BIM技術在建筑和機電安裝工程中的應用

0 引言

從20世紀70年代BIM技術理念首次提出至今已有40余年，經過多年研究，BIM技術已得到包括歐洲、美國、日本、韓國等在眾多國家和地區的認可和重視，并采取措施推廣和完善BIM技術在建筑行業的應用[1]。自2003年BIM技術首次被引入我國，2011年住建部頒發了《2011—2015 年建筑業信息化發展綱要》，強調要加快建筑信息模型新技術在工程中的應用，推動信息化標準建設。“十二五”計劃之后，眾多專家和學者[2-4]加入到BIM技術的應用研究和二次開發，使BIM技術得到更進一步的完善和發展，至今已形成集成三維建模、進度控制和成本控制五位一體的BIM 5D技術和方法[5]。BIM技術的引進意味著建筑業迎來了一次全新、空前的技術變革。

1 BIM技術優勢

BIM技術模型具有動態協調可視化特點，BIM技術模型的搭建可將建筑的規劃設計、施工、監理、運營管理相互協調，避免“信息孤島”的產生，使建筑全生命周期過程的建筑信息錄入更加及時，信息管理體系更加完備，增強建筑信息關聯性，便于管理建筑信息[6]。

2 BIM在建筑工程中的應用

2.1 工程概況

湖南省株洲市某建筑工程為框架-剪力墻結構，由1號辦公樓及裙樓、2號住宅樓和2層地下車庫組成。1號辦公樓為地上26層，建筑高度99.75m；2號住宅為地上24層，建筑高度72.45m。項目新建總建筑面積54567.71m2， 建筑造價10755.26萬元，該項目具有工程量大、工期緊、施工場地狹小等特點。該項目作為湖南省BIM技術示范項目，進行了Revit軟件建模和BIM技術在工程中的運用研究。

2.2 BIM模型建立與施工圖審查

以常用的BIM建模軟件Revit為例，BIM技術模型是以設計院提供的AutoCAD的建筑圖和結構施工圖為基本依據，結合建筑設計規范進行模型搭建。Revit軟件建模過程是從創建標高和軸網開始，依次為（結構、建筑）墻體、幕墻、門窗和洞口、樓板、樓梯和扶手、結構柱、梁等。圖1為基于工程項目運用Revit軟件建立的BIM模型，圖2為已建成建筑結構。

BIM技術建模過程可視為是對建筑模型的精細化管理，在施工準備階段，運用Revit軟件建模將傳統的二維視圖轉化成三維視圖，可以更容易發現施工圖紙中的錯、漏、碰、缺和偏差等問題，及時進行施工圖變更，可以有效避免工程因在施工過程中發現圖紙問題，減少由于返工導致的材料損耗和工期延誤，降低投資成本。對于實際施工項目，發生設計變更的地方很多，運用BIM技術審核圖紙，有利于提前發現問題，進行查漏補缺，優化施工圖紙。越來越多BIM 技術在建筑工程施工中應用的成功案例，證明了BIM技術不是完全無意義的翻模。BIM技術的運用對施工圖紙質量提供了可靠的保障，減少了施工圖紙問題，為施工企業減低成本，提高了經濟效益。

3 碰撞檢查

圖1 BIM模型

圖2 已建成建筑結構

表1為建筑工程項目不同專業間的碰撞檢查試驗方案，該項目基于各專業的BIM模型，設計并進行了建筑、結構、機電等專業間的碰撞檢查（見表1）。通過 BIM模型碰撞檢測試驗，分析結果顯示：結構與建筑碰撞點25處，結構與機電碰撞點104處，機電與機電之間的碰撞305處。施工企業可根據碰撞檢查結果和施工規范、圖集及工程經驗進行施工變更設計，在圖紙會審中根據梁柱碰撞檢查結果及問題向設計院提交碰撞檢查報告及管線綜合優化確認表，施工方和設計方可據此相互討論，提出變更方案。圖3為管道與管道之間碰撞沖突，圖4為進行管線綜合優化后實際工程施工辦公樓6層管線安裝在沖突點的反彎，在施工前進行碰撞檢查，可發現設計專業相關的碰撞和布局不合理等問題，避免工程施工過程中的材料浪費和工期損失，加快工程進度的同時，為企業提高經濟和社會效益。

此外通過碰撞檢查可找出布局不合理的位置，進而方便設計人員進行管道排布的優化設計。圖5為地下停車場的管道安裝凈高控制優化，BIM模型建立完成后，可通過模擬車輛在車庫中通行，檢查管線安裝對車輛通行的影響，根據檢查結果進行合理的管線排布優化設計，增加地下車庫行車道的凈空高度，便于車輛通行，同時為工程決策提供可靠的數據支持。明確的數據支持為后續項目施工的開展和洽商提供了事實依據，有利于減少返工，保證施工工期。

表1 各專業間的碰撞檢查試驗方案

圖3 管線碰撞檢查

圖4 辦公樓6層某處實際管線布置

圖5 地下停車場管道安裝凈高控制

4 分區提量和材料用量管控

該建筑工程項目中地下室分為5個流水段，地下室澆筑混凝土時，運用BIM 5D平臺分區提量功能或利用瀏覽器端輕量化提取，選中模型中需要提量的部分，可直接顯示選中部分混凝土澆筑工程量。較之于傳統施工員手算計量，估算報量，應用BIM模型報量能夠大大提高報量的精確性，減少材料的不必要浪費。

材料用量管控是指將BIM模型與進度計劃或材料消耗清單相關聯，通過BIM 5D平臺的物資模擬曲線功能，得出每月、周、日初步分析當期勞動力和物資需求計劃曲線圖，通過分析建筑材料的消耗量和材料消耗趨勢，有針對性地制定物資采購計劃，既保證了后續建筑材料供應，也減少了資金過早消耗。

5 施工進度控制

隨著工程建設項目的建筑層數越來越高，建筑規模越來越大，結構形式越來越復雜，施工穿插也越來越多，造成建筑工程項目施工進度管理難度越來越大。項目進度管理方式如橫道圖和單、雙代號網絡進度計劃難以滿足施工進度控制要求，如何更精細化、合理化地安排施工順序，保證施工在規定工期內完工成為施工企業越來越關心的問題。橫道圖等進度管理方法雖然在一定程度可對施工進度計劃進行優化，但由于其進度控制方式自身存在可視性弱、不易協同等缺陷，導致項目進度控制優化不徹底。考慮到其他場內因素對進度的影響，當進度計劃中存在的問題在施工階段表現出來時，已造成工程進度的延誤，增加建設成本。

圖6為項目進度控制，運用BIM模型編制施工進度計劃，施工開始后通過施工現場進度的實時上傳，借助BIM 5D商業軟件實現實際施工進度與計劃進度的協同管理。分析施工進度偏差，如有進度延誤，究其原因并實現施工進度的實時糾偏。在BIM 5D技術進度控制中施工進度劃分只是其中的一項，除此之外它還可將BIM模型與構件的工程量信息、材料和資金需求信息等相關聯，可明確了解施工項目建設實際情況。如圖7所示，BIM 5D平臺支持將工地實際的進度情況照片上傳至平臺，照片與進度相對應，綜合全面考慮施工進度控制影響因素，對進度進行可視化跟蹤控制。

在BIM 5D平臺中結合三維視圖編輯控制進度計劃，實現實時錄入實際進度信息。通過BIM技術可以快速顯示和查找滯后工作，檢查分析該部分滯后工作對緊后工作的影響，方便采取措施適時調整施工進度。

6 BIM技術模型的成本控制

BIM技術的成本控制使基于參數化建模的工程量統計得以實現。在Revit軟件建模三維建筑圖元都是以構件形式建立的。這些不同構件的尺寸、性質、類型以不同的參數變量控制，用戶可直接運用Revit軟件的族庫或自行創建族實現BIM模型的建立。參數化建族對于BIM技術模型的工程量統計至關重要，是實現建筑模型工程量統計的基礎。另外BIM模型的后期修改也是通過對系統族參數修改實現不同層高上圖元的批量修改。Revit軟件基于系統族和用戶自定義族為建模基礎，提供明細表統計功能。BIM模型的計算信息被集成于系統族和自定義族中，明細表統計功能可根據軟件程序定義的計算規則，考慮構件的搭接扣減關系，快速處理和精確統計各族構建的工程量[7]。

圖6 項目進度控制

圖7 上傳照片到BIM 5D平臺

運用BIM技術模型進行工程量統計和成本控制，可通過BIM模型進行分樓層、分流水段統計鋼筋、混凝土用量，用于每次鋼筋、混凝土報量；上傳混凝土澆筑后的實際用量與模型量進行比對，根據進度計劃軟件自動生成的成本控制曲線。定期召開成本分析會，及時采取措施實施糾偏，從而實現建筑項目投入成本的動態控制，為企業的資金管理提供依據，節約項目施工的流動資金用量。

7 總結與展望

本文闡述了BIM技術在建筑工程中的應用，并總結BIM技術在圖紙審查、碰撞檢查、進度控制和成本控制等方面應用的工程經驗。BIM 5D技術打破了傳統設計、造價、施工等專業界限，促進了建筑信息模型的管理技術和效率的提升。眾多BIM技術示范工程的成功，為進一步擴展BIM技術應用范圍提供了現實依據。BIM技術在建筑工程項目的成功應用，證明了BIM技術在建筑工程綜合建設過程中應用的價值。然而BIM 5D技術在國內建筑工程施工方面的應用仍處于初級階段，BIM建模軟件的多樣性和設計軟件應用之廣，造成了BIM的易學難精，BIM技術應用對建筑施工人員的專業技術知識要求有更高的期望，BIM工作人員對BIM技術掌握也有待進一步提高。在此希望廣大結構和建筑工程設計人員運用BIM技術進行建筑施工圖設計。BIM技術在建筑設計、施工、運營維護中的統一化實施與應用，將有效提高建筑行業發展的規范化。

參考文獻：

[1]何清華，錢麗麗，段運峰，等. BIM在國內外應用的現狀及障礙研究[J].工程管理學報，2012，26（1）：12-16.

[2]劉芳.BIM技術在廣州市財富中心項目中的應用研究[D].長沙：湖南農業大學，2014.

[3]曾凝霜，劉琰，徐波.基于BIM的智慧工地管理體系框架研究[J].施工技術，2015，44（10）：96-100.

[4]任甜. BIM 在某幼兒園項目中的建筑結構模型研究[D].邯鄲：河北工程大學，2017.

[5]王磊.5D-BIM技術在工程管理中的應用[D].邯鄲：河北工程大學，2017.

[6]何關培.BIM和BIM相關軟件[J].土木建筑工程信息技術，2010，2（4）：110-117.

[7]李海蓮，林夢凱.參數化BIM橋梁模型實例研究[J].中國建材科技，2016，25（6）：63-66.