建筑工程中BIM 技術(shù)應(yīng)用的探索與分析

韓瑩 HAN Ying

（武漢星啟置業(yè)有限公司，武漢 430000）

0 引言

建筑工程領(lǐng)域的BIM 技術(shù)近年來受到廣泛關(guān)注和應(yīng)用。BIM 技術(shù)以其在數(shù)字化建模、數(shù)據(jù)管理和協(xié)同設(shè)計方面的優(yōu)勢，為建筑行業(yè)帶來了革命性的改變。在這一數(shù)字化時代，越來越多的建筑項目采用BIM 技術(shù)來優(yōu)化設(shè)計、提高效率和降低風(fēng)險[1]。本文將對建筑工程中BIM 技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行深入探索與分析，重點關(guān)注其在設(shè)計階段、施工管理、成本控制以及項目協(xié)作中的表現(xiàn)。

1 BIM 技術(shù)的定義和特點

1.1 BIM 技術(shù)的定義

BIM 技術(shù)是一種基于數(shù)字化建筑信息模型的綜合性技術(shù)，通過可視化和數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)整合建筑設(shè)計、施工和運維過程。它以三維建筑模型為基礎(chǔ)，集成了建筑元素的幾何、材料和構(gòu)造信息，并包含了時間和成本等相關(guān)數(shù)據(jù)。BIM 技術(shù)通過實時協(xié)作和數(shù)據(jù)共享，為建筑項目的各個階段提供一致且精確的信息，優(yōu)化項目管理和決策過程。借助BIM 技術(shù)，建筑專業(yè)人員可以在設(shè)計、施工和運維過程中，進(jìn)行協(xié)同合作、資源優(yōu)化和風(fēng)險控制，以提高工程效率、降低成本并使項目質(zhì)量得到提升。

1.2 BIM 技術(shù)的特點

1.2.1 可視化

可視化是指通過數(shù)字化建模，將建筑項目以三維形式可視化展現(xiàn)的過程（如圖1）。BIM 模型呈現(xiàn)了建筑的幾何形狀、空間結(jié)構(gòu)、構(gòu)件、設(shè)備等信息。這種可視化具有高度精確性，讓設(shè)計師、工程師和利益相關(guān)者能夠更清晰地理解建筑設(shè)計[2]。BIM 的可視化特點還包括交互性，用戶可以自由瀏覽和導(dǎo)航模型，以便全面了解設(shè)計細(xì)節(jié)。碰撞檢測功能可及早發(fā)現(xiàn)不同模型之間的沖突，減少設(shè)計錯誤和施工風(fēng)險。通過可視化，項目團(tuán)隊能更好地協(xié)作和溝通，促進(jìn)項目的高效管理和成功交付。這使得BIM 技術(shù)在建筑行業(yè)中日益受到重視和廣泛應(yīng)用。

圖1 可視化

1.2.2 協(xié)調(diào)性

在建筑和工程項目中，協(xié)調(diào)性是非常重要的，因為一個項目通常涉及眾多專業(yè)和領(lǐng)域的參與者，包括建筑師、結(jié)構(gòu)工程師、機械電氣工程師、供應(yīng)商、施工隊等。協(xié)調(diào)性在項目的各個階段都至關(guān)重要[3]。在設(shè)計階段，各專業(yè)必須密切合作，確保設(shè)計方案的各個方面相互兼容，避免沖突和誤差。在施工階段，需要對施工進(jìn)度、材料供應(yīng)等進(jìn)行協(xié)調(diào)，以保證工程按時順利進(jìn)行。在現(xiàn)代建筑中，BIM 技術(shù)在提高協(xié)調(diào)性方面發(fā)揮了重要作用。BIM 模型集成了多個專業(yè)的信息，可以進(jìn)行碰撞檢測和沖突解決，幫助項目團(tuán)隊及早發(fā)現(xiàn)和解決問題，從而提高項目的執(zhí)行效率和質(zhì)量。通過有效的協(xié)調(diào)性，建筑項目能夠更加高效地進(jìn)行，減少成本和資源浪費，最終實現(xiàn)成功的交付。此外，BIM 技術(shù)還能將建筑信息進(jìn)行集成和共享，讓各個建設(shè)單位能夠?qū)崟r、直觀地了解自己的項目。

1.2.3 模擬性

模擬性指的是它在數(shù)字環(huán)境中對建筑和工程項目進(jìn)行虛擬建模和仿真的能力（如圖2）。通過BIM，可以創(chuàng)建高度精確的三維模型，并在其中模擬項目的各個方面，如設(shè)計、施工、運營和維護(hù)階段。這種模擬性使得BIM 成為一個強大的工具，可以在項目的不同階段進(jìn)行全面的預(yù)測和評估。設(shè)計師可以優(yōu)化設(shè)計概念，施工團(tuán)隊可以預(yù)測施工過程中的問題，并規(guī)劃最優(yōu)的流程，同時在運營階段預(yù)測設(shè)施的運行和維護(hù)需求[4]?？傮w而言，BIM 技術(shù)的模擬性為建筑和工程項目提供了全方位的預(yù)測和分析能力，有助于提高項目的效率和質(zhì)量。

圖2 施工工藝模擬展示

1.2.4 優(yōu)化性

BIM 技術(shù)的優(yōu)化性指的是其能夠通過整合和分析信息，實現(xiàn)建筑和工程項目的優(yōu)化設(shè)計、施工和運營，以提高效率和減少資源浪費。BIM 模型的豐富信息使得項目團(tuán)隊可以更好地預(yù)測和解決問題，優(yōu)化設(shè)計方案，規(guī)劃最優(yōu)施工流程，并在運營階段實現(xiàn)設(shè)施的高效管理和維護(hù)[5]。通過BIM 的優(yōu)化性，項目團(tuán)隊能夠更快速地做出明智決策，減少錯誤和重復(fù)工作，從而提升整體項目效率和可持續(xù)性。

1.2.5 可出圖性

繪畫能力指在建筑設(shè)計、施工及運營過程中，根據(jù)BIM 技術(shù)制作的建筑信息模型，能夠提供建筑設(shè)計效果圖和完整的施工圖[2]。通過BIM，可以快速、精確地生成平面圖、立面圖、剖面圖等，并輸出施工圖、材料清單和成本估算等文件。這種可出圖性使得項目團(tuán)隊能夠更方便地與各方共享信息，并促進(jìn)項目的順利實施。

2 BIM 技術(shù)在實際建筑工程案例中的應(yīng)用

2.1 項目概況

本文以JZ 醫(yī)療中心項目為例，這是一個規(guī)模龐大的建筑項目，總建筑面積達(dá)到20.31 萬平方米，最高單體樓層為21 層，總高度為96.6米，采用框架-剪力墻結(jié)構(gòu)。該項目的現(xiàn)場施工設(shè)計圖如圖3。BIM 技術(shù)在該項目的具體應(yīng)用如表1。

表1 JZ 醫(yī)療中心項目BIM 的具體應(yīng)用

圖3 施工設(shè)計圖

2.2 施工建造階段分析

2.2.1 施工圖紙會審中的應(yīng)用

在基于BIM 的施工圖紙會審環(huán)節(jié)中，針對JZ 醫(yī)療中心項目，發(fā)現(xiàn)了大量圖紙錯誤，共計2149 項。這些錯誤包括柱平面位置錯誤、梁截面和標(biāo)高錯誤、結(jié)構(gòu)尺寸錯誤、機電和結(jié)構(gòu)專業(yè)之間的碰撞沖突以及墻體洞口預(yù)留位置偏差等問題（見表2）。

表2 BIM 在施工圖紙會審中的應(yīng)用

通過BIM 技術(shù)的應(yīng)用，能夠在圖紙設(shè)計階段及時發(fā)現(xiàn)并解決錯誤，這為項目帶來了可觀的經(jīng)濟效益。根據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)，通過BIM 技術(shù)的幫助，成功地防止了2149 項圖紙錯誤在施工階段造成的問題。這些糾正和修復(fù)工作不僅節(jié)省了大量的人力、時間和材料資源，還避免了重建或破壞已經(jīng)施工的部分的需要。綜合考慮，估計通過預(yù)防這些錯誤所產(chǎn)生的成本節(jié)約約為51 萬余元，這對項目的整體經(jīng)濟效益有著積極的影響。值得一提的是，BIM 技術(shù)的應(yīng)用能夠更準(zhǔn)確地評估和規(guī)劃各項施工工作，從而有效地降低了施工風(fēng)險和錯誤的發(fā)生概率。通過在圖紙會審環(huán)節(jié)中的及時糾正和優(yōu)化，能夠最大限度地提高項目的質(zhì)量、效率和安全性。因此，BIM 技術(shù)在圖紙設(shè)計中的應(yīng)用不僅為項目帶來了經(jīng)濟效益，還為施工過程提供了更高水平的控制和管理。在未來的工程項目中，將繼續(xù)積極推廣和應(yīng)用BIM 技術(shù)，以進(jìn)一步提升項目的整體效益。

2.2.2 鋼結(jié)構(gòu)施工中的應(yīng)用

基于BIM 技術(shù)，在鋼結(jié)構(gòu)加工全過程中實現(xiàn)了信息的有效獲取與存儲。通過建立鋼結(jié)構(gòu)的數(shù)字化模型，以3D模型的形式呈現(xiàn)，并將具體的參數(shù)信息輸入到模型中，實現(xiàn)了鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的參數(shù)化設(shè)計、制作、生產(chǎn)加工、運輸和安裝等整個生命周期的信息集成化管理。這樣的應(yīng)用能夠防止因為信息丟失或傳遞不暢而導(dǎo)致施工受阻。為了探究BIM 技術(shù)在鋼結(jié)構(gòu)數(shù)字化加工與安裝過程中的應(yīng)用價值，融合了本工程實際案例進(jìn)行了研究。通過對已建工程結(jié)構(gòu)模型的分析，利用Revit 軟件的明細(xì)表統(tǒng)計功能，對各個構(gòu)件的需求量進(jìn)行了準(zhǔn)確統(tǒng)計。然后，將統(tǒng)計得到的工程量和其他工程數(shù)據(jù)錄入到廣聯(lián)達(dá)計價軟件中，并根據(jù)我國建筑業(yè)現(xiàn)行的計價規(guī)范，計算出了該部分工程的預(yù)算費用。根據(jù)表3 顯示，該部分工程的預(yù)算費用為5037767.97 元。

表3 單位工程造價費用匯總表

通過以上分析，可以清晰地看到BIM 技術(shù)在鋼結(jié)構(gòu)施工中的價值。它能夠高效地獲取和管理工程相關(guān)信息，從而提高施工過程的效率和準(zhǔn)確性。通過數(shù)字化模型的應(yīng)用，能夠更好地掌握工程數(shù)據(jù)，實現(xiàn)對各個構(gòu)件的精準(zhǔn)統(tǒng)計和預(yù)算，為項目的管理和決策提供了可靠的依據(jù)。

2.2.3 機電安裝工程中的應(yīng)用

BIM 技術(shù)在工程領(lǐng)域的實際應(yīng)用中，尤其在機電安裝深化設(shè)計方面，具有顯著的經(jīng)濟價值。以JZ 醫(yī)療中心項目為例，利用Navisworks 軟件進(jìn)行機電專業(yè)部分的碰撞檢查與設(shè)計優(yōu)化。根據(jù)碰撞報告數(shù)據(jù)顯示，共發(fā)現(xiàn)了1837 余處沖突，涉及機電各專業(yè)管線。其中，機電專業(yè)與土建專業(yè)發(fā)生了148 處碰撞，橋架與橋架碰撞290 處，橋架與管道碰撞255 處，橋架與風(fēng)管碰撞191 處，管道與管道碰撞696處，風(fēng)管與風(fēng)管碰撞257 處。更多詳細(xì)信息可參見表4。

表4 機電安裝工程中的BIM 應(yīng)用

根據(jù)表中的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，可以得知該項目的分部工程存在1837 處碰撞問題。通過使用BIM 技術(shù)，可以在施工前期盡早發(fā)現(xiàn)并解決碰撞問題，從而避免后期調(diào)整和額外的施工成本。據(jù)歷史經(jīng)驗推算，這種優(yōu)化措施可以幫助項目節(jié)省相當(dāng)可觀的費用，約為15.74 萬元。

通過該項目的實施，可以深入了解到BIM 技術(shù)在工程領(lǐng)域中的流程，并發(fā)現(xiàn)它在該工程中所帶來的影響和價值。具體研究結(jié)果顯示，通過利用BIM 技術(shù)，在設(shè)計階段能夠減少總工期33%；圖紙錯誤導(dǎo)致的變更降低約85%；成本測算時間縮短了80%；圖紙深化設(shè)計時間減少約60%；各專業(yè)之間的協(xié)同工作和交流時間減少了25%；施工整體質(zhì)量提升了83%；建筑物資的節(jié)約達(dá)到了8%；人工成本減少10%；施工工期縮短了8%。

3 結(jié)束語

綜上所述，BIM 技術(shù)作為一種領(lǐng)先的數(shù)字化技術(shù)，在建筑工程中的應(yīng)用已經(jīng)得到廣泛認(rèn)可和應(yīng)用。它的可視化、協(xié)調(diào)性、模擬性、優(yōu)化性和可出圖性等特點使其在建筑項目中發(fā)揮著重要的作用。同時通過案列分析，BIM 技術(shù)在JZ 醫(yī)療中心項目中的應(yīng)用顯示出了明顯的經(jīng)濟效益和工程管理優(yōu)勢。通過持續(xù)的努力，未來BIM 技術(shù)將不斷推動建筑行業(yè)向著更高效、智能和可持續(xù)的方向發(fā)展。