM；建筑工程；BIM的应用
引言
信息技术已经渗入到了社会的方方面面，信息手段和思维影响了人们的生活生产方式，但是在建筑方面，信息技术的应用还处于相对较低的水平，建筑设计自然而然的受到信息技术的影响，建筑设计师开始使用计算机作为主要的设计工具，多为CAD的二维工程辅助设计，随着建筑功能的增多，综合性要求越来越大，当前的建筑设计对于设计师有了更深层次的标准，由于2D CAAD应用系统已经无法满足于现在的建筑设计，所以越来越多的开始使用3D CAAD应用系统，其普及也从侧面反映了计算机辅助建筑设计的潮流，而其中“建筑信息模型”（Building Information Model，简称BIM）是目前计算机辅助建筑设计中较为成熟的技术。
一、建筑信息模型的概念框架
通过对上述的建筑信息模型概念的分析可以看出，建筑信息模型不只是一个简单的技术、模型实体或者实现的过程，其应该是一个综合多种维度不同因素的集合体，建筑信息模型的基础、核心和对象是模型 在建筑信息模型中模型是基础、核心和工作对象。从本质上来看，作为实体的建筑信息模型是存储了项目集成化信息的数据库，并以数据库为核心实现多种不同程度的应用。同时，这样的一个或多个包含了建设工程全生命周期数字化信息模型实体，也为建设项目的各个参与方提供了一个信息交互的平台。
二、建筑信息模型技术特征
2.1信息集成
BIM 信息集成主要体现在两个方面，即设计过程集成以及设计信息集成。按照 BIM 应用技术的要求，整体建筑工程中，唯一的一个信息模型就是建筑信息模型，每个相关的专业设计信息，都应在这个模型中开始并完成，所以，BIM 技术有比较明显的信息集成特点。在这个平台的基础之上，只要是专业的设计人员，都能够在这个平台上，开始各专业的交互设计，使设计过程集成化的最终得以实现。建筑信息模型最主要的核心内容是数据库，而数据库的建设是由三维模型信息所构成的，这个数据库包括很多方面的信息，例如建筑结构的空间信息、构件尺寸、材料信息以及连接方式等等。通过这个数据库，我们能够将所需要查找的信息迅速的查找出来，超越了传统 CAD 技术带来的限制，这一点在结构设计中，尤其具有重要的意义。
2.2协同设计
可充分利用 BIM 技术，建设一个建筑设计的平台，给业主、设计单位以及施工单位实现数据共享提供一个较好的沟通方式，相关各方可根据各方的实际要求，对所需要的信息迅速做出反应。与此同时，在建筑结构设计的过程中使用BIM 技术，可自动对结构构件与设备管线等之间的影响进行检测，使设计团队的沟通效率大幅度提升，减少了设计人员在设计中所花费的时间。
2.3传递工作
在建筑结构设计的过程中使用 BIM 技术，能够将各种工作的数据进行有效关联。设计或修改的过程中，将某项内容更改之后，BIM 技术就可将修改后的信息，自动的传至到相关图纸中。与此同时，BIM 技术还能进行施工模拟展示，减少工程师对施工过程中各种因素进行分析的工作量，在节约设计时间的同时，将设计效率大幅度提升。
三、BIM 技术应用的建筑结构设计分析
3.1设计模型与模型转换设计单位在建立模型的过程中，应组织专业人员深入交流，并及时进行总结和修改。通过 BIM 技术的应用，使得这一阶段二维的图纸变得立体化，可以用三维视角表现出设计的结果。在将设计图进行移交时，需附上模型建立时候的命名规则和使用说明，以便更好的进行移交。
3.2分析计算结构模型BIM 的模型中有很多种属性，其主要包含力学性能、材料、成本、几何信息以及建造信息等，不同应用软件建造的模型可通过国际通用的 IFC 格式进行相互转换。当前使用的 IFC 模型，能够满足大部分的模型之间的相互转换。目前常用的结构辅助设计系统都能支持 IFC 格式的数据输入和输出。通过模型转换，可将BIM 模型导入结构分析软件，并可在结构软件中对模型进行调整，并将调整后的模型重新转换为 BIM 模型。其优势在于：其一，对结构模型的数据保持客观性。其二，保证分析计算过程的精准性。其三，将结构模型的分析进行细化，体现出细致性。
3.3图纸输出的逻辑性和传统的图纸输出相比，BIM 输出主要有以下几个逻辑：首先，在 BIM 图纸中，注释符号多面化，不再是一种单一的代表或注释文本，而是加入了一些深化的数值化信息，方便调取和交换分析。其次，可以进行参数化的标注，在浏览信息时，可以快速定位，方便查找。最后，最终的图纸也和设计模型有相同的逻辑性，当模型发生变化后，相关图纸也能够实现自动更新。
3.4项目管理中的应用
BIM 技术在项目管理中 BIM 的作用主要体现在以下几个方面：1、可识别管线、设备、构件之间的碰撞，以及是否满足净高要求等。2、可视化的模拟环境，可以帮助技术人员更可靠地判断现场条件，为编制施工进度计划等提供依据。3、能够自动生成设备和材料明细表，为工程量计算提供了有利的依据。借助 BIM技术，造价人员直接使用原有的设计模型，提高了效率和准确性。4、利用 BIM提供三维效果图、动画和漫游等功能，可提前看到可视化的最终产品。
四、BIM技术在建筑工程项目中的应用
4.1设计方面
传统的 CAD 软件的使用缺少协同设计这一环节，此前国内大部分施工方和设计方都是使用PKPM 软件来实现各专业之间的交流和传递信息，但在设计过程中不同专业间协调问题还是没有得到有效的处理办法。随着现代发展对建筑工程要求的不断增加，其实现行业间的交叉与合作，就需要更加高效的协调沟通来提高设计效率。利用三维集成设计模型来实现技术协调设计，可以将建筑、结构、暖通、机电、通信等各专业在同一个模型上作业。结构专业人员可提取 BIM 直接生成的建筑三维实体模型中的信息，分析建筑项目的结构承载力等，机械暖通专业人员则运用模型中的相关信息分析设备负荷。BIM 的中间处理器功能可实现对模型的建立和修改，做到及时更新、传递设计信息，高效率地解决各专业的沟通协作问题，在最大程度上提高建筑设计的质量和效率，实现协同设计最优方案。如图3 是 BIM 技术对设计方案进行多角度的可视化分析。
在传统的设计模式中，常常出现各专业间难以避免和协调的矛盾，而在 BIM 模型中可直观地了解各专业间的冲突及碰撞，及时对建设项目进行系统性的空间协调，使得相关问题得到高效率的处理，缩减了设计周期，降低了设计漏洞和错误的出现，在很大程度上提高了设计效率。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆在以往的传统模式中，普遍存在大多设计人员缺少现场施工经验的情况，从而导致了对实际施工难度不了解的问题，并且设计人员和施工方沟通又较少，进而使得项目工程的施工难度加大，施工方很难完全以设计图纸进行作业。BIM 技术则是一个交流功能平台，它强大的可协调性不仅使设计方与施工方之间的沟通更加方便快捷，更让施工方、监理方以及业主方都能够参与设计的过程，提前了解相关情况，给予设计人员适当的建议，改变了传统设计模式，在很大程度上提高了设计图的可施工性。
4.2虚拟施工
简单地说，虚拟施工就是“先试后建”，在工程开始施工前，对建筑项目的设计方案进行检测分析，对项目施工方案进行模拟、分析与优化，从而发现施工中可能出现的问题，在施工前就采取预防措施，直到获得最佳的施工方案，从而指导真实的施工。虚拟施工是施工领域的新方法，它将三维模型用于模拟建造一个建筑工程项目，不仅考虑时间维，还考虑其他维数，如材料、机械、人力、空间、安全等，可以扩展到“N维”。
当前，建筑领域的可视化研究与应用有：三维（3D）建模技术或BIM技术，BIM技术主要集成了建筑项目本身的相关信息，属于静态信息，主要用于项目设计分析；四维技术是基于三维模型，引入时间因素，进行施工进度的可视化展示；五维技术是基于三维模型引入时间因素和资源（如成本、人员、材料）因素。
采用虚拟施工技术也可以优化设计。首先，要建立相关建筑项目的3D设计模型，包括建筑、结构及建筑设备等；其次，基于建立的3D设计模型，可进行设计检测、协同修改。设计检测可根据需要设定相关参数，确定检测范围，从而检测设计冲突问题、可施工性问题。基于上述3D设计模型进行检测时，如果发现问题，例如设计冲突，即设备管线之间的碰撞，相关人员可以基于虚拟平台和3D设计模型及时进行分析与沟通，从而及时、有效地解决问题。设计检测可以在设计之初就开始，它是一个“设计-检测-设计”的循环过程，直到在施工前解决所有设计问题，进而消除设计错误和设计忽略，减少施工中的返工成本。现有技术下，基本可以实现检测、修改过程自动化操作，这样可以减少设计检测的时间。通过虚拟技术，设计检测已经成为设计优化、提高设计质量的一个重要手段，它能确保设计的可施工性，使施工过程顺利进行。
4.2.1先试后建
施工过程的顺利实施是在有效的施工方案指导下进行的。当前，施工方案的编制主要基于项目经理及项目组的经验。然而，面对越来越庞大且复杂的建筑工程项目，仅凭项目经理的经验来编制施工方案已显得力不从心。施工方案的可行性一直受到业界的关注，同时由于建筑项目的单一性和不可重复性，施工方案同样具有不可重复性，即不可能如制造业那样，同一生产方案可用于某产品的批量生产。通常是，当某个工程即将结束时，一套完善的施工方案才展现于面前，结果为时已晚。施工进度拖延、安全问题频频出现、返工率高、建造成本超支等已成为现有建筑工程项目的通病。因此，在施工开始前，制定完善的施工方案是十分必要的、重要的。在虚拟施工技术出现前，这些问题几乎找不到有效的解决方案。虚拟施工技术不仅可以测试和比较不同的施工方案，还可以优化施工方案。
4.3管理方面
BIM 技术用三维立体图像来展现建筑的整体环境，指导施工。根据具体情况建立多种方案，将各种结果进行对比分析，并列出其优缺点，管理者可根据自身的判断选择最合适的方案。BIM技术的整合方式还体现在现场的操作中，将 GPS定位技术和移动通信技术结合做到施工范围的控制，管理者可在网络上进行现场协调，通过施工人员的操作流程进行协调，达到质量提升的目的。
运用 BIM 技术建立三维模型，同时数据会以图像的形式体现出来，并将各阶段的施工组织计划以及进度更加直观地表现。该技术会对整体环境进行规划，列出一个详细的资金和人员数量的清单，管理者可将实际值与标准参数作对比，根据其中的限定额度购买材料，招募人员，构建建筑。这就避免与供应商沟通不及时造成的成本过高的问题。同时 BIM 强大的功能可从空间、虚拟建造、绿色节能、时间进度、仿真分析、质量、成本、项目控制、施工技术、运营维护、物业管理等实现项目多维管理，最终达到提高整个项目高效率管理的目的。BIM 技术还能对现场环境进行测试，例如，地质条件、水电暖供应等。一旦出现自然条件的变化，系统自动会进行预警，控制现场施工进度。
4.4 运营维护方面
传统的运营维护模式主要以物业管理为根本形式，这种管理机制信息保存度低，容易出现“信息孤岛和断流”的情况，不能有效地将前期的设计阶段的信息整合。运营维护阶段与前期设计及施工阶段相对分离，导致运营维护阶段的管理任务只在运维人员上，而与设计人员、施工人员以及业主无法有效的沟通和联系。由于 BIM 模型具有丰富的属性信息，设计师可以对设计方案进行多方面的可视化分析（包括空间、工期、结构和运营等）。共享式的 BIM 数据库在建筑后期的运维阶段中为项目信息化管理提供了良好的条件，设计、施工、业主及运维人员在 BIM 交流平台上可以进行良好的沟通，实现设计和施工阶段有效信息能传递到运营维护阶段并辅助运营维护管理。
4.5绿色环保方面
基于 BIM 准确的三维模型能够很好地对室内及室外环境进行分析。室内分析包括自然通风分析、污染物分布状况、光环境分析和噪声分析等。室内自然采光的分析使得自然光得到充分利用，照明电器的能耗降低。室外环境主要围绕日照、热环境、声环境和风环境这四方面对建筑性能进行分析，为人们高品质的生活提供质量保证。采用 BIM 模型对太阳辐射的强度和分布进行分析，让各太阳能设备使用率最大化，绿色能源的合理利用最大化，同时还可以优化室外植被的配置。还可以结合各地区降雨强度系数和强度，将其运用到 BIM 中进行公式计算，建立数据库作为采集雨水数据依据。由于地区地势和管道材质之间存在较大的差异，需根据各种雨水采集方式来确定径流系数影响关系，以计算建筑、道路和绿地等面积集雨量和实时调整优化。BIM 作为拥有强大数据信息和材料统计功能的软件，可快速计算各种材料构配件需求量，指导工程中材料的配置问题，从而达到评价的标准。与此同时，它还可以将建筑、结构、给排水、暖通、机械等各专业间的设计整合为一体，并具有冲突碰撞检查功能，使不同专业间的矛盾问题在设计过程中解决，避免施工过程中由于碰撞矛盾导致材料浪费的情况发生，有助于保障项目的进度，节约材料成本，从而达到绿色环保的目的。
结束语
经过上文的详细介绍，将 BIM 技术应用在建筑结构设计过程中，能够使设计工作效率与质量大幅度提升，同时，还能有效降低建筑企业在建筑材料加工过程中的设计与生产环境成本，促进建筑企业更好的发展。BIM 技术的各项功能，可以说都能够满足现代建筑结构设计的工作需要，但同时也给使用 BIM 技术的工作人员提出了更高标准的要求，应有更专业的基础知识以及整体素质。作为建筑设计企业，应尤其注意提升设计人员的整体综合素质及专业技能，促进企业朝着良好的方向发展。
参考文献
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[4]刘龙.BIM 技术在建筑设计、项目施工及管理中的应用.建筑技术开发.2013.4
论文作者:肖航
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第32期
论文发表时间:2019/2/26
标签：模型论文; 建筑论文; 信息论文; 技术论文; 项目论文; 结构论文; 建筑设计论文; 《建筑学研究前沿》2018年第32期论文;