3D掃描儀建築中BIM數位化建模過程

2020-12-01 電子發燒友

BIM的定義

BIM技術(建築信息模型)是數位技術在建築工程中的直接應用，解決建築工程在軟體中的描述問題，使設計人員和工程技術人員能夠對各種建築信息做出正確的應對，並為協同工作提供堅實的基礎。建築信息模型同時又是一種應用於設計、建造、管理的數位化方法，這種方法支持建築工程的集成管理環境，可以使建築工程在其整個進程中顯著提高效率和大量減少風險。北京易景盈達科技有限公司長期從事BIM在工程設計、施工、竣工、改造與拆除方面技術和解決方案的研究，其三維雷射掃描解決方案已經在各種大型商業建築、工廠、場館等領域得到實施，並積累了豐富的經驗。

由於國內《建築信息模型應用統一標準》還在編制階段，這裡暫時引用美國國家BIM標準（NBIMS）對BIM的定義，定義由三部分組成：

1.BIM是一個設施（建設項目）物理和功能特性的數字表達；

2.BIM是一個共享的知識資源，是一個分享有關這個設施的信息，為該設施從建設到拆除的全生命周期中的所有決策提供可靠依據的過程；

3.在項目的不同階段，不同利益相關方通過在BIM中插入、提取、更新和修改信息，以支持和反映其各自職責的協同作業。

BIM的特點

1、可視化

可視化即「所見所得」的形式，對於建築行業來說，可視化的真正運用在建築業的作用是非常大的，例如經常拿到的施工圖紙，只是各個構件的信息在圖紙上的採用線條繪製表達，但是其真正的構造形式就需要建築業參與人員去自行想像了。對於一般簡單的東西來說，這種想像也未嘗不可，但是近幾年建築業的建築形式各異，複雜造型在不斷的推出，那麼這種光靠人腦去想像的東西就未免有點不太現實了。所以BIM提供了可視化的思路，讓人們將以往的線條式的構件形成一種三維的立體實物圖形展示在人們的面前；建築業也有設計方面出效果圖的事情，但是這種效果圖是分包給專業的效果圖製作團隊進行識讀設計製作出的線條式信息製作出來的，並不是通過構件的信息自動生成的，缺少了同構件之間的互動性和反饋性，然而BIM提到的可視化是一種能夠同構件之間形成互動性和反饋性的可視，在BIM建築信息模型中，由於整個過程都是可視化的，所以可視化的結果不僅可以用來效果圖的展示及報表的生成，更重要的是，項目設計、建造、運營過程中的溝通、討論、決策都在可視化的狀態下進行。

2、協調性

各專業項目信息出現「不兼容」現象。如管道與結構衝突，各個房間出現冷熱不均，預留的洞口沒留或尺寸不對等情況。使用有效BIM協調流程進行協調綜合，減少不合理變更方案或者問題變更方案。基於BIM的三維設計軟體在項目緊張的管線綜合設計周期裡，提供清晰，高效率的與各系統專業有效溝通的平臺，更好地滿足工程需求，提高設計品質。

3、模擬性

模擬性並不是只能模擬設計出的建築物模型，還可以模擬不能夠在真實世界中進行操作的事物。在設計階段，BIM可以對設計上需要進行模擬的一些東西進行模擬實驗，例如：節能模擬、緊急疏散模擬、日照模擬、熱能傳導模擬等；在招投標和施工階段可以進行4D模擬（三維模型加項目的發展時間），也就是根據施工的組織設計模擬實際施工，從而來確定合理的施工方案來指導施工。同時還可以進行5D模擬（基於3D模型的造價控制），從而來實現成本控制；後期運營階段可以模擬日常緊急情況的處理方式的模擬，例如地震人員逃生模擬及消防人員疏散模擬等。

4、優化性

現代建築物的複雜程度大多超過參與人員本身的能力極限，BIM及與其配套的各種優化工具提供了對複雜項目進行優化的可能。基於BIM的優化可以做下面的工作：

（1）項目方案優化：把項目設計和投資回報分析結合起來，設計變化對投資回報的影響可以實時計算出來；這樣業主對設計方案的選擇就不會主要停留在對形狀的評價上，而更多的可以使得業主知道哪種項目設計方案更有利於自身的需求。

（2）特殊項目的設計優化：例如裙樓、幕牆、屋頂、大空間到處可以看到異型設計，這些內容看起來佔整個建築的比例不大，但是佔投資和工作量的比例和前者相比卻往往要大得多，而且通常也是施工難度比較大和施工問題比較多的地方，對這些內容的設計施工方案進行優化，可以帶來顯著的工期和造價改進。

5、可出圖性

BIM並不是為了出大家日常多見的建築設計院所出的建築設計圖紙，及一些構件加工的圖紙。而是通過對建築物進行了可視化展示、協調、模擬、優化以後，可以幫助業主出如下圖紙：

（l）綜合管線圖（經過碰撞檢查和設計修改，消除了相應錯誤以後）；

（2）綜合結構留洞圖（預埋套管圖）；

（3）碰撞檢查偵錯報告和建議改進方案。

由上述內容，我們可以大體了解BIM的相關內容。BIM在世界很多國家已經有比較成熟的BIM標準或者制度。BIM在中國建築市場內要順利發展，必須將BIM和國內的建築市場特色相結合，才能夠滿足國內建築市場的特色需求，同時BIM將會給國內建築業帶來一次巨大變革。

BIM應用價值

建立以BIM應用為載體的項目管理信息化，提升項目生產效率、提高建築質量、縮短工期、降低建造成本。具體體現在：

三維渲染，宣傳展示

三維渲染動畫，給人以真實感和直接的視覺衝擊。建好的BIM模型可以作為二次渲染開發的模型基礎，大大提高了三維渲染效果的精度與效率，給業主更為直觀的宣傳介紹，提升中標機率。

快速算量，精度提升

BIM資料庫的創建，通過建立6D關聯資料庫，可以準確快速計算工程量，提升施工預算的精度與效率。由於BIM資料庫的數據粒度達到構件級，可以快速提供支撐項目各條線管理所需的數據信息，有效提升施工管理效率。BIM技術能自動計算工程實物量，這個屬於較傳統的算量軟體的功能，在國內此項應用案例非常多。

精確計劃，減少浪費

施工企業精細化管理很難實現的根本原因在於海量的工程數據，無法快速準確獲取以支持資源計劃，致使經驗主義盛行。而BIM的出現可以讓相關管理條線快速準確地獲得工程基礎數據，為施工企業制定精確人材計劃提供有效支撐，大大減少了資源、物流和倉儲環節的浪費，為實現限額領料、消耗控制提供技術支撐。

多算對比，有效管控

管理的支撐是數據，項目管理的基礎就是工程基礎數據的管理，及時、準確地獲取相關工程數據就是項目管理的核心競爭力。BIM資料庫可以實現任一時點上工程基礎信息的快速獲取，通過合同、計劃與實際施工的消耗量、分項單價、分項合價等數據的多算對比，可以有效了解項目運營是盈是虧，消耗量有無超標，進貨分包單價有無失控等等問題，實現對項目成本風險的有效管控。

虛擬施工，有效協同

三維可視化功能再加上時間維度，可以進行虛擬施工。隨時隨地直觀快速地將施工計劃與實際進展進行對比，同時進行有效協同，施工方、監理方、甚至非工程行業出身的業主領導都對工程項目的各種問題和情況了如指掌。這樣通過BIM技術結合施工方案、施工模擬和現場視頻監，大大減少建築質量問題、安全問題，減少返工和整改。

碰撞檢查，減少返工

BIM最直觀的特點在於三維可視化，利用BIM的三維技術在前期可以進行碰撞檢查，優化工程設計，減少在建築施工階段可能存在的錯誤損失和返工的可能性，而且優化淨空，優化管線排布方案。最後施工人員可以利用碰撞優化後的三維管線方案，進行施工交底、施工模擬，提高施工質量，同時也提高了與業主溝通的能力。

衝突調用，決策支持

BIM資料庫中的數據具有可計量(computable)的特點，大量工程相關的信息可以為工程提供數據後臺的巨大支撐。BIM中的項目基礎數據可以在各管理部門進行協同和共享，工程量信息可以根據時空維度、構件類型等進行匯總、拆分、對比分析等，保證工程基礎數據及時、準確地提供，為決策者制訂工程造價項目群管理、進度款管理等方面的決策提供依據。

在BIM設計階段，我們基於三維雷射掃描技術獲取場景的實際數據，然後在地形和環境基礎上進行設計建模，使得BIM設計與真實世界無縫對接，保證後續建造施工的可行性和可靠性。三維掃描技術是一種實景複製技術，可以把現實場景按照1：1的比例複製到電腦中。這樣我們就有了場景內所有物體的三維尺寸信息及物體之間的相對位置和關係。它的優勢是：快速性、精確性、時效性。我們BIM設計具體流程如下：

設計階段BIM解決方案

1.方案設計：使用三維雷射掃描技術進行前期規劃建模，使用BIM技術能進行造型、體量和空間分析外，還可以同時進行能耗分析和建造成本分析等，使得初期方案決策更具有科學性；

2.擴初設計：建築、結構、機電各專業建立BIM模型，利用模型信息進行能耗、結構、聲學、熱工、日照等分析，進行各種幹涉檢查和規範檢查，以及進行工程量統計；

3.施工圖：各種平面、立面、剖面圖紙和統計報表都從BIM模型中得到；

4.設計協同：設計有上十個甚至幾十個專業需要協調，包括設計計劃、互提資料、校對審核、版本控制等；

5.設計工作重心前移：目前設計師50%以上的工作量用在施工圖階段，以至於設計師得到了一個無奈的但又名副其實的稱號-「畫圖匠」，BIM可以幫助設計師把主要工作放到方案和擴初階段，恢復設計師的本來面目。