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BIM技术在建筑施工中的应用研究

范文

郭慧锋曾日亮

摘要：BIM技术提供了一个改善规则的解决方案，以应对在建筑施工行业中所遇到的挑战。然而，BIM技术目前还不足以满足建筑从业者在建筑施工方面的需要，目前的手动和临时决策的施工方案导致建筑施工产生大量的材料浪费。本文对BIM的概念、特点、特性及模型作了具体论述。利用BIM中的丰富信息，使基于规则的建模应用于建筑的三维模拟、多专业协同管理、进度管控、施工成本分析和施工运营维护，调整施工组织设计，使建筑施工中的浪费实现最小化。

Abstract： BIM technology provides a solution to improve the rules to meet the challenges encountered in the construction industry. However， BIM technology is not enough to meet the needs of construction practitioners in building construction.Current manual and temporary decision-making construction schemes result in a great deal of material waste in building construction. This article makes a concrete exposition from the viewpoints， characteristics， characteristics and models of BIM. Utilize the rich information in BIM to make rule-based modeling to 3D simulation of buildings， multi-professional collaborative management， schedule management and control， construction cost analysis， construction operation and maintenance， adjust construction organization design， and minimise waste in building construction.

关键词：施工方案;模型;BIM;三维模拟;施工组织设计

Key words： construction plan;modeling;BIM;three-dimensional simulation;construction devise

中图分类号：TU71 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文献标识码：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章编号：1006-4311（2019）10-0154-05

0 ?引言

在经济飞速发展的当下，竞争越来越激烈，每个行业都在改革，探求新方法。建筑业作为我国的产业之一，是不可或缺的一部分。随着人民经济和生活水平的提高，人们对我们所居住的房屋也有了更多更高的要求，从而我们对设计和施工也提出了更高的要求。幸运的是，BIM（Building Information Modeling，建筑信息模型）技术的兴盛使得这些问题有了解决的方向。BIM技术是一种信息化技术，能够把建筑业由于出产效能低下和材料乱用严重等弊端给解决[1]。

BIM理念和技术在2002年我国开始将它应用到工程建设业中来，目前我国BIM技术主要应用在设计单位中，与美国相比，无论是发展程度还是推广力度，我國依然还是在起步阶段[2]。BIM随着时代的变迁，这项技术越来越受到人们的接受，对BIM技术的研究成为了热潮。

目前一些学者将BIM技术应用到设计、工程造价管理和装配式建筑等领域中。林俊航[3]将BIM技术应用在建筑设计中，他认为BIM技术有别于手绘图纸，它在具备了传统设计图纸内容的基础上改变了设计图纸的交付内容，可对设计图纸的原始工具进行调整，使得图纸的修改和拆分变得更加快速和便捷。李玉真[4]提出将BIM技术应用到绿色建筑设计过程中，并对如何应用进行了细致的剖析探究。Dr.Boris Ceranica[5]等在一些案例的基础上，提出将BIM应用于可持续设计当中，可以在项目开劈的前期时期选择更适合、可持续的解决方案。高懿琼[6]用BIM技术在设计阶段进行模拟，体现了BIM在工程实际中的应用价值。欧阳芝[7]认为工程造价管理可以被应用在BIM当中，并且得出BIM技术和全过程造价管理有效结合具有很明显的优势，不仅有利于各阶段工程量的精准计算及不可控因素的有效规避，而且有利于造价管理整个生命周期内产生成本的有效管控。王易欣[8]就BIM技术在建筑工程造价方面进行了综合性的论述。文艳芳[9]等构建了基于BIM模型的工程项目建设流程和最低价中标法评标体系，形成最低价中标法的实施体系。何玉枝[10]对装配式建筑以及应用BIM技术的装配式建筑施工进行对比，得出应用BIM技术的装配式建筑结构在设计水平与质量方面均优于未使用BIM技术的装配式建筑。李冬梅[11]采用BIM技术对高层建筑进行施工可视化仿真，制定了适用于超高层建筑的施工模拟步骤。

现如今的建设项目都比较大、投入的资金多、项目工期又长、参与方人数又多、客户对项目的功效要求变得又高，还有在项目的整个寿命内其信息量庞大、复杂等这些特点，在设计和工程管理工作中时，建设项目非常庞杂，以往的信息交换和管理的模式已经无法达到目的。众多事实显示，信息转达错了或残缺不全是引起众多赔偿与争执事情的主要原因，然而BIM利用3D模拟的共享平台和3D的信息传达的发法，这种方法提供了良好的技术平台和解决路径，能够很好的传达施工信息，由于建设工程领域一直存在的协调性不佳和整體性不强等问题能够得到很好的解决。

1 ?BIM的内涵

1.1 BIM概念的提出

毕业于美国乔治亚技术学院的查克·伊斯曼[12]（Chuck Eastman）博士在40多年前就提出了BIM的概念，他认为建筑信息模型结合了几乎所有的几何模型的信息、功能要求以及构件的性能，将一个建筑项目整个寿命时期内的全部信息被整合到一个独立的建筑模型中，并且施工进度信息、建造过程信息、维护管理等信息都包括在内。这就是早期对BIM技术的解释。在最开始二十年间，由于科技不够发达，当时的计算机还无法建筑一个BIM模型，因此BIM就一直停留在理论研究的阶段[13]。

BIM被美国的国家标准定义为：BIM是一个3D数字化技术，各种相关信息的工程数据结合在了建筑信息模型当中，BIM用数字化的形式将工程项目的设施实体与及他的各种功效表达出来[14]。纪博雅[15]等人将BIM定义为是一个涵盖了建设项目实体的物理特性与功效的数字化模型，并提出建设项目的全生命周期的决策与分析可以应用这个模型的共享和互用性技术来实现。余华恒[16]将BIM理解为是建筑信息所产生的数字化模型，认为它是一种技术，能够创建建筑数字化模型并且建设项目的设计、建造以及经营的整个过程进行优化管理都可以利用模型来实现。

总的来说，BIM是一个对建设项目或设备的外形和功能特点展示的数据化工具，属于共享的资源;在建设项目施工全周期中，BIM模型的信息能够为所制定的决策提供可依赖的依据;在项目的实施过程中，各方都能够在同一个模型BIM中增加、删减和更改之前的信息。

1.2 BIM技术的特性

BIM技术拥有统一的构建标准，以统一的数字化方式进行信息的表达，因此有效的结合了各阶段、各专业的信息。在同一个模型中各阶段相关人员进行工作完成任务。在施工阶段，在建立BIM模型时要将建筑项目各阶段的应用考虑进去，为模型进行其他分析和应用时建立基础，使得模型能够可持续、重复的利用[17]。一个具体、完整的BIM模型，是对工程对象的详细展示，设计、施工到运营维护等阶段可以全方面的结合起来，其数据、过程和资源，项目的相关各方都能够联合运用。BIM模型一般具有以下特征[18]：

1.2.1 模型信息的完备性

不仅能对工程项目进行3D信息和同胚关系的表达，还可以对全部的工程情况详细的表达，比如工程的设计、施工、维护还有其对象之间的工程条理关系等表达。一方面，由于BIM的数据化模型和特点，因此设计的成果可以通过模拟直观的显示出来、而且还可以剖析和推算，不同专业的信息能够很好的运用起来，因此建筑的信息可以反复的应用。除此之外，BIM是一个数据库，这个数据库主要是3D模型形成的，数据中包含了众多信息，有设计信息，还包括了整个项目生命周期的信息，如从规划到设计到建成使用再到运营管理时的全部信息[19]。因为BIM模型中有建筑物的各个组成部分和设施的详细信息，因此我们能够进行概预算，增加了设计和概预算的效率和准确度，业主也能够借助它对项目的成本和后期的维护得到参考。

1.2.2 模型信息的关联性

BIM模型中的模型是能够识别并且相互关联的，模型中的信息，BIM能够自己进行总结和推算，并自动形成相对应的图形和文件展示出来。在对一个部件进行修改时，所有与这个部件相关联的对象都会发生改变，省去我们一一修改的麻烦，也能够减少错误，使模型保持完整和准确。由于BIM具有关联性的特点，设计时不仅提高设计的效率、减少图纸修改的工作量，而且解决了因为疏忽或图纸量大而不易发现或漏掉的问题。

1.2.3 模型信息的一致性

在建筑的整个使用过程中，每一个阶段都能够在共同的BIM模型中进行信息分享和传达、修改，没有必要反复的输入一样的信息。在每一个阶段，BIM模型都能够相适应的变化，模型部件能够很容易地进行更改和完善，模型也不用反复的创建，在大型项目中时常有庞杂的数据，修改时很麻烦，但是BIM的这一个特点就能够解决这些问题。

以上就是BIM的一些特点，这些特点能够完成建筑整个使用寿命中施工和管理的目标。通过BIM对实体建设项目的实施过程进行统一的管理，能够解决以往的管理方式和技术中存在无法解决的问题，比如信息的有效传达、累计方式等方面可以得到很好的解决。

2 ?BIM在施工中的运用

2.1 BIM在施工中的模拟

通过BIM模型我们能够对施工方案进行演示，筛选和设计优化出最好的施工方案，进而提升施工效果，缩短工期，降低因为工程的更动而导致的不必要损失。与施工进度计划结合在一起，施工流程及现场施工情况可以通过动态3D模型模拟出来，以至于场所与空间的抵触以及人员和设备的安全等方面的问题可以及时的发现，同时对施工方案进行再一次的优化[20]。项目中所用到的各种资源的相关信息，人员、材料、设备等信息可以存储在BIM模型中，同样的项目中用到的各种信息也可以储存进来，项目的各方可以在同一个模型中进行工作，资源能够得到有效的管理。

图1是南昌临空经济区市政管理中心工程运用BIM对施工场地进行模拟后确定场地合理布置。

通过这个实际项目可知，场地进场阶段投入挺大，项目的质量、安全和浪费问题也就不可避免的产生。应用BIM技术工程师能够在施工过程中对工程的进度、造价成本等进行很好的管理、监督和控制。通过使用BIM技术可对工程的施工进行模拟，可以很好的制定施工组织计划，将建筑施工过程在虚拟环境中可视化，清除潜在的问题，这点对复杂的重要项目来说显得更加重要。在项目的实施过程中，建筑项目的规划、施工方案，甚至采购计划能够通过BIM的建筑部件进行更具体的制定。将施工方案、BIM的施工模型和现场检测有机的结合起来，可以有效的降低建筑的质量问题和防止、躲避安全问题，使得没有必要的返工和整改能够也随之降低，使得施工组织设计的编制更加合理，也能加强对项目的整体控制。

2.2 BIM在施工中的協同管理

建筑施工管理过程中，通过使用BIM能够很好的对施工工程中的每一个环节的衔节进行早期的预测，对可能发生的紧急情况进行预防和控制。

在传统的施工过程中，最难处理的就是各种管线、模板、电线、管道等的贯通，一般采取的是根据不同类型进行分散来施工，各个环节分开工作，无法有效的结合在一起，完成时要花费很长的工期和精神和气力，在这个过程中会产生人力、物力、财力庞大，采用这样的建筑施工方法，不仅花费了不必要的时间，而且对经济造成了损失，并且还无法做到施工的精细化、准确化、简单化等。但是，相对应地，BIM技术被南昌市市政管理中心工程运用在建筑施工管理过程中，提前构建了施工过程中所使用的BIM模型，对建筑施工工程建设中的各种管线、模板、电线、管道模型并对其进行了衔接，展现出直观立体的感触，施工过程中的各个环节变得更加简单、明了、可预知化，能够预测可能发生的问题，以防紧急情况的发生，而且在发生时能够快速地解决，如图2所示。

通过BIM三维可视化可以清楚的看到建筑结构、建筑及管道之间的位置关系，为施工安排，建材进场的顺序有合理的指导到作用。

2.3 BIM技术在施工中的进度管控

把BIM技术运用在建筑施工管理过程中，通过模型能够对工程施工中的进度情况很好的掌控并进行指导，与此相比，一般的建筑在施工管理过程中，对施工工程中的进度掌控依然还处于2D平面的基础上，没法对深层次的作业进行控制，对于工程进程的控制只是停留在简单的层面上，无法进一步的展示和体现出工程进程的进度情况。同时，对那些相对更加复杂、程序更加繁杂的工程建设来说，则表现得更为明显，无法从核心上进行指导，对于缩短工期来说更加没法实现，也就是没法做到在各个方面一一展示。这样的2D平面对建筑的发展和改善不利。但是，如果在建筑施工管理过程中应用BIM技术，就可以对工程进度进行虚拟指导，如图3所示。

BIM能够同时掌控工程中的每一阶段，对每一阶段中施工的实际情况进行提前的演示，把实际的施工场地采用三维扫描，建立一个立体的、可观的、准确的、直观的数据模型，让人们对其工程进程看得一览无余，也能够对可能存在的安全隐患或者质量问题提前预防和制定解决方案，通过先进的信息技术的应用，能够较好地掌控工程的进度情况，在建筑施工现场进行指导时能够做出正确的决定，对建筑工程的进度可以精确、快速地预知。

2.4 BIM技术对施工成本的影响

因为BIM模型中涵盖了的建筑物的具体信息，是以，在制作各种门窗表、材料表以及综合报表时就十分简单和快捷，同时因为这个特性为BIM模型的进一步运用奠定了基础，例如从这些表格中能够进行概预算，建筑材料的采购清单也能方便快捷的获得。除此之外，由于BIM模型与信息各方都可以随时的查看，使得建筑项目变得更加透明，能够有效的防止偷工减料的发生，很好的规范了建筑市场，起到了积极的作用[21]。

Autodesk公司对三维可视化进行了统计，认为3D可视化可提升66%的企业竞争力，降低50%-70%的信息申请，减少5%-10%的施工工期，各专业协调时间可减少20%-25%[22]。在美国的一项研究中得出了，由于BIM的应用使得项目成本计算的准确性得到了很大的提高并且在不可预见费上也比传统的更低，如图4所示[23]。在南昌市市政管理中心工程项目中，如图5所示，BIM的使用使得项目的返工率降低到只有0.1%，由于每一方之间引起的摩擦也相应的急剧的减少。通过运用BIM能够使得建筑业生产效率大幅度的提高。

2.5 建筑施工运营维护

BIM模型中涵盖了在建筑施工过程中不断形成和完善的建筑项目每一阶段、每一个专业的情况，各方能够随时对项目的进程以及具体情况进行查看和咨询。BIM模型多中的数据是同步的，如果要更改某一处的信息，其他与之相关的信息都会自动该改变，保持建筑信息的有效性和准确性。BIM模型不仅可以显示设备的特征、使用情况等信息，而且也可以显示各方面变化的数据，还能够对建筑项目的物理信息和财务数据进行把握。

3 ?结语

根据以上内容的分析和论证，我们可以了解到，如果在建筑施工管理过程中应用BIM技术将起到非常明显的作用，建筑业的发展尤其是建筑施工的发展将能够安全、稳健、迅速的向前运行。

因此，我们必须逐步推进BIM技术的进展，使其与建筑工程密切的联系在一起，在建筑工程中应用BIM技术，使其服务于建筑工程。并且在工程当中不断地革故鼎新，寻求到改进施工技术的好方法，采用新材料、新技术，按期地对职员进行一定的培训，让建筑施工管理时时产生新颖的生命力，从而使得BIM技术在建筑工程中得到更好的应用，从而使职工的生命、健康、安全不受损害。

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