基于BIM技術(shù)的建筑工程施工工藝流程優(yōu)化與管理研究

林啟剛

（中電建建筑集團(tuán)有限公司）

1 BIM技術(shù)及其特點(diǎn)

1.1 BIM技術(shù)

BIM技術(shù)是建筑行業(yè)向信息化與數(shù)字化發(fā)展的重要技術(shù)，其高度集成計(jì)算機(jī)技術(shù)、建筑學(xué)與土木工程等學(xué)科理論與方法，對建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行三維仿真建模，對建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件的幾何信息、屬性信息、空間分布信息等精準(zhǔn)、可視化表達(dá)，將真實(shí)的建筑工程映射為數(shù)字化的三維建筑結(jié)構(gòu)信息模型，可為建筑工程各參建方溝通交流與協(xié)同管理提供信息交互與模型共享的平臺[2]?；贐IM 技術(shù)構(gòu)建的建筑信息模型非固化的模型，而是貫穿在建筑工程設(shè)計(jì)、實(shí)施過程中不斷調(diào)整與優(yōu)化的。因此BIM技術(shù)的應(yīng)用涉及建筑工程前期的初步設(shè)計(jì)、施工圖設(shè)計(jì)、施工過程模擬以及工程后期運(yùn)維等環(huán)節(jié)，以數(shù)字化與模型化的形式動態(tài)記錄了建筑工程的演變過程。相較于傳統(tǒng)圖紙或CAD 軟件表達(dá)建筑結(jié)構(gòu)信息的維度單一性與內(nèi)容單一性，基于BIM 技術(shù)構(gòu)建的建筑信息模型高度整合建筑工程全生命周期的設(shè)計(jì)信息與施工信息，如不同維度的圖紙信息、結(jié)構(gòu)構(gòu)件的材料信息、施工進(jìn)度信息等，以便建筑工程各參建方快速調(diào)取上述信息優(yōu)化設(shè)計(jì)方案與施工組織設(shè)計(jì)。

1.2 BIM技術(shù)的特點(diǎn)

BIM 技術(shù)是將建筑工程的設(shè)計(jì)由二維向三維、四維甚至五維轉(zhuǎn)變的信息化技術(shù)，也是推動建筑工程施工模擬與施工流程優(yōu)化的技術(shù)。針對傳統(tǒng)建筑工程設(shè)計(jì)與施工中存在的信息交互與共享不足、建筑結(jié)構(gòu)存在空間交叉性等問題，BIM 技術(shù)的出現(xiàn)可以較好地提高信息共享性、參建方的交互性以及建筑結(jié)構(gòu)整合的空間精準(zhǔn)分析能力。

1）可視性

BIM技術(shù)利用計(jì)算機(jī)三維仿真建模技術(shù)對建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行三維信息化建模，直觀可視化地刻畫與表達(dá)建筑工程設(shè)計(jì)方案。設(shè)計(jì)人員可以根據(jù)需求調(diào)整建筑信息模型的結(jié)構(gòu)構(gòu)件規(guī)格尺寸、屬性數(shù)據(jù)以及空間關(guān)聯(lián)關(guān)系等，在圖形屬性關(guān)聯(lián)機(jī)制下建筑信息模型會自動渲染、快速更新，提高建筑信息模型可視化的實(shí)質(zhì)性效用。

2）協(xié)調(diào)性

BIM技術(shù)的協(xié)調(diào)性是在可視性的基礎(chǔ)上為建筑工程各參建方溝通與交互提供良好平臺的特性，設(shè)計(jì)方與施工方立足建筑信息模型，對建筑結(jié)構(gòu)的細(xì)節(jié)進(jìn)行交流與分析，依托BIM 軟件的碰撞檢測與錯(cuò)誤分析功能發(fā)現(xiàn)建筑工程設(shè)計(jì)方案中的沖突之處，協(xié)同設(shè)計(jì)方共同完善建筑工程設(shè)計(jì)方案。

3）模擬性

BIM技術(shù)的模擬性是按照施工組織設(shè)計(jì)方案中的順序要求，對建筑工程施工階段的施工工藝實(shí)施過程進(jìn)行模擬，以便施工方分析施工組織設(shè)計(jì)以及施工工藝流程實(shí)施的可行性與合理性。同時(shí)，在BIM 技術(shù)的支持下，建筑工程實(shí)施的各項(xiàng)性能數(shù)據(jù)可以模擬得到，如建筑的熱傳導(dǎo)性能、采光情況、緊急疏散性、抗震性能以及建筑內(nèi)人員應(yīng)急疏散情況等。

4）可優(yōu)化

BIM技術(shù)的可優(yōu)化特性是指在建筑信息模型的基礎(chǔ)上，利用BIM軟件的碰撞檢測、錯(cuò)誤分析等功能對當(dāng)前建筑信息模型中存在的結(jié)構(gòu)沖突或錯(cuò)誤等加以檢測與發(fā)現(xiàn)，從建筑工程的幾何特征、物理結(jié)構(gòu)、空間規(guī)則等方面對建筑信息模型進(jìn)行優(yōu)化，減少設(shè)計(jì)方案的錯(cuò)誤以及設(shè)計(jì)與施工階段可能出現(xiàn)的沖突。

5）可出圖

BIM技術(shù)構(gòu)建的三維建筑信息模型可以導(dǎo)出成不同視角的二維圖紙，形成建筑工程設(shè)計(jì)中常用的平面圖、立面圖與剖面圖，用于直接指導(dǎo)建筑工程施工工藝流程實(shí)施。同時(shí)，設(shè)計(jì)人員對三維建筑信息模型的動態(tài)調(diào)整可以實(shí)現(xiàn)圖紙的同步、自動更新，提高圖紙?jiān)O(shè)計(jì)與出圖的效率。

2 BIM 技術(shù)在建筑工程施工工藝流程優(yōu)化與管理中的應(yīng)用

建筑工程施工工藝是建筑工程施工的重要要素，其選擇的合理性以及流程設(shè)計(jì)的科學(xué)性直接關(guān)系到建筑工程的施工進(jìn)度、質(zhì)量與施工安全。因此，對建筑工程施工工藝流程的合理性、科學(xué)性、可行性、經(jīng)濟(jì)性等進(jìn)行綜合分析，優(yōu)化設(shè)計(jì)工藝流程，可以切實(shí)管控建筑工程施工質(zhì)量與安全，進(jìn)一步夯實(shí)建筑工程施工管理成效[1]。BIM 技術(shù)是三維信息化建模技術(shù)在建筑領(lǐng)域的深度應(yīng)用，是推動建筑業(yè)向信息化、數(shù)字化與智能化方向發(fā)展的重要技術(shù)，將BIM技術(shù)應(yīng)用在建筑工程施工工藝流程優(yōu)化與管理中，對建筑工程施工工藝實(shí)施過程進(jìn)行精細(xì)化模擬，在建筑三維信息模型的基礎(chǔ)上，利用碰撞檢測與錯(cuò)誤分析等功能深入分析施工工藝實(shí)施的可行性以及需要調(diào)整優(yōu)化之處，精準(zhǔn)、動態(tài)掌握建筑工程施工工藝的實(shí)施效果，計(jì)算與評估建筑工程施工工藝流程實(shí)施的情況，以便做好施工工藝流程的針對性改善與優(yōu)化，科學(xué)論證施工組織設(shè)計(jì)方案中施工工藝設(shè)計(jì)的合理性與可行性。

2.1 施工工藝流程設(shè)計(jì)優(yōu)化

施工工藝流程設(shè)計(jì)是施工組織設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)，在建筑工程施工之前，施工人員需要根據(jù)現(xiàn)場施工情況組織與安排相應(yīng)的施工要素與資源，設(shè)計(jì)合理、科學(xué)、可行的施工工藝流程。將BIM技術(shù)應(yīng)用在建筑工程施工工藝流程設(shè)計(jì)優(yōu)化中，首先，施工單位利用BIM技術(shù)的施工工藝流程視頻仿真與演示功能提前了解施工工藝流程的實(shí)施過程；接著，施工單位在建筑三維信息模型的基礎(chǔ)上，收集與整理施工現(xiàn)場的環(huán)境數(shù)據(jù)，如地質(zhì)數(shù)據(jù)、水文數(shù)據(jù)、地形地貌數(shù)據(jù)等，結(jié)合施工現(xiàn)場的水文地質(zhì)等環(huán)節(jié)條件，對建筑工程的施工節(jié)點(diǎn)進(jìn)行逐項(xiàng)添加，建立建筑工程的施工作業(yè)模型，標(biāo)定與明確不同施工工藝的作業(yè)順序與流程；最后，在三維建筑信息模型的基礎(chǔ)上，對比分析建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)造以及施工工藝操作模型，利用錯(cuò)誤分析等功能提前發(fā)現(xiàn)施工工藝流程設(shè)計(jì)中的沖突或不合理之處，并根據(jù)BIM 軟件給出的錯(cuò)誤反饋與分析報(bào)告及時(shí)調(diào)整施工工藝流程設(shè)計(jì)方案，重新梳理施工作業(yè)模型的節(jié)點(diǎn)與工藝內(nèi)容，進(jìn)一步完善建筑工程施工工藝流程設(shè)計(jì)方案。

2.2 施工工藝流程模擬

施工工藝流程模擬是在施工之前對其實(shí)施過程進(jìn)行三維仿真模擬，動態(tài)展示在特定施工環(huán)境下的施工工藝實(shí)施過程。利用BIM技術(shù)對施工工藝流程進(jìn)行模擬，首先利用BIM 技術(shù)將顯示環(huán)境轉(zhuǎn)換為可識別的信息化數(shù)據(jù)；其次，在虛擬施工環(huán)境的基礎(chǔ)上，利用BIM 技術(shù)的動態(tài)模擬功能對建筑工程復(fù)雜結(jié)構(gòu)的施工過程進(jìn)行模擬，對施工工藝的關(guān)鍵部位、施工現(xiàn)場平面布置等進(jìn)行重點(diǎn)關(guān)注，以便施工單位根據(jù)動態(tài)展示的施工過程全面掌握施工工藝流程實(shí)施的時(shí)間節(jié)點(diǎn)以及作業(yè)工序，準(zhǔn)確把握施工工藝流程實(shí)施過程中的關(guān)鍵要點(diǎn)，調(diào)整施工組織計(jì)劃，包括施工道路規(guī)劃、起吊設(shè)備選擇、施工材料運(yùn)輸與供應(yīng)、施工人員組織與調(diào)度等，減少施工工藝流程實(shí)施過程中與施工作業(yè)環(huán)境的空間沖突，提高建筑結(jié)構(gòu)施工的安全性。此外，在施工工藝流程模擬過程中，若是在模擬階段發(fā)現(xiàn)工藝流程自身的設(shè)計(jì)問題，可以直接對原施工工藝進(jìn)行直接修改，在施工作業(yè)模型中加入新變更的施工工藝內(nèi)容，提高施工工藝流程的可行性與科學(xué)性，減少現(xiàn)場施工工藝流程實(shí)施的錯(cuò)誤率。

2.3 施工工藝實(shí)施過程管控

BIM技術(shù)在施工工藝實(shí)施過程管控中的應(yīng)用主要包括四部分，①將BIM 技術(shù)用于施工工藝實(shí)施階段的協(xié)調(diào)管理中，利用BIM 技術(shù)的可視性與協(xié)調(diào)性為建筑工程各參建方提供信息交互與數(shù)據(jù)共享平臺，監(jiān)理單位、施工單位等可以在同一個(gè)平臺中研究施工工藝實(shí)施的風(fēng)險(xiǎn)，協(xié)調(diào)施工要素與資源、規(guī)劃施工工藝實(shí)施過程，提高工藝實(shí)施的質(zhì)量與安全性。②BIM技術(shù)中的進(jìn)度管理功能可以在建筑信息模型的基礎(chǔ)上，以動畫或圖形的形式動態(tài)展示施工工藝流程，分析工藝流程實(shí)施進(jìn)度與計(jì)劃進(jìn)度的差異，確保建筑工程施工工藝流程實(shí)施過程的進(jìn)度可控。③在施工工藝流程實(shí)施過程中，利用建筑信息模型，有效定位構(gòu)件以及預(yù)埋件的位置，預(yù)先掌握結(jié)構(gòu)隱患或是危險(xiǎn)源，提升施工工藝流程的實(shí)施質(zhì)量。如果現(xiàn)場有問題，建筑信息模型系統(tǒng)能夠通過移動終端高效的采集施工工藝流程的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)信息，自動生成問題描述，同時(shí)提供現(xiàn)場指導(dǎo)和調(diào)整建議，并將情況發(fā)送給管理人員及有關(guān)部門聯(lián)機(jī)工作平臺。施工單位如果想了解問題反饋信息，只需登錄BIM 系統(tǒng)就能夠查看其他方反饋的施工工藝流程實(shí)施意見。④建筑信息模型三維平臺能夠依據(jù)設(shè)計(jì)以及施工的進(jìn)度情況，展示任何一個(gè)構(gòu)件的工程量和成本信息，同時(shí)結(jié)合施工進(jìn)度，擬定資金需求計(jì)劃。通過在成本管理系統(tǒng)中運(yùn)用建筑信息模型技術(shù)，自動對工程的所有成本數(shù)據(jù)實(shí)施相應(yīng)的操作，形成多層次的成本參數(shù)庫，動態(tài)的管理工程的成本，提升施工工藝流程實(shí)施過程中成本管理的有效性。

2.4 施工動態(tài)控制

建筑工程施工過程中，在BIM 軟件中輸入施工現(xiàn)場的場地模型數(shù)據(jù)、建筑工程的結(jié)構(gòu)模型數(shù)據(jù)、建筑工程的施工計(jì)劃等，BIM 軟件會按照施工計(jì)劃動態(tài)執(zhí)行施工節(jié)點(diǎn)的施工作業(yè)內(nèi)容，并將不同節(jié)點(diǎn)的施工作業(yè)內(nèi)容有效銜接與組織，建立BIM4D 模型。在建筑工程實(shí)際施工階段，施工人員以日、月等時(shí)間周期將工程施工進(jìn)度上報(bào)給管理人員，由管理人員將施工進(jìn)度錄入到BIM 相關(guān)軟件中，將實(shí)際施工進(jìn)度與計(jì)劃進(jìn)度進(jìn)行動態(tài)比對，以便管理人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)施工進(jìn)度偏差并作出調(diào)整。同時(shí)，利用BIM 技術(shù)對建筑施工進(jìn)度進(jìn)行管理，可有效關(guān)聯(lián)每日、每周、每月施工進(jìn)度、施工內(nèi)容、構(gòu)件采購、機(jī)械使用登記等環(huán)節(jié)，有效關(guān)聯(lián)項(xiàng)目部、工程部、技術(shù)部、質(zhì)量安全部等協(xié)同參與到建筑工程施工、質(zhì)量核查、技術(shù)培訓(xùn)、員工管理等業(yè)務(wù)中，實(shí)現(xiàn)建筑工程施工的動態(tài)控制與協(xié)同管理。

3 結(jié)語

BIM技術(shù)是三維信息化建模技術(shù)在建筑領(lǐng)域的深度應(yīng)用，將BIM 技術(shù)應(yīng)用在建筑工程施工工藝流程優(yōu)化與管理中，對建筑工程施工工藝實(shí)施過程進(jìn)行精細(xì)化模擬，可以確保信息和現(xiàn)實(shí)間的協(xié)同，可視化模擬施工場景，精準(zhǔn)、動態(tài)掌握建筑工程施工工藝的實(shí)施效果，科學(xué)論證施工組織設(shè)計(jì)方案中施工工藝設(shè)計(jì)的合理性與可行性，極大地消除了傳統(tǒng)工程管理中的很多弊端，這也讓其在工程領(lǐng)域得到了有效運(yùn)用。基于BIM 模型，可對施工組織設(shè)計(jì)方案進(jìn)行論證，就施工中的重要環(huán)節(jié)進(jìn)行可視化模擬分析，并按時(shí)間進(jìn)度進(jìn)行施工安裝方案的模擬和優(yōu)化。也可對一些重要的施工環(huán)節(jié)或采用新施工工藝的關(guān)鍵部位、施工現(xiàn)場平面布置等施工指導(dǎo)措施進(jìn)行模擬和分析，不斷優(yōu)化方案，以提高計(jì)劃的可行性。相對于以前的平面設(shè)計(jì)圖，基于BIM 技術(shù)的設(shè)計(jì)模型能更好地表達(dá)出各種構(gòu)件的空間位置關(guān)系，這就使得監(jiān)理人員能夠更直觀地看到某些施工難點(diǎn)，進(jìn)而為施工提供指導(dǎo)。在建筑工程建設(shè)中，企業(yè)應(yīng)該充分認(rèn)識到該技術(shù)的優(yōu)勢，在施工管理中合理應(yīng)用，提升施工管理的效率和質(zhì)量，促進(jìn)項(xiàng)目的順利建設(shè)。