BIM三维电子图纸在老旧街区改造中的推广研究.pdf

76/总第241期/2023/8学人问津BIM 三维电子图纸在老旧街区改造中的推广研究刘子涵 李 嘉 成海睿（长沙理工大学，湖南 长沙 410114）摘要：目前全球生态问题日趋复杂，自然保护、绿色设计观念被渗透至各行各业。在生态绿色发展视域下，如何尽可能地协调建设、营造良好的环境和绿色生态已经成为全人类共同面临的议题。该文通过对 BIM 技术发展相关文献及实践应用的思考，着重讨论了在城市更新改造过程中，如何通过 BIM 三维电子图纸，提高设计、施工和后期管理的效率，降低改造成本，强化项目的可持续性。基于工程项目的各角色视角识别和解决城市改造过程中存在的问题，发现并指明可持续改进的方向。旨在在老旧街区改造的更多场景中介入 BIM 技术，解决参建方内部的问题，同时形成数据资产，为数字建筑和智慧城市应用打下基础。关键词：BIM 技术；三维图纸；老旧街区；城市改造一、BIM 技术建筑信息模型（BuildingInformationModeling，BIM）简称BIM 技术，起源于 20 世纪 70 年代，是设施物理和功能特性的数字表达；是一个共享的知识资源，是分享有关这个设施的信息，以便为该设施从概念到拆除的全生命周期中的所有决策提供可靠依据的工具；在项目不同阶段，不同利益相关方通过在BIM 中插入、提取、更新和修改信息，进行支持和反映各自职责的协同工作1。（一）BIM 技术的发展目前 BIM 技术的适用领域不断扩展，在交通2、水利3、建筑4等行业领域都有应用，并出现逐步向细支学科深入研究的趋势。BIM 技术渗入方方面面，其工作模式大大影响了项目各方的参与合作方式，计量化的表达形式缩减了材料的不必要支出，同时统筹管理方式，极大提升了工作效率。从 BIM 的全球化趋势来看，其将在未来成为项目工程建设的主要技术支持5。从三维电子图纸角度出发，利用图纸基于计算机的可视化、直观性、可分析性、可共享性、可管理性特点6，借助当前 BIM 技术在公路、建筑等领域的长期实践精华与成功经验，讨论将 BIM 的三维图纸可视化技术介入城市更新设计中，以此来提升改造效率、节省改造成本、管控改造进度、升级后期管理模式等。在城市更新改造中，BIM 三维电子图纸的应用可以提高设计、建设和维护的效率，同时也可以增强项目的可持续性。（二）BIM 技术应用现状目前，借助 BIM 技术可以生成精确的三维模型，帮助设计师更有效地设计和模拟。比如，可以评估不同设计选择对建筑能源效率的影响，从而做出更为生态友好的决策。同时，BIM 技术可以辅助项目管理，例如，通过检测设计中的冲突和问题，减少施工过程中的错误和延误，有助于减少浪费、提高施工的环境友好性。在运维阶段，BIM 技术不仅可以在设计和施工阶段发挥作用，还可以在建筑运营阶段提供支持。例如，BIM 技术可以帮助建筑管理者更有效地进行能源管理和设施维护。BIM 技术也可以用于城市规划等方面，通过将整个城市或特定区域的建筑模型整合在一起，规划者可以更好地理解和管理城市的资源、提高城市的生态可持续性。目前，BIM 技术在全球许多项目中得到了应用，例如，希思罗机场 T5 项目是 BIM技术应用的早期经典案例，项目团队通过 BIM 技术集成所有项目信息，实现了设计、施工和运营的无缝对接，大大提高了项目的效率和质量。在文化遗产保护方面，例如，对悉尼歌剧院的改造项目，团队通过 3D 激光扫描和 BIM 技术详细地记录了歌剧院的结构和外观，为改造和维护提供了准确的信息。在绿色建筑领域，BIM 技术被应用在哥本哈根 Bryghusprojektet 项目中，模拟和优化了建筑的能源性能，实现了高效能、低碳的绿色建筑的建设。在大型基础设施项目中，中国广州白云国际机场 T2 航站楼项目通过 BIM 技术实现了设计、施工和运营的协同管理，提高了项目的效率和质量，缩短了工期。由此来看，BIM 技术在绿色建筑、绿色工程项目中已经有了大量应用和成功案例。BIM技术的推广可使老旧街区更新改造工程管理更加高效，从而推动行业的发展，同时技术进步和发展也给环境工程建设带来了新的挑战。二、生态视域理念生态视域（EcologicalVision）是一种环境管理和规划方法，它强调对环境的全面理解和保护，包括生态系统的结构、功能和变化等方面，从早期环境主义的绿色意识觉醒和强调“为环境、生态而设计”，到“生态效率”（Eco-efficiency）发现更有效地维77总第241期/2023/8/学人问津持经济和生态平衡关系的最小化和非物质化途径，再到意图实现生态系统与经济系统之间协同关系的“生态增益”7。（一）生态理念研究现状生态视域的主要研究方向包括生态系统的科学理论、生态环境的评估和规划、生态保护和恢复、绿色城市和绿色建筑等。生态视域下的设计不但需要解决当下的环境和社会问题，还要负责构建未来的可持续愿景蓝图。在生产方面，重点强调了围绕绿色制造业转型的法律、政策、金融，以及技术创新和绿色生产制造等；在生活方面，重点在于创建绿色低碳生活、营造城乡人居环境、规划城乡生态功能区和自然资源的绿化；在环境治理方面，提出围绕生态保护、环境治理，支持各地制订碳达峰方案的可再生能源、绿色出行和绿色低碳技术评估体系等8。绿色城市、绿色建筑建造主要是为了实现城市和建筑的绿色化和可持续化，例如，通过城市森林、绿色屋顶、生态基础设施等方式，实现城市的绿色化，或通过绿色建筑、智能建筑、零能耗建筑等方式实现建筑的绿色化。美国绿色建筑委员会（USGBC）推出的领先能源和环境设计（LEED）认证，是主要被用于评估建筑环境性能的全球认可的系统，涵盖了建筑设计、施工和运营等阶段，包括能源效率、室内环境质量、材料选择、创新设计等方面，旨在建立和维护一个健康、稳定和可持续的生态环境，为人类和自然的和谐共生提供可能。（二）生态驱动下 BIM 三维电子图纸的可行性在面临世界范围内的环境挑战时，我们需要深入反思现有的设计和建设实践，并重新确定发展路径。生态设计如果仅在设计呈现阶段体现，如采用环保材料或实现能源效率提升等，实际上是治标不治本的。我们需要把生态保护理念融入设计和建设的全过程中，包括规划、设计、施工和运营等阶段。为此，BIM 技术的应用尤为必要。BIM 技术可以在设计阶段实现对建筑性能的模拟和优化，帮助我们设计出更节能、更环保的建筑。在施工阶段，BIM 技术可以支持精准施工，减少材料浪费和环境污染。在运营阶段，BIM 技术可以提供全面和准确的设施信息，支持设施的有效管理和维护，延长设施的使用寿命，减少废弃物的产生。BIM 技术可以实现项目信息的整合和共享，支持跨部门和跨专业的协同工作。这意味着我们可以在设计和建设的全过程中统筹考虑各种环保因素和要求，从而实现真正的生态保护。因此，BIM 技术能够更好地促进生态可持续理念的实施与发展，共同打造一个绿色、可持续的建筑环境。三、城市老旧街区更新改造中存在的问题、可改进方向城市更新改造是一个复杂而重要的过程，需要管理大量的信息，协调多个相关部门的工作。在当前的实践中，我们发现了一系列问题及挑战，包括测绘过程中的工作量大、耗时久、易出错，设计过程中的管线碰撞、设计漏缺，施工过程中的安装返工，以及维护运营过程中的协同不到位、管理“一摸黑”等问题。这些问题不仅影响了项目的效率和质量，还对城市的可持续发展造成了阻碍9。（一）测绘阶段问题目前传统的测绘方法大多依赖二维平面图，这种方法在老旧街区更新改造过程中，尤其是在涉及复杂地形和大量建筑物的情况下，往往需要投入大量的人力和时间。且由于二维图形的一定劣势，导致其本身无法直观地反映出真实的三维空间关系，因此，在实际操作中容易产生误解和错误。除此之外，二维的测绘方式对于复杂的地下设施，如管线、隧道等，其效率和准确性更是有限。（二）设计阶段问题在设计阶段，由于建筑、结构、给排水、电气等各专业的设计人员往往使用不同的软件和格式进行设计，导致信息在交换和整合过程中容易丢失或出错。此外，由于设计人员无法实时了解其他专业的设计进展和变化，因此在协同设计过程中，往往会出现管线碰撞、设计漏缺等问题。（三）施工阶段问题在施工阶段，由于设计信息的不准确或不完整，以及现场环境和条件的变化，不同工种的施工队伍往往需要对原设计进行调整或修改，这不仅导致了大量的返工，还增加了项目的成本和时间。另外，由于缺乏有效的信息交流和协同工作机制，施工现场各工种往往无法有效地协调和配合，导致施工进度混乱和效率低下。（四）维护运营阶段问题在建筑物的使用和维护运营阶段，由于缺乏详细和准确的设施信息，管理人员往往难以对设施进行有效的管理和维护。例如，设施的位置、规格、性能、维修历史等信息往往散落在不同的文件和系统中，使信息的查找和更新变得困难。此外，由于各运营部门，如设施管理、能源管理、安全管理等部门的信息系统和工作流程往往是分散和独立的，因此在跨部门的协同工作和决策制定过程中，往往会出现协同不到位、信息不一致、管理“一摸黑”等问题。四、三维图纸在城市改造中的推广动力（一）前期测绘利用 BIM 技术可以创建出精确的三维建筑模型，这些模型可以直观地反映出真实的空间关系，大大减少了因误解二维图纸而产生的错误。此外，通过 BIM 技术可以实现从测绘数据到设计模型的自动转换，大大减少了手工绘图的工作量和时间。对于复杂的地下设施，如管线、隧道等，设计师可以使用地理信息系统（GIS）和 BIM 的集成，生成包含地下设施信息的全面三维城市模型。此外，这种方法可以使设计师更好地理解和评估地下设施对自然环境和生态系统的影响，从而在设计和施工阶段采取相应的保护措施。（二）中期设计BIM 提供的集成式设计平台，支持多种专业的设计软件和格式。通过 BIM，设计人员可以实时查看和更新模型信息，避免了信息在交换和整合过程中的丢失或错误。此外，BIM 提供了一种可视化的设计环境，可以实时检测和解决设计中的潜在问题，如管线碰撞、设计漏缺等。在生态设计理念下，我们可以使用 BIM 评估和优化设计的环保性能，例如，通过能源模拟来优化建筑的能源效率，或通过材料分析来减少建筑对环境的影响。（三）后期施工利用 BIM 可以提供详细和准确的施工信息，包括材料、构件、工艺、进度等，帮助施工队伍准确理解和执行设计。此外，BIM 还支持施工模拟和优化，例如，通过时间线工具进行施工进度管理，或通过碰撞检测功能确保施工的可行性和安全性。通过这些工具，我们可以减少施工过程中的返工和延误，提高78/总第241期/2023/8学人问津施工的效率和质量。从生态的角度来看，BIM 可以帮助我们实现绿色施工，例如，通过优化施工进度和方法来减少噪声和尘土污染，或通过精确的材料管理来减少建筑废料。（四）交付运维在运营维护阶段，BIM 可以提供一份全面和详细的设施信息库，支持设施的有效管理和维护。例如，设计团队可以通过 BIM 获取设施的位置、规格、性能、维修历史等信息，从而提高维护的效率和质量。BIM 还可以支持跨部门的信息共享和协同工作，例如，通过集成的运营管理系统实现设施管理、能源管理、安全管理等部门的信息一体化和协同化，从而解决传统方法中协同不到位、信息不一致、管理“一摸黑”等问题。在生态设计的理念下，BIM 可以进一步提升建筑的生态性能。通过 BIM，运营人员可以对建筑的能源使用情况进行实时监控和优化，实现节能减排；对于维修和改造项目，可以利用BIM 提前进行模拟和分析，选择对环境影响最小的方案。此外，我们还可以通过 BIM 收集和分析建筑的使用数据，了解和改善建筑对环境和生态系统的影响。五、三维图纸在城市改造中的推广意义对于设计师来说，BIM 的三维图纸具有实时性和高精度，可以使他们从测绘到设计阶段更加直观地理解和处理复杂的空间关系，提高设计的精度和效率。同时，BIM 也支持多专业的协同设计，可以实现设计信息的实时共享和更新，从而避免信息丢失或错误，提高设计的质量。此外，通过 BIM，设计师还可以进行设计的可视化和模拟，提前发现和解决潜在的设计问题，如管线碰撞、设计漏缺等，从而降低设计风险，提高设计的可行性和安全性。对于施工方来说，BIM 的三维图纸提供了详细和准确的施工信息，包括材料、构件、工艺、进度等，可以帮助他们准确理解和执行设计，避免施工错误。同时，BIM 也支持施工的模拟和优化，例如，通过时间线工具进行施工进度管理，或通过碰撞检测功能确保施工的可行性和安全性，从而减少施工过程中的返工和延误，提高施工的效率和质量。对于承包方来说，BIM 的三维图纸可以提供更加详尽的工程信息，使他们在评估和决策过程中更加准确和快速。比如，通过 BIM，他们可以对项目的材料需求、工期、成本等进行精确的预测和控制，从而降低项目风险，提高项目的盈利。对于管理平台来说，BIM 的三维图纸可以提供全面和详细的设施信息库，支持设施的有效管理和维护，如获取设施的位置、规格、性能、维修历史等信息，提高管理的效率和质量。此外，BIM 还可以支持信息的一体化和协同化，例如，通过集成的运营管理系统实现设施管理、能源管理、安全管理等部门的信息共享和协同工作。总的来说，三维图纸的推广应用，将极大地提高城市更新改造的效率和质量、降低项目风险、提高项目的可持续性和生态性。在 BIM 的引领下，城市更新改造的过程将减少设计施工全过程中简单的破坏和建设，是一个全面考虑生态、社会、经济等因素，致力于实现城市可持续发展的过程。这种变革不仅将提高城市更新改造的效率和质量，还将改善我们的生活环境，提高城市的生态性能，为实现绿色、健康、和谐的城市生活打下坚实的基础。在未来，期待看到更多使用 BIM 技术的城市更新改造项目，不仅实现高效、高质的更新改造，还实现真正的生态、可持续的城市发展，这既是对城市建设实践的挑战，又是对城市理解和关怀的升华。参考文献：1 美国国家建筑研究所.美国国家 BIM 标准第一版第一部分：National Institute of Building Sciences，United States National Building Information Modeling Standard，Version1-Part 1R.2007.2 刘金博.模块化总控管理体系在工程项目管理中的应用以大型交通基础设施项目为例 J.建筑经济，2023，44（6）：34-42.3 孙少楠，刘肖杰，肖佳华，等.基于 BIM+数值模拟的混流式水轮机蜗壳水力设计 J/OL.人民长江：1-92023-06-17.4 姜畔.BIM 三维技术在绿色建筑立面设计中的应用 J.建筑结构，2023，53（11）：172-173.5 麦格劳希尔建筑信息公司在中国发布首份关于 BIM 的中文调研报告建筑信息模型：SmartMarket Report-Building Information ModelingR.北京：麦格劳希尔建筑信息公司，2009.6 马智亮.追根溯源看 BIM 技术的应用价值和发展趋势 J.施工技术，2015，44（6）：1-3.7Abukhader S M.Eco-efficiency in the era of electronic commerce-should eco-effectiveness approach be adopted?J.Journal of Cleaner Production，2008，16（7）：801-808.8 张军，徐畅，戴梦雅，等.生态文明视域下可持续设计理念的演进与转型思考 J.生态经济，2021，37（5）：215-221.9 林坚，叶子君.绿色城市更新：新时代城市发展的重要方向 J.城市规划，2019，43（11）：9-12.作者简介：1.刘子涵，女，河南太康人，硕士研究生，研究方向：环境设计；2.李嘉，女，四川绵阳人，硕士研究生，教授，研究方向：设计学；3.成海睿，男，山西晋中人，本科，研究方向：环境设计、服务设计。