建筑智能化施工中BIM技術(shù)的應(yīng)用研究

【摘要】隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展，建筑行業(yè)正經(jīng)歷著從傳統(tǒng)施工模式向智能化、信息化施工的深刻轉(zhuǎn)變。其中，BIM（建筑信息模型）技術(shù)作為這一轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)力，在智能化施工中的應(yīng)用日益廣泛且深入。文中對(duì)BIM技術(shù)和智能化工程的概念做了闡述，分析了BIM技術(shù)在建筑行業(yè)中的實(shí)際應(yīng)用，為建筑行業(yè)智能化轉(zhuǎn)型提供了理論與實(shí)踐的經(jīng)驗(yàn)。

【關(guān)鍵詞】BIM技術(shù)；智能化工程；智能化路徑；三維設(shè)計(jì)

【中圖分類號(hào)】TU17 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A 【文章編號(hào)】1673-6028（2024）08-0004-03

0 引言

BIM技術(shù)主要是通過(guò)收集并整合全部的施工信息，結(jié)合現(xiàn)代化大數(shù)據(jù)技術(shù)，建立動(dòng)態(tài)的數(shù)字工程模型，進(jìn)行更加全面的數(shù)據(jù)分析，為企業(yè)提供更加科學(xué)的項(xiàng)目管理，實(shí)現(xiàn)施工項(xiàng)目全過(guò)程監(jiān)控[1]。BIM技術(shù)具有良好的發(fā)展前景，是智能化時(shí)代的重要產(chǎn)物，能夠大量運(yùn)用到現(xiàn)代化的建設(shè)項(xiàng)目中，更好地滿足人們的實(shí)際需求。BIM技術(shù)在工程的設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營(yíng)和維護(hù)中都起到重要作用。由于信息共享、多專業(yè)協(xié)調(diào)管理等技術(shù)特點(diǎn)，可以全面提高工程的施工質(zhì)量，為施工企業(yè)帶來(lái)更多經(jīng)濟(jì)收益，使工程的成本、進(jìn)度等實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)化管理。

1 BIM技術(shù)與智能化工程概述

1.1 BIM技術(shù)

BIM技術(shù)利用先進(jìn)的數(shù)據(jù)處理和傳輸算法，將建筑項(xiàng)目中各種復(fù)雜的相關(guān)信息整合至數(shù)據(jù)集中，構(gòu)造出真實(shí)、實(shí)時(shí)、可視化的BIM系統(tǒng)，從而幫助項(xiàng)目管理者做出明智的決定和評(píng)估?，F(xiàn)階段，BIM技術(shù)在建筑工程中得到廣泛應(yīng)用，無(wú)論是設(shè)計(jì)還是施工，均可見(jiàn)到BIM技術(shù)的“身影”。盡管業(yè)內(nèi)人士對(duì)BIM技術(shù)予以高度的重視，但實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)仍然有限，還存在很多挑戰(zhàn)。為了讓BIM成為一種可靠的建筑工程方法，建筑企業(yè)必須不斷努力，加強(qiáng)BIM的理論研究，增加內(nèi)部的實(shí)際操作能力，提高施工的實(shí)際水平。BIM是一種先進(jìn)的建模手段，它允許將建筑物的各個(gè)部分和環(huán)境都模擬成3D圖像，從而幫助設(shè)計(jì)師快速了解建筑物的整體布局和細(xì)節(jié)。此外，它還可以幫助建筑企業(yè)快速獲取建筑物的詳細(xì)資料，并將其轉(zhuǎn)換成電子文檔，從而快速了解建筑物的運(yùn)營(yíng)和維護(hù)[2]?？傊?，BIM是一種非常好的建造手段，它既能夠幫助建筑企業(yè)快速了解建筑物的整體布局，又能幫助他們快速完成建造任務(wù)。

1.2 智能化工程

智能化工程是促進(jìn)國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)社會(huì)現(xiàn)代化發(fā)展的重要體現(xiàn)。隨著物聯(lián)網(wǎng)、信息通信等前沿科學(xué)的發(fā)展，為建筑行業(yè)的智能化管理帶來(lái)極大的便利，它不僅為后期的運(yùn)營(yíng)提供有力的技術(shù)保障，也為施工中的安全性、功能性和穩(wěn)定性等方面提供保障，使得建筑行業(yè)的運(yùn)營(yíng)變得更加安全、有序、高效。隨著全球經(jīng)濟(jì)環(huán)境的變化，建筑智能化工程管理已經(jīng)成為企業(yè)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)增長(zhǎng)的重要手段，有效提升市場(chǎng)份額和實(shí)際能力。

2 基于BIM技術(shù)的建筑建設(shè)智能化路徑

1）建筑實(shí)體數(shù)字化。在建筑中利用BIM技術(shù)構(gòu)建智能化模式，能夠滿足用戶的期待和要求。BIM技術(shù)通過(guò)高效、科學(xué)的仿真模擬，能夠準(zhǔn)確反映模型中存在的實(shí)際問(wèn)題，方便技術(shù)團(tuán)隊(duì)隨時(shí)調(diào)整和優(yōu)化設(shè)計(jì)圖紙，從根源解決設(shè)計(jì)不合理的問(wèn)題，有效控制返工的概率，極大程度節(jié)約了人工和資金成本，有效提高了施工效率。在施工前，利用計(jì)算機(jī)采集大量工程數(shù)據(jù)，通過(guò)分析、篩選、處理后，將有價(jià)值的工程數(shù)據(jù)利用BIM軟件二次整合并搭建建筑三維實(shí)體模型。根據(jù)建筑三維實(shí)體模型，經(jīng)過(guò)建筑設(shè)計(jì)者、施工管理者、技術(shù)小組的交流探討，識(shí)別不合理之處并對(duì)其優(yōu)化調(diào)整，直至完全沒(méi)有不合理之處后再展開施工，通過(guò)進(jìn)一步規(guī)范施工流程，減少返工概率。例如在搭建出建筑三維實(shí)體模型后，可以針對(duì)建筑中的部件、空間、設(shè)施等合理安排、布局，如存在沖突或不合理之處，能夠及時(shí)進(jìn)行調(diào)整，從源頭控制返工維修的問(wèn)題。

2）要素?cái)?shù)字化。在建筑施工過(guò)程中，以人員、機(jī)械設(shè)備、物料、技術(shù)、施工環(huán)境等因素為核心，運(yùn)用BIM技術(shù)對(duì)各個(gè)關(guān)鍵因素進(jìn)行數(shù)字化管理。通過(guò)建立可靠的數(shù)字化管理模型，將建筑要素融入數(shù)字化管理中，通過(guò)規(guī)范項(xiàng)目管理的工作行為，便于施工團(tuán)隊(duì)高效地完成施工項(xiàng)目，滿足數(shù)字化時(shí)代的發(fā)展要求。數(shù)字化的關(guān)鍵要素管理是一種從源頭到竣工的閉環(huán)式管理，能有效生成完整的數(shù)據(jù)資料，方便建筑企業(yè)的施工管理和決策。

3）施工過(guò)程數(shù)字化?；诠こ添?xiàng)目的實(shí)體與元素的信息化，引進(jìn)“PM+”技術(shù)[3]，將其作為工程項(xiàng)目的關(guān)鍵，建立起工程項(xiàng)目安全、質(zhì)量與效率的“閉環(huán)”管理模型。著重關(guān)注施工的重點(diǎn)指標(biāo)，將重點(diǎn)指標(biāo)進(jìn)行全面披露，方便技術(shù)團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)全方位控制，及時(shí)發(fā)現(xiàn)施工過(guò)程中存在的技術(shù)問(wèn)題。以工程BIM為標(biāo)準(zhǔn)，在對(duì)重要的建設(shè)工程要素進(jìn)行全過(guò)程的控制過(guò)程中，可以更好地進(jìn)行數(shù)字化管理，使整體的管理方式變得更為合理和精確。

4）管理數(shù)字化。對(duì)建筑實(shí)體、關(guān)鍵要素及施工過(guò)程進(jìn)行數(shù)字化后，可以建立對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)庫(kù)，并開通數(shù)據(jù)共享路徑，使數(shù)據(jù)對(duì)建筑工程的指導(dǎo)價(jià)值得以充分發(fā)揮。利用可視化的工程管理工具，創(chuàng)新原有的施工管理辦法，加強(qiáng)各部門之間的信息交流和共享。在建筑工程管理過(guò)程中，將一切具有價(jià)值的工程數(shù)據(jù)采集到數(shù)據(jù)系統(tǒng)中，為內(nèi)部施工管理工作提供科學(xué)支持，降低企業(yè)的決策風(fēng)險(xiǎn)。在做出一些工程決策時(shí)，可以利用這些數(shù)據(jù)來(lái)進(jìn)行參照，以后臺(tái)的建筑信息為依據(jù)，借助物聯(lián)網(wǎng)和云計(jì)算等技術(shù)，深入分析各項(xiàng)數(shù)據(jù)，從而達(dá)到對(duì)工程管理進(jìn)行智能化決策的目的。

3 基于BIM技術(shù)的多專業(yè)協(xié)同設(shè)計(jì)

3.1 協(xié)同設(shè)計(jì)與BIM的融合

經(jīng)過(guò)多年的不斷嘗試和研究，協(xié)同設(shè)計(jì)的技術(shù)已經(jīng)大幅度進(jìn)步，并取得了顯著效果。同時(shí)，建筑行業(yè)的從業(yè)者也越來(lái)越重視協(xié)同設(shè)計(jì)，不斷將其應(yīng)用到實(shí)踐當(dāng)中，以期達(dá)到更好的效率和質(zhì)量。由于許多專家都依賴CAD來(lái)處理數(shù)據(jù)，導(dǎo)致數(shù)據(jù)的流通速度較慢，盡管一些項(xiàng)目使用了協(xié)同設(shè)計(jì)的技術(shù)，但它們的實(shí)施效果并不理想。使用BIM技術(shù)進(jìn)行協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)，能夠打破二維圖紙的界限，使三維立體模型變得更容易理解和應(yīng)用。通過(guò)創(chuàng)造一個(gè)良好的協(xié)調(diào)平臺(tái)，使所有的設(shè)計(jì)項(xiàng)目都能夠順利進(jìn)行，從而達(dá)到真正的信息交流。BIM技術(shù)是一種基于數(shù)字模型的協(xié)同設(shè)計(jì)方法，它可以有效地連接和管理建筑物的不同部分，通過(guò)信息交互來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)這些部分的有效管理[4]。如果有任何一個(gè)專業(yè)發(fā)生設(shè)計(jì)變化，人工智能系統(tǒng)會(huì)根據(jù)這些變化進(jìn)行自動(dòng)調(diào)整，從而降低人力成本。

3.2 二維設(shè)計(jì)向三維設(shè)計(jì)的躍遷

過(guò)去，CAD是建筑工程圖紙?jiān)O(shè)計(jì)的主流方式，但由于建筑物的尺寸和結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，如果繼續(xù)使用傳統(tǒng)的CAD技術(shù)，將無(wú)法很好地展示出建筑物的空間結(jié)構(gòu)，其中曲率信息的描繪效果也會(huì)受到一定的影響。通過(guò)應(yīng)用BIM技術(shù)，不僅能夠?qū)⒍S信息轉(zhuǎn)換成三維信息，還能夠使建筑物的形態(tài)和尺寸變成三維圖像。BIM技術(shù)的優(yōu)勢(shì)是它的模擬功能，使建筑企業(yè)能夠通過(guò)三維圖像來(lái)展示建筑的整個(gè)外形和內(nèi)部布局[5]。與傳統(tǒng)的CAD設(shè)計(jì)方法不同，BIM技術(shù)提供了一種直接、準(zhǔn)確、全面的視角來(lái)展示建筑的幾何和空間特性，通過(guò)精心設(shè)定的參數(shù)，系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)快速、準(zhǔn)確地生成多種二維圖形，不僅有平面圖，還有立體圖。

3.3 BIM協(xié)同設(shè)計(jì)的應(yīng)用

BIM技術(shù)為建筑行業(yè)帶來(lái)巨大的變革，為建筑師和其他相關(guān)行業(yè)的從業(yè)者搭建了一個(gè)高效、靈活的溝通橋梁，并且能夠根據(jù)不同的需求，實(shí)現(xiàn)跨行業(yè)的精細(xì)化管理。通過(guò)BIM技術(shù)，相關(guān)企業(yè)可以從3個(gè)方面來(lái)制定方案：①需要建筑師制作出建筑的初始概念圖紙，利用這些信息來(lái)制定后續(xù)的施工方案；②相關(guān)企業(yè)的技術(shù)團(tuán)隊(duì)按照具體施工方案設(shè)計(jì)出完整的施工計(jì)劃，并根據(jù)這些信息制作出精美的MEP模型；③建筑企業(yè)需要讓所有的模塊相互連通，進(jìn)行科學(xué)的仿真模擬。企業(yè)通過(guò)使用BIM技術(shù)來(lái)解決發(fā)現(xiàn)的任何可能出現(xiàn)的沖突問(wèn)題，BIM技術(shù)不僅能夠?qū)崿F(xiàn)快速、準(zhǔn)確的數(shù)字化建模，還能夠?qū)崿F(xiàn)多學(xué)科的協(xié)同工作，通過(guò)所獲取的相應(yīng)信息，使每一項(xiàng)工程的施工都能夠更加迅速、準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)。

4 BIM技術(shù)在建筑建設(shè)智能化工程中的應(yīng)用

4.1 優(yōu)化施工方案，促進(jìn)高效施工

在傳統(tǒng)智能化工建設(shè)模式下，2D技術(shù)的應(yīng)用局限性較多，設(shè)計(jì)管理難度大。傳統(tǒng)施工項(xiàng)目通常會(huì)選擇2D技術(shù)，但是2D技術(shù)難以滿足建筑企業(yè)的實(shí)際需求，設(shè)計(jì)難度相對(duì)較大，發(fā)展前景受到限制。特別是在管道布置中，管線管道類型十分豐富，因受到空間布局的限制，2D技術(shù)容易造成管道管線交錯(cuò)碰撞的問(wèn)題。因此，技術(shù)團(tuán)隊(duì)在開始施工前必須全方位檢查和修改設(shè)計(jì)方案，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)做出全面的考察，尤其是天氣和環(huán)境狀況。造成管線交錯(cuò)復(fù)雜的原因主要是2D技術(shù)的平面圖無(wú)法反映管線的真實(shí)環(huán)境情況，造成局部細(xì)節(jié)無(wú)法得到科學(xué)調(diào)整，例如高度無(wú)法表示等問(wèn)題，這種情況可以運(yùn)用BIM技術(shù)有效地解決。

BIM技術(shù)能夠建立相對(duì)完整的工程模型，通過(guò)收集和整理項(xiàng)目數(shù)據(jù)，將實(shí)際的建筑信息融入工程模型中，方便技術(shù)團(tuán)隊(duì)定期檢查建筑結(jié)構(gòu)，包括管道等是否存在連接不合理的問(wèn)題，推進(jìn)建筑工程有序進(jìn)行。搭建工程模型后，設(shè)計(jì)人員要隨時(shí)關(guān)注管道、構(gòu)件的布局、次序、規(guī)格、標(biāo)高等，運(yùn)用BIM技術(shù)協(xié)調(diào)各部門的工作，方便技術(shù)團(tuán)隊(duì)及時(shí)發(fā)現(xiàn)并高效解決問(wèn)題。全面提高建筑項(xiàng)目的施工質(zhì)量，從根源上控制設(shè)計(jì)方案不合理的問(wèn)題，提高項(xiàng)目的施工效率，有效控制項(xiàng)目的資金支出。BIM技術(shù)在完成建模工作后，通過(guò)調(diào)整管線高度，實(shí)現(xiàn)更科學(xué)合理的布局，盡量減少管道交叉碰撞現(xiàn)象；控制施工中的攀爬和轉(zhuǎn)彎問(wèn)題，滿足項(xiàng)目的實(shí)際需求；控制建筑材料的用量，合理分配資金支出，將部分資金放在高素質(zhì)人才隊(duì)伍建設(shè)中來(lái)。因此可以看出，BIM技術(shù)在工程項(xiàng)目建設(shè)初期能夠優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)的更多細(xì)節(jié)，使得各樓層的布局更加科學(xué)完整，為施工提供更多便利。

4.2 促進(jìn)有效溝通，降低讀圖難度

通過(guò)BIM技術(shù)構(gòu)建的數(shù)字化模型，不僅能夠提供清晰的3D動(dòng)態(tài)模型，還能夠以更直觀的形式呈現(xiàn)給甲方，降低閱讀工程圖時(shí)的難度，從而提高項(xiàng)目溝通的效率。同時(shí)，為了更好地了解工程信息，工程師、監(jiān)理等不同部門的工作人員都可以在平臺(tái)上進(jìn)行溝通，對(duì)工程細(xì)節(jié)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，降低技術(shù)交流溝通的難度。建筑工程設(shè)計(jì)是一項(xiàng)十分復(fù)雜的工作，在傳統(tǒng)的制圖模式下，平面圖傳達(dá)出的建筑消息受到限制，呈現(xiàn)出的工程空間和物體位置存在不合理的地方。因讀圖難度極大，交流過(guò)程中容易出現(xiàn)誤解，影響施工效率，從而阻礙了工程施工的順利進(jìn)行。通過(guò)應(yīng)用BIM技術(shù)生成的立體工程圖，使讀圖難度大大降低。例如在某橋梁工程中，橋架設(shè)計(jì)沒(méi)有達(dá)到后期施工要求，為此安排了大量時(shí)間修改設(shè)計(jì)圖紙?jiān)黾訕蛄簩挾?，耗時(shí)極長(zhǎng)，且容易出現(xiàn)誤差。為了提升工作效率，相關(guān)建筑企業(yè)通常會(huì)選擇使用BIM技術(shù)來(lái)構(gòu)建一個(gè)直觀的橋梁模型[6]。這樣，建筑企業(yè)就能夠更容易地理解和評(píng)估優(yōu)秀的設(shè)計(jì)方案，并在后續(xù)的工作中也能夠進(jìn)行有效溝通。

4.3 優(yōu)化重點(diǎn)部位排布

工程項(xiàng)目中BIM技術(shù)的智能化建設(shè)主要體現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)機(jī)房和監(jiān)控機(jī)房的布置上，通過(guò)對(duì)實(shí)際工程項(xiàng)目的全方位監(jiān)控，結(jié)合建筑施工要求，可以完善網(wǎng)絡(luò)機(jī)房和監(jiān)控機(jī)房的合理布局。首先，網(wǎng)絡(luò)機(jī)房和監(jiān)控機(jī)房的設(shè)計(jì)需要有資質(zhì)的單位全過(guò)程參與，運(yùn)用已經(jīng)建立的技術(shù)模型，更加直觀地獲取管道線路的分布情況，方便資質(zhì)單位充分了解周邊的工作環(huán)境，更加生動(dòng)地仿真模擬不同階段的施工情況。將平面工作轉(zhuǎn)化為3D立體工作，經(jīng)過(guò)多方完善原有的施工思路，更加直觀地展現(xiàn)出不同的工作場(chǎng)景，優(yōu)化重點(diǎn)部位排布情況，通過(guò)后臺(tái)云計(jì)算平臺(tái)，為企業(yè)提供更加詳細(xì)的建筑數(shù)據(jù)。例如，在工程消防控制中心的布置中，BIM技術(shù)構(gòu)建的模型能夠準(zhǔn)確表示機(jī)房空間、設(shè)備規(guī)格、位置等信息，結(jié)合實(shí)際需求，可以隨時(shí)調(diào)整模型。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，經(jīng)濟(jì)社會(huì)高速發(fā)展為建筑企業(yè)提出了更加嚴(yán)格的要求，人們也賦予建設(shè)行業(yè)更多期待。BIM技術(shù)作為現(xiàn)代化信息技術(shù)中應(yīng)用相對(duì)廣泛的技術(shù)之一，能夠充分滿足建筑企業(yè)智能化發(fā)展的要求，以更加安全和便捷的優(yōu)勢(shì)推動(dòng)建筑企業(yè)可持續(xù)發(fā)展，全面提高建筑項(xiàng)目的管理效率，為建筑企業(yè)提供更加直觀的數(shù)據(jù)。因其發(fā)展態(tài)勢(shì)良好，以期為現(xiàn)代化建筑建設(shè)及發(fā)展積累可靠的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)。

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[作者簡(jiǎn)介]時(shí)文東（1987—），男，山東濟(jì)寧人，本科，研究方向：工程管理。