3D掃描儀建筑中BIM數(shù)字化建模過程

BIM的定義

BIM技術(shù)(建筑信息模型)是數(shù)字技術(shù)在建筑工程中的直接應(yīng)用，解決建筑工程在軟件中的描述問題，使設(shè)計人員和工程技術(shù)人員能夠?qū)Ω鞣N建筑信息做出正確的應(yīng)對，并為協(xié)同工作提供堅實的基礎(chǔ)。建筑信息模型同時又是一種應(yīng)用于設(shè)計、建造、管理的數(shù)字化方法，這種方法支持建筑工程的集成管理環(huán)境，可以使建筑工程在其整個進程中顯著提高效率和大量減少風(fēng)險。北京易景盈達科技有限公司長期從事BIM在工程設(shè)計、施工、竣工、改造與拆除方面技術(shù)和解決方案的研究，其三維激光掃描解決方案已經(jīng)在各種大型商業(yè)建筑、工廠、場館等領(lǐng)域得到實施，并積累了豐富的經(jīng)驗。

由于國內(nèi)《建筑信息模型應(yīng)用統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》還在編制階段，這里暫時引用美國國家BIM標(biāo)準(zhǔn)（NBIMS）對BIM的定義，定義由三部分組成：

1.BIM是一個設(shè)施（建設(shè)項目）物理和功能特性的數(shù)字表達；

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

3.在項目的不同階段，不同利益相關(guān)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(zé)的協(xié)同作業(yè)。

BIM的特點

1、可視化

可視化即“所見所得”的形式，對于建筑行業(yè)來說，可視化的真正運用在建筑業(yè)的作用是非常大的，例如經(jīng)常拿到的施工圖紙，只是各個構(gòu)件的信息在圖紙上的采用線條繪制表達，但是其真正的構(gòu)造形式就需要建筑業(yè)參與人員去自行想象了。對于一般簡單的東西來說，這種想象也未嘗不可，但是近幾年建筑業(yè)的建筑形式各異，復(fù)雜造型在不斷的推出，那么這種光靠人腦去想象的東西就未免有點不太現(xiàn)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(gòu)件形成一種三維的立體實物圖形展示在人們的面前；建筑業(yè)也有設(shè)計方面出效果圖的事情，但是這種效果圖是分包給專業(yè)的效果圖制作團隊進行識讀設(shè)計制作出的線條式信息制作出來的，并不是通過構(gòu)件的信息自動生成的，缺少了同構(gòu)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(gòu)件之間形成互動性和反饋性的可視，在BIM建筑信息模型中，由于整個過程都是可視化的，所以可視化的結(jié)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(shè)計、建造、運營過程中的溝通、討論、決策都在可視化的狀態(tài)下進行。

2、協(xié)調(diào)性

各專業(yè)項目信息出現(xiàn)“不兼容”現(xiàn)象。如管道與結(jié)構(gòu)沖突，各個房間出現(xiàn)冷熱不均，預(yù)留的洞口沒留或尺寸不對等情況。使用有效BIM協(xié)調(diào)流程進行協(xié)調(diào)綜合，減少不合理變更方案或者問題變更方案。基于BIM的三維設(shè)計軟件在項目緊張的管線綜合設(shè)計周期里，提供清晰，高效率的與各系統(tǒng)專業(yè)有效溝通的平臺，更好地滿足工程需求，提高設(shè)計品質(zhì)。

3、模擬性

模擬性并不是只能模擬設(shè)計出的建筑物模型，還可以模擬不能夠在真實世界中進行操作的事物。在設(shè)計階段，BIM可以對設(shè)計上需要進行模擬的一些東西進行模擬實驗，例如：節(jié)能模擬、緊急疏散模擬、日照模擬、熱能傳導(dǎo)模擬等；在招投標(biāo)和施工階段可以進行4D模擬（三維模型加項目的發(fā)展時間），也就是根據(jù)施工的組織設(shè)計模擬實際施工，從而來確定合理的施工方案來指導(dǎo)施工。同時還可以進行5D模擬（基于3D模型的造價控制），從而來實現(xiàn)成本控制；后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(yōu)化性

現(xiàn)代建筑物的復(fù)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(yōu)化工具提供了對復(fù)雜項目進行優(yōu)化的可能。基于BIM的優(yōu)化可以做下面的工作：

（1）項目方案優(yōu)化：把項目設(shè)計和投資回報分析結(jié)合起來，設(shè)計變化對投資回報的影響可以實時計算出來；這樣業(yè)主對設(shè)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(yè)主知道哪種項目設(shè)計方案更有利于自身的需求。

（2）特殊項目的設(shè)計優(yōu)化：例如裙樓、幕墻、屋頂、大空間到處可以看到異型設(shè)計，這些內(nèi)容看起來占整個建筑的比例不大，但是占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(nèi)容的設(shè)計施工方案進行優(yōu)化，可以帶來顯著的工期和造價改進。

5、可出圖性

BIM并不是為了出大家日常多見的建筑設(shè)計院所出的建筑設(shè)計圖紙，及一些構(gòu)件加工的圖紙。而是通過對建筑物進行了可視化展示、協(xié)調(diào)、模擬、優(yōu)化以后，可以幫助業(yè)主出如下圖紙：

（l）綜合管線圖（經(jīng)過碰撞檢查和設(shè)計修改，消除了相應(yīng)錯誤以后）；

（2）綜合結(jié)構(gòu)留洞圖（預(yù)埋套管圖）；

（3）碰撞檢查偵錯報告和建議改進方案。

由上述內(nèi)容，我們可以大體了解BIM的相關(guān)內(nèi)容。BIM在世界很多國家已經(jīng)有比較成熟的BIM標(biāo)準(zhǔn)或者制度。BIM在中國建筑市場內(nèi)要順利發(fā)展，必須將BIM和國內(nèi)的建筑市場特色相結(jié)合，才能夠滿足國內(nèi)建筑市場的特色需求，同時BIM將會給國內(nèi)建筑業(yè)帶來一次巨大變革。

BIM應(yīng)用價值

建立以BIM應(yīng)用為載體的項目管理信息化，提升項目生產(chǎn)效率、提高建筑質(zhì)量、縮短工期、降低建造成本。具體體現(xiàn)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沖擊。建好的BIM模型可以作為二次渲染開發(fā)的模型基礎(chǔ)，大大提高了三維渲染效果的精度與效率，給業(yè)主更為直觀的宣傳介紹，提升中標(biāo)幾率。

快速算量，精度提升

BIM數(shù)據(jù)庫的創(chuàng)建，通過建立6D關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)庫，可以準(zhǔn)確快速計算工程量，提升施工預(yù)算的精度與效率。由于BIM數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)粒度達到構(gòu)件級，可以快速提供支撐項目各條線管理所需的數(shù)據(jù)信息，有效提升施工管理效率。BIM技術(shù)能自動計算工程實物量，這個屬于較傳統(tǒng)的算量軟件的功能，在國內(nèi)此項應(yīng)用案例非常多。

精確計劃，減少浪費

施工企業(yè)精細化管理很難實現(xiàn)的根本原因在于海量的工程數(shù)據(jù)，無法快速準(zhǔn)確獲取以支持資源計劃，致使經(jīng)驗主義盛行。而BIM的出現(xiàn)可以讓相關(guān)管理條線快速準(zhǔn)確地獲得工程基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，為施工企業(yè)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(huán)節(jié)的浪費，為實現(xiàn)限額領(lǐng)料、消耗控制提供技術(shù)支撐。

多算對比，有效管控

管理的支撐是數(shù)據(jù)，項目管理的基礎(chǔ)就是工程基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的管理，及時、準(zhǔn)確地獲取相關(guān)工程數(shù)據(jù)就是項目管理的核心競爭力。BIM數(shù)據(jù)庫可以實現(xiàn)任一時點上工程基礎(chǔ)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(shù)據(jù)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(biāo)，進貨分包單價有無失控等等問題，實現(xiàn)對項目成本風(fēng)險的有效管控。

虛擬施工，有效協(xié)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(xié)同，施工方、監(jiān)理方、甚至非工程行業(yè)出身的業(yè)主領(lǐng)導(dǎo)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(shù)結(jié)合施工方案、施工模擬和現(xiàn)場視頻監(jiān)，大大減少建筑質(zhì)量問題、安全問題，減少返工和整改。

碰撞檢查，減少返工

BIM最直觀的特點在于三維可視化，利用BIM的三維技術(shù)在前期可以進行碰撞檢查，優(yōu)化工程設(shè)計，減少在建筑施工階段可能存在的錯誤損失和返工的可能性，而且優(yōu)化凈空，優(yōu)化管線排布方案。最后施工人員可以利用碰撞優(yōu)化后的三維管線方案，進行施工交底、施工模擬，提高施工質(zhì)量，同時也提高了與業(yè)主溝通的能力。

沖突調(diào)用，決策支持

BIM數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)具有可計量(computable)的特點，大量工程相關(guān)的信息可以為工程提供數(shù)據(jù)后臺的巨大支撐。BIM中的項目基礎(chǔ)數(shù)據(jù)可以在各管理部門進行協(xié)同和共享，工程量信息可以根據(jù)時空維度、構(gòu)件類型等進行匯總、拆分、對比分析等，保證工程基礎(chǔ)數(shù)據(jù)及時、準(zhǔn)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(jù)。

在BIM設(shè)計階段，我們基于三維激光掃描技術(shù)獲取場景的實際數(shù)據(jù)，然后在地形和環(huán)境基礎(chǔ)上進行設(shè)計建模，使得BIM設(shè)計與真實世界無縫對接，保證后續(xù)建造施工的可行性和可靠性。三維掃描技術(shù)是一種實景復(fù)制技術(shù)，可以把現(xiàn)實場景按照1：1的比例復(fù)制到電腦中。這樣我們就有了場景內(nèi)所有物體的三維尺寸信息及物體之間的相對位置和關(guān)系。它的優(yōu)勢是：快速性、精確性、時效性。我們BIM設(shè)計具體流程如下：

設(shè)計階段BIM解決方案

1.方案設(shè)計：使用三維激光掃描技術(shù)進行前期規(guī)劃建模，使用BIM技術(shù)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(xué)性；

2.擴初設(shè)計：建筑、結(jié)構(gòu)、機電各專業(yè)建立BIM模型，利用模型信息進行能耗、結(jié)構(gòu)、聲學(xué)、熱工、日照等分析，進行各種干涉檢查和規(guī)范檢查，以及進行工程量統(tǒng)計；

3.施工圖：各種平面、立面、剖面圖紙和統(tǒng)計報表都從BIM模型中得到；

4.設(shè)計協(xié)同：設(shè)計有上十個甚至幾十個專業(yè)需要協(xié)調(diào)，包括設(shè)計計劃、互提資料、校對審核、版本控制等；

5.設(shè)計工作重心前移：目前設(shè)計師50%以上的工作量用在施工圖階段，以至于設(shè)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(shè)計師把主要工作放到方案和擴初階段，恢復(fù)設(shè)計師的本來面目。