BIM技術在建筑工程全生命周期的應用現(xiàn)狀研究

【摘要】迅速發(fā)展的建筑信息模型（BIM），已經(jīng)滲入到建筑行業(yè)的各個領域，以BIM技術為主題的研究數(shù)不勝數(shù)。本文以中國知網(wǎng)（CNKI）為依托，隨機考察了近6年100篇有關BIM在建筑工程項目中應用的期刊文獻，其中有36篇重點論述了建筑項目全生命周期各個階段（設計階段、施工階段、運營維護階段）的應用，將36篇文獻按照各個階段進行分類，并針對BIM技術在每個階段的研究現(xiàn)狀，得出了BIM在應用過程中主要存在的問題以及相應的解決方法，同時對尚存亟需解決的問題做出了進一步的歸納。本研究意在為BIM在建筑全生命周期中的應用提供理論依據(jù)與技術支撐。

【關鍵詞】BIM技術；建筑工程項目；全生命周期

【中圖分類號】TU17

【文獻標識碼】A

1 引言

現(xiàn)階段，BIM技術對建筑工程的影響越來越大，業(yè)主、設計單位、施工單位、供應商等多個利益相關方都開始思考如何應用BIM技術來滿足行業(yè)的發(fā)展需求，這些需求主要集中在方案設計、施工管理及項目精細化管理上[ ]。建筑項目全生命周期包括設計階段、施工階段和運營維護階段。國外已有BIM在建筑全生命周期各個階段中的應用研究，國內BIM技術的引進和發(fā)展已有16年的歷史，但相對于BIM技術巨大的應用前景來說，其研究與應用還處于初級階段。

另外，國內BIM技術的應用集中在設計和施工階段，運維階段相對較少。目前，雖然針對不同階段取得了一些研究成果，但是還有相當多的難題亟待解決，其中也包括BIM軟件在本土化的過程中存在的一些問題。本文以中國知網(wǎng)（CNKI）為依托，隨機考察了2011年-2016年100篇有關BIM在建筑工程項目中應用的期刊文獻，共有42篇文獻與BIM技術在建設項目全生命周期中的應用相關，其中36篇重點論述建筑項目全生命周期各個階段的應用，其余64篇則是涉及建筑工程的其他方面。將36篇文獻按照各個階段進行分類，各個階段文獻數(shù)量如圖1所示，可見現(xiàn)階段關于BIM技術的應用研究成果主要集中在設計階段和施工階段。接著針對BIM技術在每個階段的應用情況，得出了BIM在應用過程中主要存在的問題以及相應的解決方法，同時對尚存亟需解決的問題做出了進一步的歸納。本研究意在為BIM在建筑全生命周期中的應用提供理論依據(jù)與技術支撐。

2 設計階段

建筑工程設計包括建筑設計、結構設計、機電設備設計等，并分別由建筑師、結構工程師、設備工程師完成。施工現(xiàn)場進行設計圖紙匯總時，不同專業(yè)之間的設計沖突問題頻繁發(fā)生，從而導致成本超支、進度拖延及質量缺陷等[ ]。 BIM系統(tǒng)具有強大的信息綜合協(xié)同能力，在設計階段應用BIM技術，可以有效地減少“設計問題，施工補救”現(xiàn)象的發(fā)生。

表1中設計階段的18篇期刊文獻，主要涉及BIM3D協(xié)同設計研究，BIM與國內設計軟件鏈接，鋼結構設計軟件Tekla BIM應用等內容，具體分類如表1所示：

2.1 BIM3D協(xié)同設計

協(xié)同設計（Computer Support Cooperative De-sign）是指在計算機網(wǎng)絡支持的環(huán)境下，由多成員共同完成一項設計任務的協(xié)同工作系統(tǒng)[ ]。協(xié)同設計以BIM技術系統(tǒng)為支撐，有效地加強設計者之間的交流合作，是建筑設計業(yè)的發(fā)展趨勢。王勇等通過分析BIM協(xié)同設計中的用戶管理、模型管理、用戶通訊等關鍵技術問題，構建起基于網(wǎng)絡的工程協(xié)同設計環(huán)境[ ]。陳杰等將云計算技術與BIM集成應用于建筑工程協(xié)同設計，構建了一個基于Could-BIM的協(xié)同設計平臺[2]。許蓁通過分析處理協(xié)同設計過程中產(chǎn)生的反饋信息，將“反饋-優(yōu)化”機制固定到設計流程中，有效地提高了設計的質量[ ]。

目前，只對基于Could-BIM的協(xié)同設計平臺部分功能進行了測試，未來的研究重點還需進一步探索本協(xié)同設計平臺的有效性。另外，我們應該看到，三維數(shù)字模型作為協(xié)同設計平臺的基礎，其在各功能軟件間的互操作性還需要更深入的研究[2]。

2.2 BIM與國內設計軟件鏈接

BIM軟件格式不能跟國內軟件通用，與PKPM、盈建科等結構設計軟件間沒有統(tǒng)一的數(shù)據(jù)接口，建筑信息不能有效傳遞。王曉彤等將 CAD作為 Revit Structure 和 PKPM 的橋梁，把Revit Structure 中的物理模型導入 PKPM 中進行結構計算[ ]。孫紅三等針對DeST軟件的發(fā)展，開發(fā)了該軟件的gbXML接口、完成了軟件BIM能力的提升[ ]。

但是，以上兩種方法，在導入信息過程中會有部分缺失，轉換效率不高，接口工作仍需要進一步的完善，同時軟件智能功能仍有待改進和開發(fā)。

2.3鋼結構設計軟件Tekla BIM應用

國內的鋼結構設計軟件功能遠遠不能滿足鋼構生產(chǎn)廠家深化圖紙的需求，多數(shù)中小企業(yè)需要進一步設計才能直接用于車間生產(chǎn)。于海艷等指出國內一些標準低機械式的軟件不能滿足設計，Tekla Structure在我國大型鋼結構項目的應用將會愈加明顯[ ]。陳曉蓉等將TeklaBIM和傳統(tǒng)BIM進行具體分析對比，指出TekIaBIM對于業(yè)主來說具有強勁的發(fā)展?jié)摿Γ彩墙窈蠼ㄖI(yè)發(fā)展方向[ ]。夏海兵簡要介紹了上海城建集團在PC深化設計中使用Tekla Structure軟件的情況，指出Tekla BIM建筑行業(yè)的應用前期非常廣闊[ ]。

但是，Tekla BIM的4D（3D+時間）和5D（3D+時間+成本）模型功能有一定的缺陷，異形構件配筋功能不夠完善、圖紙中尺寸標注的不夠智能化[10]。這需要Tekla公司能夠不斷改進軟件功能，帶給我們更加美好的用戶體驗。

另外，曾雯琳等基于Revit二次開發(fā)技術，提出了一種將DfS規(guī)則轉化為Revit能識別的計算機語言，高效識別施工安全風險[ ]。胡振中等利用BlM技術實現(xiàn)了支架半自動設計、管道輔助劃分和管組智能拼裝[ ]。孫曉峰等分別論述CAAD各發(fā)展階段技術特征，客觀地認識了當前BIM和參數(shù)化設計發(fā)展存在的問題[ ]。

3 施工階段

建筑工程項目過程復雜，設計變更和施工返工現(xiàn)象普遍存在，導致成本增加。在這種情況下，利用BIM技術能夠詳細展現(xiàn)工程三維信息，在施工前對設計和施工方案進行檢驗，降低了返工率。

3.1 虛擬施工

虛擬施工技術能夠更好地對施工過程進行動態(tài)模擬與渲染，預先檢測施工過程中可能存在的問題，進而提高施工效率。任琦鵬等對虛擬施工場地進行合理地劃分與組織，完成了不同規(guī)模場景中施工過程的高效動態(tài)模擬與分析[14]。胡蕓根據(jù)工作實踐提出了BIM虛擬施工技術的應用優(yōu)勢以及實際的應用程序和技術要點[15]。

3.2碰撞檢查

根據(jù)設計施工圖紙，建立BIM3D模型，可以對建筑工程項目進行碰撞檢測，同時生成碰撞檢測報告，提前解決施工過程中可能出現(xiàn)的碰撞問題，減少工程返工。楊士玨等以龍信老年賓館工程為例，利用BIM進行了各專業(yè)信息間的碰撞檢查[16]。

3.3 4D-BIM施工仿真

4D施工仿真技術就是將BIM三維核心模型與施工進度計劃進行匹配，賦予模型的每個構件具體的時間進度參數(shù)，實現(xiàn)三維建筑模型與施工進度的聯(lián)動，有效控制施工進度[17]。林佳瑞等在清華大學4D-BIM系統(tǒng)研究成果基礎上，建立進度計劃及資源信息與進度-資源仿真優(yōu)化模型的轉換機制，實現(xiàn)了施工進度與資源配置的均衡與優(yōu)化[18]。王仁超等建立混凝土壩工程施工信息模型，將基本信息模型同大壩進度信息、資源信息等相鏈接提出了大壩4D信息模型[19]。

3.4 施工安全管理

建筑施工現(xiàn)場環(huán)境復雜多變，作業(yè)人員流動性大，大型機械設備作業(yè)集中。這些特點決定了建筑施工現(xiàn)場不可預測因素較多。因此，建立安全事故預防機制，提高施工現(xiàn)場安全管理水平，具有重要意義。郭紅領等結合BIM和RFID技術，建立了施工現(xiàn)場工人實時定位與安全預警系統(tǒng)模型，實時進行安全警報[20]。郭紅領等構建集成BIM和定位技術（PT）的工人不安全行為預警系統(tǒng)，實現(xiàn)了現(xiàn)場事故的預防[21]。姚佳夢等構建并優(yōu)化了三維安全標志信息模型，使施工現(xiàn)場安全標志達到合理的布置[22]。張麗麗從施工現(xiàn)場安全因素的多個方面闡述了BIM技術在施工階段安全管理體系中的應用[23]。

另外，吳厚增等建立建筑業(yè)農(nóng)民工精益管理的新觀念，使農(nóng)民工從傳統(tǒng)的自由施工狀態(tài)進入嚴謹BIM技術施工狀態(tài)[24]。張家昌等將BIM技術與FRID技術相結合，隨時追蹤和監(jiān)控預制構件的儲存和吊裝[25]。

4 運營維護階段

目前，國內外有關運維階段的BIM應用研究，總體還處于初級階段。美國美國一些大學雖然提出了運維階段信息標準，但依舊沒有統(tǒng)一標準[26]。

建筑項目運維管理周期長、涉及人員復雜，傳統(tǒng)的運維管理效率比較低下。在建筑項目的運維階段應用BIM技術，可以實現(xiàn)設計、施工和運維的信息共享，提供與完工現(xiàn)場完全吻合的竣工模型，同時建立項目的產(chǎn)品庫和建材庫，增強建筑企業(yè)的競爭優(yōu)勢。胡振中等廣泛調研文獻，從技術層面和應用層面對當前國內外BIM運維的研究和應用現(xiàn)狀進行綜述[27]。

5 結論

BIM技術在建筑項目全生命周期應用過程中，雖然針對不同階段取得了相應的研究成果，但是還有相當多的難題亟待解決。國內建筑企業(yè)對BIM技術的應用大多停留在三維建模，BIM技術在理念和商業(yè)模式上的發(fā)展還需要進一步的完善，要想使BIM技術在建筑工程項目上得到合理的應用，就需要建立統(tǒng)一的行業(yè)標準（包括分類編碼標準，BIM制圖標準，BIM施工標準等），雖然一些地方標準已經(jīng)出臺，但是沒有真正意義上指導建筑施工。但是，比起B(yǎng)IM技術巨大的發(fā)展?jié)摿Γ@些難題在不久的將來會逐一得到解決。

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