BIM技術在建筑工程中的應用探索

趙高仲

云南建工第二建設有限公司

摘要：隨著建設項目復雜性的不斷加大、智能化程度的不斷提升，建筑業(yè)對綠色環(huán)保、高效生產(chǎn)組織模式、精益化管理需求的日益增加，建筑行業(yè)需要用新的管理模式和新技術來提升設計建造水平，需要在城市建設服務模式和支撐技術上進行創(chuàng)新，以改變行業(yè)勞動生產(chǎn)率低、利潤低，規(guī)劃設計施工等建設過程各階段孤立存在，只關注施工階段的成本，不關注系統(tǒng)成本（設計階段、運營維護成本）等的現(xiàn)狀，而通過BIM技術進行項目全壽命周期的價值管理，推動各參與方由單一（階段性）工作模式向協(xié)同工作模式的發(fā)展，即可以實現(xiàn)上述任務目標。筆者通過公司正在推行的某科研辦公樓BIM技術的應用結(jié)合自身對BIM技術的思考，分別從現(xiàn)狀分析、基本應用（3D動畫模擬技術）、項目協(xié)調(diào)綜合管控、項目系統(tǒng)綜合集成管控、優(yōu)秀項目管理團隊打造、施工現(xiàn)場整合管理、通過BIM技術追推建筑工業(yè)化和自動化、通過BIM技術打通建筑產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)等方面來逐層描述BIM技術的開發(fā)應用。

關鍵詞：BIM技術；建筑工程；應用；探索

一、建筑業(yè)建造特點現(xiàn)狀分析

由于受建筑業(yè)的個體差異性和建造特殊性、一次性等特點的限制，建筑建造規(guī)劃設計施工等建設過程各階段銜接不緊密、各參與方工作聯(lián)動協(xié)同差、只關注階段（環(huán)節(jié)）成本而不關注系統(tǒng)成本（運營維護成本）等現(xiàn)象普遍，行業(yè)技術管理水平不高、勞動生產(chǎn)率低、利潤率低、工業(yè)化進程緩慢。為解決上述主要問題，必須構(gòu)建高效的生產(chǎn)組織模式，用全新的管理模式和新技術來提升建筑建造水平，強化全過程系統(tǒng)、協(xié)同管理。為此，工程建設行業(yè)的專家們開始研究包括工程建造管理、設計、工程總承包、一體化項目實施、精益建造等系統(tǒng)管控模式及技術，這些技術和方法中的BIM（建筑信息模型）即是可以提供系統(tǒng)解決方案的路徑之一。

二、BIM技術的定義

BIM指建筑信息模型（Building Information Molding），主要源于制造行業(yè)集CAD、CAM于一體的計算機集成制造系統(tǒng) 理念和基于產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理PDM與STEP標準的產(chǎn)品信息模型。它是以數(shù)字技術為基礎，集成了建筑、項目各種相關信息的工程數(shù)據(jù)模型，是對工程項目設施實體和功能特性的數(shù)字化表達，實體模型內(nèi)不僅有三維幾何形狀信息，還包括如建筑構(gòu)件的材料、重量、價格和進度等信息，因而可以模擬真實建造的行為活動的過程。

三、建筑業(yè)BIM技術應用總體思路

筆者通過BIM技術在某科研綜合樓項目上的應用，來全面提煉、總結(jié)BIM技術在應用的解決方案，歸納起來，BIM技術的應用包括如下幾方面：

一是面向業(yè)主的BIM管理模式：業(yè)主是項目建設的主導者，其必須關注全生命周期的管理，在項目建設初期即應建立項目協(xié)同管理體系，確保各參與方在其統(tǒng)一領導下推進；

二是面向施工企業(yè)的BIM管理模式：該階段重點關注施工工序及工藝模擬操作、進度模擬管控、現(xiàn)場質(zhì)量安全文明施工模擬管控及造價管理等；

三是面向運維階段：包括建筑物及設備設施、構(gòu)建的空間管理、消防系統(tǒng)管理、智能門禁系統(tǒng)管理、車庫系統(tǒng)管理等。

基于上述幾個階段的管理，BIM系統(tǒng)其實是通過計算機硬件配置及項目設計軟件、質(zhì)量安全進度成本管理軟件等的開發(fā)及現(xiàn)場視頻監(jiān)控、視頻會議系統(tǒng)等的集成及綜合應用的過程，但這個過程必須建立在建設各階段、參與各方任務目標明晰、權責清晰、流程暢通、標準明確的基礎之上。

四、建筑業(yè)BIM技術應用各階段（層次）的主要內(nèi)容

BIM技術的應用不是一次到位，而是必須根據(jù)各方需要分步實施，以價值最大化為核心追求，選擇項目建設中的重點、難點、關鍵點首先應用，并在此基礎上逐步擴大應用范圍。

（一）第一階段：通過BIM進行基本3D技術轉(zhuǎn)換及應用

1、BIM技術在設計階段的應用：

當前，施工圖紙只能以平、立、剖、大樣等形式反應，其只能通過以線條、圓弧、文字等形式表述，并通過人的空間想象把不同元素的空間關系想象出來，電腦無法自動識別，這給專業(yè)之間的協(xié)同造成了極大障礙，專業(yè)之間在設計階段無法進行準確有效的協(xié)同，管理、技術及施工操作人員之間只能通過龐大復雜的圖紙、規(guī)范進行解讀，很多問題往往要到施工時才能發(fā)現(xiàn)，給設計、施工帶來大量過程修改設計、窩工等現(xiàn)象，嚴重影響項目進度的同時極大地增加了工程造價及施工成本。而通過BIM技術提供的是建筑物精確的空間關系和數(shù)據(jù)模型，從而能夠真實表達設計意圖并能有效地指導施工。BIM技術在設計方面的應用包括如下工作步驟及內(nèi)容：BIM數(shù)據(jù)管理平臺、BIM建模標準制訂、可視化設計、協(xié)同設計、綠色設計（節(jié)能）、三維管線綜合設計、投資估算等；

圖1 某項目三維管線可視化、協(xié)同綜合設計圖

圖2 某項目綠色設計（陽光照射圖）

圖3 某建筑綜合管線設計圖

圖4 某項目防火卷簾與結(jié)構(gòu)梁碰撞檢查圖

圖5 某項目梁和墻體錯位檢查圖

2、施工階段的應用：招投標方案設計、技術交底、施工現(xiàn)場管理、碰撞檢查、管線綜合、數(shù)字化構(gòu)建加工、重點工藝工序模擬、工程量計算統(tǒng)計、施工方案驗證、4D施工模擬等。還包括知識庫的建立：即可以利用BIM技術進行工藝模塊施工模擬動畫建立，并儲存于知識庫內(nèi)進行固化，以便施工班組技術交底時選用。

圖6 某項目現(xiàn)場布置及管理圖

圖7 某項目計劃進度與模型模擬圖

3、運營維護階段的應用：設施管理、空間及資產(chǎn)管理、建筑能耗監(jiān)測分析、應急預案優(yōu)化、資料管理等。

（二）第二階段：通過BIM進行項目建設期的綜合協(xié)調(diào)及管控

綜合協(xié)調(diào)及管控就是將基于模型的工作融入到項目各參與方、管理工作流程本身，讓各方通過事先的BIM動畫模擬進行工作銜接及協(xié)調(diào)，將設計問題、管理協(xié)作及協(xié)調(diào)問題、施工工序問題等進行事先統(tǒng)籌策劃及部署，既可以減少設計變更，也可以進行施工方案優(yōu)化，并能夠較為充分展現(xiàn)各工序、各施工環(huán)節(jié)的工作交接點，提高項目管控效率和效益。

（三）第三階段：通過BIM系統(tǒng)對項目進行綜合集成管控

項目施工管理的所有活動都和時間、空間相關聯(lián)，其包括設備、材料進場的搬運行進路線、塔吊等設備的操作空間、施工流程及操作工藝流程、材料的現(xiàn)場堆放、人員的主要集中活動及操作空間等等，這些都是隨著項目進度而變化的，需要通過BIM技術以項目進度為主線進行自動的資源配置。同時，現(xiàn)場所有的施工動線分析、建筑結(jié)構(gòu)及管線的碰撞檢查、施工方案設計也都和時間有關，這就要求利用BIM技術來進行時間、空間的集成，從宏觀模擬集成管控方面：把BIM模型和進度計劃軟件的數(shù)據(jù)進行集成，使管理者利用三維的直觀優(yōu)勢，可以按月、旬、周、天對比項目計劃進度與實際進度的差異，并根據(jù)現(xiàn)場情況進行實時調(diào)整，同時可以通過多方案比較出最佳施工方案；從微觀模擬管控方面：把BIM模型和施工方案利用虛擬環(huán)境作數(shù)據(jù)集成，便可以在虛擬環(huán)境中作施工模擬，對項目的重點或難點部分進行全面的可施工性模擬以及安全、施工空間、對環(huán)境影響等等分析，以優(yōu)化施工方案；同時，將BIM模型、施工計劃和工程量造價管理集成于一體，可以實現(xiàn)建筑業(yè)的庫存及限額領料管控，還可以將現(xiàn)場施工管理及操作人員均通過出入門禁卡讀取進出場人員信息，對現(xiàn)場人員考勤等進行統(tǒng)計管理，可以通過識別現(xiàn)場重大危險源及其控制情況，進行危險源建檔、排查管理等。

（四）第四階段：通過BIM技術構(gòu)建高績效項目團隊

隨著建筑項目規(guī)模及功能的復雜程度越來越高，一個項目往往要通過多個專業(yè)承包商和分包商才能完成，要實現(xiàn)項目各項任務目標，這就必須通過建立并打造高績效管理團隊來實現(xiàn)，這就需要通過建立BIM團隊來構(gòu)建協(xié)同型工作團隊，BIM團隊、BIM技術必須為項目所有參與方服務，為項目建設各參與方均實現(xiàn)價值最大化，這就需要將優(yōu)秀的項目團隊和優(yōu)秀的BIM團隊高度融合在一起，實現(xiàn)項目管理的高績效。

（五）第五階段：通過BIM技術整合施工現(xiàn)場管理

BIM應用的整合施工現(xiàn)場管理實際上就是整合虛和實，用BIM模型的虛擬建筑與實際的施工現(xiàn)場或運營管理現(xiàn)場相整合，讓現(xiàn)場人員按照實際建筑物模樣的BIM模型去理解現(xiàn)場并實施操作，而不是根據(jù)抽象的圖紙，經(jīng)過現(xiàn)場人員理解翻譯以后的腦袋里的三維空間去處理。BIM技術對施工現(xiàn)場的整合管理應用主要包括現(xiàn)場管理及操作指導、現(xiàn)場存在問題校驗和現(xiàn)場管理及操作跟蹤幾方面?，F(xiàn)場管理及操作指導是以BIM模型和3D施工圖代替?zhèn)鹘y(tǒng)施工圖紙指導現(xiàn)場施工，避免現(xiàn)場人員由于誤解圖紙導致施工環(huán)節(jié)出錯；通過BIM模型對施工現(xiàn)場進行校驗，可以將存在問題通過校驗提前在錯誤剛發(fā)生的時即發(fā)現(xiàn)并改正，避免造成更大的損失；現(xiàn)場管控跟蹤是利用移動通訊、遠程視頻監(jiān)控、GPS、激光掃描、RFID、互聯(lián)網(wǎng)等技術與BIM模型進行集成整合，以指導、記錄、跟蹤、分析作業(yè)現(xiàn)場的各類活動，保證施工不出現(xiàn)重大失誤以外，同時也為項目運營維護采集了準確、直觀的BIM數(shù)據(jù)庫。把BIM模型和施工或運營管理現(xiàn)場的需求整合起來，再結(jié)合互聯(lián)網(wǎng)、移動通訊、RFID等技術，形成BIM對現(xiàn)場活動的最大支持。

（六）第六階段：通過BIM技術助推建筑工業(yè)化和自動化

工程建設項目本身就是工業(yè)化制造和現(xiàn)場施工組裝相結(jié)合的產(chǎn)物，提高建筑工業(yè)化水平在建設項目中的應用是建筑業(yè)工業(yè)化的發(fā)展方向和目標，建筑工業(yè)化建造雖然有很多現(xiàn)場建造部具備的好處，但是對技術和管理的要求也要高得多，其工藝及工作流程、工作環(huán)節(jié)也比現(xiàn)場施工要復雜得多，工業(yè)化建造一般要經(jīng)過設計、工廠制作、運輸、現(xiàn)場吊裝、裝配等主要環(huán)節(jié)，對構(gòu)建的要求較高，只要其中任何一個環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題都會導致工期延誤和成本上升，因此，應用BIM技術進行能夠?qū)⒐I(yè)化與自動化結(jié)合起來。但是，缺少類似制造業(yè)PDM系統(tǒng)這樣的信息創(chuàng)建、管理、共享系統(tǒng)在整體由營運到施工、設計簽發(fā)生產(chǎn)計劃上提供全面信息管理是其中的一個最關鍵因素，要實現(xiàn)工業(yè)化，就必須由BIM信息技術主導才能把市場的需求快速轉(zhuǎn)變成能讓工廠生產(chǎn)的數(shù)據(jù)。但工業(yè)化建造的設計和現(xiàn)場施工的設計是有區(qū)別的，傳統(tǒng)CAD設計工具和施工圖設計方法的精度和詳細程度很難滿足要求，再加上設計、制造、物流、安裝之間信息和實物流轉(zhuǎn)的需要，出錯的概率就更大。利用BIM應用為建筑業(yè)工業(yè)化不但解決了信息創(chuàng)建、管理、傳遞的問題，而且BIM模型、三維圖紙、裝配模擬、采購制造運輸存放安裝的全程跟蹤等手段為工業(yè)化建造方法的普及也奠定了堅實的基礎。與此同時，工業(yè)化還為自動化生產(chǎn)加工奠定了基礎，自動化不但能夠提高產(chǎn)品質(zhì)量和效率，而且對于復雜形體，利用BIM模型數(shù)據(jù)和數(shù)控機床的自動集成，還能完成通過傳統(tǒng)流程很難完成的工作。

（七）第七階段：BIM技術將建筑產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)有機聯(lián)系起來

建設項目產(chǎn)業(yè)鏈包括業(yè)主、監(jiān)理、勘察、設計、施工、勞務、材料、機械、輔料等眾多參與方，通過產(chǎn)業(yè)鏈的聯(lián)通，可以實現(xiàn)各合作方的信息共享，從而達到各方易于快速準確理解、不會產(chǎn)生歧義、易于協(xié)調(diào)一致和易于自動統(tǒng)計分析模擬、不用重復輸入信息數(shù)據(jù)等。建筑物的各系統(tǒng)有機電設備，其安裝除了需要適當?shù)目臻g、溫度、濕度、荷載等，還有大量的安裝、交接、操作、維修保養(yǎng)、故障處理等手冊和記錄需要保存供隨時查用，要建立運營BIM模型，必須有設備材料供應商提供設備的BIM模型，并通過設備二維碼進行身份信息采集儲存及運維管理識別，可以及時、準確及發(fā)現(xiàn)并排除設備設施故障。

總之，BIM技術的應用需要通過各方在夯實前期基礎管理的前提下逐步去實現(xiàn)各階段所需的功能，這就要求企業(yè)必須實現(xiàn)選定一個項目，通過構(gòu)建以BIM咨詢專家主導、有設計、計算機及信息技術、施工技術、項目管理、采購、造價等各類專業(yè)技術人員參加的團隊，從建立數(shù)據(jù)平臺、建模、建標準、模擬施工、過程管控等全面策劃、指導實施，才能將BIM技術有效應用于工程建設中。