BIM在建筑工程施工中的應用與研究

王俊鋒 / 青島建設監理研究有限公司

BIM在建筑工程施工中的應用與研究

王俊鋒 / 青島建設監理研究有限公司

隨著時代的發展，BIM技術已從概念階段逐步進入廣泛的探索應用階段，建設方、設計方和施工方都在積極開展 BIM的深入應用。本文從BIM的發展與應用現狀、BIM在施工過程中的應用方向等幾個方面進行了剖析和研究，充分體現了BIM技術在施工過程中的應用價值和廣闊前景。

BIM；建筑工程；工程施工

1.引言

我國施工企業在實際項目的施工組織過程中，多數工程存在著諸如工期延誤、工程質量差、項目綜合效益差、安全保障措施不健全以及多專業合作不協調等問題。究其原因，工程信息在上游建設方經設計最后到達施工方過程中的不斷丟失及簡化，是造成上述問題的根源；同時，施工管理中對碰撞問題考慮不周導致的工程返工，進一步造成了不必要的資源浪費和工期拖延。

BIM的提出和發展，對建筑業的科技進步產生了重大影響。應用BIM技術，可以大幅度提高建筑工程的集成化程度，促進建筑業成產方式的轉變，提高投資、設計、施工乃至整個工程生命周期的質量和效率，提升科學決策和管理水平。對于投資，有助于提升整個項目的掌控能力和科學管理水平、提高效率、縮短工期、降低投資風險；對于設計，支撐綠色建筑設計、強化設計協調、減少因“錯、缺、漏、碰”導致的設計變更，促進設計效率和設計質量的提升；對于施工，支撐工業化建造和綠色施工、優化施工方案，促進工程項目實現精細化管理、提高工程質量、降低成本和安全風險。

2.BIM及其發展現狀

BIM(Building Information Modeling，建筑信息模型）是以三維數字技術為基礎，集成了建筑工程項目各種相關信息的工程數據模型，是對該工程項目相關信息詳盡的數字化表達[1]。自2002年首次提出，BIM已席卷歐美工程建設行業，引發了史無前例的徹底變革，美國國家建筑科學研究院率先于2007年12月發布了美國國家BIM標準的第一部分；韓國國土海洋部于2010年1月分別在建筑和土木兩個領域制訂了BIM應用指南；挪威公共建筑機構（Statsbygg）在2011年發布了一本BIM手冊版本1.2；英國計劃于2016年提出一個能多方面充分協作的3D BIM。美國、英國、韓國、芬蘭、澳大利亞、新加坡、挪位等，都是BIM應用較為領先的國家，它們將在2016年前陸續在其公共工程中全部應用BIM技術。

在我國現代工程建設行業，BIM技術已經成為支撐行業產業升級的核心技術；在國家“十二五”科技支撐計劃中，住建部已將BIM技術列為的重點研究和推廣應用技術；國家十三五期間，將會成為工程建設數字化遍地開花的黃金時期，工程數字化以及數據的有效應用將為建筑行業帶來巨大價值；BIM技術的發展、行業應用的深入正在催生這個黃金時代的來臨。

從資料上看，在施工過程中全專業BIM技術應用案例最具典型的是上海中心[2]。上海中心是在業主的主持下，由歐特克公司提供技術支持、施工圖設計單位同濟建筑設計院、施工總承包上海建工集團、安裝承包上海安裝公司一起協作實現了施工過程中BIM技術在鋼結構、結構、建筑、機電設備各專業條件下的應用，是目前國內真正意義上的BIM技術在設計-施工階段全面應用的范例。

BIM技術在有的項目中應用道部分專業，例如上海金虹橋國際中心、杭州奧體中心等，項目施工方和上海魯班軟件公司合作，實現了在施工階段進行施工圖優化、機電設備碰撞檢查，施工動態成本管理等應用。

3..IM技術在施工階段應用

BIM在施工階段應用主要分為幾個方面：一是設計效果可視化，二是模型效果檢驗，三是四維效果的模擬及施工的監控等。在利用專業軟件為工程建立了三維信息模型后，我們會得到項目建成后的效果作為虛擬的建筑，因此BIM為我們展現了二維圖紙所不能給予的視覺效果和認知角度，同時為有效控制施工安排，減少返工，控制成本，創造綠色環保低碳施工等方面提供了有利的支持。

3.1 虛擬仿真施工

運用建筑信息模型（BIM）技術，建立用于進行虛擬施工和施工過程控制、成本控制的模型。該模型能夠將工藝參數與影響施工的屬性聯系起來，以反映施工模型與設計模型間的交互作用。通過BIM技術，實現3D+2D（三維+時間+費用）條件下的施工模型，保持了模型的一致性及模型的可持續性，實現虛擬施工過程各階段和各方面的有效集成。

3.2 BIM支持可視化、深化設計可有效控制工程變更量

按照2D設計圖紙，利用Revit等系列軟件創建項目的建筑、結構、機電BIM模型，可對設計結果進行動態的可視化展示，使業主和施工方能直觀地理解設計方案，檢查設計的可施工性，在施工前能預發現存在的問題，與設計方共同解決[3]。

利用所創建的建筑、結構、機電等BIM模型，進行結構構件及管線綜合的碰撞檢測和分析，并對項目整個建造過程或重要環節及工藝進行模擬。以便提前發現設計中存在的問題，減少施工變更。

利用結構、設備管線BIM模型進行工程深化設計，是當前施工階段BIM應用的重要體現。主要應用方法有兩種：（1）將BIM模型與專業軟件對接，進行深化設計，如鋼結構的復雜節點深化設計、幕墻的優化設計等。（2）根據碰撞檢測分析結果，直接在BIM建模軟件中對相關專業進行調整、細化和完善。

3.3 實現了大型構件的虛擬拼裝，節約了大量的施工成本

現代化的建筑具有高、大、重、奇的特征，建筑結構往往是鋼結構+鋼筋混凝土結構組成為主，如上海中心的外筒就有極大的水平鋼結構桁架。按照傳統的施工方式，鋼結構在加工廠焊接好后，應當進行預拼裝，檢查各個構件間的配合誤差。在上海中心建造階段，施工方通過三維激光測量技術，建立了制作好的每一個鋼桁架的三維尺寸數據模型，在電腦上建立鋼桁架模型，模擬了構件的預拼裝，取消了桁架的工廠預拼裝過程，節約了大量的人力和費用。

3.4 各專業的碰撞檢查，及時優化施工圖

通過建立建筑、結構、設備、水電等各專業BIM模型，在施工前進行碰撞檢查，及時優化了設備、管線位置，加快了施工進度，避免了施工中大量的返工。在上海中心項目中，施工技術人員采用傳統方法，利用二維圖紙將建筑結構圖進行疊加，導致施工下料中出現較多管線尺寸不準確，材料計劃與實際需要誤差大的情況。

通過引入BIM技術后，建立了施工階段的設備、機電BIM模型。通過軟件對綜合管線進行碰撞檢測，利Autodesk Revit系列軟件進行三維管線建模，快速查找模型中的所有碰撞點，并出具碰撞檢測報告。同時配合設計單位對施工圖進行了深化設計，在深化設計過程中選用Autodesk Navisworks系列軟件，實現管線碰撞檢測，從而較好地解決傳統二維設計下無法避免的錯、漏、碰、撞等現象。

按照碰撞檢查結果，對管線進行調整，從而滿足設計施工規范、體現設計意圖、符合業主要求、維護檢修空間的要求，使得最終模型顯示為零碰撞。同時，借由BIM技術的三維可視化功能，可以直接展現各專業的安裝順序、施工方案以及完成后的最終效果。

3.5 實現施工模擬、施工方案優化

四維的施工模擬將BIM模型與建筑信息相結合，即可實現四維模擬，通過它不僅可以直觀地體現施工的界面、順序，從而使總承包與各專業施工之間的施工協調變得清晰明了，而且將四維施工模擬與施工組織方案相結合，使設備材料進場，勞動力配置，機械排版等等各項工作的安排變得最為有效經濟地控制。過程模擬和施工優化結果可在4D的可視化平臺上動畫顯示，用戶可以觀察動畫驗證并修改模型，對模型和優化結果進行比較，選擇最優方案。

用戶也可利用視頻對施工過程中的難點和要點進行說明，提供給施工管理人員及施工班組。對一些狹小部位、工序復雜的管線安裝，項目團隊借助BIM模型對施工工藝、工序的模擬，能夠非常直觀地了解整個施工工序安排，清晰把握施工過程，從而實現施工組織、施工工藝、施工質量的事前控制。

4.小結

BIM理念已經被人們熟知和認可了，全生命周期的 BIM應用還沒有得到實施，但是在施工階段的 BIM應用已經得到廣泛的普及。BIM施工階段的場地布置、可視化技術交底、碰撞檢查等應用逐漸走向成熟，在成本管理、安全管理、質量管理方面也都有應用，效果也是明顯的。但由于目前國內相關法律法規尚不完善，建筑企業使用BIM成果時，缺乏相應的標準和規范配套，影響了新技術的推廣應用。此外，BIM應用前期投入大，目前工程定額尚沒有這方面內容，給項目管理造成一定壓力。隨著BIM技術的進一步推廣和相關規范的完善，其在工程管理中的價值將會越來越顯著，必然促進BIM技術健康有序發展，進而實現建筑行業的巨大變革。在不久的將來，BIM技術必將成為施工企業必不可少的辦公工具，在工作中得到充分而廣泛的應用。

[1]Goldberg，H.E.The Building Information Model[J]. CADalyst，2004，21(11): 56-58.

[2]陳繼良，張東升.BIM相關技術在上海中心大廈的應用[J]，建筑結構，2012，42（3）：13-15

[3]張俊，雷雨.BIM技術在施工企業中的應用現狀及價值分析[J].價值工程，2015.

[4]楊東旭.基于 BIM技術的施工可視化應用研究[D].華南理工大學碩士學位論文，2013.

[5]李勇.建筑施工企業BIM應用影響因素的研究[D].武漢科技大學碩士學位論文,2015.