BIM 技術(shù)在建筑工程施工中的應(yīng)用分析

趙 靜，楊秀謙

（廣西水利電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣西南寧 530000）

0 引言

在大數(shù)據(jù)、移動互聯(lián)網(wǎng)、云存儲技術(shù)融合發(fā)展的大環(huán)境下，BIM 技術(shù)的運(yùn)用不斷向成熟化、智能化方向發(fā)展，在建筑工程施工中的應(yīng)用效果十分顯著。通過發(fā)揮BIM 技術(shù)的信息集成、共享優(yōu)勢，能夠更加合理地配置工程項目設(shè)計、施工、運(yùn)營等方面的資源，實現(xiàn)施工過程中風(fēng)險管控，大幅節(jié)約施工耗材、能源成本，保證施工質(zhì)量、效率得到提高。同時，計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、人工智能等技術(shù)的發(fā)展促進(jìn)BIM 虛擬建模技術(shù)的更新、升級，能夠為建筑施工管理人員提供虛擬信息資源，打破“先建后改”的傳統(tǒng)建筑理念，相關(guān)人員可以利用BIM 技術(shù)進(jìn)行“先試后建”，可以有效避免建筑工程施工不必要問題的出現(xiàn)。本文對BIM 技術(shù)進(jìn)行分析，結(jié)合BIM 技術(shù)在建筑工程施工中的應(yīng)用現(xiàn)狀，探討具體且有效的應(yīng)用策略。

1 BIM 技術(shù)概述

1.1 概念

從本質(zhì)上看，BIM 技術(shù)是基于建筑工程圖紙，利用三維建模實現(xiàn)工程項目可視化的信息模型技術(shù)。通過構(gòu)建BIM 三維模型，相關(guān)人員能夠全面了解建筑工程的多方面信息，如相關(guān)參數(shù)、構(gòu)件信息等，還能對施工過程進(jìn)行動態(tài)化模擬、演示，管理人員能夠直觀地獲取工程實施涉及的參數(shù)、信息，有效促進(jìn)管理效率提高。在建筑工程項目施工中，項目圖紙中信息較為煩瑣，且其本身的復(fù)雜性較高，這就給施工全過程管理帶來了一定挑戰(zhàn)。在將BIM 技術(shù)引入建筑工程施工中后，大量的工程信息、數(shù)據(jù)能夠以直觀形式得到體現(xiàn)，并匯集到工程系統(tǒng)中，為管理、查閱提供了有利條件，管理人員還能及時地關(guān)注動態(tài)化的三維模型，對高危作業(yè)、重點施工工藝進(jìn)行監(jiān)管和把控，確保施工質(zhì)量和安全。由于BIM 技術(shù)可以實現(xiàn)工程安全、成本、進(jìn)度、質(zhì)量的同步管理，已經(jīng)在建筑工程施工中得到廣泛應(yīng)用，讓諸多大型施工項目管理走向智慧化、高效化道路。

1.2 特征

（1）項目協(xié)調(diào)性。在建筑單位負(fù)責(zé)的復(fù)雜建筑項目管理工作中，管理自制始終是影響建筑項目管理成效的重要因素，其中存在諸多種類項目信息“不兼容”的現(xiàn)象，使建筑工程施工推進(jìn)受到影響，如何有效構(gòu)建復(fù)雜性的建筑，是單位面臨的難題。而BIM技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用恰好能解決這一問題，通過有效使用可以整合復(fù)雜類型建筑的多種項目數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為可視化形式，協(xié)調(diào)建筑施工過程的時間、空間。比如，在其他布置、電梯布置的協(xié)調(diào)性上，可以在施工前預(yù)測、發(fā)現(xiàn)可能出現(xiàn)的問題，便于及時做出項目協(xié)調(diào)方案，從而起到保證整體建筑工程施工效率的作用。

（2）項目可視化。在BIM 技術(shù)支持下，原本抽象的建筑結(jié)構(gòu)可以形成可視化、立體化模型，十分便于相關(guān)人員進(jìn)行觀察和分析，且這種模型支持互動和反饋，能夠為建筑設(shè)計、管理等工作開展提供良好技術(shù)條件。同時，可視化能夠?qū)⑵髽I(yè)、單位的建筑能力展現(xiàn)出來，人們可以清晰地了解建筑施工方案、策略，更容易贏得投資人的青睞，對提升企業(yè)核心競爭力具有不可忽視的作用。此外，建筑信息模型的可視化條件，也能讓廣大業(yè)主了解建筑工程，提高其對企業(yè)的認(rèn)可度、信任度。

（3）項目模擬性。目前，我國對BIM 技術(shù)的運(yùn)用多體現(xiàn)在建筑設(shè)計環(huán)節(jié)、設(shè)計后的測試階段，相關(guān)人員可以在進(jìn)行設(shè)計時開展模擬實驗，比如熱能傳導(dǎo)模擬。在形成設(shè)計方案后，也能發(fā)揮模型的反復(fù)模擬優(yōu)勢，選取和確定最優(yōu)化的終極施工方案。在BIM 技術(shù)的模擬性條件下，可視化模擬可以覆蓋建筑工程設(shè)計、施工進(jìn)度等階段，為設(shè)計人員、建筑師提供便捷的溝通，實現(xiàn)建筑工程理論與施工實踐的有效結(jié)合。此外，模擬性還支持建筑工程的安全管理，可以模擬緊急情況處理環(huán)境，如發(fā)生火災(zāi)緊急疏散、地震時的避險等。

2 BIM 技術(shù)在建筑工程施工中應(yīng)用現(xiàn)狀分析

2.1 對BIM 技術(shù)應(yīng)用價值認(rèn)識不足

在現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)條件覆蓋的條件下，基于BIM 技術(shù)建筑施工管理要依托計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和信息技術(shù)，以保證各項工作有條不紊地開展。但是，受到以往建筑施工管理理念的影響，人們對BIM 技術(shù)的認(rèn)知程度、重視程度不足，更多地依靠固定管理理念、思維開展工作，這就難以真正發(fā)揮BIM 技術(shù)對建筑施工全過程管理的促進(jìn)作用，再加上建筑人員未能形成BIM 技術(shù)的全面認(rèn)知，限制建筑施工管理工作向智慧化、現(xiàn)代化方向發(fā)展。

2.2 施工管理人員素質(zhì)有待提高

當(dāng)前，建筑施工管理人員個人能力、素質(zhì)是影響施工的重要因素，部分建筑管理人員很難適應(yīng)基于BIM 技術(shù)的施工管理工作，個人能力有待提高。同時，部分地區(qū)的建筑管理人員在向老齡化發(fā)展，容易給BIM 技術(shù)的運(yùn)用帶來影響，盡管相關(guān)管理人員具備豐富的經(jīng)驗，但未能及時學(xué)習(xí)、利用現(xiàn)代化管理技術(shù)，對BIM技術(shù)應(yīng)用不合理，也就限制BIM 實際價值的發(fā)揮。在日益升級的BIM 技術(shù)環(huán)境下，只有人員具備較高的素質(zhì)才能靈活、科學(xué)進(jìn)行技術(shù)應(yīng)用，為各項工作開展提速增效。

2.3 模型構(gòu)建有效性有待提升

建筑施工管理水平的提高，要科學(xué)、高效地應(yīng)用BIM 技術(shù)模型，發(fā)揮其在施工管理的設(shè)計、施工建設(shè)、生產(chǎn)、竣工等階段的價值，精準(zhǔn)地把控圖紙設(shè)計、控制生產(chǎn)質(zhì)量和風(fēng)險。但是，在建筑施工管理工作中，由于欠缺良好的BIM 設(shè)計技術(shù)模型，對BIM 數(shù)據(jù)資源庫運(yùn)用力度不足，很難增強(qiáng)建筑施工效果。

3 BIM 技術(shù)在建筑工程施工全過程中的應(yīng)用

3.1 應(yīng)用于招投標(biāo)階段

在以往的招投標(biāo)步驟上，要先完成圖紙設(shè)計，再進(jìn)行招標(biāo)廣告的發(fā)布，由施工單位根據(jù)廣告要求選擇是否投標(biāo)。在整個過程中，需要關(guān)注的核心內(nèi)容是工程量的計算。在以往的造價中，更多運(yùn)用專用的造價軟件，如“廣聯(lián)達(dá)”“魯班”“未來清單”等外部軟件，再結(jié)合CAD 圖紙進(jìn)行工程量計算，形成造價清單。通過引入BIM 模型，可以利用其在工程施工中的通用性，在設(shè)計、造價、施工等方面實現(xiàn)模型的統(tǒng)一調(diào)用。在張春影、高平的實例驗證和研究中，設(shè)計人員在將BIM 模型與施工圖設(shè)計進(jìn)行充分融合后，BIM 模型中的工程量可以被提供給造價人員，并根據(jù)相關(guān)規(guī)則進(jìn)行多項工程的計量，還能在不借助其他外部軟件的前提下，調(diào)整設(shè)計變更的工程量，保持信息同步。此外，在招投標(biāo)階段（完成圖紙設(shè)計后），建設(shè)單位（或代理機(jī)構(gòu)）可以將BIM 模型形成大工程清單交換給投標(biāo)施工企業(yè)，保證準(zhǔn)確性的同時，推進(jìn)工作進(jìn)度。

3.2 應(yīng)用于設(shè)計階段

在CAD 繪圖的不斷推廣和使用下，利用計算機(jī)輔助繪圖的方式逐漸取代以往的手繪方式，人工智能、數(shù)字化不斷地為建筑行業(yè)發(fā)展、改革賦能。除了具備建筑模型的功能，BIM 技術(shù)在CAD 的基礎(chǔ)上，還能實現(xiàn)對建筑物施工、投入、成本的管理，以全生命周期實現(xiàn)綜合信息的管理，如建筑物周邊生態(tài)、環(huán)境、天氣等因素。在項目立項前，首要工作是對項目進(jìn)行可行性分析，業(yè)主在這個階段主要是利用此技術(shù)分析項目相關(guān)的項目方案、技術(shù)選擇。以往的可行性研究中，要利用圖紙、邀請專業(yè)人員參與分析，在一定程度上消耗工期、增加費(fèi)用。通過引入BIM 技術(shù)構(gòu)建模型，可以對施工地的綜合信息進(jìn)行模擬，有效控制成本，更能提高最終結(jié)果的精準(zhǔn)分析。在設(shè)計階段，憑借3D 模擬技術(shù)，設(shè)計者可以通過BIM 信息模型獲得全方位的視覺效果體驗，多角度地了解建筑物，有效協(xié)調(diào)項目施工中建筑、安裝、設(shè)備、結(jié)構(gòu)等人員的設(shè)計，確保圖紙質(zhì)量穩(wěn)定性得到提高。此外，可以通過BIM 模型提取項目前期工程量的計算信息，不需要再次構(gòu)建模型，保證設(shè)計、計量的同步性，使計量的效率得到提高，為工程施工節(jié)約時間。

3.3 應(yīng)用于施工階段

BIM 在施工過程中的應(yīng)用，張建平教授以我國管理發(fā)展需求、特點為出發(fā)點，對其具體技術(shù)、標(biāo)準(zhǔn)、軟件和方法進(jìn)行研究，系統(tǒng)化地構(gòu)建了應(yīng)用BIM 于施工階段的技術(shù)框架、流程和措施，還將4D 技術(shù)融入BIM 模型，研發(fā)形成建模系統(tǒng)、相關(guān)的施工項目管理軟件。近年一些造價軟件公司，如廣聯(lián)達(dá)、斯維爾等，則在4D 的基礎(chǔ)上加入成本管理，形成BIM5D 系統(tǒng)。當(dāng)前，我國BIM技術(shù)在施工階段的應(yīng)用體現(xiàn)在以下方面：

（1）基于BIM 的計量。在施工中，為了保證施工進(jìn)度順利推進(jìn)，保持進(jìn)度款的有效支付，必須要重視工程量測算、掌握。以人工方式進(jìn)行計量核算，不僅需要耗費(fèi)大量精力、時間，其中不可避免地存在偶然性因素。通過應(yīng)用BIM 模型，能夠方便快捷地完成算量工作，還能及時反映設(shè)計變更的相關(guān)信息。

（2）基于BIM 的3D 虛擬圖紙?；?D 圖紙，通過使用Revit軟件進(jìn)行BIM 信息模型構(gòu)建，能夠賦予圖紙極強(qiáng)的可視性，不論是施工方還是管理人員，都能借此判斷、理解設(shè)計者的思路。與2D 施工圖紙相比，具有立體感、實質(zhì)感的BIM 模型，能夠避免施工中出現(xiàn)的一些問題，規(guī)避返工現(xiàn)象，保證施工質(zhì)量、效率。同時，施工人員可以結(jié)合自身施工經(jīng)驗，及時反饋設(shè)計模型可施工性，提高設(shè)計質(zhì)量。

（3）基于BIM 的三維碰撞檢測。BIM 模型是機(jī)電、土建、結(jié)構(gòu)、設(shè)備、管線的集合，支持全面碰撞檢測、分析。這樣，就能提前了解、發(fā)現(xiàn)設(shè)計中存在的不足，及時加以改進(jìn)，有效避免施工受到影響，更能起到控制設(shè)計變更次數(shù)的作用。當(dāng)前，主要用于碰撞檢測的軟件有Navisworks。

（4）基于BIM 的項目管理。在施工管理模式上，更多地采用總—分包模式，要求對單個項目進(jìn)行分段拆分，分別進(jìn)行發(fā)包，在起到縮短工期作用的同時，增加管理人員的工作任務(wù)。當(dāng)前，廣泛運(yùn)用于施工項目管理的4DBIM-GCPSU 軟件由清華大學(xué)研發(fā)，是基于BIM 技術(shù)與4D 開發(fā)的管理軟件。該軟件能夠根據(jù)IFC 標(biāo)準(zhǔn)，建立4D 施工信息模型，并與施工現(xiàn)場3D 模型、施工進(jìn)度建立起聯(lián)系，集成安全質(zhì)量、場地布置和施工現(xiàn)場資源等信息，相關(guān)人員可以借此對人力、材料、安全、成本、質(zhì)量和施工進(jìn)度進(jìn)行4D 動態(tài)集成管理，完成4D 模擬。

（5）基于BIM 的4D 施工模擬技術(shù)。利用BIM 技術(shù)，能夠全方位地模擬施工過程，如施工進(jìn)度、人員調(diào)配、機(jī)具選擇、材料用量等。在進(jìn)行施工前，施工方能借此技術(shù)分析、掌握施工重難點，對施工方案進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化，促進(jìn)材料、人員、機(jī)具的配置，最大限度節(jié)省資源浪費(fèi)。施工中可以應(yīng)用的4D 施工模擬軟件較多，如 Bentley Navigator、Autodesk Navisworks，以及基于 BIM 技術(shù)的4D 動態(tài)系統(tǒng)軟件。

（6）基于BIM 的5D 施工管理平臺技術(shù)。隨著大數(shù)據(jù)和云技術(shù)的發(fā)展，在BIM 三維模型的基礎(chǔ)上加入進(jìn)度和成本維度，就形成了BIM5D 系統(tǒng)，使施工項目得以實現(xiàn)工程安全、成本、進(jìn)度、質(zhì)量的同步動態(tài)管理。當(dāng)今BIM 技術(shù)的發(fā)展趨勢，BIM 5D 不再是一個單純的設(shè)計、管理軟件，而逐步發(fā)展成為一個工程項目的建筑信息數(shù)據(jù)庫，項目全過程信息均可在5D 系統(tǒng)中進(jìn)行查詢、添加、修改等。未來建筑信息的發(fā)展將是大數(shù)據(jù)與BIM 技術(shù)的深度融合，通過對紛紜繁雜的建筑數(shù)據(jù)進(jìn)行大數(shù)據(jù)挖掘，發(fā)掘有用信息，從而真正實現(xiàn)建筑施工智慧化。

3.4 應(yīng)用于運(yùn)營維護(hù)階段

從全壽命周期的建筑項目運(yùn)營角度看，設(shè)計、施工占據(jù)的總時間長度的小部分，用于運(yùn)營維護(hù)的時間消耗要占據(jù)到壽命期的近70%。比如，對于使用壽命設(shè)定在50 年以上的建筑物，在設(shè)計、運(yùn)營維護(hù)的耗費(fèi)占比上，呈現(xiàn)1:9 的比例。所以控制使用階段的運(yùn)營經(jīng)費(fèi)是降低建筑物全生命周期成本的關(guān)鍵。當(dāng)前，我國對BIM 技術(shù)應(yīng)用的研究，多圍繞設(shè)計、施工階段展開，較少涉及建筑物運(yùn)營和維護(hù)。從整體角度看，對建筑物的日常運(yùn)營、維護(hù)，是一項綜合化、系統(tǒng)化的流程，其中包括技術(shù)、管理、人員、設(shè)備等，主要是為了向用戶提供使用的基本保障，保障安全性、舒適性。簡言之，其重在對信息進(jìn)行采集、處理和分析，實現(xiàn)綜合性管理。在基本的運(yùn)維階段，目前采用的有特許經(jīng)營、自主經(jīng)營、委托經(jīng)營、租賃經(jīng)營等。在長期的建筑物使用壽命下，會出現(xiàn)大量文件需要管理，再加上存在較長的管理跨度，容易影響管理的有序性。目前，在運(yùn)營維護(hù)階段，國內(nèi)對BIM 技術(shù)的應(yīng)用體現(xiàn)在以下方面：

（1）基于BIM 的建筑空間管理。在以往使用的2D 圖紙中，其很難為建筑管理單位提供三維立體空間影像。例如，商業(yè)類型的建筑地產(chǎn)出現(xiàn)裝修、改建現(xiàn)象的頻率較高，在無形中給管理工作帶來了難。通過引入BIM 模型，相關(guān)人員可以關(guān)注并根據(jù)改建情況進(jìn)行調(diào)整，具有紙質(zhì)管理方式不具備的優(yōu)勢。在世界上，部分西方國家在實踐中逐步形成關(guān)于施工運(yùn)營的信息標(biāo)準(zhǔn)。

（2）基于BIM 的設(shè)備維護(hù)管理。在運(yùn)營維護(hù)管理中，保證設(shè)備正常運(yùn)行是基礎(chǔ)，所以需要在運(yùn)維管理工作中搜集大量設(shè)備的相關(guān)信息，如基本參數(shù)、運(yùn)營周期帶來的各項數(shù)據(jù)等。在傳統(tǒng)管理手段中，以紙質(zhì)方式進(jìn)行數(shù)據(jù)管理具有一定的局限性，容易因人為因素增加出現(xiàn)錯誤的概率，對于出現(xiàn)故障的設(shè)備也更多是依靠人員經(jīng)驗處理。在BIM 技術(shù)智能系統(tǒng)支持下，設(shè)備的操作說明、配件、零件、圖紙等信息均可實現(xiàn)信息閉環(huán)循環(huán)，設(shè)備現(xiàn)狀、維修等數(shù)據(jù)可以從系統(tǒng)中獲取。

（3）基于BIM 的應(yīng)急安全管理。應(yīng)急安全管理需要做好兩方面的工作，對建筑物外部環(huán)境可能帶來突發(fā)事件的關(guān)鍵點，以及建筑物內(nèi)部設(shè)施存在的不穩(wěn)定因素進(jìn)行監(jiān)控。通過運(yùn)用BIM 技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)、RFID（無線射頻識別技術(shù)）等相關(guān)技術(shù)，將施工場地作業(yè)人員安全、施工關(guān)鍵區(qū)域進(jìn)行追蹤、監(jiān)控，并集成到BIM 監(jiān)管系統(tǒng)上，便于迅速地發(fā)出預(yù)警信號，有效預(yù)防安全事故發(fā)生。

（4）基于BIM 的運(yùn)營能耗管理。在建筑物運(yùn)營中，會出現(xiàn)一定的能量消耗、浪費(fèi)問題。但是，當(dāng)前對建筑物基本情況采集，多通過圖紙、手工測量方式進(jìn)行，未能形成精細(xì)化、完整化的能源管控體系。通過將BIM 技術(shù)模型引入能耗管理，可以實現(xiàn)對能耗的分析管理，智能采集建筑的能耗水平，并將數(shù)據(jù)傳入數(shù)據(jù)庫，為相關(guān)人員提供及時響應(yīng)和反饋，為節(jié)能控制管理提供條件。

（5）應(yīng)用于竣工拆除階段。在建筑工程竣工驗收階段，通過BIM 技術(shù)、3D 激光掃描的綜合應(yīng)用，能夠?qū)崿F(xiàn)建筑工程施工中產(chǎn)生的各種數(shù)據(jù)的匯總，為工程測量、驗收提供精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)支持。在驗收實踐中，可以將先通過3D 激光掃描儀完成整個施工場地的掃描，再將云數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并反饋到BIM 技術(shù)軟件。然后，通過利用BIM 技術(shù)實現(xiàn)施工現(xiàn)場的三維模擬，與設(shè)計方案中的模型進(jìn)行比對，及時且準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)不足，為工程竣工、決策提供直觀參考。

在建筑物全壽命周期的最終階段，也就是拆除階段，以20 世紀(jì)70 年代的民用建筑為依據(jù)，其設(shè)計圖紙、施工、改建等情況較為復(fù)雜，紙質(zhì)性資料也存在一定的丟失風(fēng)險，這就影響了拆除工作的順利進(jìn)行。通過將BIM 技術(shù)運(yùn)用于拆除階段，能夠?qū)崿F(xiàn)對壽命周期數(shù)據(jù)資料的完整收集，為相關(guān)人員提供清晰的改建、擴(kuò)建資料。同時，在未開始拆除前，能夠精準(zhǔn)地進(jìn)行工程量的計量，為人員、設(shè)備統(tǒng)籌、施工進(jìn)度的控制提供必備條件，還能利用BIM模型對監(jiān)控建筑周邊情況，選取合理的施工機(jī)具。此外，通過發(fā)揮BIM 技術(shù)的3D 模擬優(yōu)勢，可以反復(fù)模擬拆除順序，合理地規(guī)避拆除中可能出現(xiàn)的風(fēng)險。最后，基于BIM 技術(shù)模型的支持，各個構(gòu)件的參數(shù)、材質(zhì)可以得到反映，便于在拆除中進(jìn)行分類處理，最大限度降低污染，提高回收率。

4 結(jié)語

綜上所述，加強(qiáng)BIM 技術(shù)在建筑工程施工全過程中的應(yīng)用是智能化、數(shù)字化時代的要求，更是促進(jìn)生產(chǎn)效率、質(zhì)量提高的重要手段。因此，必須要重視BIM 技術(shù)的推廣和應(yīng)用，要緊密關(guān)注建筑行業(yè)發(fā)展形勢，培養(yǎng)專業(yè)人員應(yīng)用BIM 技術(shù)的素養(yǎng)、意識，也可以通過法律等手段，促進(jìn)相關(guān)建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)的完善，進(jìn)一步推廣BIM 技術(shù)。此外，還應(yīng)結(jié)合數(shù)字化、綠色化、產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展趨勢，加大現(xiàn)有軟件系統(tǒng)的繼續(xù)優(yōu)化力度，不斷降低技術(shù)應(yīng)用門檻，為我國建筑行業(yè)發(fā)展提供技術(shù)助力。