BIM技術(shù)在建筑全生命周期中的應(yīng)用研究

李芬紅

摘 要：建筑工程的質(zhì)量與人們身心及財產(chǎn)安全息息相關(guān)。隨著建筑物產(chǎn)生的安全事故造成的較大社會反響，國家開始加大安全管理力度，規(guī)范建筑市場，確保建筑工程施工的安全性與可靠性。依據(jù)數(shù)據(jù)采集、傳輸、處理，利用軟件對建筑項目進(jìn)行全過程管理，實現(xiàn)建筑信息化，可以規(guī)避各類建筑問題。基于此，本文以BIM技術(shù)及其在建筑全生命周期中的實現(xiàn)過程為切入點(diǎn)，對BIM在建筑全生命周期中的應(yīng)用進(jìn)行研究。

關(guān)鍵詞：BIM；建筑工程；全生命周期

中圖分類號：TU17；TU201.5 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2095-9052（2022）03-0137-03

基金項目：浙江省建設(shè)科研項目“BIM技術(shù)在復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用研究”（2020K203）

傳統(tǒng)建筑行業(yè)高污染、高耗能的運(yùn)作模式，與國家可持續(xù)發(fā)展理念、綠色化理念相悖，國家正加大對建筑行業(yè)的規(guī)范力度，降低建筑行業(yè)產(chǎn)業(yè)化的損耗效率。建筑行業(yè)信息化依托信息技術(shù)與建筑工藝、工序的整合，實現(xiàn)以科學(xué)技術(shù)為驅(qū)動的優(yōu)化及完善，規(guī)避建筑大環(huán)境發(fā)展與建筑企業(yè)的對沖問題，為建筑設(shè)計及施工提供全過程的數(shù)據(jù)支撐。基于BIM技術(shù)對建筑全生命周期進(jìn)行管理，充分利用信息技術(shù)、模擬技術(shù)，將建筑設(shè)計參數(shù)進(jìn)行立體化、可視化闡述，精準(zhǔn)分析各項施工專業(yè)、施工技術(shù)、施工工藝應(yīng)當(dāng)遵循的基準(zhǔn)指標(biāo)，實現(xiàn)建筑全域化的協(xié)同處理，避免出現(xiàn)施工碰撞問題，強(qiáng)化工程建設(shè)質(zhì)量。

一、BIM技術(shù)及其在建筑全生命周期中的實現(xiàn)過程

（一）BIM技術(shù)

建筑信息模型（BIM）是以數(shù)據(jù)模型為信息集成體，以模型為核心體，對建筑項目中的各項數(shù)據(jù)信息進(jìn)行表達(dá)與呈現(xiàn)，讓工作人員明晰工程項目推進(jìn)中的各項數(shù)據(jù)參數(shù)[1]。例如，工程設(shè)計方案、現(xiàn)場施工管理、成本消耗管理等，通過可視化、模擬化的特征，多維解讀并羅列出一系列數(shù)據(jù)。BIM與原有的建筑CAD模型相比，可依據(jù)數(shù)據(jù)信息呈現(xiàn)出的屬性更形象直觀地進(jìn)行三維立體化、四維動態(tài)化的陳列，且可依據(jù)程序內(nèi)參數(shù)的調(diào)整，對整個系統(tǒng)下的操控框架進(jìn)行實時更新，確保工程項目推進(jìn)的持續(xù)性與協(xié)同性。從技術(shù)原理角度而言，BIM技術(shù)的實現(xiàn)是通過數(shù)字化方法，對工程項目開展中涉獵的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行采集、存儲管理等，在不同部門專業(yè)規(guī)控下，將數(shù)據(jù)信息與系統(tǒng)作為一個數(shù)據(jù)處理節(jié)點(diǎn)，全過程滲透各個管理單元，增強(qiáng)系統(tǒng)運(yùn)行的集成性。同時，BIM軟件可實現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的共享化、同步化處理，在建筑信息系統(tǒng)中利用數(shù)據(jù)共享及交換，構(gòu)設(shè)完整的數(shù)據(jù)融通體系，為后續(xù)建筑施工管理工作的落實提供數(shù)據(jù)支撐。

（二）BIM技術(shù)在建筑全生命周期中的實現(xiàn)過程

建筑全生命周期管理（BLM）是對工程項目進(jìn)行全過程、全方位性的管理[2]。例如，前期設(shè)計、中期施工、竣工運(yùn)維、報廢拆除等。BLM的管理核心是利用信息模型對建筑工程進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，將不同類別的建筑信息進(jìn)行集成管理，在虛擬數(shù)據(jù)庫的建設(shè)與實現(xiàn)下，增強(qiáng)不同施工專業(yè)之間的數(shù)據(jù)聯(lián)通力度。在建筑行業(yè)信息化的建設(shè)及推進(jìn)下，實現(xiàn)工程信息的共享化、實時化傳輸，有利于科學(xué)性規(guī)范建筑項目的管理工序。但是在信息化實現(xiàn)過程中，往往受限于信息技術(shù)與建筑工序之間的融合問題，極易產(chǎn)生信息不對稱及工程項目施工中的失范問題。BIM技術(shù)的研發(fā)與應(yīng)用，采取數(shù)字化處理方法，解決數(shù)據(jù)對接性不足的問題，通過數(shù)據(jù)信息模型的建設(shè)，令建筑信息系統(tǒng)實現(xiàn)層次化管理，增強(qiáng)數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量，更好地服務(wù)于數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)處理，如圖1所示。

BIM技術(shù)在建筑全生命周期中實現(xiàn)時，是以數(shù)據(jù)處理為核心，將各類數(shù)據(jù)承載進(jìn)行關(guān)聯(lián)，依據(jù)功能劃分出各個處理模塊，經(jīng)由程序參數(shù)的邏輯控制，保證數(shù)據(jù)信息在傳輸與呈現(xiàn)過程中全方位地闡述數(shù)據(jù)及其相關(guān)功能。在不同模塊的共同作用下，既可實現(xiàn)獨(dú)立處理，又可依據(jù)專業(yè)之間的關(guān)聯(lián)屬性實現(xiàn)信息共享，達(dá)到頂層數(shù)據(jù)庫與基層數(shù)據(jù)模塊的精準(zhǔn)對接，強(qiáng)化數(shù)據(jù)管理的協(xié)同性。例如，BIM數(shù)據(jù)庫支撐下的造價工程板塊、結(jié)構(gòu)工程板塊、設(shè)備供應(yīng)板塊、材料采購板塊、施工管理板塊、監(jiān)理板塊、業(yè)主板塊、承包商及開發(fā)商板塊等，均可在BIM系統(tǒng)中進(jìn)行數(shù)據(jù)融通。

二、BIM在建筑全生命周期中的應(yīng)用

（一）建筑規(guī)劃階段的應(yīng)用

項目規(guī)劃是建筑工程開展的基礎(chǔ)，經(jīng)由項目指標(biāo)、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的建設(shè)，確定每項工程施工是符合項目啟動訴求的[3]。傳統(tǒng)項目規(guī)劃指標(biāo)確立期間，不同指標(biāo)涉及的條例款項較多，如建筑面積、項目總體容積率等，一旦某項數(shù)據(jù)存在誤差，必然影響整個工程的決策及執(zhí)行。BIM技術(shù)的應(yīng)用，利用數(shù)據(jù)多維、可視、模擬等功能，對不同指標(biāo)進(jìn)行模型設(shè)定，且依據(jù)系統(tǒng)內(nèi)部的計算方法、程序文件等，實現(xiàn)科學(xué)性、規(guī)范化的計算，明晰出與指標(biāo)呈現(xiàn)有關(guān)聯(lián)特征的各類數(shù)據(jù)，為項目規(guī)范與工程決策提供聯(lián)通點(diǎn)。除此之外，BIM技術(shù)可通過數(shù)據(jù)模型，深度分析出項目不同環(huán)節(jié)開設(shè)期間存在的消耗點(diǎn)，將復(fù)雜性的數(shù)據(jù)運(yùn)算模型通過數(shù)據(jù)模型進(jìn)行可視化、便捷化處理，規(guī)避傳統(tǒng)人工審計與核算存在的誤差問題，使數(shù)據(jù)結(jié)果精準(zhǔn)闡述出建筑條件的關(guān)聯(lián)影響，并應(yīng)用到數(shù)據(jù)決策系統(tǒng)中，增強(qiáng)數(shù)據(jù)處理的可信度。

（二）建筑設(shè)計階段的應(yīng)用

建筑設(shè)計階段針對工程項目進(jìn)行全域化設(shè)計，由設(shè)計文件表述出不同施工環(huán)節(jié)的關(guān)鍵點(diǎn)，如電氣施工、水暖施工、工程結(jié)構(gòu)施工等[4]。BIM的集成功能可將不同專業(yè)的數(shù)據(jù)整合到數(shù)據(jù)系統(tǒng)中，由系統(tǒng)設(shè)定的參數(shù)指標(biāo)進(jìn)行施工范疇的全系對比，增強(qiáng)數(shù)據(jù)對接質(zhì)量。

第一，在模型集成中。針對不同類別的數(shù)據(jù)進(jìn)行集成處理，有效實現(xiàn)專業(yè)整合，利用信息模型深化圖紙文件的表述功能，在計算機(jī)設(shè)備中通過數(shù)據(jù)識別及共享，及時構(gòu)設(shè)出建筑效果。設(shè)計人員通過數(shù)據(jù)模型可更為直觀地查證專業(yè)施工效果，便于設(shè)計層面的集控，直觀了解建筑項目的全貌信息。

第二，在設(shè)計優(yōu)化中。傳統(tǒng)工程圖紙設(shè)計中，需要專業(yè)技術(shù)人員對圖紙進(jìn)行二次核審，但由于工程量較大，在專業(yè)人員配比過程中，需要承擔(dān)更多的任務(wù)量，易產(chǎn)生核驗誤差問題。BIM技術(shù)的應(yīng)用，為建筑信息系統(tǒng)賦予協(xié)同處理的功能，在數(shù)據(jù)輸入過程中，實時顯示相對應(yīng)的建筑信息模型，展示虛擬化建筑效果，使設(shè)計人員通過立體化、形象化的模型了解工程設(shè)計中存在的隱性問題，以規(guī)避后期工程建設(shè)中出現(xiàn)碰撞問題。如圖2所示，將設(shè)計參數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)模型的建設(shè)，可模擬出建筑效果，更為直觀地分析后期工程建設(shè)中存在的碰撞問題，通過設(shè)計更改、解決問題，確保施工質(zhì)量。

第三，在限額優(yōu)化中。一般情況下，建筑工程項目確定概算定額以后，后期工程施工不得出現(xiàn)成本溢出的現(xiàn)象，但是從具體施工而言，“按圖施工”理念則成為工程造價界定的衡量指標(biāo)，前期設(shè)計及成本損耗階段必須遵循相對應(yīng)的管控機(jī)制，達(dá)到造價管理的協(xié)同性。BIM技術(shù)在圖紙文件設(shè)計中的應(yīng)用，可針對不同項目中的施工專業(yè)、環(huán)節(jié)規(guī)劃等進(jìn)行限額設(shè)定，確保成本規(guī)劃及管控是符合前期設(shè)定需求的。例如，將BIM模型中的各項參數(shù)指標(biāo)作為建筑工序中的成本損耗，通過材料、設(shè)備、人員等成本信息的預(yù)算，大概得出項目損耗金額，最后按照工程造價信息的總成本對工程成本設(shè)計進(jìn)行限額設(shè)定，保證工程造價的合理性。

（三）施工管理階段的應(yīng)用

現(xiàn)場施工作為建筑工程項目實施的重要階段，其施工效率、質(zhì)量的保障至關(guān)重要。規(guī)范化、科學(xué)化的管控措施，可對施工技術(shù)、施工工序進(jìn)行全過程監(jiān)管，縮小工程施工與設(shè)計之間的誤差。BIM技術(shù)在施工管理中的應(yīng)用，利用信息化系統(tǒng)對整個施工框架進(jìn)行監(jiān)管，通過施工細(xì)節(jié)的管控，提高工程施工的對接性。

第一，在管道定位方面?；贐IM技術(shù)所實現(xiàn)的數(shù)據(jù)定位功能，將參數(shù)信息作為模型檢測的核心，有效將數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)到建筑模型中，在全過程的數(shù)據(jù)控制下，增強(qiáng)數(shù)據(jù)檢測精度，控制誤差范疇。如圖3為建筑結(jié)構(gòu)新風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計圖示。對新風(fēng)系統(tǒng)管道進(jìn)行孔位設(shè)計及預(yù)留時，根據(jù)整體新風(fēng)空調(diào)結(jié)構(gòu)與建筑主體結(jié)構(gòu)之間的位置關(guān)系、預(yù)埋構(gòu)件的尺寸參數(shù)等設(shè)計好預(yù)留位置，在數(shù)據(jù)參數(shù)的匹配下，對復(fù)雜的管道結(jié)構(gòu)進(jìn)行協(xié)同化處理，避免出現(xiàn)施工碰撞的問題。

第二，在進(jìn)度控制方面。BIM技術(shù)支撐下的進(jìn)度控制，利用集成功能將整個建筑項目中的數(shù)據(jù)進(jìn)行集成處理，經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的建設(shè)，將空間施工信息與時間施工信息進(jìn)行搭接。在資源的高效率整合下，按照數(shù)據(jù)邏輯關(guān)系對相應(yīng)的任務(wù)予以確認(rèn)，最終在可視化的數(shù)據(jù)陳列及表達(dá)下，使工程管理人員能及時了解不同項目的施工進(jìn)度是否達(dá)到預(yù)期設(shè)計需求。BIM技術(shù)在驅(qū)動過程中，可針對既有的數(shù)據(jù)框架進(jìn)行數(shù)據(jù)羅列，自動化、智能化的操控模式，不再局限于人工審計范疇內(nèi)。例如，通過數(shù)據(jù)模型可以分析出不同網(wǎng)絡(luò)圖、橫道圖之間的數(shù)據(jù)明晰條件，利用數(shù)據(jù)代號代表相應(yīng)的數(shù)據(jù)功能，真正對進(jìn)度控制進(jìn)行全過程跟蹤，增強(qiáng)建筑施工質(zhì)量。

第三，在建筑信息化方面。施工管理工作是落實到項目實施全過程中的，對現(xiàn)場管理工作而言，不同施工材料、施工技術(shù)、施工設(shè)備等方面的應(yīng)用，造成基層數(shù)據(jù)的堆積，傳統(tǒng)管理工作的圖表式、文件式管理，極易產(chǎn)生數(shù)據(jù)誤差問題。BIM信息化功能的實現(xiàn)，將數(shù)據(jù)信息關(guān)聯(lián)到具體施工載體中，形成數(shù)據(jù)庫與施工組件的數(shù)據(jù)羅列，可依據(jù)不同類別的組件信息自動生產(chǎn)數(shù)據(jù)列表，避免傳統(tǒng)人工記錄的誤差問題。特別是隨著裝配式工程的廣泛應(yīng)用，需要BIM技術(shù)實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化處理，如通過物聯(lián)網(wǎng)、射頻識別技術(shù)等，將不同施工構(gòu)件、施工工序信息進(jìn)行顯示，在裝配式建筑設(shè)計及施工中，由標(biāo)準(zhǔn)化解決施工誤差問題，降低成本損耗。

（四）建筑運(yùn)營階段的應(yīng)用

建筑運(yùn)營管理按照具體施工流程、施工專業(yè)等，分析出建筑全生命周期中不同階段的數(shù)據(jù)演變模式，由數(shù)據(jù)信息確定后期運(yùn)營管理中的信息框架，以數(shù)據(jù)為核心對不同管理工作進(jìn)行數(shù)據(jù)羅列及規(guī)約，增強(qiáng)數(shù)據(jù)之間的對接性，避免產(chǎn)生數(shù)據(jù)丟失或誤差問題。同時BIM軟件提供的數(shù)據(jù)存儲服務(wù)，突破時間與空間的局限，按照程序的邏輯處理，對系統(tǒng)內(nèi)部的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行永久存儲，并依據(jù)不同存儲類型進(jìn)行分布式運(yùn)算，對整個系統(tǒng)中存在的隱患信息進(jìn)行查證與處理，診斷出建筑管理系統(tǒng)中存在的漏洞，及時做出預(yù)警處理，提高建筑結(jié)構(gòu)在全生命周期的可靠性[5]。

利用BIM技術(shù)對建筑管道結(jié)構(gòu)進(jìn)行養(yǎng)護(hù)處理時，可由計算機(jī)設(shè)備的外接口直接與管道及電子元器件相連接，通過軟件系統(tǒng)的自動識別功能，建設(shè)數(shù)據(jù)模型，同步映射出各項組件的運(yùn)行狀態(tài)。通過BIM技術(shù)的可集成特征，對建筑子系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行采集。當(dāng)建筑內(nèi)部出現(xiàn)元件運(yùn)行故障問題時，及時觸發(fā)系統(tǒng)預(yù)警功能，工作人員通過計算機(jī)設(shè)備針對故障產(chǎn)生點(diǎn)進(jìn)行可視化查驗，及時制定解決方案，防止故障擴(kuò)散。此外，BIM技術(shù)所支撐的模型導(dǎo)航功能，利用模型的立體化闡述功能與GPS、GIS技術(shù)相融合，建設(shè)具有實時跟蹤特征的導(dǎo)航系統(tǒng)，技術(shù)人員通過計算機(jī)系統(tǒng)可實現(xiàn)基于數(shù)據(jù)空間定位的數(shù)據(jù)查驗，以數(shù)據(jù)為調(diào)控點(diǎn)，對建筑物內(nèi)部的人員進(jìn)行調(diào)控，保證空間資源化利用。

三、結(jié)語

綜上所述，建筑信息化的實現(xiàn)，構(gòu)設(shè)出更為完整的數(shù)據(jù)框架，對建筑項目設(shè)計、施工、運(yùn)維中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行分析與處理，深度根植于整個建筑實施過程，為工程建設(shè)提供數(shù)據(jù)支撐，規(guī)避工程項目的施工問題。為此，在后續(xù)管理及發(fā)展過程中，應(yīng)深度挖掘BIM技術(shù)的應(yīng)用特征，結(jié)合建筑市場的大環(huán)境、專業(yè)施工特點(diǎn)等，打造出全域化的監(jiān)管及規(guī)制格局，保障我國建筑市場的良性發(fā)展。

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（責(zé)任編輯：董維）