欧阳匡中，朱曙光,2，&，江云，左明明，姜宇
（1.安徽建筑大学环境与能源工程学院，安徽 合肥 230601；2.安徽省绿色建筑先进技术研究院，安徽 合肥 230601）
0 前言
建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）概念产生于1975年，到21世纪初才被广泛推广应用。BIM实现了对设施或建设项目物理和功能特性的数字表达，并为该设施或建设项目的全生命周期中的所有决策提供可靠依据，解决了不同利益相关方各自职责的协同作业[1]，具有信息完备性、信息关联性、信息一致性、可视化、协调性、模拟性、优化性和可出图性8大特点。
BIM之于建筑业而言是革命性的，未来还有很大的发展空间。BIM技术的运用有利于推动建筑行业信息流动，打通设计、施工、运维间的信息壁垒，改变行业的作业习惯；在施工阶段大幅提高项目成本管控能力，准确计算工程量，有效改善图纸质量和提高施工效率；利用BIM软件，及时排除碰撞冲突，进行施工模拟，直观反映施工过程[2]。
2003年，美国总务署下属的公共建筑服务部门推出国家3D-4D-BIM计划，陆续发布各领域的系列BIM指南；2006年，美国陆军工程兵团发布为期15年的BIM发展路线规划，承诺未来所有军事建筑项目都将使用BIM技术[3]；2007年，美国国家BIM标准项目委员会发布了美国国家BIM标准（National Building Information Model Standard）第一版内容，2012年发布的第二版BIM标准。
我国在2003年开始引进BIM技术，此后在《“十一五”科技攻关计划》和《“十一五”科技支撑计划》中要求开展对BIM数据标准IFC和应用软件的研究开发[4]。“十二五”期间，住房城乡建设部在《2011-2015年建筑业信息化发展纲要》、《关于推进建筑业发展和改革的若干意见》中提出加快建筑信息模型（BIM）、基于网络的协同工作等新技术在工程中的应用。这些政策为中国BIM产业的发展提供了方向性的指导，有利于BIM技术的推广和软件、专利的研发。
目前，国内开展了大型建筑项目的BIM技术应用，积累下来的经验值得行业借鉴。例如北京奥运会水立方，上海中心大厦等工程结构复杂，用传统2D图纸难以表达，各专业间协调难度大、设计冲突多，通过运用BIM技术充分利用项目信息实现了设计内容协调一致，缩短了建设周期，保证了建设质量，提高了工作效率。
BIM技术的前景虽然被行业看好，但引入我国的时间尚短，实践经验相对欠缺，导致推广应用大环境尚不成熟。BIM技术在推广时也不可避免地遇到诸多阻碍，这与我国建筑行业自身环境、相关法规、经济利益等都有关系[5]。现有的建筑业是碎片化实施，各单位分开作业，通常建筑项目由设计、制作、施工和运营几个独立团队完成，限制了各组成部分的互动，BIM技术所要求的协调性也就难以保证。由于现有的BIM应用项目多为大型建设工程，而常规的建设项目经验有待总结政府部门对于应用标准和指南的制定还在摸索中，在项目监管、审核方面尚未形成有力机制保证。本文选择了常规的酒店建设项目进行BIM研究示范，以期为相关工程的建设提供经验借鉴。
2 项目基本概况
合肥青秀城润园酒店项目由中铁房地产集团合肥蜀山置业有限公司开发新建，项目立项之初就要求采用BIM技术，计划在建设项目的全寿命周期推行BIM技术应用。
2.1 项目位置
项目位于安徽省合肥市蜀山区青阳路以东、清溪路以南、西一环以西地块，具体见图1所示。合肥，安徽省省会，位于安徽省中部，长江淮河之间、巢湖之滨，是国家级皖江城市带承接产业转移示范区核心城市、长三角城市经济协调会城市、长江中游城市群副中心城市，全国唯一的科技创新型试点城市。蜀山区是合肥市4个中心城区之一，位于合肥市西南部，东以金寨路与包河区为界，北以环城西路和南淝河与庐阳区为邻，西南两面与肥西县接壤，是城市西部组团核心城区和西部门户城区。
图1 青秀城项目平面示意图
2.2 项目规模
本项目为地上14层，地下2层的酒店，其建筑面积为11081.50m2，客房210间。项目所在建设地块占地面积165250.58m2，总建筑面积609392.77m2，其中地上建筑面积477636.2m2，地下建筑面积为131756.58m2。地上建筑面积包括住宅建筑面积为365532.404m2，配套公建建筑面积9841.03m2，公共设施（沿街底商、商业街、办公、酒店）建筑面积11081.5m2。规划总居住规模为4233户、约13541人。
3 BIM技术在工程项目中的具体运用
3.1 项目方案设计
项目方案设计则根据建筑项目的设计条件，研究分析满足酒店功能和性能的总体方案，并对建筑的总体方案进行初步的评价、优化和确定。方案设计阶段是利用BIM技术对项目的可行性进行验证，对下一步深化工作进行推导和方案细化，重点考察项目所处的场地环境进行坡度、方向、高程、纵横断面、填挖方等因素的分析；利用BIM软件建立建筑模型酒店的物理环境、出入口、人车流动、结构、节能排放等方面的模拟分析[6]。
方案阶段通过BIM软件将酒店建筑尺寸定量化、精确化、工程化，实现了建筑方案由传统的艺术感性向精准理性的转变。
3.2 项目初步设计
合肥青秀城润园酒店项目方案设计初期，为了比对建设项目传统设计（非BIM）与BIM设计的差异和优劣，采取了现行传统CAD图纸设计和BIM设计并行的方式。进行了BIM与传统设计相融合，通过三维可视化提升各专业沟通效率，通过对模型的性能化分析优化原有设计方案，通过不同专业的模型整合，减少设计变更，最终通过优化传统设计流程，将BIM优势与传统设计充分融合[7]，从而达到优化整个设计过程的目标。
相较于传统设计，运用BIM技术总体缩短了近25天的工期，优化了原来传统图纸方案，各专业通过模型的建立，能够更直观地交流，有效避免了传统图纸杂多造成专业设计间的冲突，见图2、图3。
图2 BIM模型及效果图示意
图3 传统CAD平面图与同平面三维图对比示意
3.3 项目深化设计
在项目准备阶段应评估工程规模、充分理解建筑方案意图及设计特点为项目的创建选择优化的方案[8]。传统CAD图纸设计，在设计方案的沟通、展示上不足，而对比并行的传统CAD图纸设计方式，比照2D设计图纸、利用Revit等系列软件创造项目的建筑、结构、机电BIM模型，可对设计结果进行动态的可视化展示，使业主确定建设项目方案在满足类型、质量、功能等要求下是否具有技术与经济可行性。某些施工过程中发现的图纸问题，在建模阶段就能暴露，这样提升了图纸会审的质量和效率，与之相对的是，传统CAD图纸设计上的错误在实际施工阶段才被发现，导致经济、人力损失[9]。
3.3.1 各专业BIM模型建立
基于BIM的协同设计，围绕一个统一的模型，各专业得以并行设计，而在此之前各专业模型的建立十分重要，但专业模型的建立并不仅仅是将二维CAD图纸3D化，做一个简单的翻模。BIM模型的建立主要包括建筑、结构、机电模型的建立。
建筑模型的建立是在图面上建立轴网、标高后，将CAD图导入Revit软件，依据CAD图上的线，提取revit族库中的墙、楼梯、门等组件，完成建筑模型的绘制。在建筑模型的基础上，绘制结构梁、柱。机电模型的建立需要用到revit软件中的风管、管道等组件，绘制时需要确定好标高与尺寸。Revit中的图元都是基于族的，利用Revit中的“族”，根据我们的设计要求，可以创建自己所需的族。使用软件中的族编辑器，还能在族中加入想要参数。拥有大量族文件时，在模型中添加族，有利于提高模型建立的效率，见图4、图5。
图4 给排水、暖通传统CAD平面图与BIM模型整体图对比示意
图5 各专业建立的模型示意图
3.3.2 基于BIM的碰撞检测
工程项目设计是多专业协同设计的过程，涉及建筑、结构、给排水、暖通等相互独立的专业，所以设计是经常发生各结构构件、多种管道布置冲突的问题，往往造成大工作量的返工改图。随着项目进展，反复进行“冲突检查-修改数据-更新模型”的过程，直到各专业协调共存[10]。
利用BIM技术，设计前期我们将所创建的BIM模型，通过文件形式导入专业软件，进行结构构件和管线综合的碰撞检测和分析。在三维视图中，可以利用BIM虚拟仿真模拟漫游动画手动查找明显的碰撞点，大多数手动查找的碰撞点可通过调整标高和移动位置来解决，初步调整后，再使用“碰撞检测”功能，自动检查管线与墙柱梁的冲突，并生成冲突报告[11]。
运用BIM技术对于项目本身可以带来不小的利益，可以实现设计内容协调一致，在本项目中各专业协调作业，很大程度地减少了设计变更，利用BIM软件的管线碰撞检测，检测出多达6000处冲突点，有效地避免了返工，大大节省了项目成本和缩短了建设周期。
3.3.3 基于BIM可视化下的功能应用
①虚拟仿真漫游的功能及效果
BIM虚拟仿真漫游技术在建筑方案设计阶段可以用来查找直观的碰撞点；在建筑方案展示阶段通过确定漫游路径和视角，实现在虚拟建筑中的漫游，直观地向业主及其他各专业人员汇报建筑模型成果。在建筑方案优化阶段，可以对突发情况下逃生路径进行模拟，优化空间预留、设备布置上的不足。在该项目运用Revit及Navisworks中的漫游技术，通过设置漫游路径，并创建成一系列图像，向业主展示模型，让业主第一视角深入建筑内部任一位置了解情况，真实地反映建筑整体布局、主要空间布置及重要场所设置，清楚地表达设计图。
②可视化下的协同设计
以建筑专业为核心，结构、设备等专业配合的工程项目中，不同专业的设计人员之间的可视化设计交流尤为重要。大型复杂的建筑项目涉及的专业数目繁杂，各专业之间的信息共享成为整个项目设计的瓶颈。通过人工的方式来进行信息交互不能达到满意的效果。为了建筑工程的高效实施，减少由设计阶段的冲突导致施工阶段发生的消费和工期的耽误，各专业之间的交流需要建立一个共同的三维平台。传统设计项目，各专业设计人员分别负责各自专业内的设计任务，经常导致专业之间因协调不足出现冲突。运用BIM技术的项目，在设计阶段就以唯一的建筑信息模型为工作基础，这样设计团队的设计成果能及时反映到BIM模型上，各个专业之间形成以共享的BIM模型为纽带的协同工作机制。
3.3.4 基于BIM的施工设计
①施工模拟
BIM虚拟施工指的是运用BIM可视化的功能，通过计算机对建筑过程虚拟预演。将施工计划跟施工模拟进行对比，避免施工中可能的冲突。虚拟施工能帮助各方单位及时获取现场施工信息，作出施工指导。我们利用BIM软件建立过程项目各种相关信息的模型，然后定施工方案措施和统筹安排各项施工资源；同时结合进度管理工具，将工程细部结构、模型中的项目要素与时间进度联系起来，建立四维BIM数字模型，产生具有动画效果的施工模拟，真实反映项目组织实施的全过程。通过虚拟施工，对施工项目的质量、进度及成本有了很好的控制，运用虚拟施工技术的过程帮助各方人员对于工程有了更进一步的了解[12]，见图 6。
图6 施工模拟示意
②施工进度管理
基于二维CAD的一般施工进度管理方法，容易与实际施工进度出现偏差，施工参与方沟通与衔接不通的问题。基于3D建筑模型，建立4D信息模型施工进度分析与管理系统，直观地展示预计项目进度与实际完成情况的对比，有利于合理调整施工计划[13]。在青秀城润园酒店施工中，包括地基及基础施工、地上结构施工、二次结构及抹灰、室内装修、外装修施工五个主要部分。施工首先是人工清土，对地下结构施工；第二阶段是酒店1-16层地上结构、外墙防水及屋面工程施工；第三阶段是对建筑结构抹灰施工、对包括门、窗、楼梯、配电室等室内设施、对外墙、阳台等室外设施装修施工。项目通过施工进度管理与BIM技术相结合，合理计划并精准控制着施工进度，合理配置施工资源及场地，避免了进度延误。
③施工技术交底
施工技术交底包括图纸交底、施工组织设计交底、设计变更交底、分项工程技术交底。利用已集成信息的3D模型使施工人员了解设计意图，工程的重要特点、要求，各部位的构件，使其掌握设计关键。根据施工模拟，向施工人员充分交代施工部署、任务划分、进度要求、专业配合的要求。
④设备与材料管理
运用BIM技术能达到按施工作业面配料的目的，实现施工过程中设备、材料的有效控制，提高工作效率，减少不必要的浪费。收集准确数据，完善BIM施工模型，并且导出阶段性施工设备与材料表，经过内部审核后，生成施工作业面设备与材料表。然后交由施工部门审核，制订设备与材料供应计划。
⑤质量与安全管理
基于BIM技术的质量与安全管理是通过现场施工情况与模型的比对，提高质量检查的效率与准确性，并有效控制危险源，进而实现项目质量、安全可控的目标。根据施工作业模型、质量管理方案与计划、安全管理方案与计划生成施工安全设施配置模型，利用BIM可视化功能帮助施工人员理解建筑设计理念，熟悉施工流程，规避操作上的失误。同时对施工现场进行实时监控，对出现的质量、安全问题总结分析，积累经验。该项目通过BIM技术最终生成了包括模拟施工与实际施工情况比较分析、施工事故总结的报告。
3.3.5 基于BIM的运营管理
BIM的技术核心是一个有计算机三维模型所形成的数据库，可贯穿于设计、施工和运用管理等整个项目全生命周期的各个阶段。运营阶段的BIM应用主要包括运用系统建设、建筑设备运行管理、空间管理和资产管理。对此我们研究了BIM技术在建筑运行维护管理中的作用，在运营信息集成、设备及资产管理、辅助能源管理、空间管理、灾害模拟方面做出了分析。通过建立功能完善的运维管理信息系统的方法，为客户提供管理和现代化管理手段经营的物业管理活动，减少日常的管理和维护成本[14]，见图7。
图7 BIM运维管理的范畴
①运营系统建设
现代运营管理体系不仅是指建成后运营管理，它还包括常规设计前的针对业主需求的项目策划、项目规划和建筑策划。运营系统的建设需要集成了建筑工程项目各种相关信息的的竣工模型，利用它来建立与实体一致的运营模型，在运营模型的基础上研发基于BIM技术的运营系统，同时构件系统管理的软硬件环境，来建立完备的管理机制，通过其生成的管理组织方案培训管理人员。
②建筑设备运行管理
基于BIM技术的建筑运营模型中储存着各类项目设备信息，与楼宇自控、楼宇安防、楼宇消防等智能系统汇集成的信息集成平台相结合，在已建立的运营系统和管理机制下，实现建筑设备的监控和集成管理。利用BIM技术可视化的特点，可以快速便捷地进行运行设备检查、维修和控制。设备运行管理的任务主要是日常巡检、维修保管、突发事件处理和能源管理，利用建筑模型和设施设备模型，能够制定高效巡检路线、制定灾害应急预案、制定精准的设备周期维保计划以及针对性的能耗分析与管理方案。
③空间管理
空间管理应用在照明、消防等各系统和设备空间定位，主要包括空间规划、空间分配、人流管理等。基于BIM的空间管理，利用可视三维模型提取所需的数据和信息，根据企业后期发展规划，对建筑空间进行整体规划和模拟扩建，根据最优的结果修改发展计划，也使后期空间的利用更合理。BIM模型与实时网络技术结合，动态呈现建筑空间利用信息，实现空间有效利用和实现建筑内部人流检测和疏散可视化管理，增强安全管理能力。基于BIM的空间动态管理，能够保证建筑空间各阶段信息的实时更新[15],见图8。
图8 空间管理直观展示
④资产管理
充分利用BIM模型中的信息对资产进行信息化管理，基于BIM模型中的数据，建立与模型匹配的资产数据库，使得资产信息整理录入更高效，也使得资产在建筑中的定位更精确快捷。基于BIM的动态资产管理，实时更新相关资产信息，使得财务部门能够实时获得最新资产报表，了解运营状态获得相关盈亏信息，提高对日常设备管理、维修的统计与分析能力，对企业运营计划提供指导，见图9。
图9 设备层资产管理示意
3.4 BIM技术运用所带的效益
在本项目中，打通了传统项目中信息不对称的屏障，提高了信息交换效率，降低了信息交换的时间成本、缩短了近30d的施工时间，节省了人力成本。
BIM在19#商业建筑中得到系统应用，取得了较好的经济效益，达到了节约成本730.6万目标，形成BIM技术集成应用示范工程。特别是运用BIM碰撞检测来减少设计的变更，其中节省设计变更的预估成本费用492万，节约施工板开洞费238.6万元。以后的运维阶段，还能带来人力资源、能耗管控等费用的节省。
4 结论
本文进行了合肥青秀城商业项目传统设计和BIM技术的融合应用对比研究，并基于BIM技术的优势，探讨了BIM在方案设计、深化设计、施工、运维四个阶段的具体运用，阐述了BIM在商业建筑上运用的优势:
①方案设计阶段利用BIM技术对方案可行性进行了分析，优化了建筑总体方案；针对传统设计图纸，建设设计周期25d；
②深化设计阶段，基于BIM自身特点，各专业间的信息交互更加高效，有效地减少专业间的设计冲突；检出6000处碰撞点，节约了730万资金；
③施工阶段，BIM技术的加入促进了对施工进度、施工现场的掌控，BIM虚拟施工技术有利于施工工期的调整、施工质量的保证；较传统施工节约时间30d。
④运维阶段，BIM将能使运营管理信息化、高效化，减少日常维护与人力成本，提高服务质量，为后期运维提供了良好的应用环境。
总之，BIM技术的使用完善了商业建筑开发建设中各个单位间的沟通，有利于进行项目全生命周期的信息化管理，并能产生巨大的社会效益和经济效益。
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