代曉麗

（西安思源學(xué)院，陜西 西安710038）

1 概述

隨著我國(guó)對(duì)教育事業(yè)的逐漸重視，基礎(chǔ)教育建設(shè)力度不斷加大。中小學(xué)建筑的建造工作作為基礎(chǔ)教育建設(shè)過(guò)程中的一項(xiàng)重要內(nèi)容，往往面臨著設(shè)計(jì)要求高、成本控制難度大、工期進(jìn)度緊張等問(wèn)題。BIM（建筑信息模型）技術(shù)是一種多維度模型信息集成技術(shù)，是在CAD 平臺(tái)的技術(shù)基礎(chǔ)上逐漸發(fā)展起來(lái)的對(duì)建筑工程項(xiàng)目設(shè)施實(shí)體和功能特性信息的數(shù)字化表達(dá)。BIM技術(shù)可以應(yīng)用于項(xiàng)目規(guī)劃階段、勘察階段、設(shè)計(jì)階段、施工階段及運(yùn)營(yíng)維護(hù)階段，以實(shí)現(xiàn)建筑全生命周期各參與方（包括政府相關(guān)部門(mén)、業(yè)主方、設(shè)計(jì)方、施工方、監(jiān)理方、造價(jià)方、運(yùn)營(yíng)方等）在同一建筑信息模型基礎(chǔ)上的數(shù)據(jù)共享，可以對(duì)能耗、質(zhì)量、安全、工程環(huán)境等方面進(jìn)行分析、檢查和模擬，為項(xiàng)目的方案優(yōu)化和科學(xué)決策提供可靠依據(jù)。

將BIM技術(shù)合理的應(yīng)用于中小學(xué)建筑設(shè)計(jì)過(guò)程中，可以有效的改善建筑設(shè)計(jì)、成本控制及進(jìn)度管理中所遇到的各項(xiàng)問(wèn)題。

2 中小學(xué)建筑設(shè)計(jì)階段中BIM 技術(shù)的應(yīng)用

建筑項(xiàng)目設(shè)計(jì)階段是整個(gè)生命周期內(nèi)最為重要的部分，對(duì)項(xiàng)目的建安成本以及維運(yùn)成本將會(huì)產(chǎn)生最重要的影響，對(duì)工程投資、工程質(zhì)量和工程進(jìn)度，以及項(xiàng)目建成后的使用效果、經(jīng)濟(jì)效益等方面都將產(chǎn)生直接的聯(lián)系。中小學(xué)教育有其獨(dú)特性，因此在設(shè)計(jì)過(guò)程中，設(shè)計(jì)人員應(yīng)針對(duì)中小學(xué)教育的特點(diǎn)，結(jié)合中小學(xué)實(shí)踐教學(xué)需求開(kāi)展學(xué)校建筑設(shè)計(jì)工作，力求滿(mǎn)足中小學(xué)建筑科學(xué)性、整合性和安全性的設(shè)計(jì)原則。BIM技術(shù)在中小學(xué)建筑設(shè)計(jì)階段的應(yīng)用主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

2.1 可視化設(shè)計(jì)交流

中小學(xué)建筑設(shè)計(jì)旨在為學(xué)生創(chuàng)造舒適、宜人的學(xué)習(xí)場(chǎng)所，應(yīng)在保證建筑科學(xué)性的基礎(chǔ)上進(jìn)行周密合理的設(shè)計(jì)規(guī)劃，并將周邊環(huán)境與設(shè)計(jì)方案相結(jié)合進(jìn)行考慮，確保校園建筑設(shè)計(jì)風(fēng)格與周邊環(huán)境相匹配，以達(dá)到和諧的效果。

BIM系列軟件具有強(qiáng)大的建模、渲染及動(dòng)畫(huà)技術(shù)。基于BIM的三維設(shè)計(jì)既能夠精確表達(dá)建筑的幾何特征，也可以將非幾何信息（如材料特性、設(shè)計(jì)屬性、力學(xué)參數(shù)、物理特征、價(jià)格參數(shù)等）集成到三維構(gòu)件中，使得建筑構(gòu)件成為包含各項(xiàng)信息的智能實(shí)體，也將單一的三維模型升級(jí)為集成信息的BIM模型。另外，BIM相關(guān)應(yīng)用軟件也可以通過(guò)動(dòng)畫(huà)漫游的制作和展示，將設(shè)計(jì)者的各項(xiàng)設(shè)計(jì)意圖更加直觀、真實(shí)、詳盡的展現(xiàn)出來(lái)，將專(zhuān)業(yè)、抽象的二維建筑描述的通俗化、三維直觀化，使得學(xué)校領(lǐng)導(dǎo)及參與項(xiàng)目的相關(guān)工作人員對(duì)項(xiàng)目功能性的判斷更為明確高效，決策更為準(zhǔn)確。

2.2 設(shè)計(jì)分析

為學(xué)生提供一個(gè)明亮溫暖、安全舒適的學(xué)習(xí)環(huán)境是中小學(xué)建筑設(shè)計(jì)的基本要求，BIM技術(shù)可以通過(guò)其強(qiáng)大的設(shè)計(jì)分析功能實(shí)現(xiàn)這一目的。設(shè)計(jì)分析主要包括結(jié)構(gòu)分析、光照分析、能耗分析及安全疏散分析等，這些設(shè)計(jì)分析對(duì)項(xiàng)目設(shè)計(jì)在實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)、安全、節(jié)能、可實(shí)施性方面起著至關(guān)重要的作用。

2.2.1 結(jié)構(gòu)分析

在早期使用計(jì)算機(jī)進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析時(shí)，主要包含前處理、內(nèi)力分析及后處理三個(gè)步驟。其中內(nèi)力分析和后處理都是結(jié)構(gòu)分析軟件自動(dòng)執(zhí)行完成的，人為干預(yù)較少，但是前處理過(guò)程是通過(guò)人機(jī)交互式輸入項(xiàng)目相關(guān)信息，包含結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖、材料參數(shù)、荷載工況以及其他結(jié)構(gòu)分析參數(shù)的過(guò)程，是整個(gè)結(jié)構(gòu)分析中的關(guān)鍵步驟，也是比較耗費(fèi)設(shè)計(jì)時(shí)間的過(guò)程。但是在BIM模型的支持下，BIM 相關(guān)軟件可以將BIM 模型中的構(gòu)件屬性信息自動(dòng)轉(zhuǎn)化為結(jié)構(gòu)分析所需要的各項(xiàng)信息，如構(gòu)件類(lèi)型的自動(dòng)識(shí)別、荷載信息的自動(dòng)轉(zhuǎn)化等，從而使得結(jié)構(gòu)分析前處理實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，有效提高了結(jié)構(gòu)分析的速度和準(zhǔn)確度。

2.2.2 節(jié)能分析

建設(shè)項(xiàng)目的日照、風(fēng)環(huán)境、聲環(huán)境景觀可視度、熱環(huán)境等性能指標(biāo)在項(xiàng)目開(kāi)發(fā)的前期就已經(jīng)基本確定，但是由于缺少技術(shù)手段，一般中小學(xué)建筑項(xiàng)目很難有時(shí)間和費(fèi)用對(duì)上述指標(biāo)進(jìn)行多方案分析模擬，而B(niǎo)IM技術(shù)對(duì)建筑性能分析的普及應(yīng)用提供了可能性。基于BIM的建筑性能化分析包含室外風(fēng)環(huán)境模擬、自然采光模擬、室內(nèi)自然通風(fēng)模擬、建筑環(huán)境噪聲模擬分析和校區(qū)熱環(huán)境模擬分析，在BIM 模型的支持下，利用Echotect、IES、Green Building Studio 等BIM可持續(xù)分析軟件可以對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行日照、風(fēng)環(huán)境、熱工、噪聲等方面的分析，通過(guò)各項(xiàng)建筑性能分析可以有效保障中小學(xué)建筑對(duì)采光通風(fēng)、保溫隔熱及節(jié)能環(huán)保的相關(guān)要求。

2.2.3 安全疏散分析

在中小學(xué)建筑的設(shè)計(jì)過(guò)程中，室內(nèi)人員的安全疏散時(shí)間是防火設(shè)計(jì)的一項(xiàng)重要指標(biāo)。由于中小學(xué)生人員分布密度大，年齡結(jié)構(gòu)特殊等現(xiàn)實(shí)問(wèn)題，傳統(tǒng)的計(jì)算方法已經(jīng)無(wú)法滿(mǎn)足其安全要求。而B(niǎo)IM模型提供了數(shù)字化的真實(shí)空間環(huán)境，相關(guān)軟件可以在其基礎(chǔ)上基于人的行為模擬人員疏散過(guò)程，統(tǒng)計(jì)疏散時(shí)間，從而確保中小學(xué)建筑設(shè)計(jì)的安全性。

2.3 碰撞檢查

隨著我國(guó)素質(zhì)教育的發(fā)展，中小學(xué)建筑中各個(gè)教室的功能也呈現(xiàn)出多樣化的特點(diǎn)，除傳統(tǒng)的班級(jí)教室外，還需要配置舞蹈教室、音樂(lè)教師、科學(xué)實(shí)驗(yàn)室、計(jì)算機(jī)教室等多功能教室，各種教室中所需的復(fù)雜管線排布也使得建筑設(shè)計(jì)過(guò)程中的難度有所加大。由于傳統(tǒng)的二維圖紙不利于空間的表達(dá)，因此經(jīng)常在圖紙中存在許多無(wú)法預(yù)測(cè)的碰撞盲區(qū)。并且，由于目前的設(shè)計(jì)方式多為“隔斷式”設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)方各專(zhuān)業(yè)分工明確，完全依賴(lài)人工協(xié)調(diào)項(xiàng)目?jī)?nèi)容，從而導(dǎo)致設(shè)計(jì)中往往存在專(zhuān)業(yè)間的碰撞，造成施工過(guò)程中的各項(xiàng)問(wèn)題，延誤工期。

基于BIM技術(shù)可將兩個(gè)不同專(zhuān)業(yè)的模型集成為一個(gè)模型，通過(guò)Navisworks、TeklaBIMSight 等軟件可以進(jìn)行空間沖突檢查，查找出兩個(gè)專(zhuān)業(yè)構(gòu)件之間可能出現(xiàn)的空間沖突點(diǎn)，并向操作者進(jìn)行報(bào)警，再由人工確認(rèn)該沖突。沖突檢查一般從初步設(shè)計(jì)的后期開(kāi)始進(jìn)行，在設(shè)計(jì)的發(fā)展過(guò)程中反復(fù)進(jìn)行“檢查沖突——確認(rèn)修改——更新模型”的過(guò)程，直到所有的沖突點(diǎn)均被檢查出來(lái)并進(jìn)行修正完成。通過(guò)碰撞檢查，可以合理有效的避免設(shè)計(jì)中所存在的碰撞問(wèn)題，避免在施工過(guò)程中造成工期延誤，有效解決中小學(xué)建筑建造過(guò)程中工期緊張的問(wèn)題。

2.4 造價(jià)控制

在中小學(xué)建筑建造過(guò)程中，成本的控制往往也是一個(gè)難題。設(shè)計(jì)階段是造價(jià)控制的關(guān)鍵階段，尤其是在方案設(shè)計(jì)階段，設(shè)計(jì)過(guò)程及設(shè)計(jì)成果對(duì)造價(jià)的影響都非常大。

從理論上來(lái)說(shuō)，建設(shè)項(xiàng)目在設(shè)計(jì)階段的造價(jià)控制主要是通過(guò)方案設(shè)計(jì)階段的設(shè)計(jì)估算與初步設(shè)計(jì)概算來(lái)實(shí)現(xiàn)的，但由于方案變更頻繁、計(jì)算量大等現(xiàn)實(shí)問(wèn)題，大部分的工程并沒(méi)有對(duì)估算和概算進(jìn)行足夠的重視，而將造價(jià)控制的重點(diǎn)放在施工階段，由此而錯(cuò)失了控制造價(jià)的最有利時(shí)機(jī)。

然而基于BIM模型進(jìn)行設(shè)計(jì)，使得造價(jià)控制在設(shè)計(jì)階段具有較高的可實(shí)施性。BIM模型中不僅包含建筑空間及構(gòu)件的幾何信息，還包含了構(gòu)件的材料屬性，這些信息可以直接傳遞到專(zhuān)業(yè)的工程量統(tǒng)計(jì)軟件中，工程量統(tǒng)計(jì)軟件可以自動(dòng)生成符合相應(yīng)規(guī)則的建筑構(gòu)件工程量信息，避免了為統(tǒng)計(jì)工程量專(zhuān)門(mén)進(jìn)行的建模工作，可以及時(shí)反映與設(shè)計(jì)相對(duì)應(yīng)的工程造價(jià)水平，為限額設(shè)計(jì)和價(jià)值工程在優(yōu)化設(shè)計(jì)上的應(yīng)用提供了必要的基礎(chǔ)和可行性。

3 結(jié)論

中小學(xué)建筑的建造工作是一項(xiàng)關(guān)系教育民生問(wèn)題的重要工作，意義重大。將BIM技術(shù)應(yīng)用于中小學(xué)建筑設(shè)計(jì)過(guò)程中，可以有效的解決設(shè)計(jì)要求高、成本控制難及施工工期緊張等問(wèn)題。隨著B(niǎo)IM技術(shù)的不斷優(yōu)化完善與發(fā)展，在中小學(xué)建筑設(shè)計(jì)過(guò)程中的普及力度會(huì)逐漸提升，從而進(jìn)一步提高建筑設(shè)計(jì)方案的科學(xué)合理性。