中国电力科学研究院 北京 100192
摘要：使用 BIM 技术进行项目设计创新管控，不仅要在工程施工图设计阶段创新使用，同时还要贯穿项目工程可研规划阶段、初步设计阶段的全过程设计阶段进行创新使用和管控。施工图阶段引入标准化、模块化设计理念提升BIM技术管控。高效集约利用BIM资源，提升建筑科技水平和创新工作效率的成果。通过BIM技术、模拟施工，大大预防工程施工中碰撞问题、工程返工和大量整改问题。BIM技术可以将设计变更在模型上做出修改，形象直观地展示变更前后项目的变化；利用BIM可视化，精确定位洞口、临边、电梯井等存在安全隐患位置，以做好安全措施；BIM模型包含了建筑物所有构件、设备全部信息数据集合，对成本控制有重要意义。
关键词：建筑信息模型（BIM）模拟性 可视化 管线综合
一、建筑设计全过程采用BIM管控的意义
BIM的全称是 (Building Information Modeling)建筑信息模型。以三维图形为主，基于建筑生命周期,在过程各个阶段通过数据模型来描述和指导整个建筑物的建设过程。经典案例有美国世贸中心原址上兴建的自由塔。国内经典案例是南京青奥会议中心。
中国电力科学研究院科技研发中心工程包含直燃机及锅炉房系统、空调系统、新风系统、消防系统（消防烟感监控系统、消防排烟、水喷淋、气体消防等系统）、弱电系统、智能管理系统、强电系统及10kV配电室、太阳能发电发电系统及太阳能热水系统、中水系统。该建筑地下一层为食堂，食堂入口外接下沉广场、地下二层、三层是为停车库及人防工程、地上部分建筑使用主要包括各种电力及通讯实验室、多功能厅、展厅、设备机房、办公及会议室等。为了有效的解决各种复杂问题、空间碰撞问题。设计中，不仅在施工图设计阶段和施工全过程阶段都使用BIM管理进行管控，还在国内科研实验类建筑项目中首次从工程设计可研阶段、初步设计阶段使用BIM管理进行管控的工程项目。大型建筑，由于专业系统和结构复杂，涉及专业多，空间信息又非常多，一般设计人员无法应对这些复杂问题，致使设计院所出的施工图经常发生专业之间的碰撞。
当前建筑业计算机辅助技术已经普及， CAD绘图解决了计算机辅助绘图2D的问题。较好地适应建筑市场的需求，解决了手工绘制和修改易出现错误的弊端问题。但是建筑项目在建设过程中，对准确信息的需求来自多方面的，包括各专业的图纸、材料采购、建筑环境状况、规格等相关资料。整个建筑的复杂性、交错性都要求我们建立一个新的思维模式4D来预判和决策未来的空间使用和费用投资等问题。
BIM模型具有防碰撞检测的功能，用图形表达的方式检查构件在空间中彼此碰撞的详细信息，可以减少施工单位在施工中留下无法弥补的建筑遗憾问题。对工程的各个参与方来说，减少错误对降低成本都有很重要的影响。降低工程的成本。是BIM管理提升所要达到的目标。
大型建筑，BIM空间信息模型理念的提出为设计、施工和用户之间创建了信息沟通桥梁。建筑信息模型涵盖了几何学、空间关系、各种建筑组件的性质及数量。建筑信息模型可以用来展示整个建筑生命周期，包括了建设过程及营运过程。建筑信息模型用数字化的建筑组件表示真实建造建筑物的构件。
设计阶段BIM创新工作
目前，国内大型工程项目都是从施工图阶段才进行BIM设计建模管理工作，而中国电力科学研究院科技研发中心项目创新点就是从可研方案阶段、初步设计阶段就开始进行BIM设计建模管理工作。BIM设计全过程包括可研方案阶段、初步设计阶段和施工图设计三个阶段对工程进行设计阶段的工程管理。
美国JUMBO项目，采用结构模块化设计，同时在设计和施工过程中引入BIM管控，采用信息模型BIM技朮进行深入研究和应用，深化模型， 并将模块化、数字化预拼装，形成多种属性功能化信息模型。实现项目在钢结构设计及施工阶段的全过程模拟和监控， 实现节约工期，创造巨大经济效益的效果。
1、 从方案规划阶段开始采用BIM管理的意义
在这个阶段采用 BIM 管理优势在于：首先可以解决建筑策划、方案论证、空间管理和建筑系统分析。可以通过对空间的分析解决复杂的空间标准和法规，节约大量方案阶段的时间；有效的进行建筑平面布置、自然采光分析、风环境分析、能耗分析、自然通风、节能问题、气象参数分析、总碳排放量分析、建筑能耗分析参数、建筑冷热负荷参数、建筑特征与气象物候参数、建筑空间距离，同时还考虑绿色建筑实施的要素，建立整合设计全过程、创建绿色建筑、建筑全方位管理和一体化管控的四维度管理模式。上海迪士尼乐园，迪士尼经典的故事和卡通形象，城堡、花园与湖泊等异形建筑众多，此项目全寿命周期应用BIM管理进行管控 ，实现了各参与者协同工作，达到节约成本，降低工程造价的目的。
图1 项目 BIM 分析领域
技术方案论证是可行性研究报告的主要组成部分，也是设计在方案设计规划阶段重要技术管理职能。技术方案对于项目生命周期的投资都有着巨大的影响，甚至关乎项目成败。在工程项目前期进行必要的技术方案论证，以确保工程项目的科学、 合理、高效、安全的实施并达成项目立项目标。技术经济论证是对项目拟采用的各种技术方案进行分析、比较与评价，选择技术先进、经济合理的最优方案。不但要从技术角度进行方案论证和评价，还要从经济合理性和社会效益等方面进行综合评价与分析，最终找到较为合理的技术方案。
方案规划阶段论证重点：空调机房、新风机房、直燃机房、锅炉房、配电间、冰蓄冷机房、消防控制室、弱电控制室、楼宇自控控制室、食堂的工艺流线问题、交通组织问题、自然通风、屋顶能耗转换问题等等都进行了方案论证。
通过数据对比和模拟分析，找出不同方案的优缺点，比选出低成本的设计方案，保证设计规划方案技术可行，在功能、质量达到最优的前提下，做到了成本优先。同时相应的决策时间大大减少。
2、初步设计阶段BIM创新管理
在这个阶段初步搭建BIM模型,进行结构优化分析，保证模型与图纸间数据的关联性，有利于施工图设计阶段的设计修改，大幅降低图纸后续处理的工作量。对BIM模型生成二维视图的交付要求进行必要调整，以适应该阶段BIM直接出图的实际需要。
（1）对于多个专业密集管道、桥架并排现象，在初步设计阶段，进行必要的注释，已好在施工图设计阶段再作细化工作；
（2）对于机电专业，应选取初步的比例，同时不改变BIM模型的真实尺寸；
（3）在此阶段BIM初步模型生成二维视图范围的重点应为总平面图、平立剖图。
（4）优化弱电各个系统、采暖方案、空调方案、供电方案和室外工程总体布局。这部分除了有进一步优化的空间之外，还对初步设计概算进行有效分析。
智能系统论证、弱电设计方案论证；搭建基坑BIM模型，包括基坑模型、围护桩模型，对工程项目基坑开挖、基坑安全和模拟基坑施工。
3、施工图阶段BIM创新管理工作
这一阶段就是根据施工图搭建施工图阶段BIM模型；根据模型进行设计验证工作；
（1）信息模型搭建通过，并进行BIM信息模型设计验证
按各专业进行搭建设计模型，精度只有LOD200(按要求施工图BIM精度需要达到LOD300）。在施工图阶段，施工图完成后，图纸合理性、可操作性、所完成建筑的空间视觉效果是否合理是关键。BIM 技术通过可视化功能，搭建BIM模型可以很好地对设计进行验证。以某下沉庭院为例，设计院提交下沉庭院效果图, 该效果图表面看起来，无论是采光还是空间感，都非常不错，但通过 BIM 模型。该下沉庭院原有的设计，就有强烈的隧道感、挤压感，因此，通过 BIM 分析，将下沉庭院开间宽度在最终施工图中进行加宽，增大下沉庭院的视觉空间距离，起到很好提高了观感效果。
（2）施工图阶段创新点——标准化、模块化设计理念
模标准化、块化设计理念的提出，鉴于建筑在运营阶段，为避 免发生了大量的拆改工作，避免浪费，采用模标准化、块化设计理念，按照功能标准化和建筑模块化思路进行设计，在对建筑功能分解基础上，设计最小建筑功能单元，使各建筑单位具有可拆分和拼合特性，满足不同空间布局需求，从而使办公室、实验室能够灵活转换、提高建筑功能灵活性和使用效率。
标准化、模块化设计BIM管理工作内容，构建 BIM 模型、模块化单元设备设施统计、模块化采光分布。本项目模块化主要设计两部分，一是办公室设计模块化、二是实验室设计模块化，并系统分析了模块化实施的优点及相关的具体方案。模块化单元 BIM 模型与功能转换模拟,主要包括如下：
在标准设计中， BIM标准化设备设施数量统计内容不仅要考虑房间的格局和办工桌椅具体布置的位置问题，还要考虑装修设施、办公家具、通风设备、消防设备、照明设备、强电接口、弱电接口等。
（3）施工图设计阶段管线综合、工程量统计
随着建筑规模和使用功能的增加，建设单位对设计院机电管线综合布置要求越来越高，使用BIM技术后，通过搭建各专业BIM模型，通过虚拟三维环境查找各专业管线之间交叉、管线和结构之间碰撞问题，大大减少施工变更，提高施工现场生产效率，降低施工协调造成的成本增加和工期延误。在施工图设计阶段通过BIM技术、模拟施工，大大预防工程施工中碰撞问题、工程返工和大量整改问题。BIM技术可以将设计变更在模型上做出修改，形象直观地展示变更前后项目的变化；利用BIM可视化，精确定位洞口、临边、电梯井等存在安全隐患位置，以做好安全措施。解决各专业设计师之间的沟通不到位，各自绘制在各自的施工图，而出现各种专业之间的碰撞问题，结构设计的梁等构件妨碍着管线的布置，这种就是施工中常遇到的碰撞问题，像这样的碰撞问题的协调解决就只能在问题出现之后再进行解决，中国电力科学研究院科技研发中心三层西北角桥架BIM校核问题，对于该处就是专业之间缺乏配合，使桥架排布和风机发生排布矛盾问题，施工中翻转风机盘管180度，中间布置桥架。
图2 三层西北角桥架、风机盘管BIM图
BIM是一个含工程信息的数据库，真实提供造价需要的工程量信息，计算机对各种构件进行统计和分析，使设计方案、施工图纸和工程信息相吻合。
四、结论
从可研阶段开始，到施工整个建设过程中，采用BIM管理系统进行管理，始终贯穿着很多先进技术和创新理念，高效集约利用科技资源，提升建筑行业科技水平和创新工作效率的成果。国内项目如中国电力科学研究院科技研发中心就是从可研方案规
划阶段起、初步设计阶段、施工图设计设计全过程应用BIM工程管理项目。最大限度地避免时间浪费，提高工作效率，加快工程进度，各阶段模型充分利用BIM模拟性、虚拟施工性、协调性、可视化、优化性、可检查性等管理特性。该项目入选国际建筑管理协会（ICPMA）2016年典型项目。
图3 国际建筑管理协会2016年典型项目
目前，BIM 技术在国外工程项目中得到比较广泛的应用。而国内，由于设计、成本、配套软件不完善等多种原因，在国内还仅仅是一些大型项目得到应用，今后将会逐步推广。上海中心大厦（超高层建筑），各专业间协调量大，在设计阶段，推行全寿命周期BIM模型，其成果有利于设计深化推进；促使协同工作、解决精细化模型的标准问题。
BIM是建筑工程信息化，实现项目信息管理、进度管理、质量管理、资金管理的整合，对工程成本控制有重要意义。随着BIM的发展，不仅仅是现有技术的进步和更新换代，也将促使生产组织模式和管理方式的转型，并影响人们对于项目的思维模式。
参考文献
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［2］ 何清华，钱丽丽，段运峰，李永奎，BIM 在国内外应用的现状及障碍研究.工程管理学报,第26卷第1 期,2012(02):12-16
论文作者:叶旭明,曹秋霞,秦莺丹,曾鸣,刘天新,王卫东,郭
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第36期
论文发表时间:2018/6/6
标签：阶段论文; 建筑论文; 模型论文; 施工图论文; 方案论文; 项目论文; 技术论文; 《建筑学研究前沿》2017年第36期论文;