张 营

现代化社会发展趋势下，信息技术与我国建筑事业领域的结合日臻完善，而以信息技术为核心的建筑工程软件逐渐成为建筑施工及管理中不可缺少的重要组成部分。其中，建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）技术将计算机辅助设计（Computer Aided Design，CAD）与计算机辅助工程（Computer Aided Engineering，CAE）相结合，从横向打通技术信息化与管理信息化的桥梁。回溯历史可以得知，从1986 年计算机普及至今，BIM 技术日益成熟，逐渐成为建筑行业中的重要支撑技术。

1 BIM 技术概述

20 世纪70 年代，查理·伊斯特曼在《AIA 杂志》中提出“建筑信息模式”的初步构想。建筑信息模型概念在不断演化，设计技术、管理过程及相关互动策略结合起来，使不同专业在施工过程中互相联系从而管理整个施工过程[1]。随着信息技术的不断发展，对建筑设计的质量要求也不断提高，建筑信息管理逐步由工程管理转变为技术管理。BIM 技术的特点如下。

第一，可视化。BIM 技术可为设计人员提供直观的操作思路，使设计人员能够将传统线型图纸变成三维、立体的实体图形。传统建筑行业设计图纸多委托专业的设计人员完成，但交流与反馈过程中因图纸为2D，无法直观体现，对后续施工设计造成诸多影响。在施工过程中，施工人员与设计人员无法进行即时交互，在设计思路与执行方法上可能存在偏差，单元化的二维设计难以满足施工设计要求。BIM 技术则对施工、设计的各个环节进行了优化，其可视化的结果，不仅可以显示出效果图，还可以根据实际的施工环境、施工要求，运用BIM 技术对图纸进行调整标注，方便各相关人员在设计、施工、运营过程中进行沟通、讨论和决策，为后续施工提供保障。

第二，协调性。BIM 技术能够协调各个专业之间的冲突，并产生协调后的数据。与以往的建筑设计和施工技术相比，BIM 技术将建筑施工活动分为设计和施工2 个环节，在保留各个环节的相对独立性的同时，设计人员与施工人员可以根据工程要求开展协同作业，解决施工中的信息差问题。其不仅能够解决不同行业之间的冲突，还可以优化空间布局，对于保障整体施工协调性具有重要意义。

第三，模拟性。BIM 技术不仅可以对建筑进行建模，还可以完成其他方面的模拟工作。在设计阶段，BIM 技术可以模拟节能、紧急疏散、日照以及热传导等。在招标和建设阶段，可进行工程组织设计的4D 仿真（3D 建模+项目开发时间），从而制订出一套合理的施工计划。同时，也可进行三维仿真（根据3D 模型进行成本控制）以达到成本控制的目的。在以后的运行阶段，可对突发事件进行仿真，如模拟地震人员逃生和消防人员撤离。

2 BIM 技术在建筑扩建及改造中的应用

以SD 医院门诊大楼二期扩建项目为例，该工程地面以上为7 层，地下2 层，部分为地下1 层。基坑支护部分为单承台预应力混凝土管桩基础，其形式为封闭式十字桩，地基向外延伸0.05～1.5 m。

2.1 总体改造及扩建应用思路

首先，采用BIM 技术进行信息化管理，可对施工过程中各个环节进行数据记录及存储，有效避免图纸损坏、数据丢失等问题，提高信息管理的工作效率。对于仅有纸质图纸或没有图纸的建筑，可采用三维激光扫描仪进行现场测量与检验，并将其用于现场保护，如建筑信息档案记录、构件尺寸测量、三维可视化显示以及反向重构等。值得注意的是，现阶段云资料仅包括建筑物空间信息，相关数据还需要在对建筑物进行识别之后进行人工补充[2]。

其次，采用统一数据格式对现有建筑物各个专业、各个阶段进行信息共享，提高信息利用率，减少重复劳动。在CAD 中，可视化、参数化设计环境可改善整体改造效率，提升改造效果，其主要体现在以BIM 技术为基础的可视化、三维动态表达方式，可直观反映已有建筑的局限性，更好地表达已有建筑的改造效果。BIM 技术在现有建筑方案设计中，采用模拟分析、参数化设计等方法，通过改变结构平面布置及材料，迅速进行方案优化及比较，极大提高建筑整体改造的设计效率。同时，利用BIM 技术可在虚拟环境中进行各个专业的碰撞，实现施工图深化，减少设计变更及施工返工，并能准确确定需要加固或开孔的已有建筑物。

另外，BIM 技术可有效利用工程建设各个阶段的信息，降低工程资料的重复录入；利用BIM 技术将构件时间信息加入已有建筑信息模型中，可提前发现问题，为安装工程施工顺序安排提供依据；利用BIM 技术可对不同类型建筑物料进行分类统计，并为现场规划设计与布局提供依据；利用BIM 技术建立成本信息并与其结合，可实时监控及补充现场状况，从而实现动态进度管控、资源及成本的全面控制，达到全流程的可视化控制效果。

最后，通过建立BIM 模型可快速确定建筑扩建布局、设备机械、暖通、给排水以及电力等设备的具体位置，并能实时传输及显示设备运行管理技术资料，极大提高设备维护的工作效率。利用BIM 技术进行设备管理，使设备实现智能化与人性化，提高设备的运行效率。以BIM 技术为基础的运营管理可实现施工管理的流程化和标准化；可将BIM 与物联网等相关技术有机结合，通过对建筑内部空间环境进行实时监控、维护及管理，提高建筑的使用质量。另外，利用BIM 技术建立已有建筑资料，为建筑安全检测、维修、翻新及扩建等方面提供准确的施工资料和维护资料，提高建筑的可持续发展能力。

2.2 应用优势

BIM 技术将图形以立体动画的形式呈现出来，具有逼真、直观的视觉效果。建立好的BIM 模型，可以为二次绘制提供帮助，极大提高3D 绘制的准确度和效率，使项目所有者能够更加直观进行介绍，从而增加了竞标的成功率。BIM 数据库的建立是通过构建5D 相关数据库来精确、快捷进行建筑的扩建和改建，提高工程造价的精确性和有效性。

BIM 数据库具有组件化的数据，能够迅速为工程管理部门提供支持，提高工程建设管理的效率。对于部分施工过程中可能存在的疏漏问题，或设计中的难点，如管道的整体化模型开发、施工框架设计等，BIM 技术可以给出更具针对性的处理方案。例如，BIM 技术最直接的特征就是三维可视化，通过该技术，早期可以进行碰撞检测，优化扩建工程，降低施工过程中可能出现的差错损失和返工的可能性，而且还可以优化空间和管道布置方案。通过碰撞优化后的三维管道设计，施工人员可以进行施工交底和模拟施工，改善施工质量，增强与客户的交流。

同时，BIM 技术的应用，使各有关部门能够迅速、准确地获取扩建项目的基本资料，为建筑企业制订精准的人才计划提供了有力支持，极大减少了资源、物流、仓储等环节的浪费，并为实现限额领料、消耗控制提供了技术支撑。在具体应用中，管理以资料为支撑，管理的基础是对扩建工程的基本资料管理，及时准确获取有关的扩建和改建资料，是工程管理的核心能力。BIM 数据库能够在任意时间点快速获得扩建工程的基本资料，通过多项工程合同、计划与实际工程建设的耗用量、单价、分项合价等数据进行多项比较，可以有效了解项目盈亏、消耗量有无超标以及进货分包单价有无失控等问题，实现对项目成本风险的有效管控。将BIM 技术与施工方案、施工模拟以及现场监控相结合，极大降低了施工质量和安全隐患，减少了返工和整改次数。

此外，BIM 数据库中的数据是可量化的，因此大规模扩展和更新相关信息可以为建筑的扩建和改建提供强大的数据支持。BIM 技术的核心在于建筑实体虚拟仿真和工程信息高度集成，从而实现全行业可以信息共享和协同工作的目标，大大提高工作效率和工作质量，节省资源并降低能耗。BIM 项目基础数据能够在不同管理单位之间进行协调、共享，并根据空间维度、构件类型等因素进行汇总、分解、对比分析，确保项目基础数据及时准确，为决策者制定扩建改造造价项目群管理、进度款管理等方面的决策提供依据。

2.3 具体措施

目前，很多建筑都需要进行加固及改建，应在加固前进行测试确保加固的可能性。在建筑工程扩建及改造设计中，运用基于产品库设计模式进行BIM 技术设计，通过将各种参数输入系统中，设计者可以根据自身需求选择合适型号。产品库中有大量模型，设计者可以从管道形状及性能参数中，找到类似模型；在BIM 设计中，根据工程扩建及改造的实际需求，选择合适参数，修改产品模型，并将修改后的模型保存到产品库中。具体来说，就是将已有模型进行复制，再利用制作工具编辑各个数据，并在必要时调整参数，从而生成新模型[3]。为获取模型相关资料，可从工程管理档案中获取相关资料，再结合其他资料信息，用于实际设计。

依托BIM 技术进行扩建改造，三维设计的实现能自动生成基于3D 的不同图表和文件，且与模型逻辑有机结合。在设计阶段，所建立的构件之间有一种内在的逻辑关联，并随着构件的改变而改变，实现了不同专业间的信息交流。各个专业CAD 系统都能从各种信息模型中提取所需的设计参数和相关信息，无需反复输入数据，避免了数据冗余、歧义、差错等问题。利用BIM 技术进行建筑扩建及改造设计，依托三维信息模型将建筑扩建各项数据整合到数据管理系统。进行建筑模型设计时，所有平面图都是立体形式，具有真实的视觉效果，同时也具有透视功能。扩建及改造的具体参数都可以在图纸上标注出来，保证不同专业之间的有效沟通。

2.3.1 运用建筑信息模型技术形成三维可视设计图

建筑扩建设计中，利用BIM 技术，使其具有立体视觉效果。建筑师在观看设计模型时，可从多个视角观察建筑设计效果，如建筑周围环境、建筑完工后的景象，让人有身临其境的感觉，同时也能通过透视方式，对建筑内部构造产生直观认识。BIM 技术在三维可视化设计中也起到技术检验的作用，建筑师可利用图纸查看建筑工程的各项技术，如土建构件、埋件、建筑工程所需钢筋以及建筑设备等，都可通过建筑信息模型来检验，从而使设计方案更加完善，提升建筑设计的质量。

2.3.2 运用建筑信息模型技术分析建筑物性能

目前，建筑项目正逐步向生态方向发展，特别是在建筑扩建中。BIM 技术分析建筑扩建中的各种特性，能够从环保观点出发，实现建筑整体的节能与减排。利用BIM 技术建立建筑三维立体图，可优化地下空间各种设计要素，包括采光、通风以及建筑施工能耗等，从而实现建筑扩建工程最佳运行。对于隐蔽工程来说，具有一定的危险性，若建筑设计不合理，则势必会造成严重的人员伤亡[4]。在建筑扩建设计中，应充分考虑周边环境，并注重隧道工程的设计。利用BIM技术建立建筑模型，通过计算机软件进行仿真，整合、扩充所获取信息，并精确展示建筑整体图像，为进一步完善工程提供技术支撑。此外，对于裙楼、幕墙、屋顶以及大空间等到处可见的异形设计，虽然在整个建筑中占比不大，但是占投资和工作量的比例却大得多。这些部位通常施工难度比较大，施工问题比较多，优化其设计施工方案，可以带来显著的工期和造价改进效果。

2.3.3 基于BIM 技术的施工及管理

实施一体化工程交付（Integrated Project Delivery，IPD），通过BIM 技术实现虚拟设计、建造、维护和管理，将项目的整个生命周期集中起来，实现4D建筑的动态、集成和可视化。将施工现场三维建模与工程进度关联起来，结合施工资源、场地布局等信息，构建三维模型。在建筑工程施工阶段，实施扩建工程进度、人员、材料、设备、成本和场地布局的动态一体化管理和可视化仿真，实现各个项目的共同参与；通过网络实现项目各方的信息共享，实现文档、图档的提交、审核和利用；项目各方通过网络协作，开展改造的洽商、协调，实现对施工质量、安全、成本及进度的管理和监督[5]。在计算机上进行改造工艺，该虚拟模型可以在工程建设前，预测可能存在的问题，如工程方法试验、施工过程模拟以及施工方案优化等。

3 结语

BIM 技术在建筑设计中得到广泛应用，不仅促进了建筑业的科技进步，而且为提高工程质量创造了良好的技术环境。我国提倡引入绿色生态观念，尤其在人口日益增多、各类建筑林立、交通拥挤以及污染严重等大环境下，要实现可持续发展，必须合理使用有限的空间。目前，建筑扩建及改造施工逐渐成为行业的热门话题，但是由于建设规划不够系统，建筑设计不够完善，导致工程质量受到很大影响。而将BIM 技术引入市政建筑设计中，可有效解决建筑扩建设计中出现的一些问题。