新形勢下BIM技術(shù)在大型公共建筑中的應(yīng)用分析

曾宇欽

廣州市設(shè)計院集團(tuán)有限公司 廣東 廣州 510620

引言

隨著工程的規(guī)模越來越大，復(fù)雜度越來越高，工程建設(shè)難度也在不斷加大。目前，傳統(tǒng)的工程設(shè)計和施工方式已經(jīng)難以適應(yīng)現(xiàn)在的市場需求。應(yīng)用于建筑行業(yè)的BIM技術(shù)，能夠為建筑行業(yè)提供3D可視化、4D模擬展示、5D實時動態(tài)成本管理等，這些都是順應(yīng)建筑市場發(fā)展的需要，也為建筑行業(yè)的經(jīng)營帶來了新的變化。大型公共建筑的建設(shè)具有工程量大，施工要求多，施工環(huán)境復(fù)雜等特點。因此，深入探討B(tài)IM技術(shù)在施工中的應(yīng)用是非常有必要的。

1 BIM技術(shù)概況

1.1 BIM技術(shù)的含義

BIM是一種基于三維虛擬技術(shù)的數(shù)字化信息技術(shù)。該技術(shù)應(yīng)用于建筑工程，可以實現(xiàn)規(guī)劃、設(shè)計、施工、運營等工程的所有環(huán)節(jié)的信息化管理。BIM技術(shù)的本質(zhì)是建立信息模型，利用計算機技術(shù)，將數(shù)字化模型運用于工程設(shè)計、安裝、施工等方面，可以使工程管理更加智能化，從而達(dá)到提高工程的效率與質(zhì)量、節(jié)約投資、全面提升工程質(zhì)量、推動可持續(xù)發(fā)展的目的[1]。

1.2 BIM技術(shù)的特點

①視覺化，即“所見所得”的形式，對于用于施工的設(shè)計圖來說，僅僅是各種構(gòu)建的信息在圖紙上使用線條繪制表達(dá)，而BIM則是一種可以將真實的圖像呈現(xiàn)給人的立體圖像的視覺概念。②仿真，BIM既能對設(shè)計的建筑物進(jìn)行建模，又能在真實的環(huán)境中對復(fù)雜的事件進(jìn)行仿真。③可出圖，BIM不是一般的建筑工程圖紙，它是通過可視化的方式進(jìn)行展示、協(xié)調(diào)、仿真、優(yōu)化而構(gòu)成的圖形。

2 BIM技術(shù)的優(yōu)缺點

2.1 BIM的優(yōu)點

①可視化，可以用電腦模擬出一個大型鋼鐵建筑的三維模型，其精度高，可視性好，可以清楚地看見各種構(gòu)件之間的聯(lián)系。②具有三維/四維/五維模型的項目管理能力。BIM技術(shù)可以通過3維建模來檢測結(jié)構(gòu)的各部件和連接，從而可以在施工過程中發(fā)現(xiàn)問題。③可以對項目進(jìn)行最優(yōu)化，并且具有很好的協(xié)調(diào)能力，使得工程中的各種數(shù)據(jù)可以進(jìn)行各個專業(yè)之間的協(xié)作。④能夠達(dá)到較好的經(jīng)濟(jì)效果。通過合理的計劃、合理的人員、物料和投入，可以有效地控制工程的造價。

2.2 BIM的缺點

BIM技術(shù)在國內(nèi)尚處于起步階段，行業(yè)內(nèi)BIM技術(shù)應(yīng)用尚不完善，需要大量的BIM技術(shù)人員進(jìn)行培訓(xùn)和投入大量的工作站和服務(wù)器。我國現(xiàn)行有關(guān)BIM技術(shù)的法規(guī)制定還比較落后，這是BIM技術(shù)發(fā)展的一個重要因素，必須制定出一套系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)來指導(dǎo)BIM的設(shè)計、施工、管理[2]。

3 BIM技術(shù)在大型公共建筑工程中的應(yīng)用

BIM技術(shù)在工程中的應(yīng)用是有效的(見圖1)。在決策過程中，為科學(xué)決策提供了數(shù)據(jù)支持，為各項工程的成本、收益提供了依據(jù)；在設(shè)計階段，利用BIM技術(shù)進(jìn)行可視化、碰撞檢測和仿真分析，有效解決了大型公共建筑工程中的設(shè)計難題；在工程建設(shè)中，運用BIM技術(shù)對工程項目進(jìn)行虛擬模擬分析，優(yōu)化施工過程，解決施工現(xiàn)場的組織協(xié)調(diào)問題；在竣工驗收階段，采用報送方式，可以簡化驗收流程，減少驗收工作的繁重；在運營管理方面，BIM技術(shù)的應(yīng)用可以有效提高企業(yè)的運營效率，可以有效降低企業(yè)的運營管理費用，增強企業(yè)在市場上的競爭力。

圖1 BIM技術(shù)項目應(yīng)用統(tǒng)計圖

3.1 各專業(yè)BIM技術(shù)建模分析

BIM技術(shù)在工程中的應(yīng)用首先要對各專業(yè)進(jìn)行建模，將建筑、結(jié)構(gòu)、給排水、暖通、弱電、強電等專業(yè)按設(shè)計圖紙進(jìn)行建模。利用現(xiàn)有的設(shè)計圖紙和數(shù)據(jù)，對工程情況進(jìn)行復(fù)核，同時利用Revit軟件按照工藝設(shè)計的要求建立相應(yīng)的三維模型。然后再根據(jù)加工設(shè)備的三維建模數(shù)據(jù)引入到各個專業(yè)模型中，利用分析軟件進(jìn)行計算，最終根據(jù)結(jié)果對模型實時修正。

BIM建?？梢栽跀?shù)據(jù)之間進(jìn)行雙向交換，從而避免了多次修改設(shè)計方案，在三維狀態(tài)下，實現(xiàn)了結(jié)構(gòu)與工藝的高效結(jié)合。

3.2 各專業(yè)進(jìn)行深化設(shè)計

各專業(yè)根據(jù)工藝設(shè)計的要求，對現(xiàn)有工藝和設(shè)備進(jìn)行深化，在深化過程中進(jìn)行相應(yīng)的工藝改造、設(shè)備調(diào)換等方面的調(diào)整，以便于設(shè)備質(zhì)量的提高。在對工程進(jìn)行深化時，設(shè)計者必須根據(jù)實際情況，對其進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，加入或移除某些部件，乃至改變其系統(tǒng)。在此過程中，設(shè)計者要根據(jù)構(gòu)件的顏色及標(biāo)識，在圖形上進(jìn)行標(biāo)識，以保證結(jié)構(gòu)的科學(xué)性和準(zhǔn)確性。BIM技術(shù)相對于CAD來說，其最大的特征在于各獨立的系統(tǒng)部件之間仍然存在著某種聯(lián)系，因此，設(shè)計者可以根據(jù)具體的設(shè)計細(xì)節(jié)對其進(jìn)行分類，確保對其進(jìn)行精確的劃分[3]。BIM工作可以在深化中整合建筑、機電、結(jié)構(gòu)等專業(yè)模型，再將綜合模型按各專業(yè)凈高要求導(dǎo)入BIM軟件進(jìn)行碰撞檢查，并根據(jù)結(jié)果分析調(diào)整管線，在施工前發(fā)現(xiàn)問題并優(yōu)化處理。

3.3 場區(qū)平面布置三維化

不同的建筑空間布局和系統(tǒng)對施工具有較大的影響，比如設(shè)備管線的布置，會導(dǎo)致設(shè)備與管線之間的管線發(fā)生碰撞，導(dǎo)致施工難度大，不能滿足建筑的需求，導(dǎo)致二次施工，增加投資。運用BIM 3D技術(shù)對現(xiàn)場進(jìn)行立體布局，優(yōu)化現(xiàn)場平面布局，實現(xiàn)合理、高效的現(xiàn)場布局。依據(jù)設(shè)計圖紙及場地條件，合理安排機械位置、物料堆場，并按工程進(jìn)度和資源利用計劃進(jìn)行場地的合理安排。

3.4 施工進(jìn)度動態(tài)模擬

在BIM技術(shù)的基礎(chǔ)上，采用甘特圖、網(wǎng)絡(luò)圖、三維動畫等多種方式，可將施工進(jìn)度和施工過程直觀地展現(xiàn)出來，為不同參與方，如施工、監(jiān)理、業(yè)主等提供了直觀了解工程項目情況的便捷工具。在施工過程中，可以使用BIM模型進(jìn)行碰撞檢查，這有助于避免構(gòu)件之間的沖突，從而減少了必須重新制造或修復(fù)構(gòu)件的需要。利用BIM模型數(shù)據(jù)可以對施工過程進(jìn)行時序分析，即確定每個任務(wù)的開始和結(jié)束時間，這有助于確定資源分配和加速施工進(jìn)度。在施工過程和施工的重要環(huán)節(jié)中，可以直接動態(tài)模擬各種施工方案和工藝方案的可行性比較，為最終方案的優(yōu)化決策提供支持。

3.5 實時監(jiān)測施工

利用BIM模型信息以及實際施工過程數(shù)據(jù)，可以進(jìn)行實時監(jiān)控和更新，以便及時調(diào)整計劃和進(jìn)度，同時識別潛在的問題并采取適當(dāng)?shù)拇胧?。在大型鋼結(jié)構(gòu)工程中，采用GPS技術(shù)對施工過程中產(chǎn)生的變形進(jìn)行測量，并引入BIM軟件進(jìn)行對比，既能保證測量精度，又能防止氣候變化造成的誤差。而傳統(tǒng)的三角支承方式也有其缺點，例如在不澆筑混凝土的樓層進(jìn)行大跨徑鋼結(jié)構(gòu)的安裝和定位時，由于模板面不穩(wěn)、人行走、機器運轉(zhuǎn)等因素，會造成三腳架的晃動，造成測量精度不高[4]。

4 BIM技術(shù)在施工全過程質(zhì)量控制中的應(yīng)用

利用BIM軟件對施工過程進(jìn)行模擬和預(yù)覽，發(fā)現(xiàn)和改善施工過程中的不合理環(huán)節(jié)。施工管理人員可以進(jìn)一步熟悉施工過程，嚴(yán)格按各部分的要求進(jìn)行施工，以保證資源的均衡和合理的安排，統(tǒng)籌安排施工進(jìn)度和計劃，實現(xiàn)項目的質(zhì)量控制目標(biāo)。

4.1 施工前質(zhì)量控制分析

BIM技術(shù)應(yīng)用于建設(shè)初期，能夠快速、精確地構(gòu)建BIM模型，為施工前的質(zhì)量管理奠定技術(shù)基礎(chǔ)。因為建筑信息模型中包含了很多建筑所需要的資料（如：材質(zhì)、部件種類、大小、屬性等），所以模型的質(zhì)量對后期的使用有很大的影響。在工程實施之前，利用BIM模型模擬與可視化的功能，能夠讓管理者和操作人員在整個工程中進(jìn)行相似的培訓(xùn)，從而更好地了解和掌握工程的特征。

4.2 施工中質(zhì)量控制

工程建設(shè)中可以使用BIM技術(shù)直接指導(dǎo)工程現(xiàn)場。BIM技術(shù)對工程進(jìn)行實際測量、模型對比、數(shù)據(jù)存取、快速評價等工作，能夠極大地提升管理的效率，從而實現(xiàn)了對施工現(xiàn)場的全方位管理。同時，將PDCA循環(huán)與4D、5D BIM技術(shù)相結(jié)合，不僅可以有效控制和管理施工工藝，還能對人力、機器、物料、資本等對工程質(zhì)量的影響因素進(jìn)行實時、高效的控制。

4.3 施工后質(zhì)量管理

在后期質(zhì)量管理中發(fā)生問題時，通過對BIM建模的原因進(jìn)行分析，對有質(zhì)量問題的部件進(jìn)行收集、分析、加工、儲存，運用它的可視化、信息化功能對其進(jìn)行改進(jìn)。BIM技術(shù)能夠與諸如激光、RFID、超聲波、非金屬超聲波等先進(jìn)的品質(zhì)檢驗方法相結(jié)合，從而形成有效的評價報告[5]。通過對所獲取的資料進(jìn)行整理，對照分析工程質(zhì)量的時間、空間、子課題等，及時解決發(fā)現(xiàn)、分析、解決問題，為今后的工程質(zhì)量管理工作提供了寶貴的參考。

5 BIM技術(shù)在工程應(yīng)用中的效益

BIM技術(shù)可以通過提高設(shè)計精度、優(yōu)化施工流程等方式，幫助預(yù)測和管理項目風(fēng)險，增加項目收益，提高企業(yè)的設(shè)計和施工能力。隨著BIM技術(shù)在工程中的全面應(yīng)用，在與工程各參建單位對接時能夠更加形象、直觀地溝通交流，更科學(xué)、有序地處理重點、難點問題，彰顯了BIM技術(shù)卓越的項目輔助管理功能，為今后高效的工程建設(shè)奠定了堅實的基礎(chǔ)。

6 結(jié)束語

BIM技術(shù)作為一種輔助手段，在工程設(shè)計、建設(shè)、管理、竣工驗收等領(lǐng)域都有很大的發(fā)展空間，既能使專業(yè)設(shè)計和施工管理更規(guī)范科學(xué)，又能有效地控制工程造價，在今后的發(fā)展中將會受到更多的重視和廣泛的應(yīng)用。對于新形勢下的行業(yè)而言，BIM技術(shù)的應(yīng)用還需繼續(xù)探索和發(fā)展，為公共建筑的建設(shè)、維護(hù)和管理帶來更多便利和效益。