BIM 技術(shù)在建筑工程現(xiàn)場(chǎng)管理中的應(yīng)用

王樂(lè)

（山西省建設(shè)工程質(zhì)量安全技術(shù)站，太原 030000）

1 引言

近幾年，在綠色低碳轉(zhuǎn)型、實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的當(dāng)下，國(guó)家大力發(fā)展裝配式建筑，建筑行業(yè)發(fā)展突飛猛進(jìn)，BIM 技術(shù)在此背景下順應(yīng)裝配式建筑，也相應(yīng)得到了快速發(fā)展，為建筑工程的精細(xì)化、專(zhuān)業(yè)化、標(biāo)準(zhǔn)化管理提供了有力支持。

2 BIM 技術(shù)原理

BIM 技術(shù)是一種以三維數(shù)字技術(shù)為基礎(chǔ)，工程項(xiàng)目信息高度集成的工程數(shù)據(jù)模型。通過(guò)可視化展示、施工工序及工藝模擬、機(jī)電專(zhuān)業(yè)深化設(shè)計(jì)、施工進(jìn)度模擬、施工成本管理和數(shù)字化構(gòu)件加工6 個(gè)方面對(duì)工程項(xiàng)目設(shè)施實(shí)體和功能特性進(jìn)行數(shù)字化表達(dá)。BIM 技術(shù)具有可視化、協(xié)調(diào)性、模擬性、優(yōu)化性、可出圖性的特點(diǎn)[1]。BIM 模式是根據(jù)項(xiàng)目實(shí)際情況進(jìn)行構(gòu)建，因此具備了三維數(shù)字信息，包含幾何和非幾何信息，如建筑工程構(gòu)件的材料、重量、價(jià)格和進(jìn)度等，因而可用于模擬真實(shí)世界的行為。BIM 的應(yīng)用貫穿于整個(gè)建筑工程項(xiàng)目全生命周期的各個(gè)階段，包括規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)營(yíng)管理等階段。

3 BIM 技術(shù)的特點(diǎn)

3.1 可視化

順應(yīng)時(shí)代的發(fā)展方向，建筑工程造型各異，構(gòu)建復(fù)雜，采用傳統(tǒng)的二維圖形繪制表達(dá)，需要建筑工程項(xiàng)目相關(guān)工作人員豐富的經(jīng)驗(yàn)和想象力，因此，BIM 的可視化特性，將以往二維的線條通過(guò)BIM 軟件轉(zhuǎn)換成一種三維的立體實(shí)物圖形。此外，在設(shè)計(jì)方面，傳統(tǒng)效果圖的參數(shù)化建模也是相對(duì)單調(diào)的，專(zhuān)業(yè)的效果圖團(tuán)隊(duì)制作出的效果圖是線條信息，不是通過(guò)構(gòu)建聯(lián)動(dòng)生成的，所以缺少了同構(gòu)件在不同維度方面的互動(dòng)性、反饋性和聯(lián)動(dòng)性，但是BIM 通過(guò)可視化可以做到這點(diǎn)，在BIM 技術(shù)中，不僅可以展示效果圖和報(bào)表，更重要的是在不同階段的項(xiàng)目管理都是可視化的。

3.2 協(xié)調(diào)性

協(xié)調(diào)性對(duì)于設(shè)計(jì)方、施工方和業(yè)主來(lái)說(shuō)，都是項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)管理中最重要的一環(huán)。在項(xiàng)目設(shè)計(jì)過(guò)程中，對(duì)于不同專(zhuān)業(yè)之間的銜接、碰撞問(wèn)題，設(shè)計(jì)溝通協(xié)調(diào)顯得尤為重要，設(shè)計(jì)需要綜合考慮；在施工過(guò)程中，不同工種之間的協(xié)調(diào)管理更是體驗(yàn)一個(gè)項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)管理水平的時(shí)候；在早期項(xiàng)目全運(yùn)營(yíng)策劃階段，業(yè)主對(duì)于設(shè)計(jì)方和施工方項(xiàng)目的協(xié)調(diào)性更是直接影響著后續(xù)工作的順利開(kāi)展。例如，機(jī)電專(zhuān)業(yè)，在設(shè)計(jì)階段進(jìn)行管線排布和布置時(shí)，要綜合考慮管線和建筑結(jié)構(gòu)的關(guān)系，更要考慮不同管線直接的碰撞設(shè)計(jì)，在實(shí)際施工過(guò)程中，排布管線的時(shí)候極有可能正好碰到梁柱等早期沒(méi)有在圖紙上體現(xiàn)的建筑結(jié)構(gòu)，影響管線布置。BIM 的協(xié)調(diào)性可以通過(guò)BIM 信息模型在設(shè)計(jì)階段進(jìn)行各專(zhuān)業(yè)之間和建筑主體結(jié)構(gòu)之間的碰撞檢查，避免后期在施工中出現(xiàn)問(wèn)題。

3.3 模擬性

BIM 技術(shù)不僅可以模擬建筑物的真實(shí)模型，甚至可以模擬不同構(gòu)配件之間的連接關(guān)系和造型，而且能模擬一些設(shè)計(jì)階段所需要的設(shè)計(jì)參數(shù)和環(huán)境參數(shù)，比如熱能傳導(dǎo)模擬、節(jié)能模擬、緊急疏散模擬、日照模擬等。此外，在投標(biāo)階段和施工階段可以進(jìn)行BIM 技術(shù)模擬（4D），根據(jù)甲方的要求和合理的施工方案來(lái)進(jìn)行模擬實(shí)際施工方案；在造價(jià)階段同樣也可以進(jìn)行BIM 技術(shù)模擬（5D），進(jìn)行造價(jià)成本的控制；在運(yùn)營(yíng)階段，可以進(jìn)行BIM 技術(shù)模擬有了能發(fā)生的突發(fā)情況（地震、火災(zāi)等）進(jìn)行應(yīng)急預(yù)案的編制和處理[2]。

3.4 優(yōu)化性

由于項(xiàng)目管理的復(fù)雜性，在項(xiàng)目招投標(biāo)、設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營(yíng)過(guò)程中不可能一步到位做到完美方案，都是在進(jìn)程中不斷優(yōu)化，BIM 技術(shù)可以在時(shí)間和信息等方面協(xié)調(diào)，逐步優(yōu)化，到運(yùn)營(yíng)階段呈現(xiàn)出最佳效果。BIM 技術(shù)提供了建筑的最基本的數(shù)學(xué)、物理信息，也提供了可預(yù)估到的變化、復(fù)雜信息，因?yàn)楝F(xiàn)代建筑物本身的復(fù)雜性，使得參與人員只能了解自己領(lǐng)域的知識(shí)，而B(niǎo)IM 技術(shù)使得每一方都能通過(guò)技術(shù)手段全面并實(shí)時(shí)了解項(xiàng)目并提供優(yōu)化方案，不存在滯后感。主要體現(xiàn)在以下方面。

1）項(xiàng)目方案優(yōu)化：在設(shè)計(jì)階段，將投資回報(bào)考慮進(jìn)去，實(shí)時(shí)計(jì)算投資回報(bào)周期和投資回報(bào)率，業(yè)主也可以綜合全面考慮設(shè)計(jì)方案，更有利于以后的運(yùn)營(yíng)發(fā)展。

2）特殊項(xiàng)目的設(shè)計(jì)優(yōu)化：對(duì)于工程量和投資量不成比例的特殊項(xiàng)目，例如特殊異形設(shè)計(jì)，特殊曲面、屋頂、幕墻等異形設(shè)計(jì)，雖然整體工程量不大，但是因?yàn)槠涔に嚨膹?fù)雜程度，投入和投資相對(duì)較大，施工難度也較大，容易出現(xiàn)預(yù)想不到的問(wèn)題，此時(shí)可以通過(guò)BIM 技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

3.5 可出圖性

BIM 設(shè)計(jì)出圖是三維的，可以是動(dòng)畫(huà)形式、三維形式、構(gòu)件加工圖紙等，并非傳統(tǒng)意義上的二維平面圖紙。BIM 技術(shù)出圖可以進(jìn)行可視化、協(xié)調(diào)化、模擬化、可優(yōu)化展示，尤其是在機(jī)電管線圖、碰撞檢查、預(yù)埋結(jié)構(gòu)圖等方面顯得尤為重要，可以進(jìn)行聯(lián)動(dòng)修改。

3.6 自動(dòng)匯總統(tǒng)計(jì)功能

BIM 技術(shù)可以從設(shè)計(jì)方案、BIM 設(shè)計(jì)模型構(gòu)建、BIM 施工圖紙、施工方案整體都構(gòu)建模擬出來(lái)，因此，BIM 技術(shù)可以直接對(duì)接采購(gòu)廠家，將各種構(gòu)配件的造型、加工量進(jìn)行自動(dòng)匯總統(tǒng)計(jì)，輸出到生產(chǎn)廠家，廠家將實(shí)際造價(jià)和損耗回饋到系統(tǒng)中，生成終版采購(gòu)生產(chǎn)清單。此外，自動(dòng)匯總統(tǒng)計(jì)功能可以適應(yīng)設(shè)計(jì)變更導(dǎo)致的工程量的變化，及時(shí)聯(lián)動(dòng)和更新設(shè)計(jì)圖紙和成產(chǎn)量，讓設(shè)計(jì)和施工結(jié)算得到有機(jī)結(jié)合。

4 BIM 技術(shù)在建筑工程現(xiàn)場(chǎng)管理中的應(yīng)用

某工程施工范圍廣、工程量大，建設(shè)要求高、任務(wù)重、協(xié)調(diào)配合量大，涉及主體、電氣工程、給排水工程等等專(zhuān)業(yè)施工隊(duì)多，包括進(jìn)場(chǎng)節(jié)點(diǎn)、前置條件需要協(xié)調(diào)；專(zhuān)業(yè)分包多，協(xié)調(diào)配合多，其水、電、綜合布線、裝飾裝修等各專(zhuān)業(yè)在同一工作面上交叉、穿插作業(yè)[3]，施工協(xié)調(diào)問(wèn)題較多，對(duì)項(xiàng)目管理提出了較高要求。為確保工程進(jìn)度順利開(kāi)展、高標(biāo)準(zhǔn)地完成施工任務(wù)，如何在整個(gè)項(xiàng)目施工中利用BIM 技術(shù)做好協(xié)調(diào)配合工作及接口處理的管理，成為本項(xiàng)目施工能否順利展開(kāi)、圓滿完成的關(guān)鍵。

4.1 三維激光掃描

可快速完成項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量工作。比傳統(tǒng)測(cè)量方式節(jié)約45%時(shí)間；數(shù)據(jù)精準(zhǔn)，減少60%測(cè)量誤差；BIM 模型與現(xiàn)場(chǎng)完全一致。

4.2 BIM 深化設(shè)計(jì)

BIM 模型基于三維模型出圖。修改一處，所有視圖平面實(shí)時(shí)更新，物料清單也實(shí)時(shí)更新，提高效率且零遺漏。

4.3 管線綜合疊加

針對(duì)管線相對(duì)交叉、密集部位，對(duì)機(jī)電管線與結(jié)構(gòu)、裝飾等進(jìn)行碰撞檢查和機(jī)電管線綜合調(diào)整，減少在施工階段可能的錯(cuò)誤和返工。

4.4 BIM 工程算量

根據(jù)模型自動(dòng)生成工程量清單，為招標(biāo)、進(jìn)度款支付、結(jié)算等提供支撐；對(duì)材料計(jì)劃做精細(xì)化控制，避免浪費(fèi)。

4.5 施工重難點(diǎn)模擬

對(duì)關(guān)鍵部位、重難點(diǎn)處施工方案的合理性進(jìn)行動(dòng)畫(huà)模擬，指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施工作業(yè)，減少誤差，避免返工。如圖1 所示。

圖1 施工重難點(diǎn)模擬

4.6 數(shù)字化技術(shù)交底

三維可視化施工技術(shù)交底，便于工人理解，實(shí)施到位。比傳統(tǒng)交底速度快3 倍，準(zhǔn)確度提高30%。

4.7 機(jī)器人放線

數(shù)字化放線，精確控制空間異形點(diǎn)位。一人一天平均300個(gè)點(diǎn)，比傳統(tǒng)放線效率提高5～8 倍。

4.8 施工質(zhì)量檢驗(yàn)

完工后，通過(guò)使用三維激光掃描儀進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)掃描，將掃描點(diǎn)云模型與BIM 模型進(jìn)行比對(duì)，檢查地面平整度、墻面垂直度、造型完整度等。如圖2 所示。

圖2 施工質(zhì)量檢驗(yàn)

5 BIM 技術(shù)所解決的問(wèn)題

利用BIM 技術(shù)，通過(guò)三維可視化施工管理在施工階段解決了以下不同維度方面的問(wèn)題：（1）3D/4D/5D 管理、場(chǎng)地使用規(guī)劃管理；（2）施工系統(tǒng)設(shè)計(jì)、施工進(jìn)度模擬、施工組織模擬、管線碰撞綜合管理、深化設(shè)計(jì)管理；（3）數(shù)字化建造、施工質(zhì)量與進(jìn)度監(jiān)控、物料跟蹤等。

1）解決了傳統(tǒng)施工過(guò)程中信息溝通不對(duì)稱(chēng)、影響工期等問(wèn)題。建筑工程BIM 技術(shù)應(yīng)用過(guò)程，對(duì)于多方參與、環(huán)境復(fù)雜的情況下，施工人員信息不對(duì)稱(chēng)會(huì)導(dǎo)致施工出現(xiàn)問(wèn)題，影響質(zhì)量和進(jìn)度。BIM 技術(shù)可以將施工方案、施工進(jìn)度、施工造價(jià)都銜接起來(lái)，將幾何信息、時(shí)間信息、價(jià)格信息都集成在一個(gè)可視化的模型當(dāng)中，各參與方可以隨時(shí)掌握和了解整個(gè)項(xiàng)目施工情況，真正做到前期指導(dǎo)施工，過(guò)程把控施工，結(jié)果校核施工，實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目的精細(xì)化管理。

2）解決了傳統(tǒng)施工過(guò)程中管道、結(jié)構(gòu)碰撞等問(wèn)題。建筑工程涉及的專(zhuān)業(yè)眾多，主要有建筑、給排水、結(jié)構(gòu)、機(jī)電、消防、裝修、電梯工程等，在前期設(shè)計(jì)階段就可以利用BIM 技術(shù)對(duì)各專(zhuān)業(yè)管道之間、管道與結(jié)構(gòu)之間、管道與建筑體之間進(jìn)行碰撞檢查，如發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，在設(shè)計(jì)階段及時(shí)調(diào)整，不會(huì)對(duì)后期施工造成影響，將可能遇到問(wèn)題的時(shí)間進(jìn)行前置，解決了傳統(tǒng)施工過(guò)程中管道、結(jié)構(gòu)碰撞等問(wèn)題，避免影響施工進(jìn)度和施工工作量。

3）對(duì)于新形式、新結(jié)構(gòu)、新工藝和復(fù)雜節(jié)點(diǎn)，解決了傳統(tǒng)施工過(guò)程中施工方案分析復(fù)雜、難度高等問(wèn)題。BIM 技術(shù)可以進(jìn)行施工方案的模擬，其中包括施工工序、施工流程和其他材料資源的整合，將復(fù)雜結(jié)構(gòu)進(jìn)行拆解，通過(guò)BIM 的可視化和參數(shù)化的技術(shù)，采用施工工具進(jìn)行模擬找到最優(yōu)方案，對(duì)于新形式、新結(jié)構(gòu)、新工藝和復(fù)雜節(jié)點(diǎn)，解決了傳統(tǒng)施工過(guò)程中施工方案分析復(fù)雜、難度高等問(wèn)題，在施工質(zhì)量、施工進(jìn)度、施工成本等方面做到最優(yōu)。

4）通過(guò)施工科學(xué)管理，解決了傳統(tǒng)施工管理工作量大，進(jìn)度不及時(shí)同步等問(wèn)題。在實(shí)際施工過(guò)程中，BIM 技術(shù)常與三維激光掃描技術(shù)相結(jié)合，甚至與GPS、移動(dòng)通信、RFID（二維碼等射頻識(shí)別技術(shù)）、互聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)相互集成科學(xué)信息管理系統(tǒng)，實(shí)時(shí)有效地對(duì)設(shè)計(jì)、施工階段的造價(jià)、庫(kù)存、進(jìn)度、質(zhì)量等進(jìn)行動(dòng)態(tài)管理，在竣工時(shí)可以生成項(xiàng)目竣工模型和相關(guān)文件，有利于后續(xù)的運(yùn)營(yíng)管理。并且業(yè)主、設(shè)計(jì)方、預(yù)制廠商、材料供應(yīng)商等可利用BIM 模型的信息集成化與施工方進(jìn)行溝通，提高效率，減少錯(cuò)誤。

6 結(jié)語(yǔ)

BIM 作為一種先進(jìn)的工程信息技術(shù)，近幾年已廣泛應(yīng)用于一些大型建筑項(xiàng)目的現(xiàn)場(chǎng)管理過(guò)程中，不僅提高了現(xiàn)場(chǎng)管理質(zhì)量，加快了施工進(jìn)度，也避免在建筑工程中產(chǎn)生諸多問(wèn)題，促使我國(guó)建筑工程領(lǐng)域步入一個(gè)嶄新的階段。