第4章 设计阶段BIM应用
4.1 方案设计阶段BIM应用
4.1.1 方案设计模型的创建
1．二维平面图纸向三维模型升级
在传统的设计阶段，方案设计是在给定的二维建筑结构图纸上进行的空间设计，这个阶段的设计数据与现场是脱节的。随着BIM技术的不断推进，实际工程中的各个阶段不单单需要图纸，同时也需要模型数据的支撑。BIM在绘制好建筑平面的同时赋予构件相应的信息，其剖、立面都无须另外绘制，这种自动生成的立面和剖面图实现了平、立、剖图纸的高度统一，如图4-1、图4-2所示，将传统图纸“对不上”的问题降为零，同时省去了校图人员核对平、立、剖图纸的工作量。精装BIM体系的不断完善和发展，在提高设计深度的同时，使得设计师对方案的施工可行性有了更好的控制。
图 4-1
图 4-2
2．天花模型综合应用
下面先就一个标准的室内空间天花来进行具体流程的阐述：首先通过三维激光扫描，检测天花（建筑底板）内的梁位、空调、消防、强电点定位图；对涉及的垂直度、平面度、偏移度，结合基于点云数据的模型验证，结合现场进行模型数据的对比纠偏、优化及效验（如图4-3所示），最终完成精准的天花基准BIM模型，如图4-4所示。
图 4-3
图 4-4
（灰色规则形状为设计图纸图形，青绿色点状图形为点云数据，即现场实际情况）
3．参数化构建立面模型
酒店、办公类有室内立面的项目会涉及室内交圈幕墙。在点云复原建筑室内时，每一个立面元素都有不同的形式，需要考虑和解决的点也不一样。例如，投射的阳光越多，遮阳板越长，遮阳量越大，遮阳角度越大；另外，在立面上竖向的薄片也是一个遮阳构件，它们也会起到遮阳作用；这些遮阳构件减小了室内的制冷量，节省能源。这些遮阳构件构成特别的、复杂的立面，没有参数化模型是无法做到的，这个模型也会在每个设计阶段发挥作用，而BIM的参数化模型全面地应承了这一特点，如图4-5所示。
图 4-5
4．洞口调整
利用点云数据与BIM模型进行对比，现场对比原则上可以将点云数据内的梁作为基准点结合墙面衔接处作为参照，通过对比，对预留门洞、机电管线、墙梁柱板及洞口的偏差优化调整，如图4-6所示。
图 4-6
（灰色规则形状为设计图纸图形 青绿色点状图形为点云数据，即现场实际情况）
5．软装配饰、固定家具
利用BIM技术对墙地面进行纠偏与综合放线，如图4-7所示，使模型与现场的数据更为精准，再利用BIM模型结合现场进行家具定位实施，精准家具配饰放置位置，使建筑装饰装修工程真正达到精装效果，如图4-8所示。例如，通过对现场进行二次深化设计还原，可以知道墙面面板与家具是否存在位置碰撞的问题。
图 4-7
图 4-8
4.1.2 方案设计分析
1．平面功能布局分析
基于BIM模型划分功能区，选择需要设置的功能区，进行方案设计多空间比选。敲定最终方案后可以对该分区的功能布局，结合BIM模型具体考虑该分区内消防、空调、梁位的布局，并配合后续建筑装饰装修放线、施工，如图4-9所示。
图 4-9
2．天花吊顶及光源分析
利用BIM软件建立天花吊顶，与机电专业结合，进行天花顶面基层处理；利用BIM软件进行施工模拟，通过冲突检测及三维管线综合、竖向净空优化等基本应用，实现对施工图的多次碰撞优化；结合室内空间环境对光源的范围及照度等信息进行方案分析，统计相关数据，给定照明光源的方案，如图4-10所示。
图 4-10
3．地面铺装及物料分析
利用BIM模型结合工艺流程，通过不同方式对铺装效果进行模拟，选择合适的排砖方式以及用料，最终选定最优方案施工，如图4-11所示。
图 4-11
4．活动家具与二次机电分析
二维平面机电施工图无法将空间尺寸和家具进行对比分析，造成软装摆场偏差问题严重，智能化专业在实际项目中进场又都比较晚，因此经常会出现管综没有预留足够的空间，最终导致出现预埋管线管径不够、预留点位和深化设计不符合要求的现象；进而，之后的建筑装饰装修会导致原机电设备和配件、插座、开关等所放置的位置不能有效地使用。这一系列偏差均可在BIM模型中优化并纠正偏差，如图4-12所示。
图 4-12
4.1.3 方案经济性比选
1．饰面材料比选（结合模型控制）
利用现场所获取的建筑数据，通过BIM软件模拟材料用量以及材料损耗率，例如，一面墙瓷砖湿贴需要300mm×600mm的瓷砖刚好可以贴完，若使用300mm×450mm的瓷砖则会有剩余，需要切割，这就会产生材料的损耗，如图4-13所示；同时对于墙面与顶面、地面的衔接需要利用材料裁切，同时也会产生材料的损耗。以上损耗可以利用BIM软件做出预估，为后面施工选出最优的材料比选方案，如图4-14所示。
图 4-13
图 4-14
2．场外加工材料与现场基层施工
在施工现场利用点云数据扫描获取现场建筑结构信息，通过BIM模型结合现场获取的数据，对现场的硬装部分进行装修，需要在场外加工的定制型家具按照施工现场预留的尺寸进行加工，两边同时施工，节约时间、提高效率，如图4-15所示。
图 4-15
3．目标成本控制
利用BIM模型，可制定合理的资源计划，减少资源浪费，减轻仓储压力，降低成本，进而优化设计方案，减少施工阶段由设计造成的返工。施工方案、管线排布方案经过优化用于施工交底，可提高工程施工质量，节约成本；动态成本分析在成本控制中起着重要的作用，基于BIM技术的动态成本分析将对象细化到楼层、部位构件和工序等，避免出现项目整体盈利，而某个部位或工序超支的现象，有效地实现成本控制，如图4-16所示。
图 4-16
4．施工周期
BIM三维可视化功能再加上时间维度，进行虚拟施工，可以随时随地、直观快速地将施工计划与实际进度进行对比。通过BIM技术结合施工方案，与现场进行比对，大大减少工程质量问题、安全问题，减少在施工阶段可能存在的错误损失和返工的可能性，如图4-17所示。
图 4-17
4.1.4 设计方案可视化表达
1．BIG风格效果图
利用BIG分析图和效果图结合现场数据进行方案优化、施工优化，结合“导入数据——建立分析图——空间分析、整改——确定方案——最后效果”的过程，通过对三维空间、环境、物理等各因素进行可视化分析，修改、删除模块，优化空间效果，达到空间美观、舒适。
2．VR、AR漫游体验，MR增强现实
BIM模型结合VR、AR技术，可通过三维动态视景去感知实体行为下的虚拟世界。借助虚拟现实技术，可以最大效果地了解展示内容。利用MR增强BIM建模渲染真实度，利用VR提升动作捕捉精度和显示分辨率，如图4-18所示。
图 4-18
3．动画漫游
BIM的三维模型数据统计和明细表统计优势明显，在进行建筑物模拟漫游时可以通过相关操作将这些数据更好地进行展示；实时更新并模拟施工和动画漫游，通过三方软件制作配音动画漫游，如图4-19所示。
图 4-19
4.1.5 工程造价估算辅助
1．硬装主材估算辅助
利用BIM的算量技术对硬装部分的构件和相关主材做造价的估算。例如，在项目上的硬装材料从开始到结束，所用的墙砖、地砖、防水涂料、相关硬装构件等通过BIM模型优化后，根据构件的长度、宽度、厚度、数量等数据信息辅助估算工程量，如图4-20所示。
图 4-20
2．机电估算辅助
机房内的高低压配电柜、变压器、配电箱、柴油发电机及管线敷设的桥架等直接在BIM模型中进行安装、碰撞检查、优化，获取设备的相关功率和点位控制信息并进行优化，统计数据信息、估算工程量，如图4-21所示。
图 4-21
3．给水排水估算辅助
利用BIM做出的功能分区，结合模型与现场数据安装给水排水设备、管道及相关的附件、阀门，对管道做防护措施及管道的保温隔热。利用BIM模型进行碰撞检查、分析优化，进行相关的设备管件用量统计，辅助工程量计算，如图4-22所示。
图 4-22
4．新风空调估算辅助
利用BIM做出的功能分区，结合模型与现场数据安装给水排水设备、管道及相关的附件、阀门，对管道做防护措施及管道的保温隔热，利用BIM三维进行碰撞检查、分析优化，进行相关的设备管件用量统计，辅助工程量算量，如图4-23所示。
图 4-23