BIM技術(shù)在建筑工程施工中的應用研究

黃 林

（礦冶科技集團有限公司，北京 100160）

0 引言

隨著科技的發(fā)展，傳統(tǒng)建筑的功能越來越無法滿足人們的需求，如今的建筑逐漸朝著數(shù)字化、智能化方向發(fā)展，人們也越來越多地關(guān)注建筑施工質(zhì)量，綠色建筑的環(huán)保理念應運而生。伴隨智慧城市、智能樓宇等概念的提出，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計愈加多樣化，BIM技術(shù)以能夠更好地處理建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的多樣性與復雜性而獲得更多的關(guān)注，對推動建筑工程施工發(fā)展的信息化具有重要意義。BIM技術(shù)基于數(shù)字信息構(gòu)建結(jié)構(gòu)所具有的真實性模型，其信息具有一致性和關(guān)聯(lián)性，同時具備可視化、協(xié)調(diào)性、優(yōu)化性、模擬性和可出圖等特性，在建筑工程生命周期中能夠有效協(xié)調(diào)優(yōu)化建筑施工前期準備階段、動態(tài)模擬建筑施工全過程，從而提高施工質(zhì)量、優(yōu)化施工工期、加快施工進度、減少施工成本，以此促進建筑行業(yè)朝著信息化方向發(fā)展，推動城市向智慧化、智能化發(fā)展。

1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

BIM理念來源于20世紀70年代美國卡耐基麥隆大學的查理·伊斯特曼提出的“建筑描述系統(tǒng)”[1]。國內(nèi)方面，關(guān)于BIM的研究，田瑜華[2]、李雨擎[3]分別進行了詳細的概述。

2002年Autodest公司向美國建筑師協(xié)會提出了建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）的概念，自此BIM一詞正式誕生，并一直沿用至今。作為最早提出BIM概念的國家，美國對BIM的應用與研究位居世界前列。隨著建筑技術(shù)的不斷發(fā)展，英國、日本、韓國等國家相繼開展對BIM的研究并大力推廣BIM技術(shù)的應用[4]。雖然我國對BIM的研究起步較晚，但是隨著國家對BIM技術(shù)的不斷重視，目前已經(jīng)有很多企業(yè)應用BIM技術(shù)開展施工[5]。

關(guān)于BIM技術(shù)在施工過程中的應用的研究，國內(nèi)外學者進行了大量的研究，例如國外學者Volkov等將評估技術(shù)與BIM技術(shù)相結(jié)合，便于施工過程中的費用控制和物資管理，減少資源的浪費[6]。Juszczyk等從BIM角度研究了基于BIM的設(shè)計變更分析、設(shè)計變更管理和對BIM模型所做更改的可視化的問題[7]。Bonnal等研究了各施工工序之間的資源聯(lián)系與不確定性，證明了BIM技術(shù)能夠為施工進度提供指導[8]。Chen等提出了一種基于BIM技術(shù)的質(zhì)量模型來集成POP模型，確保了從設(shè)計到施工的信息一致性，證明將BIM技術(shù)應用于施工質(zhì)量管理是可能和可行的[9]。

國內(nèi)學者于景飛、謝宇晨利用BIM技術(shù)建立工程施工現(xiàn)場3D模型與數(shù)據(jù)庫，利用BIM數(shù)據(jù)系統(tǒng)對工程施工中各施工項進行計算，得到相應的成本與工程量數(shù)據(jù)，能夠有效降低資源量浪費，顯著降低施工過程成本[10]。牛博生[11]認為將BIM技術(shù)引入項目進度管理中，有助于提高項目管理水平，減少資源損失，構(gòu)建了在進度管理中BIM技術(shù)的應用框架體系和流程，對實際的施工進度管理具有一定的指導意義。王彥[12]創(chuàng)建一種可視化、符合多目標需求的質(zhì)量控制系統(tǒng)，將BIM技術(shù)應用于施工全過程，從而確保了施工質(zhì)量。朱曉東[13]開展了BIM安全評估指標和施工方案防護性能的研究，從而降低施工風險，減少施工過程中的安全事故。

綜上所述，在建筑的建造生命周期內(nèi)，BIM技術(shù)的應用起到至關(guān)重要的作用，隨著科技的日益發(fā)展和綠色、低碳、環(huán)保等理念的提出，建筑行業(yè)也應進一步推動BIM技術(shù)在建筑工程中的應用，從而降低施工成本，提高施工效率，確保工程施工質(zhì)量與安全。

2 BIM技術(shù)在建筑施工中各階段的應用

BIM技術(shù)是將建筑物的物理數(shù)據(jù)信息與其功能所具有的特點建立信息化、可視化和數(shù)字化的建筑業(yè)轉(zhuǎn)型升級的技術(shù)載體，其所構(gòu)建的是一種包含諸多形式的模型信息的信息資源共享平臺，從而實現(xiàn)信息共享、資源共享，減少建筑生命周期中的不必要問題。BIM遍及整個建筑項目的生命周期，隨著建筑施工的開展，BIM技術(shù)也在不斷深化和優(yōu)化，對建筑的設(shè)計、施工、項目管理、項目運維等方面進行協(xié)同深化，具體做法如下。

2.1 BIM技術(shù)在建筑施工前期準備階段的應用

建筑施工前期階段是建筑施工中最重要的階段，建筑施工前期工作的順利進行能夠確保后續(xù)工程的順利展開。建筑施工前期階段主要包括建筑設(shè)計、檢驗施工方案和規(guī)劃的合理性、施工圖預算、技術(shù)交底、管道綜合布置與碰撞檢查等內(nèi)容。

2.1.1 BIM技術(shù)在建筑設(shè)計階段的應用

基于BIM技術(shù)及現(xiàn)有規(guī)范與建筑物理信息對建筑物建立模型，通過設(shè)置軸線、樓層標高及相關(guān)參數(shù)等可以很快地將模型設(shè)計出來，而且BIM相關(guān)軟件還支持圖文自動生成，當在模型中更改某一參數(shù)時，可以將模型中同一參數(shù)進行更改并保存下來，操作方便，與二維設(shè)計相比，減少了操作步驟。

此外，以BIM技術(shù)為基礎(chǔ)，將建筑、結(jié)構(gòu)、安裝等專業(yè)進行協(xié)同設(shè)計，各專業(yè)互通共享設(shè)計信息資源，減少了各專業(yè)之間的錯誤設(shè)計和缺少項，降低了從設(shè)計到施工全過程的損失。建筑建模設(shè)計完成之后，可以進行結(jié)構(gòu)建模，結(jié)構(gòu)建模完成之后，又可以利用BIM技術(shù)對構(gòu)建的建筑信息模型進行計算、檢驗等。利用BIM技術(shù)高質(zhì)量、高效地進行建筑模型的設(shè)計，可以在很大程度上減少資源的浪費[14]。

2.1.2 BIM技術(shù)在檢驗施工方案和規(guī)劃的合理性中的應用

BIM技術(shù)具有可視化的特點，利用BIM技術(shù)可以構(gòu)建三維的建筑結(jié)構(gòu)圖，可以在模型中清晰地看到各節(jié)點結(jié)構(gòu)的構(gòu)建，從而更加了解實際建筑的構(gòu)造，方便工程施工。此外，建筑模型構(gòu)建完成之后將周圍相關(guān)環(huán)境數(shù)據(jù)信息等整合，利用BIM技術(shù)建立4D模型，可以進行可視化的環(huán)境模擬分析。使用BIM技術(shù)對建筑物附近的環(huán)境進行建筑物的日照分析、風分析、噪音分析、光污染分析、溫度分析、結(jié)露分析等。對建筑物周邊環(huán)境的和建筑物本身的剖析都可以通過BIM相關(guān)軟件進行，并能夠自動導出詳細的圖文報告，便于建筑相關(guān)人員論證設(shè)計方案規(guī)劃的合理性與可行性。

2.1.3 BIM技術(shù)在施工圖預算中的應用

在建筑施工過程中，如果需要進行傳統(tǒng)的施工圖預算，需要來自施工企業(yè)的造價人員和相關(guān)技術(shù)人員將查閱到的資料和相關(guān)標準進行結(jié)合，從而進行建筑工程的預算工作。當涉及管線及鋼筋的預算計算時，需要具有豐富經(jīng)驗的師傅來進行。施工圖預算大多通過手工計算，浪費大量的時間和精力，而且每個人的知識經(jīng)驗的不同，也會導致施工圖預算計算結(jié)果不準確。將BIM技術(shù)應用到實際的建筑工程當中，可以很好地解決上述問題。通過利用BIM軟件中相關(guān)程序，就可以對工程造價進行實時檢索，并出具高質(zhì)量的工程量清單[15]，不僅可以減少大量的工作量，還能夠提高計算的準確性，確保造價人員把更多的精力放到造價管理方面。

2.1.4 BIM技術(shù)在技術(shù)交底中的應用

在建筑工程的技術(shù)交底過程中，施工技術(shù)人員需要根據(jù)實際施工過程進行文字描述或者口頭描述，但由于各人的理解不同，容易造成所敘述內(nèi)容與實際內(nèi)容出現(xiàn)歧義，可能會導致出現(xiàn)施工質(zhì)量問題，從而造成不必要的資源浪費。將BIM技術(shù)應用于復雜施工過程的技術(shù)交底，充分利用BIM技術(shù)的可視化的特點。利用BIM技術(shù)建立的模型可以直觀地表達出設(shè)計者的意圖，以及項目管理人員對資源和進度的調(diào)度思想，使設(shè)計方與施工方通過圖紙進行面對面的交流，同時也方便各施工班組和施工項目管理人員理解設(shè)計者的目的與意圖。

2.1.5 BIM技術(shù)在管道綜合布置與碰撞檢查中的應用

在建筑設(shè)計中，通過應用BIM技術(shù)可以為不同的設(shè)計人員提供跨專業(yè)系統(tǒng)平臺，通過對不同專業(yè)設(shè)計之間可能出現(xiàn)的碰撞問題進行檢驗，從而實現(xiàn)各專業(yè)設(shè)計之間的優(yōu)化。同時利用BIM技術(shù)，可以看到建筑模型的各節(jié)點構(gòu)造，從而實現(xiàn)管線等復雜施工部位的調(diào)整和優(yōu)化。通過3D模型進行管道碰撞檢查，這在傳統(tǒng)的平面模型上是無法實現(xiàn)的，同時通過模型的剖面圖可以準確地看到各管道設(shè)計的標高和位置，從而對管道的布置進行優(yōu)化，并及時調(diào)整。通過BIM模型進行管道碰撞檢查以及與其他結(jié)構(gòu)之間的碰撞檢查，導出碰撞檢查文件，從而為設(shè)計人員調(diào)整管線的布置解決了問題，最大限度地避免在施工過程中出現(xiàn)管道碰撞問題，降低建筑施工階段的錯誤損失和返工概率[16]。

2.2 BIM技術(shù)在動態(tài)化施工中的應用

2.2.1 應用BIM技術(shù)模擬動態(tài)施工

應用BIM技術(shù)將現(xiàn)實施工中場景通過信息化處理轉(zhuǎn)化為相應的模型信息，通過模型實現(xiàn)虛擬施工現(xiàn)場，從而實現(xiàn)真實施工現(xiàn)場的動態(tài)化模擬，通過對施工現(xiàn)場的動態(tài)化模擬可以促使工程施工人員明確各施工項的施工工藝順序，掌握施工的難點和關(guān)鍵點，提升整體的施工操作水平，從而為施工現(xiàn)場中可能出現(xiàn)的問題提供指導[17]。例如在施工過程中采用臨時構(gòu)件對某一部位加固時，可通過BIM技術(shù)對該部位進行模擬和數(shù)值分析計算，從而確定最優(yōu)加固位置。通過BIM技術(shù)的模擬，最大限度地保證施工質(zhì)量，避免因施工質(zhì)量影響施工進度。

2.2.2 BIM技術(shù)在施工管理中的應用

利用BIM技術(shù)可以將建筑物3D模型與施工現(xiàn)場信息以及相關(guān)時間信息建立4D模型信息，之后進行模型的施工方案動態(tài)模擬、工程項目管理、工程資料管理、工程進度控制、工程成本控制、安全管理及文明施工管理等。通過在計算機上進行施工全過程的模擬，分析預測在工程施工中可能遇到的問題，探索改進方案，進而形成施工新技術(shù)。同時，利用BIM技術(shù)模擬實際建筑施工過程中總資源限制與總工期要求，通過引入工期、成本與能耗等因素，從而建立建筑施工過程中的5D模型，找到可以進行多次優(yōu)化、時間短、成本低、無沖突、滿足不同項目需求的最佳施工活動組合，它可以根據(jù)實時更新和交換的信息修改項目策略，從而大大提高工程建設(shè)的信息化水平，以期能達到工程中最優(yōu)配置，從而確定建筑工程中的施工段的劃定和施工方案的確定，進而編制施工進度計劃，更好地實現(xiàn)項目優(yōu)化管理，在降低成本的前提下保證施工質(zhì)量，為建筑工程項目管理者提供有力的決策建議。

3 結(jié)語

綜上所述，BIM技術(shù)在建筑工程施工中的應用具有重要的意義。BIM技術(shù)的應用使建筑行業(yè)的信息化得到了空前的發(fā)展，同時也為智慧城市、智慧樓宇的建造提供了有力的技術(shù)支持。BIM技術(shù)實現(xiàn)了對建筑施工的預先模擬，不僅包括對建筑模型的構(gòu)建，也包括對施工過程前期的模擬、施工過程中的演化模擬等。通過應用BIM技術(shù)，可以使建筑企業(yè)盡早地發(fā)現(xiàn)在未來施工過程中可能出現(xiàn)的問題，從而改正問題，最大限度地降低工程中的損失。將BIM技術(shù)應用到建筑工程中，不僅提高了建筑設(shè)計者的工作效率，也為不同類別建筑設(shè)計者提供了協(xié)同工作的平臺，同時提高了建筑施工中的施工管理質(zhì)量、施工效率，有利于實現(xiàn)建筑工程效益最大化。BIM技術(shù)的應用有利于推動建筑多領(lǐng)域、多學科共同發(fā)展，對建筑行業(yè)的發(fā)展起到重要的推動作用。