BIM技術(shù)在建筑工程中的應(yīng)用研究綜述

付立斌FU Li-bin；屈敏杰QU Min-jie

（河北科技大學(xué)經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院，石家莊 050018）

0 引言

BIM（Building Information Model），即建筑信息模型，是指在建筑工程過程和裝備的整個(gè)生命周期中，對(duì)其物理結(jié)構(gòu)和功能特征實(shí)現(xiàn)可視化描述，并按其設(shè)計(jì)、實(shí)施、運(yùn)行管理的技術(shù)與成果的統(tǒng)稱，指在建筑工程的策劃、設(shè)計(jì)、實(shí)施與運(yùn)維過程中實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享、優(yōu)化、協(xié)調(diào)和控制的技術(shù)與手段。BIM系統(tǒng)是一個(gè)綜合三維空間、四維時(shí)間和五維成本的多維信息系統(tǒng)模式。它以三維數(shù)字化信息技術(shù)為研究前提，通過集成建設(shè)項(xiàng)目的工程數(shù)據(jù)，并采用數(shù)字化的方法展示了建設(shè)項(xiàng)目的施工主體結(jié)構(gòu)和功能特征。

BIM技術(shù)整合了建設(shè)項(xiàng)目生命周期不同階段的數(shù)據(jù)和資源，完整、系統(tǒng)地描述了項(xiàng)目，并提供了實(shí)時(shí)的項(xiàng)目數(shù)據(jù)信息，如查詢、自動(dòng)計(jì)算等，為項(xiàng)目參與方提供一定的參考和借鑒價(jià)值。由于建設(shè)項(xiàng)目參與方人數(shù)較多，多工種、多部門覆蓋，項(xiàng)目周期長(zhǎng)，涵蓋信息范圍廣，交流量大。因此，施工單位通過建立統(tǒng)一的建筑信息化的標(biāo)準(zhǔn)體系，才能實(shí)現(xiàn)工程數(shù)據(jù)于整個(gè)項(xiàng)目實(shí)施中的流暢度，真正實(shí)現(xiàn)工程數(shù)據(jù)共享，BIM技術(shù)主流的軟件如表1所示。

表1 BIM主流軟件表

1 國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)綜述

1.1 國(guó)外文獻(xiàn)綜述

BIM理念起初由美國(guó)喬治亞理工大學(xué)教授Chuck Eastman在1974年第一次提出。21世紀(jì)初，全球開啟BIM時(shí)代，基于其理論的建筑元素已成為建筑行業(yè)的基礎(chǔ)，并得到美國(guó)、德國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家的認(rèn)可，也應(yīng)用推廣到實(shí)踐過程中。目前，美國(guó)和德國(guó)是使用BIM技術(shù)最多的國(guó)家。同時(shí)，BIM技術(shù)的研究和應(yīng)用已滲透到國(guó)內(nèi)多個(gè)行業(yè)領(lǐng)域，覆蓋范圍不斷擴(kuò)大。Sheryl和Fischer（2019）提出一種幫助項(xiàng)目經(jīng)理高效精確地預(yù)算項(xiàng)目成本并縮小計(jì)劃與實(shí)際成本之間偏差的項(xiàng)目成本預(yù)算模型[1]。Sheryl（2020）基于標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品模型，增加一種項(xiàng)目在準(zhǔn)備期便提前預(yù)估實(shí)施過程中會(huì)遇到的問題并做好解決方案的作用，進(jìn)而原模型的降低負(fù)效應(yīng)[2]。Ali Murat Tanyer和Ghassan Aouad（2020）開發(fā)了一款協(xié)助項(xiàng)目負(fù)責(zé)人構(gòu)建快速預(yù)算施工成本的BIM 4D模型的4D進(jìn)度計(jì)劃施工軟件[3]。基于ADT平臺(tái)原型系統(tǒng)，Charlie Fu和Ghassan（2019）從建筑設(shè)計(jì)成果中提取工程造價(jià)的相關(guān)數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)導(dǎo)入造價(jià)評(píng)估系統(tǒng)進(jìn)行評(píng)估計(jì)算[4]。Halfawy and Mahmound M.R.（2019）建立了基于BIM技術(shù)的施工項(xiàng)目信息平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了施工結(jié)構(gòu)實(shí)物編輯、結(jié)構(gòu)施工項(xiàng)目統(tǒng)計(jì)、施工成本預(yù)算、工程管理等功能[5]。Lee等人（2020）通過結(jié)合BIM技術(shù)和施工單位，并基于具體工程項(xiàng)目的整體要求估計(jì)項(xiàng)目成本，在項(xiàng)目初端對(duì)項(xiàng)目工程造價(jià)進(jìn)行可行性控制，降低人為估算主觀性產(chǎn)生的偏差，高效預(yù)估工程的實(shí)施項(xiàng)目成本[6]。

1.2 國(guó)內(nèi)文獻(xiàn)綜述

國(guó)內(nèi)對(duì)BIM技術(shù)的研究起步較晚，研究的成果也是相對(duì)較少的。清華大學(xué)早在2010年便制定了IFC、IFD和IDM即BIM技術(shù)所需的三大標(biāo)準(zhǔn)。其研究?jī)?nèi)容包括標(biāo)準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)化使用、標(biāo)準(zhǔn)使用功能和標(biāo)準(zhǔn)資源三個(gè)部門[7]。

倪澤帆（2022）簡(jiǎn)要介紹了BIM技術(shù)，并闡釋了BIM技術(shù)對(duì)建筑工程造價(jià)管理的影響，著重探討其具體的應(yīng)用策略[8]。李鳳芝（2021）闡述了BIM技術(shù)的內(nèi)涵與特點(diǎn)，深入分析BIM技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用效果，為相關(guān)人員提供參考[9]。高定剛（2020）認(rèn)為，BIM技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用有很多，尤其在建筑工程施工管理中發(fā)揮著極其重要的作用，不僅可以有效提高管理的效率和質(zhì)量，也可以對(duì)整個(gè)建筑行業(yè)的穩(wěn)定健康發(fā)展起到積極的促進(jìn)作用[10]。劉文秀和賈曉田（2020）通過詳細(xì)分析了BIM技術(shù)在施工項(xiàng)目管理中的應(yīng)用，例如項(xiàng)目決策規(guī)劃、項(xiàng)目施工管理、項(xiàng)目運(yùn)營(yíng)管理等等，隨后整合項(xiàng)目的所有信息，使BIM技術(shù)在建筑工程中得到了廣泛地應(yīng)用[11]。

田志芳（2020）通過闡述分析BIM技術(shù)的基本內(nèi)涵和優(yōu)勢(shì)，并結(jié)合具體的建設(shè)項(xiàng)目案例，對(duì)BIM技術(shù)在建設(shè)項(xiàng)目組織管理中的實(shí)際應(yīng)用進(jìn)行了分析研究[12]。劉世豪（2020）嘗試將BIM技術(shù)應(yīng)用于建設(shè)項(xiàng)目管理的過程中，通過虛擬建模的試驗(yàn)工作，從而及時(shí)發(fā)現(xiàn)在實(shí)際施工過程中存在的不足，還可以有效避免在施工過程中的資源浪費(fèi)，從整體上有利于施工項(xiàng)目的順利開展[13]。盧靜雅（2020）為了能夠充分體現(xiàn)BIM技術(shù)在裝配式建筑工程施工中的重要性和必要性，從而從裝配式建筑的前期施工、施工過程和后期施工三個(gè)方面詳細(xì)論述了BIM技術(shù)的應(yīng)用[14]。

BIM技術(shù)標(biāo)志著建筑工程的第二次革命。當(dāng)前，BIM技術(shù)應(yīng)用于眾多發(fā)達(dá)國(guó)家等超過一半的建工設(shè)計(jì)企業(yè)。我國(guó)BIM技術(shù)的深研推廣使用也受到其多方面理論方法的影響，包括在項(xiàng)目實(shí)施各階段中的使用技術(shù)、方式特點(diǎn)和適用范圍等。

2 主要內(nèi)容

2.1 BIM技術(shù)定義

本文對(duì)BIM進(jìn)行定義如下：

①BIM都是基礎(chǔ)設(shè)施（包括建設(shè)項(xiàng)目）有關(guān)物理和化學(xué)功能結(jié)構(gòu)特性的重要數(shù)字化基礎(chǔ)信息；②BIM是一種資源共享的商業(yè)知識(shí)產(chǎn)權(quán)資源。它是通過共享獲取有關(guān)該基礎(chǔ)設(shè)施的相關(guān)信息的過程，并為從設(shè)施開始建設(shè)到拆除整個(gè)生命周期中的所有國(guó)家決策權(quán)提供可靠的理論依據(jù)；③在項(xiàng)目開發(fā)的不同階段，不同的項(xiàng)目干系人可以插入、提取、更新和編輯修改項(xiàng)目信息的方式，共同支持和開展體現(xiàn)各自共同責(zé)任的項(xiàng)目協(xié)同管理運(yùn)作。

2.2 BIM技術(shù)在建筑工程中的應(yīng)用領(lǐng)域

①施工平面布置。在現(xiàn)代建筑施工的應(yīng)用過程中，不同的建筑施工方案也具有不同的應(yīng)用特點(diǎn)。房屋建筑主體工程分為主體基礎(chǔ)設(shè)計(jì)項(xiàng)目、主體建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)項(xiàng)目和后期建筑裝飾裝修設(shè)計(jì)項(xiàng)目。應(yīng)用新的BIM設(shè)計(jì)技術(shù)可以輕松實(shí)現(xiàn)建筑平面不同位置上三個(gè)不同建筑施工設(shè)計(jì)階段的專業(yè)平面布置解決方案設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)各種布置設(shè)計(jì)方案的功能優(yōu)化和系統(tǒng)集成，從而可以得到一套最佳的有利于建筑工程施工的專業(yè)平面布置設(shè)計(jì)方案。如圖1所示便是與BIM技術(shù)在建筑工程中具體應(yīng)用相關(guān)的主要內(nèi)容。

②施工質(zhì)量控制。建筑工程中經(jīng)常應(yīng)用到的BIM技術(shù)設(shè)備可以有效地幫助解決這些技術(shù)問題，提高建筑工程施工管理效率，保證建筑工程建設(shè)工作質(zhì)量。在建筑材料存儲(chǔ)方面，BIM應(yīng)用技術(shù)模塊可以將各種建筑材料和機(jī)械設(shè)備使用相關(guān)的材料信息通過模塊直接存儲(chǔ)在各種平面建筑布局中，并通過移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)的廣泛應(yīng)用，促進(jìn)建筑項(xiàng)目工程管理者及相關(guān)技術(shù)人員在項(xiàng)目第一時(shí)間快速查詢掌握所需建筑材料和使用機(jī)械設(shè)備的相關(guān)信息，并能比較和在施工現(xiàn)場(chǎng)檢查所需建筑材料與使用機(jī)械設(shè)備質(zhì)量是否一致，并能在短的時(shí)間內(nèi)準(zhǔn)確控制和有效控制不同的合格使用材料在建筑工程設(shè)計(jì)中的綜合應(yīng)用，保證各種建筑材料和機(jī)械設(shè)備的合理搭配使用。在作業(yè)施工工藝流程質(zhì)量監(jiān)控方面，BIM作業(yè)技術(shù)人員可以自動(dòng)模擬實(shí)際施工工藝質(zhì)量流程，從而自動(dòng)制定質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，使作業(yè)員工完全能夠按照實(shí)際相關(guān)的流程工藝質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行作業(yè)，從而真正達(dá)到施工計(jì)劃與實(shí)際工藝施工的有效相互契合，BIM的管理架構(gòu)如圖2所示。

③進(jìn)度控制。建設(shè)項(xiàng)目的主體建設(shè)有一定的施工期限。在所有施工執(zhí)行過程中，都需要對(duì)所有施工執(zhí)行過程進(jìn)行實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程控制。在以往的施工管理實(shí)施辦法中，雖然制定了較為詳細(xì)的具體施工進(jìn)度計(jì)劃管理方案，但在實(shí)際施工管理過程中，由于受各種因素的直接影響，不能按照已經(jīng)制定和實(shí)現(xiàn)的具體施工進(jìn)度計(jì)劃順利完成施工任務(wù)的不良現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生。由于一些所謂的施工計(jì)劃進(jìn)度跟不上市場(chǎng)變化，建設(shè)項(xiàng)目過程中的許多不利因素往往都會(huì)直接導(dǎo)致項(xiàng)目施工進(jìn)度根本無法控制。在目前傳統(tǒng)的圖形設(shè)計(jì)表示圖紙中，采用二維平面圖像表示的設(shè)計(jì)方法，遠(yuǎn)不如目前的三維矩形圖像表示設(shè)計(jì)圖紙方法更加直觀。

BIM該技術(shù)主要利用三維矩形圖像的表現(xiàn)原理，與目前傳統(tǒng)的工程進(jìn)度管理計(jì)劃技術(shù)相比，可以大大減少部分工作量，保證工作精度，同時(shí)它還具有很大的圖像可視和調(diào)整性，能夠有效實(shí)現(xiàn)對(duì)工程施工進(jìn)行過程中可能出現(xiàn)的各種問題及時(shí)進(jìn)行準(zhǔn)確識(shí)別和及時(shí)進(jìn)行調(diào)整。在施工設(shè)計(jì)過程中，一旦設(shè)計(jì)中出現(xiàn)工程施工與設(shè)計(jì)圖紙之間的矛盾，可以及時(shí)更改，對(duì)保證工程進(jìn)度安全不會(huì)產(chǎn)生很大的不利影響，從而保證項(xiàng)目進(jìn)度的安全可控性和進(jìn)度控制。BIM數(shù)據(jù)庫(kù)也將業(yè)主、施工單位、設(shè)計(jì)單位、運(yùn)營(yíng)單位和構(gòu)建制造緊密結(jié)合起來提高了效率，減少了信息溝通的障礙，加強(qiáng)了對(duì)于進(jìn)度的控制，如圖3所示。

以上通過BIM的技術(shù)整合實(shí)現(xiàn)的產(chǎn)品價(jià)值將大大提高產(chǎn)品技術(shù)含量和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。但BIM在項(xiàng)目招投標(biāo)過程中并不是噱頭，業(yè)主希望通過投標(biāo)BIM實(shí)現(xiàn)自身價(jià)值。此外，BIM工程技術(shù)的多項(xiàng)現(xiàn)有研發(fā)能力為專業(yè)施工單位、設(shè)計(jì)單位對(duì)運(yùn)營(yíng)單位的生產(chǎn)全過程實(shí)施精細(xì)化質(zhì)量管理工作帶來了巨大的經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)也對(duì)運(yùn)營(yíng)單位節(jié)約過程工期、提高運(yùn)營(yíng)單位工程質(zhì)量、大幅度提高運(yùn)營(yíng)單位客戶服務(wù)價(jià)值等等起到了一定的促進(jìn)作用。

3 BIM技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

3.1 與通信和計(jì)算機(jī)技術(shù)結(jié)合

BIM信息技術(shù)在未來的工業(yè)發(fā)展中必須與先進(jìn)的無線通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合，才能大大提高現(xiàn)代建筑業(yè)的生產(chǎn)效率。預(yù)計(jì)將繼續(xù)有以下發(fā)展趨勢(shì)。①移動(dòng)終端的應(yīng)用。在整個(gè)建筑設(shè)計(jì)行業(yè)領(lǐng)域，我們會(huì)經(jīng)?？吹皆S多建筑承包商都為自己的專業(yè)員工內(nèi)部配備了這些新的移動(dòng)通訊設(shè)備，便于他們能夠在各個(gè)工作現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行建筑設(shè)計(jì)。②無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的普及。監(jiān)視器和濕度傳感器可以放置在整個(gè)建筑物內(nèi)的任何一個(gè)地方，以便于監(jiān)測(cè)整個(gè)建筑物內(nèi)的相對(duì)溫度、空氣質(zhì)量和相對(duì)濕度。然后，添加新的加熱溫度信息和關(guān)閉通風(fēng)。信息，供水系統(tǒng)信息和其他供水控制系統(tǒng)信息。通過無線視頻傳感器以及網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)收集相關(guān)信息后，工程師不僅可以全面地深入了解我國(guó)建筑的發(fā)展現(xiàn)狀，從而為工程設(shè)計(jì)和建筑施工解決方案制定提供有效的決策依據(jù)。③云計(jì)算技術(shù)的應(yīng)用。無論是數(shù)據(jù)能耗還是數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化的分析，對(duì)一些復(fù)雜信息的綜合處理和數(shù)據(jù)分析都非常需要充分利用云計(jì)算強(qiáng)大的數(shù)據(jù)計(jì)算分析能力。甚至，我們的產(chǎn)品渲染和數(shù)據(jù)分析工作過程中還可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)各種實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)計(jì)算，幫助產(chǎn)品設(shè)計(jì)師盡快比較不同的產(chǎn)品設(shè)計(jì)和尋求解決問題方案。④數(shù)字化現(xiàn)實(shí)捕捉。這項(xiàng)監(jiān)測(cè)技術(shù)主要通過自動(dòng)激光無線掃描，可以同時(shí)掃描多座橋梁、公路、鐵路等，獲取早期監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。建筑師們將可以用這種身臨其境、互動(dòng)的設(shè)計(jì)方式在3D空間中開展工作，直觀地對(duì)外展示自己產(chǎn)品開發(fā)的技術(shù)。

3.2 將建筑信息組織成整體

BIM質(zhì)量技術(shù)中心作為我國(guó)實(shí)現(xiàn)工程建設(shè)項(xiàng)目全方位生命周期質(zhì)量管理系統(tǒng)BIM的一項(xiàng)核心技術(shù)，正是它引領(lǐng)著中國(guó)建筑業(yè)前所未有的徹底產(chǎn)業(yè)變革。BIM信息技術(shù)主要利用各種數(shù)字模型將處于建筑全生命周期內(nèi)的各種類型建筑項(xiàng)目信息進(jìn)行組織并形成一個(gè)信息整體，對(duì)建筑項(xiàng)目的規(guī)劃設(shè)計(jì)、施工和生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)過程進(jìn)行有效管理。BIM該項(xiàng)技術(shù)將徹底改變傳統(tǒng)建筑行業(yè)公司傳統(tǒng)的經(jīng)營(yíng)思維管理模式和行業(yè)運(yùn)作管理模式，在工程設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營(yíng)各個(gè)過程中加快建立新的行業(yè)組織管理模式和新的行業(yè)管理規(guī)則，從根本上有效解決了各項(xiàng)目工程規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營(yíng)各個(gè)周期階段的設(shè)計(jì)信息數(shù)據(jù)丟失安全問題，實(shí)現(xiàn)了建筑工程設(shè)計(jì)信息在整個(gè)生命周期過程中的有效綜合利用和規(guī)范管理，提高建筑工程質(zhì)量和項(xiàng)目運(yùn)行管理效率，帶來了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。

4 結(jié)論

我國(guó)關(guān)于如何將BIM技術(shù)應(yīng)用于建設(shè)項(xiàng)目的施工階段，仍有許多研究。本文選取了國(guó)內(nèi)外代表性和前沿的論文作為范例，對(duì)BIM的標(biāo)準(zhǔn)與定義、優(yōu)勢(shì)、國(guó)內(nèi)現(xiàn)存問題、應(yīng)對(duì)策略、運(yùn)用流程和BIM技術(shù)在建筑工程中的具體應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)行了詳細(xì)的分析。并依據(jù)現(xiàn)狀推測(cè)BIM技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。綜上所述，本文對(duì)BIM技術(shù)在建筑工程中的應(yīng)用進(jìn)行詳細(xì)分析，為想要在該領(lǐng)域深入研究的學(xué)者提供了清晰的信息，根據(jù)文獻(xiàn)綜述可以得出結(jié)論，隨著時(shí)代的發(fā)展，BIM技術(shù)在未來的應(yīng)用將更加廣泛。BIM系統(tǒng)給我們帶來的不僅是一種高效的工具，更是一種全新的建設(shè)理念。BIM系統(tǒng)在建設(shè)項(xiàng)目管理中的作用將逐步提高，最終成為建筑業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)，并逐步改變建筑業(yè)傳統(tǒng)的工作模式。