BIM技術在建筑工程全生命周期的應用現狀研究

文/隋偉寧、潘利梅　沈陽建筑大學土木工程學院　沈陽　110168

BIM技術在建筑工程全生命周期的應用現狀研究

文/隋偉寧、潘利梅沈陽建筑大學土木工程學院沈陽110168

迅速發展的建筑信息模型（BIM），已經滲入到建筑行業的各個領域，以BIM技術為主題的研究數不勝數。本文以中國知網（CNKI）為依托，隨機考察了近6 年100篇有關BIM在建筑工程項目中應用的期刊文獻，其中有36篇重點論述了建筑項目全生命周期各個階段（設計階段、施工階段、運營維護階段）的應用，將36篇文獻按照各個階段進行分類，并針對BIM技術在每個階段的研究現狀，得出了BIM在應用過程中主要存在的問題以及相應的解決方法，同時對尚存亟需解決的問題做出了進一步的歸納。本研究意在為BIM在建筑全生命周期中的應用提供理論依據與技術支撐。

BIM技術；建筑工程項目；全生命周期

1 引言

現階段，BIM技術對建筑工程的影響越來越大，業主、設計單位、施工單位、供應商等多個利益相關方都開始思考如何應用BIM技術來滿足行業的發展需求，這些需求主要集中在方案設計、施工管理及項目精細化管理上［ ］。建筑項目全生命周期包括設計階段、施工階段和運營維護階段。國外已有BIM在建筑全生命周期各個階段中的應用研究，國內BIM技術的引進和發展已有16年的歷史，但相對于BIM技術巨大的應用前景來說，其研究與應用還處于初級階段。

另外，國內BIM技術的應用集中在設計和施工階段，運維階段相對較少。目前，雖然針對不同階段取得了一些研究成果，但是還有相當多的難題亟待解決，其中也包括BIM軟件在本土化的過程中存在的一些問題。本文以中國知網（CNKI）為依托，隨機考察了2011年-2016年100篇有關BIM在建筑工程項目中應用的期刊文獻，共有42篇文獻與BIM技術在建設項目全生命周期中的應用相關，其中36篇重點論述建筑項目全生命周期各個階段的應用，其余64篇則是涉及建筑工程的其他方面。將36篇文獻按照各個階段進行分類，各個階段文獻數量如圖1所示，可見現階段關于BIM技術的應用研究成果主要集中在設計階段和施工階段。接著針對BIM技術在每個階段的應用情況，得出了BIM在應用過程中主要存在的問題以及相應的解決方法，同時對尚存亟需解決的問題做出了進一步的歸納。本研究意在為BIM在建筑全生命

圖1　各階段文獻數量

2 設計階段

建筑工程設計包括建筑設計、結構設計、機電設備設計等，并分別由建筑師、結構工程師、設備工程師完成。施工現場進行設計圖紙匯總時，不同專業之間的設計沖突問題頻繁發生，從而導致成本超支、進度拖延及質量缺陷等［ ］。BIM系統具有強大的信息綜合協同能力，在設計階段應用BIM技術，可以有效地減少“設計問題，施工補救”現象的發生。

表1中設計階段的18篇期刊文獻，主要涉及BIM3D協同設計研究，BIM與國內設計軟件鏈接，鋼結構設計軟件Tekla BIM應用等內容，具體分類如表1所示：

2.1BIM3D協同設計

協同設計（Computer Support Cooperative De-sign）是指在計算機網絡支持的環境下，由多成員共同完成一項設計任務的協同工作系統［ ］。協同設計以BIM技術系統為支撐，有效地加強設計者之間的交流合作，是建筑設計業的發展趨勢。王勇等通過分析BIM協同設計中的用戶管理、模型管理、用戶通訊等關鍵技術問題，構建起基于網絡的工程協同設計環境［ ］。陳杰等將云計算技術與BIM集成應用于建筑工程協同設計，構建了一個基于Could-BIM的協同設計平臺［2］。許蓁通過分析處理協同設計過程中產生的反饋信息，將“反饋-優化”機制固定到設計流程中，有效地提高了設計的質量［ ］。

目前，只對基于Could-BIM的協同設計平臺部分功能進行了測試，未來的研究重點還需進一步探索本協同設計平臺的有效性。另外，我們應該看到，三維數字模型作為協同設計平臺的基礎，其在各功能軟件間的互操作性還需要更深入的研究［2］。

2.2BIM與國內設計軟件鏈接

BIM軟件格式不能跟國內軟件通用，與PKPM、盈建科等結構設計軟件間沒有統一的數據接口，建筑信息不能有效傳遞。王曉彤等將 CAD作為 Revit Structure 和 PKPM 的橋梁，把Revit Structure 中的物理模型導入 PKPM 中進行結構計算［ ］。孫紅三等針對DeST軟件的發展，開發了該軟件的gbXML接口、完成了軟件BIM能力的提升［ ］。

但是，以上兩種方法，在導入信息過程中會有部分缺失，轉換效率不高，接口工作仍需要進一步的完善，同時軟件智能功能仍有待改進和開發。

2.3鋼結構設計軟件Tekla BIM應用

國內的鋼結構設計軟件功能遠遠不能滿足鋼構生產廠家深化圖紙的需求，多數中小企業需要進一步設計才能直接用于車間生產。于海艷等指出國內一些標準低機械式的軟件不能滿足設計，Tekla Structure在我國大型鋼結構項目的應用將會愈加明顯［ ］。陳曉蓉等將TeklaBIM和傳統BIM進行具體分析對比，指出TekIaBIM對于業主來說具有強勁的發展潛力，也是今后建筑業發展方向［ ］。夏海兵簡要介紹了上海城建集團在PC深化設計中使用Tekla Structure軟件的情況，指出Tekla BIM建筑行業的應用前期非常廣闊［ ］。

但是，Tekla BIM的4D（3D+時間）和5D（3D+時間+成本）模型功能有一定的缺陷，異形構件配筋功能不夠完善、圖紙中尺寸標注的不夠智能化［10］。這需要Tekla公司能夠不斷改進軟件功能，帶給我們更加美好的用戶體驗。

另外，曾雯琳等基于Revit二次開發技術，提出了一種將DfS規則轉化為Revit能識別的計算機語言，高效識別施工安全風險［ ］。胡振中等利用BlM技術實現了支架半自動設計、管道輔助劃分和管組智能拼裝［ ］。孫曉峰等分別論述CAAD各發展階段技術特征，客觀地認識了當前BIM和參數化設計發展存在的問題［ ］。

3 施工階段

建筑工程項目過程復雜，設計變更和施工返工現象普遍存在，導致成本增加。在這種情況下，利用BIM技術能夠詳細展現工程三維信息，在施工前對設計和施工方案進行檢驗，降低了返工率。

表3中設計階段的17篇期刊文獻，主要涉及虛擬施工，碰撞檢查，4D-BIM模型，施工安全管理等內容，具體分類如表2所示：

表2主要涉及內容及文獻報道

3.1虛擬施工

虛擬施工技術能夠更好地對施工過程進行動態模擬與渲染，預先檢測施工過程中可能存在的問題，進而提高施工效率。任琦鵬等對虛擬施工場地進行合理地劃分與組織，完成了不同規模場景中施工過程的高效動態模擬與分析［14］。胡蕓根據工作實踐提出了BIM虛擬施工技術的應用優勢以及實際的應用程序和技術要點［15］。

3.2碰撞檢查

根據設計施工圖紙，建立BIM3D模型，可以對建筑工程項目進行碰撞檢測，同時生成碰撞檢測報告，提前解決施工過程中可能出現的碰撞問題，減少工程返工。楊士玨等以龍信老年賓館工程為例，利用BIM進行了各專業信息間的碰撞檢查［16］。

3.34D-BIM施工仿真

4D施工仿真技術就是將BIM三維核心模型與施工進度計劃進行匹配，賦予模型的每個構件具體的時間進度參數，實現三維建筑模型與施工進度的聯動，有效控制施工進度［17］。林佳瑞等在清華大學4D-BIM系統研究成果基礎上，建立進度計劃及資源信息與進度-資源仿真優化模型的轉換機制，實現了施工進度與資源配置的均衡與優化［18］。王仁超等建立混凝土壩工程施工信息模型，將基本信息模型同大壩進度信息、資源信息等相鏈接提出了大壩4D信息模型［19］。

3.4施工安全管理

建筑施工現場環境復雜多變，作業人員流動性大，大型機械設備作業集中。這些特點決定了建筑施工現場不可預測因素較多。因此，建立安全事故預防機制，提高施工現場安全管理水平，具有重要意義。郭紅領等結合BIM和RFID技術，建立了施工現場工人實時定位與安全預警系統模型，實時進行安全警報［20］。郭紅領等構建集成BIM和定位技術（PT）的工人不安全行為預警系統，實現了現場事故的預防［21］。姚佳夢等構建并優化了三維安全標志信息模型，使施工現場安全標志達到合理的布置［22］。張麗麗從施工現場安全因素的多個方面闡述了BIM技術在施工階段安全管理體系中的應用［23］。

另外，吳厚增等建立建筑業農民工精益管理的新觀念，使農民工從傳統的自由施工狀態進入嚴謹BIM技術施工狀態［24］。張家昌等將BIM技術與FRID技術相結合，隨時追蹤和監控預制構件的儲存和吊裝［25］。

4 運營維護階段

目前，國內外有關運維階段的BIM應用研究，總體還處于初級階段。美國美國一些大學雖然提出了運維階段信息標準，但依舊沒有統一標準［26］。

建筑項目運維管理周期長、涉及人員復雜，傳統的運維管理效率比較低下。在建筑項目的運維階段應用BIM技術，可以實現設計、施工和運維的信息共享，提供與完工現場完全吻合的竣工模型，同時建立項目的產品庫和建材庫，增強建筑企業的競爭優勢。胡振中等廣泛調研文獻，從技術層面和應用層面對當前國內外BIM運維的研究和應用現狀進行綜述［27］。

5 結論

BIM技術在建筑項目全生命周期應用過程中，雖然針對不同階段取得了相應的研究成果，但是還有相當多的難題亟待解決。國內建筑企業對BIM技術的應用大多停留在三維建模，BIM技術在理念和商業模式上的發展還需要進一步的完善，要想使BIM技術在建筑工程項目上得到合理的應用，就需要建立統一的行業標準（包括分類編碼標準，BIM制圖標準，BIM施工標準等），雖然一些地方標準已經出臺，但是沒有真正意義上指導建筑施工。但是，比起BIM技術巨大的發展潛力，這些難題在不久的將來會逐一得到解決。

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