浅谈BIM 技术在中小学建筑设计过程中的应用

2020-01-04代晓丽

科学技术创新 2020年15期

代晓丽

（西安思源学院，陕西西安710038）

1 概述

随着我国对教育事业的逐渐重视，基础教育建设力度不断加大。中小学建筑的建造工作作为基础教育建设过程中的一项重要内容，往往面临着设计要求高、成本控制难度大、工期进度紧张等问题。BIM（建筑信息模型）技术是一种多维度模型信息集成技术，是在CAD 平台的技术基础上逐渐发展起来的对建筑工程项目设施实体和功能特性信息的数字化表达。BIM技术可以应用于项目规划阶段、勘察阶段、设计阶段、施工阶段及运营维护阶段，以实现建筑全生命周期各参与方（包括政府相关部门、业主方、设计方、施工方、监理方、造价方、运营方等）在同一建筑信息模型基础上的数据共享，可以对能耗、质量、安全、工程环境等方面进行分析、检查和模拟，为项目的方案优化和科学决策提供可靠依据。

将BIM技术合理的应用于中小学建筑设计过程中，可以有效的改善建筑设计、成本控制及进度管理中所遇到的各项问题。

2 中小学建筑设计阶段中BIM 技术的应用

建筑项目设计阶段是整个生命周期内最为重要的部分，对项目的建安成本以及维运成本将会产生最重要的影响，对工程投资、工程质量和工程进度，以及项目建成后的使用效果、经济效益等方面都将产生直接的联系。中小学教育有其独特性，因此在设计过程中，设计人员应针对中小学教育的特点，结合中小学实践教学需求开展学校建筑设计工作，力求满足中小学建筑科学性、整合性和安全性的设计原则。BIM技术在中小学建筑设计阶段的应用主要体现在以下几个方面：

2.1 可视化设计交流

中小学建筑设计旨在为学生创造舒适、宜人的学习场所，应在保证建筑科学性的基础上进行周密合理的设计规划，并将周边环境与设计方案相结合进行考虑，确保校园建筑设计风格与周边环境相匹配，以达到和谐的效果。

BIM系列软件具有强大的建模、渲染及动画技术。基于BIM的三维设计既能够精确表达建筑的几何特征，也可以将非几何信息（如材料特性、设计属性、力学参数、物理特征、价格参数等）集成到三维构件中，使得建筑构件成为包含各项信息的智能实体，也将单一的三维模型升级为集成信息的BIM模型。另外，BIM相关应用软件也可以通过动画漫游的制作和展示，将设计者的各项设计意图更加直观、真实、详尽的展现出来，将专业、抽象的二维建筑描述的通俗化、三维直观化，使得学校领导及参与项目的相关工作人员对项目功能性的判断更为明确高效，决策更为准确。

2.2 设计分析

为学生提供一个明亮温暖、安全舒适的学习环境是中小学建筑设计的基本要求，BIM技术可以通过其强大的设计分析功能实现这一目的。设计分析主要包括结构分析、光照分析、能耗分析及安全疏散分析等，这些设计分析对项目设计在实现经济、安全、节能、可实施性方面起着至关重要的作用。

2.2.1 结构分析

在早期使用计算机进行结构分析时，主要包含前处理、内力分析及后处理三个步骤。其中内力分析和后处理都是结构分析软件自动执行完成的，人为干预较少，但是前处理过程是通过人机交互式输入项目相关信息，包含结构简图、材料参数、荷载工况以及其他结构分析参数的过程，是整个结构分析中的关键步骤，也是比较耗费设计时间的过程。但是在BIM模型的支持下，BIM 相关软件可以将BIM 模型中的构件属性信息自动转化为结构分析所需要的各项信息，如构件类型的自动识别、荷载信息的自动转化等，从而使得结构分析前处理实现自动化，有效提高了结构分析的速度和准确度。

2.2.2 节能分析

建设项目的日照、风环境、声环境景观可视度、热环境等性能指标在项目开发的前期就已经基本确定，但是由于缺少技术手段，一般中小学建筑项目很难有时间和费用对上述指标进行多方案分析模拟，而BIM技术对建筑性能分析的普及应用提供了可能性。基于BIM的建筑性能化分析包含室外风环境模拟、自然采光模拟、室内自然通风模拟、建筑环境噪声模拟分析和校区热环境模拟分析，在BIM 模型的支持下，利用Echotect、IES、Green Building Studio 等BIM可持续分析软件可以对项目进行日照、风环境、热工、噪声等方面的分析，通过各项建筑性能分析可以有效保障中小学建筑对采光通风、保温隔热及节能环保的相关要求。

2.2.3 安全疏散分析

在中小学建筑的设计过程中，室内人员的安全疏散时间是防火设计的一项重要指标。由于中小学生人员分布密度大，年龄结构特殊等现实问题，传统的计算方法已经无法满足其安全要求。而BIM模型提供了数字化的真实空间环境，相关软件可以在其基础上基于人的行为模拟人员疏散过程，统计疏散时间，从而确保中小学建筑设计的安全性。

2.3 碰撞检查

随着我国素质教育的发展，中小学建筑中各个教室的功能也呈现出多样化的特点，除传统的班级教室外，还需要配置舞蹈教室、音乐教师、科学实验室、计算机教室等多功能教室，各种教室中所需的复杂管线排布也使得建筑设计过程中的难度有所加大。由于传统的二维图纸不利于空间的表达，因此经常在图纸中存在许多无法预测的碰撞盲区。并且，由于目前的设计方式多为“隔断式”设计，设计方各专业分工明确，完全依赖人工协调项目内容，从而导致设计中往往存在专业间的碰撞，造成施工过程中的各项问题，延误工期。

基于BIM技术可将两个不同专业的模型集成为一个模型，通过Navisworks、TeklaBIMSight 等软件可以进行空间冲突检查，查找出两个专业构件之间可能出现的空间冲突点，并向操作者进行报警，再由人工确认该冲突。冲突检查一般从初步设计的后期开始进行，在设计的发展过程中反复进行“检查冲突——确认修改——更新模型”的过程，直到所有的冲突点均被检查出来并进行修正完成。通过碰撞检查，可以合理有效的避免设计中所存在的碰撞问题，避免在施工过程中造成工期延误，有效解决中小学建筑建造过程中工期紧张的问题。

2.4 造价控制

在中小学建筑建造过程中，成本的控制往往也是一个难题。设计阶段是造价控制的关键阶段，尤其是在方案设计阶段，设计过程及设计成果对造价的影响都非常大。

从理论上来说，建设项目在设计阶段的造价控制主要是通过方案设计阶段的设计估算与初步设计概算来实现的，但由于方案变更频繁、计算量大等现实问题，大部分的工程并没有对估算和概算进行足够的重视，而将造价控制的重点放在施工阶段，由此而错失了控制造价的最有利时机。

然而基于BIM模型进行设计，使得造价控制在设计阶段具有较高的可实施性。BIM模型中不仅包含建筑空间及构件的几何信息，还包含了构件的材料属性，这些信息可以直接传递到专业的工程量统计软件中，工程量统计软件可以自动生成符合相应规则的建筑构件工程量信息，避免了为统计工程量专门进行的建模工作，可以及时反映与设计相对应的工程造价水平，为限额设计和价值工程在优化设计上的应用提供了必要的基础和可行性。