BIM技術(shù)目前比較有前景的應(yīng)用點綜述

胡俊，楊成，歐陽浩

（中國建筑第四工程局有限公司，廣東 廣州 510000）

0 引言

隨著大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、區(qū)塊鏈、5G等新一代信息技術(shù)的快速發(fā)展，世界正處于從工業(yè)化經(jīng)濟向數(shù)字經(jīng)濟轉(zhuǎn)型過渡的大變革時代，數(shù)據(jù)成為驅(qū)動社會發(fā)展的新資源、新要素和新引擎。同時，隨著數(shù)字技術(shù)與實體經(jīng)濟的結(jié)合越來越緊密，整個經(jīng)濟環(huán)境和經(jīng)濟活動發(fā)生了根本變化，加快了社會的進步和發(fā)展。因此，數(shù)字化轉(zhuǎn)型已經(jīng)不是可選項，而是發(fā)展的唯一出路。

BIM技術(shù)作為數(shù)字化轉(zhuǎn)型的核心技術(shù)，圍繞著BIM模型形成一個大的數(shù)據(jù)中心庫，利用BIM模型的幾何信息、定位信息、非幾何信息，對工程量進行統(tǒng)計，并進行進度計劃排布，施工成本計劃，在施工過程中，利用BIM可視化、可模擬技術(shù)對方案進行模擬、技術(shù)進行交底，以及展開一系列的安全、質(zhì)量、進度、成本施工管理活動，達到上下游數(shù)據(jù)信息對稱，責(zé)任到人可追溯的目的，最終為實現(xiàn)企業(yè)形成廣泛的施工數(shù)據(jù)信息，實現(xiàn)決策有理可依，不再按照經(jīng)驗施工，科學(xué)合理的安排施工，這將是企業(yè)的巨大財富，也是項目實現(xiàn)企業(yè)化的必經(jīng)之路。

據(jù)統(tǒng)計，國內(nèi)開展B I M應(yīng)用的主要為碰撞檢查（66.71%）、施工方案模擬（56.91%）、管線綜合（82%），現(xiàn)場可視化交底的應(yīng)用比例達到了53.11%，質(zhì)量安全等方面應(yīng)用達到了47.24和24.43%，技術(shù)交底、質(zhì)量安全的BIM應(yīng)用偏重于支持施工現(xiàn)場生產(chǎn)。

由此可見，BIM技術(shù)作為CIM技術(shù)、數(shù)字孿生技術(shù)的底層數(shù)據(jù)庫，目前還沒有達到其進行項目數(shù)字化信息管理的目的。目前的BIM技術(shù)應(yīng)用比較常規(guī)，需要更多創(chuàng)新的BIM技術(shù)應(yīng)用去推動BIM行業(yè)的發(fā)展，真正的為項目創(chuàng)效、減少工期、提高效率。

1 BIM+軟件應(yīng)用

1.1 BIM技術(shù)在模板工程中應(yīng)用

傳統(tǒng)的模板設(shè)計中，模板計算不精確，現(xiàn)場施工根據(jù)實際情況進行隨意切割，造成了模板大量的浪費。隨著鋁模板技術(shù)的發(fā)展，對配模技術(shù)的要求越來越高，但是目前配模需要畫大量的配模圖，需要花費大量的時間，且在樓梯、飄窗、衛(wèi)生間等結(jié)構(gòu)復(fù)雜的部位用二維圖紙很難表達出位置關(guān)系，另外模板形式多樣，不利于模板的統(tǒng)計與施工方案交底[2]。

基于BIM技術(shù)的配模設(shè)計，可以在CAD圖紙的基礎(chǔ)上，進行三維建模，且可以快速生成符合規(guī)范要求和標(biāo)準(zhǔn)的計算書、可根據(jù)不同區(qū)域、樓層一鍵輸出配模設(shè)計圖，也可以自動生成用于加工的材料計劃及材料清單。以廣聯(lián)達BIM模架設(shè)計軟件為例，它需要進行圖紙預(yù)處理、主體結(jié)構(gòu)建模、配模參數(shù)設(shè)置、一鍵快速配模、配模圖優(yōu)化、模板用量統(tǒng)計等操作。但還是存在不足之處，圖紙?zhí)幚淼暮脡?、模型的精度直接決定配模的準(zhǔn)確性，以及配模規(guī)則需手動輸入、生成的配模圖觀感質(zhì)量差、線條雜亂無章、非標(biāo)板編號缺失等缺點。

目前國內(nèi)運用還有其它較多的BIM配模軟件有神機妙算、牛魔王、愛配模、基于插件的revit配模、基于插件的草圖大師、solidworks等等，但是各有優(yōu)勢，草圖大師不能模型展示很好用，但是不能進行參數(shù)化表達，solidworks作為工業(yè)設(shè)計軟件，又在操作性及通用性有弊端，revit配模跟鋼筋一樣，模型精度不錯，但是硬件配置要求較高，只能進行局部應(yīng)用。

1.2 BIM技術(shù)在裝配式建筑中的施工模擬

BIM施工模擬主要分為靜態(tài)模擬和動態(tài)模擬，動態(tài)模擬又分為施工工藝模擬、施工進度模擬等等。目前主要的三維動畫模擬軟件有3Dmax、fuzor、lumion、navisworks。其中3Dmax動畫制作指令成熟，能完成較多的動畫模擬，但是操作難度大，fuzor、Lumion操作簡單、能完成固定的幾種動畫指令，畫面質(zhì)量很好。Navisworks也能完成通過熱點、按鍵、移動、旋轉(zhuǎn)功能完成簡單的動畫及施工進度模擬，但是動畫的質(zhì)感較差。

進度模擬：將完整的BIM模型和進度計劃導(dǎo)入模擬軟件，將模型中的構(gòu)件與進度計劃單獨進行綁定，操作比較繁瑣。也可以通過名字相同進行綁定，這就需要進行BIM建模和進度計劃的時候命名進行統(tǒng)一。可通過模擬將計劃與實際進展進行對比。

施工環(huán)境模擬：合理規(guī)劃各個階段的場地布置，各個堆場、機械布置、生活和施工分區(qū)、以及運輸?shù)缆返牟贾茫瑴p少不必要的二次搬運，優(yōu)化運輸路線，通過模擬提前發(fā)現(xiàn)影響不合理的施工布置，并對施工策劃提出修改方案[3]。

吊裝模擬：無論是在裝配式建筑和混凝土結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)的工程應(yīng)用中，都會有大量的構(gòu)件需要進行起重機或者塔吊的吊裝，通過動態(tài)模擬可以對現(xiàn)場工人進行技術(shù)交底，清楚每道工序的交接順序，安裝的具體位置，構(gòu)件的安裝順序，及構(gòu)件與鋼筋的連接和碰撞，與爬架的碰撞。特別是裝配式建筑，目前沒有專業(yè)的裝配式工人，通過模擬技術(shù)能夠直觀的讓工人快速理解。

群塔模擬：對塔吊進行參數(shù)化建模，通過塔吊與時間進度的綁定，模擬塔吊隨著樓層升高，在不同階段在平面位置和豎向位置是否存在碰撞，提前發(fā)現(xiàn)碰撞的時間節(jié)點、碰撞的位置，提出修改方案，確保塔吊在安裝、運行、拆卸全過程中安全，以及塔吊的位置滿足塔吊的半徑范圍內(nèi)最大最遠的構(gòu)件能夠吊運需求。

1.3 基于BIM技術(shù)的鋼筋精細化管理

傳統(tǒng)的工程應(yīng)用中，鋼筋的管理流程為：勞務(wù)分包下料、翻樣—總承包審核、采購—勞務(wù)分包加工、領(lǐng)料、安裝。鋼筋的使用沒有引起大家的重視，對分包單位的管理不到位，存在較多的浪費、利用率較低、超耗嚴(yán)重的現(xiàn)象，主要因為翻樣不合理錯誤多（翻樣水平和責(zé)任心不足）、鋼筋計劃做不準(zhǔn)（鋼筋預(yù)算量沒有考慮相鄰鋼筋之間自動扣減以及更優(yōu)化的搭接方案）、原材使用不合理（采用哪種尺寸的原材加工省材料最合理）、余料無法有效利用（缺乏指導(dǎo)方案、隨意堆放）、實時損耗不清晰（缺少直觀的數(shù)據(jù)統(tǒng)計）、盈利空間把握不準(zhǔn)（預(yù)算偏差大，不確定因素多）。

目前國內(nèi)常用的幾款鋼筋翻樣軟件主要有E鋼筋、魯班鋼筋、廣聯(lián)達鋼筋、Revit鋼筋等，主流鋼筋翻樣軟件可進行參數(shù)化建?；蛘邔?dǎo)入CAD圖紙手動建模，得出最優(yōu)鋼筋加工方案、余料編號及使用、鋼筋損耗統(tǒng)計、鋼筋需用計劃。所有鋼筋管理流程基于管理平臺，數(shù)據(jù)信息可追溯、管理透明化、鋼筋使用合理化。

但是目前存在一些問題，鋼筋碰撞的部分不會自動優(yōu)化，需要手動調(diào)節(jié)，還有一些異形鋼筋，需要手動建模，自建鋼筋模型難度大工作量較大。

2 BIM+硬件應(yīng)用

2.1 BIM+3D打印

BIM+3D打印技術(shù)，是建筑行業(yè)中一種新興的打印技術(shù)，實現(xiàn)快速建筑產(chǎn)品。它跟普通打印機的原理相似，需要首先進行精細化BIM建模，將BIM數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)代碼轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換生成 STL 文件，打印機識別STL文件的參數(shù)和信息，以特殊的混凝土、水泥等建筑材料作為打印的原材料，可以打印出復(fù)雜的模型，可以極大地提高生產(chǎn)效率、節(jié)約能源減少施工過程中產(chǎn)生不必要的浪費。

存在問題：① 相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)不完善，BIM與3D打印技術(shù)融合標(biāo)準(zhǔn)欠缺；② 缺乏信息協(xié)同和交互平臺（3D打印機與BIM信息的接口程序缺少，未有專業(yè)的軟件平臺與之配套）；③ 行業(yè)認可度待提高；④ 3D打印出來的建筑，跟普通建筑的結(jié)構(gòu)體系不一樣，他沒有傳統(tǒng)的鋼筋或者梁構(gòu)件等，需要研發(fā)一種新興的建筑材料，具備良好的抗拉和抗壓強度；⑤ 打印存在不可逆性，打印過程中修改模型會對結(jié)構(gòu)承載力受影響。一旦打印失敗，成本就會極大地增加。

2.2 BIM+三維激光掃描

三維激光掃描主要應(yīng)用點主要包括：舊城改造翻模、建筑物的變形監(jiān)測、工程質(zhì)量檢測與驗收、構(gòu)件預(yù)拼裝模擬。通過三維激光掃描儀掃描施工現(xiàn)場得到真實，準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。通過對比檢測得知施工現(xiàn)場是否在施工質(zhì)量控制范圍之內(nèi)；也可以與設(shè)計模型進行對比分析，減少施工中存在的誤差，為工程質(zhì)量提供保證[4]。

通過運用三維激光掃描的建筑信息建模（BIM）技術(shù)，對超高層建筑物進行掃描，結(jié)合點云處理軟件Cyclone、CAD插件CloudWorx、Scence及Geomagic精確獲取目標(biāo)點云的數(shù)據(jù)信息，導(dǎo)入Rhino、Tekla、Revit等BIM軟件，然后通過插件，擬合墻面、柱子、門窗等功能，快速準(zhǔn)確的建出模型，為施工方案提供精確的數(shù)據(jù)支撐。

雖然三維掃描儀目前應(yīng)用范圍較廣，但是仍然存在技術(shù)要求較高、過程復(fù)雜、點云數(shù)據(jù)量大、特征值困難、三維建模算法不完善等問題。

2.3 BIM+數(shù)字化工廠

工業(yè)化建筑相較于裝配式建筑，不僅要求建筑采用裝配式設(shè)計，且在設(shè)計階段對內(nèi)裝系統(tǒng)進行提前設(shè)計，形成建筑、結(jié)構(gòu)、內(nèi)裝一體化，更要求在設(shè)計、施工、加工等不同環(huán)節(jié)進行預(yù)制構(gòu)件的信息化管理。BIM設(shè)計模型在建模過程中，應(yīng)該輸入項目信息，構(gòu)件生產(chǎn)信息：構(gòu)件尺寸、編號、混凝土方量、構(gòu)件鋼筋（鋼筋直徑、形狀、數(shù)量）、保護層厚度、預(yù)留預(yù)埋構(gòu)件以及位置，內(nèi)裝信息：機電管線排布、裝飾裝修、門窗及部品。

目前國內(nèi)的基于BIM技術(shù)的數(shù)字化加工系統(tǒng)，主要有planbar建筑工業(yè)4.0系統(tǒng)。Planbar的應(yīng)用主要有三維協(xié)同工作、快速、規(guī)范、精準(zhǔn)創(chuàng)建三維模型、高效智能化深化設(shè)計、優(yōu)化BIM模型進行碰撞檢查、一鍵出圖、批量生成物料清單。目前planbar的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，可與全球范圍內(nèi)的大多數(shù)自動化流水線進行無縫對接，將生產(chǎn)數(shù)據(jù)以Unitechnik和PXML等格式導(dǎo)出后傳遞到中控系統(tǒng)，也可接受3Dmax、SketchUP、Rhino等模型數(shù)據(jù)，實現(xiàn)工廠流水線的高效運轉(zhuǎn)；且能夠?qū)崿F(xiàn)信息共享化，能夠在ERP系統(tǒng)中提供混凝土、鋼筋、預(yù)埋件的物料信息，如物料名稱、編碼、數(shù)量、單位等。

但該軟件目前也存在一些問題，主要是輸出模型封閉、二次開發(fā)或插件功能較弱；表單信息無法直接用于材料的估算和采購，表單需二次加工。

3 結(jié)論

BIM技術(shù)不僅僅是一項建模技術(shù)，它是圍繞模型，結(jié)合一系列軟硬件平臺，提取有效的數(shù)據(jù)，對項目進行數(shù)字化管理，為企業(yè)技術(shù)提供數(shù)據(jù)服務(wù)、技術(shù)支撐的平臺。隨著BIM的普及，未來對軟件的不斷開發(fā)優(yōu)化及應(yīng)用場景的開發(fā)，更加適合國內(nèi)的軟、硬件都會產(chǎn)生，軟、硬件之間的技術(shù)壁壘將被打破，BIM技術(shù)不再是各個獨立的信息孤島，而是從設(shè)計、施工、采購、加工、運維貫穿全生命周期的集成應(yīng)用技術(shù)，且BIM人才不再是某個部門的專項技術(shù)，而是滲透到各個部門，最終實現(xiàn)BIM數(shù)據(jù)在工程項目管理、企業(yè)管理、智慧建造甚至更大范圍的集成應(yīng)用。