基于BIM技術(shù)的智能建筑工程施工技術(shù)研究

【摘要】文章對基于BIM技術(shù)的智能建筑工程施工技術(shù)路徑進(jìn)行了研究，報告了BIM技術(shù)兼容性有待提升、技術(shù)人才等智能建筑中應(yīng)用BIM技術(shù)存在的問題，進(jìn)行了施工技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、采集數(shù)據(jù)調(diào)整結(jié)構(gòu)、細(xì)化流程提高效率的BIM技術(shù)應(yīng)用優(yōu)勢調(diào)查。同時，論述了促進(jìn)施工現(xiàn)場布局合理化、模擬施工環(huán)節(jié)優(yōu)選施工方案、優(yōu)化配置施工資源，降低消耗、碰撞檢測提高管線布設(shè)精度等幾個技術(shù)應(yīng)用重要作用，研究有助于轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)建筑施工手段，推動智能建筑工程行業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

【關(guān)鍵詞】BIM技術(shù)；智能建筑；施工技術(shù)

【中圖分類號】TU17 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A 【文章編號】1673-6028（2024）08-0143-03

0 引言

為積極應(yīng)對傳統(tǒng)建筑設(shè)計、施工各環(huán)節(jié)信息溝通不暢、資源浪費等問題，智能建筑工程施工過程中，應(yīng)科學(xué)運用BIM技術(shù)，通過數(shù)據(jù)集成、共享能力等手段，綜合現(xiàn)場所有參數(shù)創(chuàng)建三維數(shù)字化模型，推動智能建筑施工活動順利開展。同時，BIM技術(shù)也能幫助施工單位動態(tài)化掌控項目施工進(jìn)度，提高施工資源利用率，做好碰撞檢測等任務(wù)，及時處理潛在施工弊端，提高智能建筑施工效率與質(zhì)量。

1 智能建筑工程的發(fā)展現(xiàn)狀

科技迅猛發(fā)展，帶動建筑行業(yè)邁向智能化發(fā)展方向。基于物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、大數(shù)據(jù)等衍生出來的智能建筑，有利于營造舒適性使用空間，優(yōu)化行業(yè)轉(zhuǎn)型升級。據(jù)統(tǒng)計，近年來不斷擴大的智能建筑工程市場規(guī)模，從2016年的5 468.9億元，截至2023年的調(diào)查數(shù)據(jù)中顯示出超過6 783.32億元，年平均增長率始終保持較高水平，充分表明智能建筑市場需求，由此推動建筑行業(yè)可持續(xù)發(fā)展。同時，多技術(shù)融合發(fā)展的智能建筑以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為例，建筑內(nèi)部多元化設(shè)備互通互聯(lián)，實時共享參數(shù)，協(xié)同作業(yè)。通過人工智能技術(shù)能夠確保建筑自主學(xué)習(xí)，優(yōu)化運營方案，滿足用戶不同的使用需求。深度融合大數(shù)據(jù)與云計算技術(shù)，能夠提高智能建筑運維管理水平，快速且準(zhǔn)確分析海量參數(shù)，便于智能建筑運維效率與質(zhì)量顯著提升。隨著可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的提出，各行業(yè)內(nèi)倡導(dǎo)的綠色、節(jié)能發(fā)展理念，要求智能建筑著重以可再生能源、綠色建材等為主，控制能源消耗，避免二氧化碳排放。智能能源管理系統(tǒng)相對傳統(tǒng)建筑工程能耗可降低30%左右，明顯減少二氧化碳排放量[1]。

2 智能建筑中應(yīng)用BIM技術(shù)存在的問題

2.1 BIM技術(shù)兼容性有待提升

BIM軟件開發(fā)商數(shù)據(jù)格式、標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議等不同，引發(fā)軟件共享與交換矛盾，不利于數(shù)據(jù)快速轉(zhuǎn)換且極易造成數(shù)據(jù)丟失，從而降低三維信息模型精確性。BIM軟件模型數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換時須編寫或應(yīng)用指定的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換算法才能夠形成可識別的軟件形式。

2.2 技術(shù)人才稀缺

智能建筑工程施工行業(yè)長期發(fā)展中，稀缺BIM專業(yè)技能應(yīng)用人才，延緩BIM技術(shù)全面推廣與應(yīng)用。BIM技術(shù)操作人員不僅需要靈活操作數(shù)字化軟件，還應(yīng)掌握大量工程專業(yè)知識，在實踐中緊密結(jié)合智能建筑施工現(xiàn)況，充分彰顯BIM技術(shù)的應(yīng)用價值。統(tǒng)計當(dāng)前市場上BIM技術(shù)專業(yè)人員數(shù)量，可以通過人才供需比、技能水平評估參數(shù)等準(zhǔn)確判斷與智能建筑施工量之間的比例，輔助施工單位快速制定人才培養(yǎng)與招聘計劃。

2.3 應(yīng)用BIM技術(shù)的建筑企業(yè)較少

BIM技術(shù)在智能建筑施工過程應(yīng)用時優(yōu)勢眾多，但相對較少的應(yīng)用企業(yè)阻礙技術(shù)推廣速度。部分企業(yè)未能正確認(rèn)識到BIM技術(shù)的應(yīng)用價值，延續(xù)傳統(tǒng)施工工藝，無法投入充足人力、物力等資源，限制企業(yè)可持續(xù)發(fā)展。在智能建筑企業(yè)數(shù)量中調(diào)查應(yīng)用BIM技術(shù)的企業(yè)數(shù)量，可以評價BIM技術(shù)市場普及程度[2]。

3 BIM技術(shù)在建筑工程中的應(yīng)用優(yōu)勢

3.1 優(yōu)化施工技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

通過BIM技術(shù)能夠創(chuàng)建三維模型，便于施工人員模擬分析后優(yōu)化施工技術(shù)指標(biāo)。集成結(jié)構(gòu)、管道、電氣等多個系統(tǒng)設(shè)計信息的三維信息模型，施工人員能夠清楚掌握設(shè)計要求，根據(jù)施工現(xiàn)況優(yōu)化設(shè)計方案，分析模型模擬分析結(jié)果，提前找出并處理潛在施工隱患，快速調(diào)整技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。比如，施工人員調(diào)整BIM中材料大小、連接形式（如焊接、螺栓連接等）時，BIM軟件計算引擎自動更新，得到結(jié)構(gòu)強度（σ）、穩(wěn)定性等優(yōu)化結(jié)果，以此選擇最佳施工技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

3.2 采集數(shù)據(jù)調(diào)整結(jié)構(gòu)

擁有強大數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理特點的BIM技術(shù)，與三維信息模型各項參數(shù)比較，能夠準(zhǔn)確判斷結(jié)構(gòu)變形、應(yīng)力布局等情況，一旦實際數(shù)據(jù)與模型預(yù)測參數(shù)不同，施工人員須快速調(diào)整作業(yè)方案，提高施工效率與質(zhì)量。數(shù)據(jù)采集、調(diào)整結(jié)構(gòu)時可以選擇有限元分析法（FEM），輸入材料的彈性模量（E）、泊松比（v）、荷載大?。‵）等可以計算結(jié)構(gòu)應(yīng)力與變形結(jié)果。同時，BIM軟件結(jié)合先進(jìn)計算工具自動完成復(fù)雜計算流程，形成直觀圖表分析報告，施工人員可以直接應(yīng)用[3]。

3.3 細(xì)化流程提高效率

施工人員利用BIM可以模擬材料運輸、設(shè)備安裝、工序銜接等多個過程，找出設(shè)計方案中不合理的部分，提前優(yōu)化修改。同時，在多個專業(yè)協(xié)同作業(yè)中，BIM技術(shù)能夠拉近各專業(yè)之間的距離，達(dá)到高效配合的建設(shè)效果。比如，通過比較BIM技術(shù)應(yīng)用前后施工周期（T）與成本參數(shù)（人工成本、材料成本）可以計算施工效率的提升程度，評價BIM技術(shù)提高施工效率的作用。智能建筑工程中應(yīng)用BIM技術(shù)，通過創(chuàng)建模型能夠開展四維、五維等精確模擬分析，覆蓋施工進(jìn)度管理、施工成本評估以及施工資源調(diào)配等多個細(xì)節(jié)，對施工方案予以比較研究，及時發(fā)現(xiàn)并找出潛在施工隱患，優(yōu)化調(diào)整作業(yè)方案，降低施工變更與返工概率，幫助施工單位控制施工成本。目前，各地區(qū)普遍推廣的智能建筑結(jié)構(gòu)，其中涉及通信網(wǎng)絡(luò)、信息網(wǎng)絡(luò)以及建筑設(shè)備監(jiān)控等多個系統(tǒng)，各系統(tǒng)相互獨立且存在必然聯(lián)系。為確保各專業(yè)之間協(xié)同溝通，可以利用BIM平臺創(chuàng)建共享性的模型，通過統(tǒng)一的命名規(guī)則和建模標(biāo)準(zhǔn)，確保信息的一致性和連貫性。各專業(yè)部門人員能夠在同一個平臺上高效作業(yè)，實時交流，確保施工更加高效。

4 BIM技術(shù)在建筑工程施工中發(fā)揮著重要作用

4.1 促進(jìn)施工現(xiàn)場布局合理化

施工人員利用BIM技術(shù)創(chuàng)建三維信息模型，合理化布局施工現(xiàn)場，準(zhǔn)確表現(xiàn)智能建筑工程施工現(xiàn)場空間布局、工程結(jié)構(gòu)、設(shè)備管線等多元化參數(shù)，用以模擬各施工流程，施工人員能夠高效作業(yè)，快速堆放施工材料，并確定最佳施工資源存放區(qū)域。例如，施工單位布置臨時道路時，為達(dá)到消防（道路寬度≥4 m，且成環(huán)形或設(shè)置回車場地）和施工車輛荷載需求，可以創(chuàng)建BIM加以分析。此外，智能建筑施工過程所需塔吊、腳手架等施工設(shè)備，通過BIM技術(shù)科學(xué)布置，減少施工安全，防止施工噪聲[4]。同時，深受建筑工程施工行業(yè)關(guān)注的施工安全，施工單位可以選擇BIM技術(shù)綜合施工現(xiàn)場參數(shù)后創(chuàng)建三維數(shù)字化模型，清楚掌握現(xiàn)場存在的安全隱患，快速制訂完善的防護(hù)方案。如，針對BIM三維模型，施工人員可以設(shè)置安全警告區(qū)域，構(gòu)建完整的逃生路線，時刻給施工人員以警示。還能夠模擬安全事故的應(yīng)急處理細(xì)節(jié)，調(diào)動施工部門應(yīng)急響應(yīng)能力，從源頭上降低安全事故帶來的風(fēng)險。

4.2 模擬施工環(huán)節(jié)優(yōu)選施工方案

BIM技術(shù)能夠模擬施工流程、施工工藝、材料運輸?shù)榷鄠€細(xì)節(jié)，通過模擬不同施工方案可以提取最佳施工計劃。比如，通過模擬施工全過程管理現(xiàn)況，能夠?qū)⒄麄€智能建筑施工項目按照施工工藝或施工流程等要求劃分成多個可控管理工作面，合理配置施工材料，加快施工進(jìn)度，避免資源浪費。

4.3 優(yōu)化配置施工資源，降低消耗

BIM技術(shù)在優(yōu)化配置智能建筑施工資源、降低消耗方面有著重要作用。強大的信息處理及分析能力突出的BIM技術(shù)，能夠綜合設(shè)計、施工、運營等多個環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)參數(shù)，精確模擬施工全過程，制定施工資源利用方案，保障施工效率與質(zhì)量。其中，施工人員通過BIM技術(shù)準(zhǔn)確建模，全面記錄施工過程所需材料、設(shè)備、人員等數(shù)量，事先還原施工流程，預(yù)判各施工環(huán)節(jié)所需要的具體資源量[5]。計算最優(yōu)資源配置量時，施工人員可以采取計算，如式（1）所示。

" " " " " " "Ropt= f（T，Q，E）" " " " " " " （1）

式中：T為施工時間；Q為工程量；E為效率系數(shù)，通過最優(yōu)資源配置量計算結(jié)果能夠防止資源浪費，并及時補充各環(huán)節(jié)所需施工資源，提高施工效率。此外，BIM技術(shù)還可以模擬多個施工方案中材料消耗情況，提取最具可行性的施工計劃。

4.4 碰撞檢測提高管線布設(shè)精度

設(shè)備管線間的碰撞作為智能建筑工程中的常見隱患，極易影響施工進(jìn)度且增加施工成本。BIM技術(shù)三維建模與碰撞檢測功能能夠在工程前期階段及時找出潛在施工碰撞點，優(yōu)化調(diào)整施工方案。比如，對工程結(jié)構(gòu)、機電管線進(jìn)行碰撞檢測，通過BIM軟件可以找出管線間交叉、重疊等位置的碰撞隱患，按照檢測結(jié)果調(diào)整設(shè)計細(xì)節(jié)，以便精確布設(shè)管線，減少施工矛盾與沖突[6]。

4.5 專業(yè)出圖嚴(yán)格控制施工成本

BIM技術(shù)通過三維建模技術(shù)以數(shù)字化形式呈現(xiàn)建筑物結(jié)構(gòu)、管線等情況，綜合材料、工藝等信息形成更具準(zhǔn)確性的施工圖紙，動態(tài)化指導(dǎo)施工全過程。同時，精確計算智能建筑工程量與成本量，提高施工成本控制效果。施工人員計算施工總成本時，可以選擇計算，如式（2）所示。

" " " " " " " " " "（2）

式中：為總成本；為第種材料的工程量；為第種材料的單價，施工人員利用先進(jìn)技術(shù)手段，能夠全天候快速計算施工成本參數(shù)，制定完善管理方案。根據(jù)施工進(jìn)展動態(tài)調(diào)整成本預(yù)算，防止浪費資源。同時，BIM技術(shù)將整個智能建筑施工成本控制變得更加形象，施工人員通過分析三維信息模型能夠清楚掌握所有施工工序成本投入情況，事先找出成本偏差并加以處理。

4.6 實現(xiàn)可視化技術(shù)交底，提高施工質(zhì)量

BIM能夠簡化復(fù)雜性、繁瑣性的智能建筑施工，以三維動畫與虛擬現(xiàn)實方式加以呈現(xiàn)，確保施工人員精確掌控施工標(biāo)準(zhǔn)，明確施工注意事項，減少對二維圖紙依賴，保障施工效率與質(zhì)量。此外，融合施工績效分析技術(shù)共同運用，實時監(jiān)控施工時間、施工質(zhì)量等參數(shù)，及時發(fā)現(xiàn)并處理施工隱患，以免影響建筑品質(zhì)[7]。

4.7 實現(xiàn)建筑施工精細(xì)化管理

智能建筑施工精細(xì)化管理中，BIM技術(shù)能夠集成項目全生命周期參數(shù)，確保施工管理方案更加可行。BIM技術(shù)可以創(chuàng)建三維模型，全面把控施工進(jìn)度、施工質(zhì)量以及施工成本。其中，施工進(jìn)度精細(xì)化管理中，BIM技術(shù)整合甘特圖、項目網(wǎng)絡(luò)圖，通過模擬施工程序后形成動態(tài)化進(jìn)度方案。評估實際工期時間節(jié)點，可以采取如下計算，如式（3）所示。

" " " " " " （3）

式中：為計劃工期；為偏差率，用于全天候監(jiān)控施工進(jìn)度。找出與實際施工進(jìn)度之間的偏差，快速優(yōu)化資源配置，確保智能建筑施工工作在規(guī)定時間內(nèi)完成。BIM技術(shù)整合虛擬建造技術(shù)進(jìn)行智能建筑質(zhì)量精細(xì)化管理，提前找出并處理設(shè)計問題，降低返工率，保障施工品質(zhì)。BIM技術(shù)能夠準(zhǔn)確判斷施工材料用量，控制施工成本。計算材料使用量時可以采取如下計算，如式（4）所示。

" " " " " " " "（4）

式中：為總需求量；為第種材料的使用量 ；為單位用量和成本估算。根據(jù)施工進(jìn)度優(yōu)化施工成本控制細(xì)節(jié)，提高施工單位經(jīng)濟(jì)效益[8]。

5 結(jié)語

BIM技術(shù)能夠推動智能建筑工程施工行業(yè)發(fā)展，通過創(chuàng)建三維模型、數(shù)據(jù)模擬、可視化展示等多個功能，科學(xué)布局施工現(xiàn)況，提高施工資源利用率，充分發(fā)揮施工方案利用價值。同時，BIM技術(shù)在碰撞檢測、管線優(yōu)化等方面也具有重要作用，能夠維護(hù)現(xiàn)場施工質(zhì)量與安全，降低返工概率。隨著物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等技術(shù)發(fā)展，必將全面融合BIM技術(shù)，確保智能建筑施工技術(shù)邁向自動化、智能化發(fā)展趨勢，助力行業(yè)低碳、綠色化發(fā)展。

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[作者簡介]姜龍（1985—），男，黑龍江望奎人，本科，工程師，研究方向：工程管理。