BIM技術在建筑施工企業的應用研究

文｜李存斌 魯平

BIM（Building Information Modeling，建筑信息模型）是建筑行業未來發展的必然趨勢，BIM技術通過參數化設計服務于建設項目的整個生命周期，為建設項目各參與方的溝通協作提供了平臺。現BIM技術已成功應用于許多大型工程項目，本文主要基于普適計算和IPD模式在BIM中的結合應用，從3D模型到4D/5D模型在設計、施工及運維等全生命周期的應用加深對BIM技術的認識。

BIM目前是促進建筑行業信息化快速發展的炙手可熱的技術，BIM作為建筑全生命周期應用解決方案，可以有效地幫助項目各參與方協同工作，加強彼此間的交流溝通，并應用4D/5D模型可以快速有效地發現并解決設計施工中的問題，節省成本、保證工程質量和工期要求，實現工程項目的精細化管理。

基于普適計算和IPD模式在BIM中的結合應用

目前，BIM技術應用在美、英等發達國家已迅速發展，并制定了關于BIM的國家標準，以其IFC標準為主。在國內，IFC標準也逐漸應用開來，但是在模型轉換之間還是會有信息遺漏現象。尤其在施工現場中存在各方信息交互和共享效率低下情況，問題得不到及時的反饋和解決，導致效率低下，工期延誤等現象，基于此提出結合普適計算和IPD模式相結合的方式解決出現的矛盾和問題。普適計算的思想出現于20世紀90年代初期。普適計算被認為是融合信息空間和物理空間的方法，具備很強大的交互能力，能夠使人們隨時隨地、透明的獲取數字化服務。美國建筑師學會（AIA）將IPD（integrated project delivery，集成項目交付）定義為“一種項目交付方法，即將建設工程項目中的人員、系統、業務流程和事件全部集成到一個流程中。在該流程中，所有項目參與者將充分發揮自己的才智，在設計、施工等所有階段優化項目效果、為業主增加價值、減少浪費并最大限度提高效率。”引入IPD模式和應用BIM技術已經成為如今施工企業打造核心競爭力的緊要舉措。

現下結合普適計算和IPD模式來提高施工企業中信息的全方位、全過程交互效率，提高建筑項目的完工質量。普適計算將在物理和信息空間上建立聯系，提供施工實時信息，并結合IPD模式，使業主、設計方、施工方乃至監理單位等利用這些信息，共同理解、協商工程項目的特點和方案，以保證工程項目的成本、工期和質量要求，把握項目的全生命期，提高項目完工質量和效率。IPD模式作為一種全新的建設項目管理模式，其關鍵點就是項目團隊的建立與組織，建立項目參與者之間有效的協同機制，實現信息共享和跨職能團隊的高效協作。其基于普適計算和IPD模式的BIM應用框架如圖1.1所示。

圖1.1 基于普適計算和IPD模式的BIM應用框架

基于BIM的4D/5D施工進度、成本協同應用

傳統的施工進度的繪制主要是依靠人工手工算量，確定工程項目中所需要的人工、材料和機械等需求量，并依此來手工繪制施工進度計劃，如橫道圖等。這大大增加了人力、物力和財力的投入，而且當設計變更或是其他變更發生時，相應的進度計劃變更不及時，造成工期延誤，成本增加的現象時有發生。

而基于BIM三維幾何模型，即3D模型的基礎上，加之時間（施工進度信息），并同時與資源、安全、質量、成本和場地布置等施工信息集成，構成4D信息模型。如圖2.1所示。4D模型可以依據IFC中性文件，導出使用者所要的一切報表以及施工進度計劃，并在其他信息發生變更時，相應的自動修改相關聯的進度信息，從而大大提高工作效率，節省時間，降低成本，保證了質量。

圖2.1 基于BIM技術的4D模型組成

圖2.2 基于BIM技術的5D模型組成

圖2.3 廣聯達BIM5D軟件成本動態核算和分析

圖2.4 基于BIM5D平臺的協同工作

一般完整的成本控制包括事前成本計劃、事中成本控制、事后成本分析。但是存在著事前成本計劃編制困難，事中成本控制不力，事后成本核算不清等問題。此外，傳統的成本控制一般都是在施工項目結束時或是項目階段性工作結束時才對已經發生的成本進行統計和計算，通常的結果就是算出來的實際成本與計劃成本相比，相距很大，不能很好地實現成本控制的功能，陷入了被動局面。

而基于BIM三維幾何模型，即3D模型的基礎上，加上施工進度信息和成本信息，形成5D信息模型。通過該模型，計算、模擬和優化對應于各施工階段的材料、設備等需求量，從而建立材料需求計劃等，在此基礎上形成工程項目成本計劃。如圖2.2所示。5D模型的建立實現了全過程、全方位的精細化動態成本管理和控制，可以使施工過程成本控制達到最優。基于BIM技術的動態成本分析，可以將實際成本與預算成本、合同成本進行三算對比分析，對于項目中超支現象采取針對性措施，將成本控制在計劃成本內。

下面以廣州東塔BIM解決方案系統的動態成本分析進行簡要說明。廣聯達公司的BIM5D軟件和PM（項目管理系統）在廣州東塔項目中進行了集成應用，簡稱廣州東塔BIM解決方案系統。廣州東塔BIM系統的總體應用思路為，建立以BIM模型為核心的項目管理平臺，實現BIM與PM項目管理系統的有效集成。在以廣聯達BIM5D軟件為核心的系統中，將各專業設計模型及算量模型進行整合，通過自行開發的東塔BIM系統，進行進度、圖紙、合同、成本、運維等方面的應用。廣州東塔BIM解決方案系統按照管理控制層次不同，成本分析分三個層級：成本項目層級、合同層級、合同明細層級。其中廣聯達BIM5D軟件成本動態核算和分析如圖2.3所示。

在傳統的建筑工程項目中，設計階段和施工階段是分開的。設計方設計時不考慮施工的可行性，造成設計變更時有發生，而施工方也不能完全理解設計方的設計意圖，使返工率大大增加。基于此，有效地信息溝通和共享對于設計方和施工方來說非常重要，并能保證施工項目的順利實施。而基于BIM技術的協同工作則大大降低了各項目參與方之間的溝通難度。廣州東塔項目就是基于BIM5D平臺進行各信息的共享，使各參與方可以更好的了解信息，便于溝通、管理和決策。如圖2.4所示。

基于BIM技術的協同工作，可以有效地將設計模型、工程量、預算、管理信息等數據有機的集成在一起，將各項目參與方聯系起來，降低了其間的溝通難度，有利于工程項目的順利進展，降低成本，保證工期和質量。

結語與展望

當前國內BIM技術應用正在逐漸深入，對施工階段BIM應用技術、方法和軟件等也進行了深入研究，經過多個大型復雜的項目BIM實施應用，我國可自主研發出一系列關于BIM應用的各階段軟件，有望能夠更加完善的將這些模型（4D-BIM模型和5D-BIM模型）和信息應用于建筑工程的全過程，即進行建筑生命周期管理（BLM）。

廣聯達BIM5D軟件的研發和應用成功的驗證了其可行性和實用性，很好的展現了BIM技術在工程項目施工中的應用價值和發展前景。本文基于分析BIM技術應用研究，提出以下幾點發展建議：

（1）較國外而言，目前國內的相關BIM應用軟件和相關專業人才比較匱乏，培養BIM人才和開發更加成熟的軟件是當務之急。同時政府應加大對BIM技術應用的宣傳和引導，積極制定有關BIM標準，完善如IFC標準等，制定適合國內算量與計價規則的相關接口標準，使BIM應用在全過程中更加實用。

（2）傳統的工程項目管理模式已不能與BIM管理相適應，我們應該對管理模式進行更新，積極探索將業主、設計方、施工方等項目各參與方集成在一起進行協同合作的新項目管理模式（如IPD協同管理），加深建筑的全過程、全生命周期的的管理理念。

（3）積極主動引導國內相關技術和BIM軟件的應用和推廣，開發諸如廣聯達BIM5D的國內應用軟件，結合實際需求不斷改善軟件的功能，逐步開發出更加成熟的軟件，促使國內BIM技術應用的發展。