BIM技术在既有建筑改造中的应用

改扩建工程RECONSTRUCTION&EXPANSION PROJECT

BIM技术在既有建筑改造中的应用

李芬

上海建筑装饰工程集团有限公司上海200072

摘要：结合工程实际，分别从方案阶段、施工阶段和运维阶段出发，介绍了BIM技术在既有建筑改造中的应用。BIM技术的应用极大地提升了现有建筑改造的施工技术水平，对处理既有建筑改造中所面临的问题具有一定的参考价值。

关键词：既有建筑改造；BIM技术；3D扫描；绿色化施工

中图分类号：TU746文献标志码：A文章编号：1004-1001(2019)07-1313-04DOI：10.ki.jzsg.2019.07.042 Application of BIM Technology to Existing Buildings Renovation

LI Fen

Shanghai Building Decoration Engineering Group Co.,Ltd.,Shanghai200072,China

Abstract:Combining with the actual project,the applicati o n of BIM tech n o l ogy in the reno v ation of existing buildi n gs is introduced from the aspects of scheme stage,construction stage,and operation and maintenanee stage.The application of BIM tech n o l ogy greatly improves the con s tructi o n tech n o l ogy level of existing building「eno v ation,and has a certai n reference value for dealing with the problems faced in existing building renovation.

Keywords:existing building reno v ati o n;BIM tech n o l ogy;3D sea n ning;gree n construction

当前我国正处于城镇化快速发展阶段，城镇建设逐步由“新建建筑”转变为"新建建筑”与“既有建筑改造”并重，既有建筑改造工作成为我国城镇化发展的一项重要任务。在城市快速发展过程中，城市更新作为城市改造、再生和复兴的重要手段，将被更多地方政府及专业技术人员关注。

BIM作为全国建筑业发展推广的新技术，在既有建筑改造中也将逐步发挥其可视化、模拟化等特点，有效提高工作效率、节省资源、降低成本，以实现既有建筑改造的可持续发展。本文通过工程实例，对BIM技术在改造项目中的运用进行了详细的介绍，为今后相关项目予以参考。

1工程实例

1.1项目背景

背景项目(图1)坐落于上海市杨浦区黄兴路221号老工业基地内，“大众创业、万众创新”是催生经济社会发展的新动力，是必然选择和创新潮流，具有重要的理论和现实意义。该项目方响应国家号召，率先启动转型升级，将钢铁厂闲置近30年的车间升级改造成"互联网创业园

基金项目：上诲•审科技发展研丸资助项可

(17DZ1200304)o

作者简介：4芬(1984—)，女，硕士，高级工程卯。

通信地址：上诲•市欝姿区永和路318弄3号揍(200072)o

电子叩编：I i_f01©

收犒日期：2019-04-16区”。整个产业园区总建筑面积120000m2，由2*、3\4*楼、N1〜N4系列楼建筑群组成，原建筑体系有钢框架结构体系和钢筋混凝土框架体系，最大建筑标高25.05m。本项目BIM运用贯穿整个施工过程，包括前期改造方案阶段、设计深化阶段、施工阶段和运维阶段。

(a)改造前(b)改造后

图1项目改造前后

1.2BIM在改造方案阶段的运用

既有建筑改造受众多条件限制，如场地状况、周围环境特征等，因此改造后的效果与周围环境的协调匹配程度上存在一些不确定因素。通过BIM可视化对整个改造项目进行可视化模拟，例如：内廊立面釆用廊型拱门，将镂空与多色彩搭配等元素融合，既完美地融入于周围老上海石库门环境风格中，又勾勒展示出改造建筑物与周围环境相结合的和谐之美。对本工程连廊结构类型及材质进行可视化模拟，并最终通过3D打印出整体改造后的建筑效果模型(图2、图3)。

同时在方案阶段，通过BIM参数化，将外幕墙的主龙骨截面高宽值W、H设置成可调节参数，通过模型导出

建筑施工•第41卷•第7期

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图2廊型拱门、连廊的BIM 方案模型

图6最终改造设计方案

图3 3D 整体打印模型

Excel 表格，通过更改Excel 表格的数据，可以逆向批量更

改模型，以达到快速更改模型的效果，节约了方案的更改

时间。

在设计方案阶段，通过BIM 进行建模与可视化模拟，

在很多方面都体现得淋漓尽致。图4为原某部位改造前局部照片，由于生活需要对其进行改造，增加门厅及雨篷。同

时尽量保持改造方案与原建筑具有较好的协调与统一，通

过BIM 模拟可以直观体现改造后的门厅设计方案及所釆用的材质颜色是否与原建筑环境协调与匹配。图5为改造设

计方案：将侧面固定玻璃拆除，改造成铝合金门，同时新

增门厅台阶，门厅上端设置点式玻璃雨篷，雨篷钢架采用常规深灰色氟碳喷涂，通过模拟后的效果图可以查看改造方案与原建筑的匹配融合程度。图6将改造方案更加融入

周围环境，在门厅右侧同时增加铝板包柱，保持包柱左右对称；点式雨篷钢架氟碳喷涂颜色及铝合金推拉门颜色设

置为与正面格栅装饰条颜色相近的香槟色。通过BIM 可视化，在原改造建筑的基础上进行虚拟建造模拟，实时更改

材质颜色，寻求与原建筑相匹配的最佳设计方案

图4原某部位改造前局部图5改造设计方案

本项目在外幕墙方案阶段实现了改造项目双层幕墙-空气交换BIM 可视化的模拟（图7）。原建筑玻璃为单层玻璃幕墙，建筑能耗较高，已不满足当前需求。在不改动原幕

墙的基础上，通过添加内层幕墙系统，利用通风设备形成

呼吸式双层幕墙，从而显著提高了建筑节能效果。呼吸式幕墙夏季隔热可视化模拟（图8）：夏季在太阳照射下，双层幕墙内部空气被加热，被加热的空气形成向上运动趋

势，将设计的通风设备打开，主动抽出被加热的空气，此

时双层幕墙通道内因负压形成进风口。利用空调的送风余量，对双层幕墙内部进行空气补充，气流不断运动从而带

走热空气，降低室内温度，提高室内舒适度。呼吸式幕墙冬季保温可视化模拟（图9）：冬季在太阳的照射下，双层

幕墙内部空气同样被加热而形成向上运动的趋势，这时关

闭通风口，双层幕墙通道内空气不流通，被加热的空气热

量通过底部预留进风口不断向室内渗透进行热交换，从而

提高室内温度，提高舒适度。通过BIM 进行呼吸式幕墙空气交换可视化模拟，形象生动地阐述了节能改造方案的技

术特点。

图7双层幕墙-空气交换

图8呼吸式幕墙夏季隔热

BIM 可视化的模拟

可视化模拟

图9呼吸式幕墙冬季保温可视化模拟

1.3 BIM 在改造施工阶段的运用

1.3.1助力既有建筑模型测绘

本项目属于建造年代久远的既有建筑，在没有施工

图纸的前提下，对异形构件种类多、结构空间跨度大的部

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2019 • 7 • Building

Construction

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位，传统测量方法精度无法保证。同时为了保证后期项目改造和现场实际结构相符合，通过三维扫描方法，以获取既有建筑点云数据，该点云数据可以支持多种格式的输出，兼容多款BIM软件，例如dxf、dwg、igs、xyz等。对于大型建筑物的扫描往往需要进行多个站点不同位置的扫描，将各个站点扫描后的点云数据进行拼接合并形成完整的点云模型。根据得到的点云文件进行逆向建模，从而精准地还原建筑形态。通过CATIA的知识工程阵列，可以将CG人物点云阵列成曲面模型，并保持阵列后的模型具有参数化调节功能。未来随着点云扫描技术的升级与BIM技术的不断发展，三维扫描与BIM技术的结合必将成为改造既有建筑高效、便捷的方法。

1.3.2助力幕墙面积算量，精确控制成本

在建筑幕墙建造实施过程中，幕墙面积数量往往是一个变化值，贯穿整个全生命周期过程。如果仅为统计幕墙面积数量，建立LOD200精度的模型即可。然而传统根据2D图纸手工算量，对于一些平面难以表达的位置，其算量的结果往往存在一定的主观人为因素，从而导致算量结果不够精确。同时对于一个工程而言，一个工程的算量工作贯穿投标、施工、结算等不同阶段，每个阶段如果都从零开始将项目整体算量一遍，无疑会造成多余的重复劳动。因此从整个全生命周期来算，通过建模算量所投入

的人工并不一定比手工算量所投入的人工多。本项目通过BIM模型作为算量平台，通过自定义程序，提取已建立模型的面积、长度、数量等信息，进行自动化精确的算量：同时通过BIM建模算量能直观显示已算量内容，直观地发现是否有漏算及多算部位存在；模型在建模过程中记录对应的模型信息，图纸变更仅对模型变更内容进行修改，因此建立的BIM模型保持信息的可追溯性，可以贯穿运用到整个投标、施工及结算全生命周期过程中。避免不同阶段手工多次重复算量，降低算量误差。

1.3.3助力幕墙材料统计及加工图绘制

本项目通过知识工程阵列批量阵列龙骨、挂件模型，只需通过上下2条简单的点位线，通过函数语言编辑器，将事先制作好的一个标准零件作为超机副本批量阵列复制模型，从而提高建模效率，同时一个标准零件可以参数化自适应相同类型不同尺寸模型。在批量完成后的阵列模型中，立柱、横梁、挂件都可以添加对应的修改参数，实现参数化更改模型。施工阶段在统计面积的面层模型基础上，深化建立龙骨及配件模型，通过模型统计材料，可以有效避免材料错订及多订，节约工程成本。

施工中，不同规格幕墙的面板尺寸相近但又不完全一样，因此需要对每块幕墙面板进行胶缝的扣减，以提取面板的加工净尺寸。同时为区分面板类别及安装方向，需标记面板的编号及安装方向。通过BIM可视化编程，可实现批量对模型进行扣缝、编号和尺寸标注（图10），再配合通用的加工图，注释面板型号及规格，形成面板加工订单。编制完成的程序可自定义打包发布在以后的工程中重复使用，有效节约劳动时间，保证了运算结果的准确性。

图10BIM可视化编程实现批量标注

1.3.4利用BIM进行曲面优化

本项目中一些异形的造型设计，只根据平面图纸很难进行现场施工放样。这就需要用到BIM技术对异形造型进行三维建模，通过建立的三维模型可以更直观地了解图纸所表达的意图。同时可以辅助现场施工：一是可以让现场施工人员更直观地理解改造后的最终造型；二是可以从模型中提取必要的数据进行定位放样，指导现场施工放样。双曲的幕墙面板由于生产工艺差别，相比圆柱体单曲面板造价要高很多，通过BIM提取原双曲模型关键角点，再通过自定义程序自动求解出与已知角点最接近的圆柱体单曲模型，将优化后的单曲模型与之前的双曲模型进行对比，通过测量单双曲前后角点阶差值（图11），从而判断双曲模型是否在满足外观条件的前提下，具备可优化的可能性。通过单曲优化以达到节约工程造价的目的。

图11曲面优化

1.3.5三维扫描结合BIM建模下单

空间上的曲面模型，在既有龙骨及标准板面板已经做

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完的情况下，需要测绘转角处收口板的形状。平面标准板

仅有长度数值可以手工测量。但对于转角处，为一块板折叠成形，包含长度数值的同时还包含折边角度数值，角度

数值相对较难测量。其次既有龙骨与面板需放样出固定的距离才是面板的尺寸，因此传统手工测量方法很难解决类

似问题。通过三维扫描方法，先将既有龙骨进行扫描，可

以得到既有龙骨点云模型（图12），通过BIM 工具，准确

绘制龙骨模型，再偏移固定距离绘制面板中心尺寸，将中心模型扣除胶缝尺寸从而得到最终的面板加工净尺寸。通

过软件三维旋转可以查看新旧模型之间的匹配程度，因此