BIM技术在既有建筑更新改造中的应用探索.pdf

四川建筑第43卷第4期建筑论坛与建筑设计BIM 技术在既有建筑更新改造中的应用探索李胜伟（四川省建筑科学研究院有限公司，四川成都6 1 0 0 8 1）【摘要】建筑更新改造已逐步突显并作为一门社会工程提出,BIM技术的可视化、一体化、参数化、仿真性、协调性、优化性、可出图性、信息完备性使其在既有建筑可持续性更新改造中表现出极大的优势。文章对BIM研究现状和BIM技术在既有建筑更新改造技术的优势进行阐述，对BIM技术在既有建筑项目改造中的具体应用和待解决的问题进行了详细分析。【关键词】BIM技术；既有建筑；更新改造；应用【中图分类号】TU746.30引 言当前我国处于城镇化快速发展阶段，实施城市更新，完善住房市场体系和住房保障体系，提升城镇化发展质量势在必行。城镇建设模式逐步由“新建建筑”转变为“新建建筑与既有建筑更新改造”同步发展。既有建筑更新改造为综合性改造，一方面需要对建筑功能的完善和更新以满足日常使用的需求，另一方面需要在有限空间内完成对建筑安全的提升。建筑信息模型（BuildingInformationModeling）简称为BIM。BI M 技术是在CAD等技术基础上，以三维信息模型为载体，集成建筑全生命周期（规划、设计、施工、运维等）的数据信息，并通过参数化、信息化的形式对建筑进行表达。BIM技术以可视性、协调性、模拟性等在既有建筑更新改造中表现出很大的优势，有利于智慧城市建设和实现建筑业转型升级。1BIM技术在国内外发展现状1.1国外发展现状BIM技术在国外研究及应用起步较早，根据国外发展过程将其分为以下3个阶段：BIM概念创新阶段、BIM应用实践阶段、BIM应用大力推广阶段。BIM概念最早萌芽于1 9 7 4年,Charles Eastman 提出“建筑描述系统（Building DescriptionSystem）”,将BIM诠释为基于计算机系统操作和储存设计信息。1 9 8 6 年，RobertAish在CharlesEastman提出的BIM概念基础上进行了补充，并提出了“建筑模型（BuildingModel-ing）”的概念。1 9 9 2 年,G.A.vanNederveen和F.P.Tolman初次明确提出了“建筑信息模型（BuildingInformationModel-ing）”的概念，描述为将同时满足各参与方需求的建筑信息在同一个建筑模型中储存。2002年，Autodesk】发布了名叫Building InformationModeling的白皮书，强调BIM有3个优势：（1）创建并操作数字数据库进行协作；(2)管理整个数据库中的更改；(3)捕获和储存信息，便于在别的项目中多次重复使用，进而提高效率并控制成本。而后各大软件厂商、学者加入该领域进行研究，探讨BIM技术在实际项目的应用。美国、日本等发达国家逐步完善BIM技术，并逐渐在项目中运用实践。【文献标志码】A美国最先对BIM进行了普遍的应用推广。美国于2 0 0 3年发布了3D-4D-BIM的最新项目,2 0 0 6 年制订了将来1 5年BIM技术应用的发展规划,要求在大中型建筑、政府项目等项目应用BIM技术。丹麦推出数字化建筑规划方案,规定必须使用基于BIM的数字改造。挪威制定了BIM指南，进行BIM应用示范，从2 0 1 0 年全面实行BIM技术应用2 。新加坡要求企业必须以数字化递交各专业的审批图，激励公司将BIM技术应用于建筑项目风险管理3。1.2国内发展现状BIM技术在我国的研究和推广较晚。根据国内外发展过程将其分为3个阶段。BIM起步阶段、BIM上升阶段、BIM应用大力推广阶段。2 0 0 1 年,BIM技术在国内起步，住房和城乡建设部印发建设领域信息化工作基本要点提到“十五”期间大力推进建设领域信息技术的研究开发与应用推广4,这也是我国首次公开涉及BIM技术的概念。2 0 1 0 年，中国建筑科学研究院等单位起草了GB/T25507-2010工业基础类平台规范，意味着BIM 技术从概念向应用发展5。2011年，住房和城乡建设部印发2 0 1 1 2 0 1 5年建筑业信息化发展纲要提出了在“十二五”期间加速推广BIM技术在项目管理中的应用，制定相应的配套标准，改变传统的生产和管理模式，提高企业的生产和管理效率，标志着BIM技术在国内进入稳步上升的阶段。在基础研究成果上主要体现在开发了面向建筑设计和施工的BIM建模系统；在应用和研究中,开发了“基于BIM的工程项目4D施工管理系统”。在工程实际应用方面，比较有特色的上海世博会的德国国家馆、奥地利国家馆和上汽通用企业馆、苏州星海生活广场、中央音乐学院音乐厅以及银川火车站项目6 。2016年，国家不断地推动BIM应用推广。2 0 1 6 年，住房和城乡建设部印布2 0 1 6 2 0 2 0 年建筑业信息化发展纲要,明确提出要加快BIM普及应用，实现技术升级，结合定稿日期 2 0 2 2-0 9-3 0作者简介李胜伟（1 9 9 5一），男，本科，助理工程师，主要从事建筑结构检测及BIM应用的研究工作。65建筑论坛与建筑设计BIM等新技术应用，重点完善建筑工程勘察设计、施工、运维全生命期的信息化标准体系。住房和城乡建设部在2 0 1 7年版的建筑业十项新技术中明确指出，在建筑领域推广BIM技术，增强建筑领域的信息化程度。2 0 1 8 年，GB/T51235-2017建筑信息模型施工应用标准国家标准开始实施，对BIM技术在实际项目的应用得到标准支撑。2BIM技术在既有建筑更新改造技术中的优势既有建筑更新改造与新建建筑存在比较大的差异,既有建筑更新改造是以既有建筑为基础，因此必须考虑既有建筑的现状，包含其结构构件的实际强度、建筑损伤状况、建筑实际空间位置等。传统既有建筑更新改造技术在更新改造中前瞻性、直观呈现既有建筑更新改造后的状况、对施工进度进行有效控制不够，不同专业之间重复检测鉴定，设计位置冲突，协调比较困难，浪费资源，耽误施工进度，也不利于更新改造后使用期间的维护和管理。利用BIM技术的可视化特性，可以将既有建筑更新改造的方案直观清晰的向专业或者非专业的客户进行呈现，可以对复杂的节点进行可视化的技术交底，有效避免了复杂节点在施工过程中交底不清的问题。将各个专业的BIM模型组装成一个整体BIM模型，通过碰撞检测，可以直观地对各专业冲突部分进行呈现，有利于各专业人员进行调整，有效避免了后期施工过程中各专业间空间的问题，节约工期和成本。BIM技术可以同步提有关建筑质量、进度以及成本的信息，消除现场施工过程干扰或施工工艺冲突，有效控制施工成本与进度7 。BIM技术可以准确高效地提取工程量。3BIM技术在既有建筑更新改造各个阶段中的应用3.1规划阶段既有建筑更新改造不仅仅考虑建筑结构的安全性和功能的完善，还应考虑更新改造中场地空间、整体协调等多方面的因素影响。王川等人基于BIM技术可视化对Z31进行商业改造，获选2 0 2 0 伦敦设计奖“国际商业改造”银奖，其改造效果与总府路核心商业区的整体风貌较好融合。Verenig-ingvanStudiebureaus运用BIM技术在最低限度的改造幅度下对名为“纺织与城市肌理：阿尔斯特车站地区总体规划”的项目进行规划。通过现场检测情况并结合3D扫描仪扫描形成既有建筑的点云图像整合进人BIM模型【8 ，利用BIM可视化的特性对既有建筑更新改造进行模拟，得到空间合适、与周围环境协调匹配的方案，减少决策时间。3.2检测鉴定阶段既有建筑从建设到投入使用一定时间内，其结构、功能等均可以满足人们日常需要。随着时间流逝，建筑开始老化，城市不断更新，人们的需求日益增长，既有建筑可能存在安全性差、功能不够完善、资源消耗偏高、不再满足日常生活和工作的需求，因此国家和人们都迫切对既有建筑进行更新改造。根据GB55021-2021既有建筑鉴定与加固通用规范第1.0.3条规定，既有建筑的鉴定与加固，应遵循先检测、鉴定,后加固设计、施工与验收的原则。根据GB50010-2020混凝土结构设计规范第3.7.1 条规定，既有结构延长使用年限、改变用途、改建、扩建或需要进行加固、修复等，66四川建筑第43卷第4期均应对其进行评定、验算或重新设计9 。根据GB50367-2013混凝土结构加固设计规范第1.0.3条规定，混凝土结构加固前，应根据建筑物的种类，分别按现行国家标准GB50144-2019工业建筑可靠性鉴定标准或GB50292-2015民用建筑可靠性鉴定标准进行结构检测或鉴定。当与抗震加固结合进行时，尚应按照现行国家标准GB50023-209建筑抗震鉴定标准或GBJ117-1988工业构筑物抗震鉴定标准进行抗震能力鉴定【1 0 。传统检测鉴定报告通常以建筑图纸、现场照片及文字的形式呈现，信息表达抽象。通过原始图纸和现场情况建立BIM模型，可以通过三维的形式直观地对构件、设备等相对空间位置、建筑周边环境进行表达。既有建筑的检测鉴定涉及结构、电气等专业，以BIM技术为中心,将各个专业检测鉴定结果储存在BIM数据库中，各个专业检测鉴定人员根据数据库对检测鉴定方案进一步优化，可以得到更高可信度的结果。BIM技术可以对建筑结构、建筑节能等进行分析，通过二次开发模块实现建筑承载力自动评级，简化鉴定过程，减少模型间传递的偏差。谭海亮等基于BIM技术对某教学楼完成了承载能力的自动计算及评定。张惠敏基于Revit软件的二次开发，将结构计算分析的功能集成到软件中，实现了构件的抗震承载力验算，参照GB500232 0 0 9 建筑抗震鉴定标准，对深圳市某办公用途的5层钢筋混凝土框架结构进行了抗震鉴定。张艺晶基于BIM技术对某既有砖砌体住宅楼形成了一套适用于检测鉴定工作的BIM模型建模方法，研发了BIM检测鉴定数据处理体系。除此之外,BIM技术的应用也为建筑后期监测、再次更新改造、运维等提供数据支撑。3.3设计阶段BIM技术在设计中具有准确性、及时性、可视化、协调性、模拟性、优化性和可出图性等特点。既有建筑更新改造受现场条件影响较大，因此对既有建筑更新改造方式的选择尤为重要，也对其提出了更高的要求。既有建筑更新改造的特殊性也意味着信息量大且复杂，各专业之间信息的传递效率决定了其进度和成本管理。传统设计模式周期较长，需要按照建筑、结构、设备等顺序进行设计。各专业通过BIM协同平台进行三维协同设计，对BIM模型进行碰撞检测得到各专业之间冲突的具体位置，如采用增大截面加固构件时与管线之间的冲突，根据碰撞结果，实时协调，调整空间布局，以达到最合理的综合排布效果，可以有效提高各专业的设计准确度及效率，同时有效避免因无法施工造成的工期拖延、造价增加等问题。通过对BIM模型进行净高分析，直观、准确地表现出每个位置的净高，找出具体净高不足处，及时变更设计，有效避免后期使用中净高不够问题。BIM模型中视图具有联动性，视图会根据某一处更改进行自动演化，避免了传统设计上重复修改视图的麻烦，减少出错概率。通过BIM技术采用3D动态进行采光日照分析、能耗分析，根据分析结果,进行相应的调整，实现建筑的绿色化改造。Sean N.Mur-ray等认为既有建筑改造需要发展，必须克服目前的“经验法则”的方法，提出了能源利用静态建模与遗传算法优化技术相结合的方法，仿真优化既有建筑改造方案。参考文献李胜伟：BIM技术在既有建筑更新改造中的应用探索3.4施工阶段利用BIM技术帮助现场技术人员对整个项目的结构、功能、布局等有直观的认识，同时对施工全过程进行把控。在编制一些复杂工程施工方案的时候，技术人员可以通过BIM技术可视化的特性对技术要点、难点采用三维图纸或视频进行技术交底，避免因技术交底不清晰而影响施工质量和施工进度。既有建筑更新改造涉及多个专业在施工方案指导下进行协助施工，以保证施工质量。以BIM模型为基础，导入施工进度计划进行4D施工模拟判断其是否合理，并对不合理处进行调整，使得施工进度计划更贴近于项目实际进度。在BIM4D管理基础上加上成本管理进行5D模拟，根据需要选择任意期间，通过模拟分析，可以准确反映各个建设节点的进度、成本和原始计划偏差，并根据建设进度、人工、材料、机械使用情况和相应成本反映当前建设情况，可以有效管理建设项目的时间表和人力资源，制定合理的建设时间表和资源分配计划，缩短建设时间，节约成本。在BIM模型中,通过已设定的中心文件为基础，各专业施工队伍及时建立各自文件并基于本专业施工要求和发展进行BIM模型的建立，让各个施工专业施工队伍都能够及时了解和掌握最新的施工动态，并以此为基础积极配合和开展施工流程和工艺的优化，进一步提升工程施工质量和效益。基于BIM模型，可以自动统计各个专业工程量明细表，包括混凝土用量、钢筋用量、主要设备数量等。当设计变更后，工程量明细表会自动进行更新，辅助项目相关人员对工程量进行快速统计，提高工作效率。3.5运维阶段BIM数据库集成了从规划、设计、施工、运维的全生命周期内各种项目数据信息，为相互独立的系统之间能够资源共享和业务协同提供了有利条件。将BIM技术运用在建筑运维管理过程中，其直观清晰地运维方式，有效弥补了传统运维抽象的缺点。同时通过BIM技术中全生命周期的各种项目数据信息及三维视角，可以及时发现运维中的不足，及时调整运维方案，提高运维效率，降低运维成本。BIM技术对各专业重要设施准确的空间定位减少了设施监测、调试和故障检修时的工作量，提高了工作效率。BIM技术根据数据库的数据信息进行场景模拟，如火灾逃生模拟，可以判断疏散线路和周围危险环境之间潜在的关系，从而降低突发事件发生时导致的损失。4结束语我国既有建筑占有量很大，随着时间流逝、城市的进一步更新，既有建筑更新改造需求会更大，成为建筑行业的机遇和挑战。BIM技术在既有建筑更新改造中的应用不仅解决了对当前建筑的更新改造，还可以为建筑的再次更新改造提供数据信息支撑和更新改造后运营、维护等提供价值，其经济效益可持久显现。BIM技术在既有建筑更新改造领域的不断探索,其会更契合既有建筑更新改造的应用，提高既有建筑更新改造技术水平，提高生产效率，成为既有建筑更新改造新趋势，为既有建筑更新改造保驾护航。1 王宁.BIM技术在土木工程专业人才培养中的应用探讨J.华北理工大学学报（社会科学版），2 0 1 9（4）：9 49 8.2董昊，以棚户区改造项目为例BIM技术应用可行性研究D.河南：河南大学,2 0 1 8.3王广斌，张雷，谭丹，等我国建筑信息模型应用及政府政策研究J中国科技论坛，2 0 1 2（8）：6.4赖明，杨鲁豫建设行业信息化标准的发展对策与应用M.北京：中国建筑工业出版社，2 0 0 2.5清华大学软件学院BIM课题组.中国建筑信息模型标准框架研究J.土木建筑工程信息技术,2 0 1 0(2)：1-5.6刘波.BIM在国内建筑业领域的应用现状与障碍研究J.建筑经济,2 0 1 5(9):2 0-2 3.7许书溢，基于BIM技术的H工程施工管理优化研究D.大连：大连海事大学，2 0 1 8.8蒋璐.BIM技术在既有建筑检测加固中的应用探索J.土木建筑工程信息技术,2 0 1 6（5）：2 6-2 9.9既有建筑鉴定与加固通用规范：CB55021-2021S.10混凝土结构设计规范：GB50010-2020S.11 张艺晶.Revit软件基于项目的二次开发应用研究D石家庄：河北科技大学，2 0 1 5.67