BIM技術(shù)在建筑工程中的應(yīng)用研究

李景梅 東營市墾利區(qū)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)局

1 前言

BIM 技術(shù)，也稱為建筑信息模型，可以通過三維模型展示各個施工階段的工程信息，為制定施工方案打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，減少設(shè)計(jì)誤差的情況，加強(qiáng)施工部門之間的溝通與合作，從而完成更加科學(xué)合理的施工效果。BIM技術(shù)所呈現(xiàn)的諸多優(yōu)點(diǎn)，已廣泛運(yùn)用在建筑項(xiàng)目施工中。在建筑項(xiàng)目工程中運(yùn)用BIM 技術(shù)，進(jìn)一步升級完善以往施工設(shè)計(jì)及施工管理方法，有效提升建筑項(xiàng)目工程施工的質(zhì)量與效率，是現(xiàn)階段建筑項(xiàng)目工程行業(yè)研究的熱門課題。

2 BIM技術(shù)

建筑信息模型（BIM）以數(shù)據(jù)模型為信息集成體，以模型為核心體，表達(dá)和呈現(xiàn)建設(shè)項(xiàng)目中的各種數(shù)據(jù)信息，使工作人員在項(xiàng)目推廣中明確各種數(shù)據(jù)參數(shù)。例如，工程設(shè)計(jì)方案、現(xiàn)場施工管理、成本消耗管理等，通過可視化和仿真的特點(diǎn)，對一系列數(shù)據(jù)進(jìn)行多維解讀和列舉。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，實(shí)時更新整個系統(tǒng)下的操控框架，確保工程項(xiàng)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(shí)現(xiàn)是通過數(shù)字化方法，對工程項(xiàng)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(shí)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(shí)提供數(shù)據(jù)支撐（見圖1）。

圖1 BIM技術(shù)的實(shí)現(xiàn)過程

3 BIM技術(shù)特點(diǎn)

3.1 系統(tǒng)性

系統(tǒng)化應(yīng)用的特點(diǎn)是，在BIM 技術(shù)系統(tǒng)中，可以根據(jù)具體的技術(shù)應(yīng)用要求，對系統(tǒng)中的技術(shù)申請單進(jìn)行模塊化管理。模塊化管理的過程在BIM 技術(shù)應(yīng)用平臺中并不是孤立的，但在系統(tǒng)層面上有比較明顯的聯(lián)合應(yīng)用特征，這也是BIM技術(shù)的突出應(yīng)用特征之一。從系統(tǒng)化的實(shí)際表現(xiàn)來看，系統(tǒng)化分為管理資源的應(yīng)用水平和管理數(shù)據(jù)的維護(hù)水平。從管理資源應(yīng)用層面的系統(tǒng)性角度來看，借助BIM 技術(shù)，各級管理部門和工作人員可以結(jié)合項(xiàng)目建設(shè)的具體要求，對各部分、各環(huán)節(jié)的管理內(nèi)容實(shí)施資源化管理，也可在這種資源化管理的過程中實(shí)現(xiàn)相對有效的管理系統(tǒng)性。從管理數(shù)據(jù)維護(hù)層面的系統(tǒng)性角度來看，這種數(shù)據(jù)維護(hù)層面的系統(tǒng)性是BIM技術(shù)的突出應(yīng)用優(yōu)勢。在實(shí)際的項(xiàng)目管理過程中，結(jié)合具體的管理要求及項(xiàng)目建設(shè)過程中的設(shè)計(jì)變更要求，工作人員可以對其中相關(guān)的數(shù)據(jù)模型進(jìn)行參數(shù)層面的數(shù)字化調(diào)整，從而呈現(xiàn)出更為有效的系統(tǒng)性管理流程，相應(yīng)的數(shù)據(jù)管理效果也會更好。

3.2 協(xié)調(diào)性

在工程項(xiàng)目建設(shè)前期，各項(xiàng)目參與方均需要溝通、交流、優(yōu)化決策。如勘察設(shè)計(jì)階段，設(shè)計(jì)人員和施工作業(yè)人員可基于BIM 技術(shù)進(jìn)行溝通、交流，解決設(shè)計(jì)與施工存在的矛盾問題，即可以基于數(shù)據(jù)模型進(jìn)行各專業(yè)的協(xié)調(diào)，減少設(shè)計(jì)圖紙難施工、易錯漏的問題，提高建造效率。BIM 技術(shù)提供項(xiàng)目的形象進(jìn)度，可為調(diào)配資源、優(yōu)化決策創(chuàng)造條件，同時，在條件復(fù)雜、制約因素不明確的情況下，BIM技術(shù)依據(jù)建、構(gòu)筑物物理特性、幾何尺寸和規(guī)劃方案等復(fù)雜信息，進(jìn)行工程項(xiàng)目操作。

3.3 模擬性

在傳統(tǒng)思維中，模擬是指展示建筑的三維圖像和內(nèi)部空間，但BIM 技術(shù)的模擬不僅僅指“形”，BIM技術(shù)可以模擬真實(shí)模型的設(shè)計(jì)，還可以模擬現(xiàn)實(shí)世界中無法操作的事物。BIM 技術(shù)還能模擬正常的實(shí)際施工，對前期規(guī)劃設(shè)計(jì)和后期施工方案選擇具有重要意義。BIM 技術(shù)可以通過數(shù)字技術(shù)呈現(xiàn)理想模型，同時，技術(shù)人員可以開展模擬實(shí)驗(yàn)，直接演示三維可視化演示的結(jié)果。通過模擬實(shí)際施工的施工組織設(shè)計(jì)，可以合理指導(dǎo)施工方案。

3.4 可視性

工程施工設(shè)計(jì)是工程施工管理的重要組成部分，對工程施工的安全、進(jìn)度和質(zhì)量有著關(guān)鍵性的影響。在應(yīng)用BIM技術(shù)平臺時，項(xiàng)目施工經(jīng)理需要基于可視化技術(shù)應(yīng)用的優(yōu)勢，建立完善的項(xiàng)目施工設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)模型，并將材料選擇、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和施工技術(shù)添加到BIM數(shù)據(jù)平臺中。針對二維的項(xiàng)目施工建設(shè)圖紙，項(xiàng)目管理單位可利用二維圖紙生成三維數(shù)據(jù)模型，借助BIM 數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)，分析初期設(shè)計(jì)模型的合理性，尤其要關(guān)注設(shè)計(jì)模型的應(yīng)力承載問題及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問題，此類問題是項(xiàng)目建設(shè)過程中的關(guān)鍵。項(xiàng)目建設(shè)管理單位一定要注意BIM 技術(shù)應(yīng)用的互動性及反饋性，在互動性的支持下，設(shè)計(jì)人員應(yīng)明確各類設(shè)計(jì)構(gòu)件之間的連接關(guān)系，并以此為基礎(chǔ)，觀察結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的實(shí)際反饋信息，促使項(xiàng)目建設(shè)設(shè)計(jì)管理工作細(xì)節(jié)化，并為后續(xù)的施工決策過程提供有效的數(shù)據(jù)支持。

3.5 圖形化

BIM 技術(shù)還具有參數(shù)化和圖形化功能。BIM 模型中的每個組件都是根據(jù)輸入?yún)?shù)實(shí)現(xiàn)的，這有利于成本數(shù)據(jù)共享。模型校核無誤后，可直接輸出平面圖紙，快捷方便。BIM技術(shù)的繪圖能力能夠幫助業(yè)主發(fā)布綜合管線圖、碰撞檢測調(diào)試報(bào)告、改進(jìn)建議等。

通過BIM 技術(shù)，設(shè)計(jì)師可以優(yōu)化原有的設(shè)計(jì)方案，確保項(xiàng)目中的整體管線圖更加合理。另外，BIM技術(shù)具有良好的集成度，能夠?yàn)樵O(shè)計(jì)師提供有效的建議，減少了施工資源的浪費(fèi)。BIM生成的圖紙更具可操作性，降低了施工成本和工作周期。

4 BIM技術(shù)在建筑工程中的應(yīng)用

4.1 優(yōu)化設(shè)計(jì)

建設(shè)項(xiàng)目工程設(shè)計(jì)與規(guī)劃是建設(shè)項(xiàng)目中尤為重要的環(huán)節(jié)，在建設(shè)項(xiàng)目成本投資、周期控制、質(zhì)量管理等方面發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。過去，建筑項(xiàng)目的設(shè)計(jì)主要基于CAD。在建設(shè)項(xiàng)目設(shè)計(jì)過程中，主要人員包括設(shè)計(jì)和施工方面的專業(yè)技術(shù)人才，項(xiàng)目設(shè)計(jì)方案的主要形式是二維CAD 工程圖。BIM 技術(shù)應(yīng)用于建筑項(xiàng)目設(shè)計(jì)規(guī)劃層面，可迅速對建筑項(xiàng)目進(jìn)行建模，繼而使得業(yè)主可全面掌握建筑項(xiàng)目設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的實(shí)際情況，其對建筑項(xiàng)目設(shè)計(jì)規(guī)劃的科學(xué)完善及精準(zhǔn)定位起到至關(guān)重要的作用。其次，BIM技術(shù)應(yīng)用于建立建筑項(xiàng)目模型上，建筑項(xiàng)目工程的設(shè)計(jì)可讓PKPM等軟件對項(xiàng)目成本進(jìn)行較為精準(zhǔn)的評估，有效防止傳統(tǒng)計(jì)算模式中的人為操作失誤，有效提高建筑項(xiàng)目設(shè)計(jì)規(guī)劃環(huán)節(jié)成本把控工作效率。

4.2 碰撞檢查

BIM技術(shù)的核心功能是建立三維數(shù)字模型，并在相應(yīng)模型上實(shí)現(xiàn)碰撞檢測。由于建設(shè)項(xiàng)目管理過程中參與建設(shè)的主體單位較多，各主體單位的工作職責(zé)差異較大，而要實(shí)現(xiàn)各主體單位在規(guī)定時間內(nèi)完成相應(yīng)的工作，任務(wù)缺乏科學(xué)、合理的規(guī)劃是不可能達(dá)成相應(yīng)的目標(biāo)，并且各專業(yè)之間在施工過程中也會存在強(qiáng)烈的碰撞現(xiàn)象。而所謂的碰撞現(xiàn)象是指各施工團(tuán)隊(duì)在特定的施工期間可能會存在施工干涉的現(xiàn)象，以至于施工作業(yè)無法穩(wěn)定、高效地進(jìn)行，從而產(chǎn)生大量的人力浪費(fèi)和材料浪費(fèi)。如果在施工過程中出現(xiàn)此類狀況，則需要對現(xiàn)有的施工方案進(jìn)行變更管理，因此勢必會增加工程項(xiàng)目建設(shè)的成本，降低相應(yīng)的質(zhì)量。

4.3 虛擬施工

隨著三維模型的發(fā)展，BIM技術(shù)的應(yīng)用可以更方便地實(shí)現(xiàn)虛擬施工。技術(shù)人員可以在軟件中設(shè)置相應(yīng)的參數(shù)，然后通過BIM 技術(shù)的動態(tài)和可視化功能，模擬和反映建筑工程施工階段可能出現(xiàn)的情況和相應(yīng)的條件。當(dāng)下BIM 技術(shù)已經(jīng)在建筑工程當(dāng)中得到了十分廣泛的應(yīng)用，同時已經(jīng)構(gòu)建了相對完善的管理機(jī)制，尤其是在工程進(jìn)度控制、成本計(jì)算等方面，都能夠展現(xiàn)出十分優(yōu)質(zhì)的應(yīng)用效果。利用BIM 技術(shù)將工程施工操作賦予新的建筑專業(yè)項(xiàng)目，能夠更好地掌握每個項(xiàng)目施工階段的項(xiàng)目進(jìn)度，也可以改進(jìn)施工過程。傳統(tǒng)建筑專業(yè)設(shè)計(jì)制圖的關(guān)鍵是二維圖像法，一個新項(xiàng)目通常需要匹配前視圖、立面圖和側(cè)視圖以反映整體結(jié)構(gòu)，必須不斷檢查各個角度的平面圖和工程圖，最終得到項(xiàng)目建設(shè)方案。這個驗(yàn)證的整個過程非常繁雜，設(shè)計(jì)人員稍有不慎，就有可能導(dǎo)致項(xiàng)目施工方案出現(xiàn)錯誤。將BIM 關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用于建筑專業(yè)設(shè)計(jì)的工程施工管理，利用BIM技術(shù)為建筑專業(yè)構(gòu)建三維可視化工程項(xiàng)目實(shí)體模型，設(shè)計(jì)人員只需觀看三維模型就能夠掌握所有工程項(xiàng)目的結(jié)構(gòu)，這樣既改進(jìn)了項(xiàng)目施工方案的設(shè)計(jì)流程，也減少了設(shè)計(jì)的誤差。

4.4 場地布置

施工現(xiàn)場的總平面布置通常由技術(shù)總監(jiān)根據(jù)CAD 圖紙及其施工經(jīng)驗(yàn)實(shí)施，現(xiàn)場技術(shù)總監(jiān)通常依靠個人實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和感受進(jìn)行現(xiàn)場布局。因此，很難有效地發(fā)現(xiàn)場地布置過程中可能出現(xiàn)的問題，也沒有科學(xué)優(yōu)化場地布置方案的依據(jù)。如果依靠BIM 技術(shù)對現(xiàn)場布置工作實(shí)施預(yù)演，借助3D 可視化的參數(shù)模型，能夠有效規(guī)避作業(yè)過程中發(fā)生的設(shè)備碰撞、臨時設(shè)施布置問題、建筑原材料搬運(yùn)距離過遠(yuǎn)等問題，有效促進(jìn)文明施工，確保工程計(jì)劃順利實(shí)施，有效把控現(xiàn)場預(yù)算。經(jīng)過初步場地布置，生成施工設(shè)施的構(gòu)件庫，對于現(xiàn)場設(shè)施實(shí)施一比一模式的建模操作，賦予其相應(yīng)的材料屬性、型號等信息，這樣就能夠?yàn)閳龅啬Ｐ偷纳商峁?zhǔn)確的族文件，進(jìn)行現(xiàn)場3S 模型生成的時候，可將族文件批量導(dǎo)入相關(guān)模型中，這樣就能顯著提升3S 場地模型生成速度以及精準(zhǔn)程度。

4.5 進(jìn)度控制

BIM 技術(shù)支持的進(jìn)度控制利用集成功能對整個建設(shè)項(xiàng)目中的數(shù)據(jù)進(jìn)行集成和處理。通過網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的構(gòu)建，空間結(jié)構(gòu)信息和時間結(jié)構(gòu)信息相互重疊。在資源的有效整合下，根據(jù)數(shù)據(jù)的邏輯關(guān)系確定相應(yīng)的任務(wù)，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(xiàng)目的施工進(jìn)度是否達(dá)到預(yù)期設(shè)計(jì)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(jì)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，真正全過程跟蹤進(jìn)度控制，增強(qiáng)建筑施工質(zhì)量。

4.6 質(zhì)量安全管理

近年來，雖然我國建筑業(yè)發(fā)展穩(wěn)定，但安全事故的發(fā)生率仍然居高不下，利用BIM技術(shù)構(gòu)建的三維信息模型預(yù)測施工過程中潛在的安全和質(zhì)量問題已成為建筑工程行業(yè)的研究熱點(diǎn)。BIM 模型還可以用于仿真模擬建筑工程項(xiàng)目中關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的施工過程，從而論證施工組織方案的可行性，將很大程度上避免了施工過程中的質(zhì)量安全隱患。建筑工程質(zhì)量安全管理中應(yīng)用BIM 技術(shù)的相關(guān)研究成果和實(shí)際工程案例較少，僅局限于工程領(lǐng)域的安全信息化管理的基礎(chǔ)研究，絕大多數(shù)研究僅僅將信息化需求提出，未從施工安全管理現(xiàn)狀出發(fā)提出加強(qiáng)工程安全管理中使用BIM技術(shù)、構(gòu)建工程安全管理體系的要求。

4.7 運(yùn)營維護(hù)

建設(shè)項(xiàng)目進(jìn)入運(yùn)維環(huán)節(jié)后，竣工圖是項(xiàng)目維護(hù)的重要依據(jù)。因此，項(xiàng)目運(yùn)維人員應(yīng)充分掌握竣工圖的內(nèi)容，項(xiàng)目運(yùn)維部應(yīng)盡量防止人員流失等變化造成資金拖欠和索賠。在應(yīng)用BIM技術(shù)的條件下，不論是建筑項(xiàng)目工程中的竣工圖紙信息還是工作人員管理信息等，均可完成實(shí)時查詢操作，這就給建筑項(xiàng)目工程運(yùn)營管理部門和運(yùn)營管理工作者提供了信息支持，且可在此基礎(chǔ)上掌握建筑項(xiàng)目工程運(yùn)營維護(hù)質(zhì)量、效率及管理等，有助于促進(jìn)建筑項(xiàng)目工程運(yùn)營維護(hù)工作往精細(xì)化方向發(fā)展，且可在建筑項(xiàng)目工程運(yùn)營維護(hù)水準(zhǔn)的基礎(chǔ)上提高建筑項(xiàng)目主體的使用年限。

5 結(jié)束語

綜上所述，隨著國內(nèi)建筑業(yè)的持續(xù)高速、穩(wěn)定發(fā)展和進(jìn)步，建筑業(yè)相關(guān)工程技術(shù)人員使用BIM相關(guān)技術(shù)，能夠顯著提高國內(nèi)建筑領(lǐng)域的施工技術(shù)和水平。建筑行業(yè)的相關(guān)工程師和技術(shù)人員可以借助BIM 相關(guān)技術(shù)，高質(zhì)量地完成施工過程中工藝優(yōu)化的規(guī)劃和設(shè)計(jì)。BIM相關(guān)技術(shù)將工期周期合理縮短、顯著提升項(xiàng)目工程管理工作效率以及大量節(jié)約成本等技術(shù)優(yōu)勢，在進(jìn)行施工作業(yè)場地布置的過程中能夠起到非常具體生動的技術(shù)指引作用，施工作業(yè)階段針對三維模型實(shí)施全方位可視化的模擬仿真操作，這種操作能夠?qū)⒖傮w規(guī)劃設(shè)計(jì)技術(shù)方案變得非常便捷易懂，進(jìn)而也能夠最大限度地減少建筑行業(yè)相關(guān)工程技術(shù)人員出現(xiàn)工作失誤的概率。