于丹丹
天津华汇工程建筑设计有限公司 天津 300384
摘要：基于分析旧建筑改造的过程与相应问题,探讨了基于三维激光扫描技术的BIM建模过程,即通过三维激光扫描获取既有建筑点云数据,导入点云处理软件进行预处理,与Revit软件对接建立既有建筑BIM模型。通过BIM技术在既有建筑改造设计中的改造前期、设计过程、性能设计等方面的应用,论证了BIM对既有建筑改造的设计阶段的设计与管理具有积极的作用。
关键词 ：BIM技术 ；建筑给排水 ；设计
前言在2012年之前,建筑行业总共用掉了6.9亿t标准煤。能够减少能源消耗的最有效的方法就是对既有建筑进行改造。BIM能够提高对项目的管理,降低项目成本,使资源被充分利用,减少资源的浪费,所以被广泛的推广使用。
一、建筑给排水设计系统要点
建筑给排水主要包括生活给水、污水处理和消防用水。现代社会生活质量显著提高，人们不断认识到给排水设计的关键性。传统的建筑给排水设计的功能已不再适用，当前，建筑给排水设计的不断发展，要求采用一定的先进技术，发展和完善施工技术，才能更好地适应当前的不断需要。在建筑给排水设计中，传统的给水方式有串联和并联两种。水箱通过蓄水满足用户用水，同时保证水压稳定，但水箱容积大，占地面积需要扩大，因此，在设计中，建筑的整体压力也会受到影响，水箱一旦被污染，很容易造成水的浪费。在建筑给排水设计过程中，通常选择耐腐蚀性较好的材料，合理设置管线长度以满足生活用水需求，这对整个排水系统至关重要，同时要规范通风管道的安装，保持一定的良好的空气流通，保持管道内压力稳定。这对提高建筑整体给排水设计水平具有重要意义。
二、三维激光扫描技术
三维激光扫描方法不仅安全性和效率高，其数据结果也更加准确、精度和密度更高、更立体，且对结果进行相关操作后可直接为 BIM 软件所使用。此外，三维激光扫描技术采用非接触式的激光测量方式，无须反射棱镜，即可采集可见目标表面点云的三维坐标信息。在目标体积过大、扫描环境恶劣、人员难以接近等特殊情况下，传统测量方法和工具无法获取较全面的已有建筑改造设计所需数据、结构等方面信息。此时，可利用三维激光扫描技术，即通过对目标建筑物的物体表面各个点开展详细的测量，进而提供物体的三维点云数据信息。不同于单点测量，三维扫描技术能够针对目标对象开展十分密集的测量，从而获取该物体大量、丰富的数据点，形成点云。在旧建筑改造设计前期，对于难以测量或者危险性较高的测量，采取三维激光扫描技术，得到精度和分辨率高的建筑物信息模型，将成为工程行业的趋势。
三、技术在既有建筑改造各阶段中的应用
3. 1 既有建筑改造前期策划
首先，在已有建筑改造前期需确定其结构稳定性和安全性、所使用材质的节能、质量等其他方面的状况，故需许多相关资料。但许多已有建筑建成时间长，原始资料缺失，材质信息较难追溯，结构信息较难获取，故资料获取较难。且在原始设计中缺少能量分析项，因此在改造前期必须全面分析原有建筑的以下内容: 旧建筑与周边环境的协调关系、旧建筑的空间环境( 包括光环境分析、风环境分析、温度湿度环境分析等) 等。BIM 技术不仅是解决能量分析 的最好技术方法之一，并且能够结合相应的结论指导旧建筑功能布局的改造设计，以及立面造型改造设计。其次，已有建筑建造初期由于缺乏长期性考虑及纸质资料保存限制，对于设计所需基本资料大多来自于实地踏勘所得。而传统的设计初期实地调研、测绘不仅耗时长，且由于缺乏动态、关联的数字化意识，误差也会很大。
而使用各种现代化方法，如三维扫描测量结合 BIM 软件，可将调研资料数字化，实现理性设计的过程，在提高资料获取工作效率、准确性的同时也能保证调研结果的客观性。BIM 技术在既有建筑改造设计前期调研中的应用过程为: 利用三维激光扫描技术测量既有建筑，将得到的三维数据及其他方面信息导入计算机，进而使用 BIM 工具进行已有建筑各项性能( 如日照、节能) 分析。基于扫描结果及历史资料可通过 BIM软件生成既有建筑改造的数据模型底图。并借助逆向工程手段生成模型，在改造过程中将设计与其进行逆向比较。该方法比传统测绘手段更加方便、快捷、准确。
3. 2 既有建筑改造设计优化
由于既有建筑改造本身的特殊性及传统设计流程和理念没有科学和系统的设计理念支撑，在过去的既有建筑改造设计过程中，设计成果甚至后期施工运营多会出现不同程度的问题。若能够在设计初期便以 BIM 技术为支撑，将既有建筑改造全生命周期内所需的参数信息输入 BIM 软件中，建立起可实时、动态、关联、一致性调整的建筑信息模型，并将其作为整个设计过程的基础性电子文件; 有准确的数据信息支撑且支持实时调整、协同设计，则可更加科学、客观地进行既有建筑改造设计。
1) 在已有建筑改造设计的建筑信息模型的基础上，利用 BIM 系统三维立体模型的可视化优势，使业主更好地与设计方沟通、协调与修改，从而最大程度上满足需求。在设计初期尽可能将方案修改至最合适状态，不断深化、完善模型，减少后期因未达到某方面要求而需反复修改设计，增加工作量的现象。由于 BIM 所构建的模型立足于项目的全生命周期，故使用 BIM 技术进行既有建筑改造设计不仅有利于前期设计，其所构建的建筑信息模型涉及虚拟改建、功能模拟、性能分析、技术经济计算等方面，因此对于施工、运营阶段的展开都有很大贡献。
2) BIM 系统可为设计过程提供统一的标准，规范 BIM 模型中的表达方式，如现行的使用范围较广的 IFC 标准等，且提供统一的设计平台。在既有建筑改造的复杂设计过程中，不同专业的设计师可以在 BIM 设计平台上获取所需的信息，上传不同阶段的设计成果，保证不同专业、不同阶段信息的实时有效传递，避免信息丢失与信息孤岛，最大程度上保证不同专业设计师在设计不同阶段的各项协同设计。
3) 以使用 BIM 系列软件———Ｒevit 构建的模型为例，模型构建完毕后，可直接导入碰撞检测的Navisworks 软件，快捷、准确、直观发现不同专业的冲突( 如经常出现的结构和建筑、机电的冲突及水、 暖、通风与空调系统等各专业间管线、设备的冲突问题) 。设计师可根据项目实际情况及相关经验制定解决冲突的合理方案，不断深化设计，优化模型。确定该阶段的既有建筑优化建筑信息模型后，利用BIM 软件的可出图性，导出所需的二维图纸与必要的建筑模型图片。导出的结果作为后期施工过程中材料采购、加工、安装等工作的基础、指导性文件，能够很大程度上达到精益施工的要求。因此，在旧建筑改造设计的前期策划、优化设计过程中使用 BIM 工具，能够实现实时信息交流与沟通，保证协同设计的同时不断优化设计，降低变更设计工作量、深化设计，得到最终的优化模型，为既有建筑改造全生命周期构建准确的信息化模型。
结语：
通过对现有建筑改造现状的分析，确定了BIM软件能够实现更加合理的协同优化设计，并具有较强的现场仿真功能，能够更好地满足既有建筑改造设计市场的需求。利用BIM技术在设计阶段的关键技术，论述了三维激光扫描技术的测量原理、设备、扫描过程、点云数据采集与处理、Revit模型的构建过程，为既有建筑设计阶段获取建筑参数和协同设计提供了一种有效的方法，充分体现了BIM技术的优势。
参考文献：
[1]董晓梅.BIM技术在建筑给排水设计应用中的优劣性探讨[J].居舍,2019(25):13.
[2]刘丽娜,张鑫,杨嘉睿,郭鹏.BIM技术在某高层建筑给排水设计中的应用[J].低温建筑技术,2019,41(08):48-50.