BIM技術在建筑施工中的應用研究

郭慧鋒 曾日亮

摘要：BIM技術提供了一個改善規則的解決方案，以應對在建筑施工行業中所遇到的挑戰。然而，BIM技術目前還不足以滿足建筑從業者在建筑施工方面的需要，目前的手動和臨時決策的施工方案導致建筑施工產生大量的材料浪費。本文對BIM的概念、特點、特性及模型作了具體論述。利用BIM中的豐富信息，使基于規則的建模應用于建筑的三維模擬、多專業協同管理、進度管控、施工成本分析和施工運營維護，調整施工組織設計，使建筑施工中的浪費實現最小化。

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.

關鍵詞：施工方案;模型;BIM;三維模擬;施工組織設計

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

中圖分類號：TU71 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1006-4311（2019）10-0154-05

0 ?引言

在經濟飛速發展的當下，競爭越來越激烈，每個行業都在改革，探求新方法。建筑業作為我國的產業之一，是不可或缺的一部分。隨著人民經濟和生活水平的提高，人們對我們所居住的房屋也有了更多更高的要求，從而我們對設計和施工也提出了更高的要求。幸運的是，BIM（Building Information Modeling，建筑信息模型）技術的興盛使得這些問題有了解決的方向。BIM技術是一種信息化技術，能夠把建筑業由于出產效能低下和材料亂用嚴重等弊端給解決[1]。

BIM理念和技術在2002年我國開始將它應用到工程建設業中來，目前我國BIM技術主要應用在設計單位中， 與美國相比，無論是發展程度還是推廣力度，我國依然還是在起步階段[2]。BIM隨著時代的變遷，這項技術越來越受到人們的接受，對BIM技術的研究成為了熱潮。

目前一些學者將BIM技術應用到設計、工程造價管理和裝配式建筑等領域中。林俊航[3]將BIM技術應用在建筑設計中，他認為BIM技術有別于手繪圖紙，它在具備了傳統設計圖紙內容的基礎上改變了設計圖紙的交付內容，可對設計圖紙的原始工具進行調整，使得圖紙的修改和拆分變得更加快速和便捷。李玉真[4]提出將BIM技術應用到綠色建筑設計過程中，并對如何應用進行了細致的剖析探究。Dr.Boris Ceranica[5]等在一些案例的基礎上，提出將BIM應用于可持續設計當中，可以在項目開劈的前期時期選擇更適合、可持續的解決方案。高懿瓊[6]用BIM技術在設計階段進行模擬，體現了BIM在工程實際中的應用價值。歐陽芝[7]認為工程造價管理可以被應用在BIM當中，并且得出BIM技術和全過程造價管理有效結合具有很明顯的優勢，不僅有利于各階段工程量的精準計算及不可控因素的有效規避，而且有利于造價管理整個生命周期內產生成本的有效管控。王易欣[8]就BIM技術在建筑工程造價方面進行了綜合性的論述。文艷芳[9]等構建了基于BIM模型的工程項目建設流程和最低價中標法評標體系，形成最低價中標法的實施體系。何玉枝[10]對裝配式建筑以及應用BIM技術的裝配式建筑施工進行對比，得出應用BIM技術的裝配式建筑結構在設計水平與質量方面均優于未使用BIM技術的裝配式建筑。李冬梅[11]采用BIM技術對高層建筑進行施工可視化仿真，制定了適用于超高層建筑的施工模擬步驟。

現如今的建設項目都比較大、投入的資金多、項目工期又長、參與方人數又多、客戶對項目的功效要求變得又高，還有在項目的整個壽命內其信息量龐大、復雜等這些特點，在設計和工程管理工作中時，建設項目非常龐雜，以往的信息交換和管理的模式已經無法達到目的。眾多事實顯示，信息轉達錯了或殘缺不全是引起眾多賠償與爭執事情的主要原因，然而BIM利用3D模擬的共享平臺和3D的信息傳達的發法，這種方法提供了良好的技術平臺和解決路徑，能夠很好的傳達施工信息，由于建設工程領域一直存在的協調性不佳和整體性不強等問題能夠得到很好的解決。

1 ?BIM的內涵

1.1 BIM概念的提出

畢業于美國喬治亞技術學院的查克·伊斯曼[12]（Chuck Eastman）博士在40多年前就提出了BIM的概念，他認為建筑信息模型結合了幾乎所有的幾何模型的信息、功能要求以及構件的性能，將一個建筑項目整個壽命時期內的全部信息被整合到一個獨立的建筑模型中，并且施工進度信息、建造過程信息、維護管理等信息都包括在內。這就是早期對BIM技術的解釋。在最開始二十年間，由于科技不夠發達，當時的計算機還無法建筑一個BIM模型，因此BIM就一直停留在理論研究的階段[13]。

BIM被美國的國家標準定義為：BIM是一個3D數字化技術，各種相關信息的工程數據結合在了建筑信息模型當中，BIM用數字化的形式將工程項目的設施實體與及他的各種功效表達出來[14]。紀博雅[15]等人將BIM定義為是一個涵蓋了建設項目實體的物理特性與功效的數字化模型，并提出建設項目的全生命周期的決策與分析可以應用這個模型的共享和互用性技術來實現。余華恒[16]將BIM理解為是建筑信息所產生的數字化模型，認為它是一種技術，能夠創建建筑數字化模型并且建設項目的設計、建造以及經營的整個過程進行優化管理都可以利用模型來實現。

總的來說，BIM是一個對建設項目或設備的外形和功能特點展示的數據化工具，屬于共享的資源;在建設項目施工全周期中，BIM模型的信息能夠為所制定的決策提供可依賴的依據;在項目的實施過程中，各方都能夠在同一個模型BIM中增加、刪減和更改之前的信息。

1.2 BIM技術的特性

BIM技術擁有統一的構建標準，以統一的數字化方式進行信息的表達，因此有效的結合了各階段、各專業的信息。在同一個模型中各階段相關人員進行工作完成任務。在施工階段，在建立BIM模型時要將建筑項目各階段的應用考慮進去，為模型進行其他分析和應用時建立基礎，使得模型能夠可持續、重復的利用[17]。一個具體、完整的BIM模型，是對工程對象的詳細展示，設計、施工到運營維護等階段可以全方面的結合起來，其數據、過程和資源，項目的相關各方都能夠聯合運用。BIM模型一般具有以下特征[18]：

1.2.1 模型信息的完備性

不僅能對工程項目進行3D信息和同胚關系的表達，還可以對全部的工程情況詳細的表達，比如工程的設計、施工、維護還有其對象之間的工程條理關系等表達。一方面，由于BIM的數據化模型和特點，因此設計的成果可以通過模擬直觀的顯示出來、而且還可以剖析和推算，不同專業的信息能夠很好的運用起來，因此建筑的信息可以反復的應用。除此之外，BIM是一個數據庫，這個數據庫主要是3D模型形成的，數據中包含了眾多信息，有設計信息，還包括了整個項目生命周期的信息，如從規劃到設計到建成使用再到運營管理時的全部信息[19]。因為BIM模型中有建筑物的各個組成部分和設施的詳細信息，因此我們能夠進行概預算，增加了設計和概預算的效率和準確度，業主也能夠借助它對項目的成本和后期的維護得到參考。

1.2.2 模型信息的關聯性

BIM模型中的模型是能夠識別并且相互關聯的，模型中的信息，BIM能夠自己進行總結和推算，并自動形成相對應的圖形和文件展示出來。在對一個部件進行修改時，所有與這個部件相關聯的對象都會發生改變，省去我們一一修改的麻煩，也能夠減少錯誤，使模型保持完整和準確。由于BIM具有關聯性的特點，設計時不僅提高設計的效率、減少圖紙修改的工作量，而且解決了因為疏忽或圖紙量大而不易發現或漏掉的問題。

1.2.3 模型信息的一致性

在建筑的整個使用過程中，每一個階段都能夠在共同的BIM模型中進行信息分享和傳達、修改，沒有必要反復的輸入一樣的信息。在每一個階段，BIM模型都能夠相適應的變化，模型部件能夠很容易地進行更改和完善，模型也不用反復的創建，在大型項目中時常有龐雜的數據，修改時很麻煩，但是BIM的這一個特點就能夠解決這些問題。

以上就是BIM的一些特點，這些特點能夠完成建筑整個使用壽命中施工和管理的目標。通過BIM對實體建設項目的實施過程進行統一的管理，能夠解決以往的管理方式和技術中存在無法解決的問題，比如信息的有效傳達、累計方式等方面可以得到很好的解決。

2 ?BIM在施工中的運用

2.1 BIM在施工中的模擬

通過BIM模型我們能夠對施工方案進行演示，篩選和設計優化出最好的施工方案，進而提升施工效果，縮短工期，降低因為工程的更動而導致的不必要損失。與施工進度計劃結合在一起，施工流程及現場施工情況可以通過動態3D模型模擬出來，以至于場所與空間的抵觸以及人員和設備的安全等方面的問題可以及時的發現，同時對施工方案進行再一次的優化[20]。項目中所用到的各種資源的相關信息，人員、材料、設備等信息可以存儲在BIM模型中，同樣的項目中用到的各種信息也可以儲存進來，項目的各方可以在同一個模型中進行工作，資源能夠得到有效的管理。

圖1是南昌臨空經濟區市政管理中心工程運用BIM對施工場地進行模擬后確定場地合理布置。

通過這個實際項目可知，場地進場階段投入挺大，項目的質量、安全和浪費問題也就不可避免的產生。應用BIM技術工程師能夠在施工過程中對工程的進度、造價成本等進行很好的管理、監督和控制。通過使用BIM技術可對工程的施工進行模擬，可以很好的制定施工組織計劃，將建筑施工過程在虛擬環境中可視化，清除潛在的問題，這點對復雜的重要項目來說顯得更加重要。在項目的實施過程中，建筑項目的規劃、施工方案，甚至采購計劃能夠通過BIM的建筑部件進行更具體的制定。將施工方案、BIM的施工模型和現場檢測有機的結合起來，可以有效的降低建筑的質量問題和防止、躲避安全問題，使得沒有必要的返工和整改能夠也隨之降低，使得施工組織設計的編制更加合理，也能加強對項目的整體控制。

2.2 BIM在施工中的協同管理

建筑施工管理過程中，通過使用BIM能夠很好的對施工工程中的每一個環節的銜節進行早期的預測，對可能發生的緊急情況進行預防和控制。

在傳統的施工過程中，最難處理的就是各種管線、模板、電線、管道等的貫通，一般采取的是根據不同類型進行分散來施工，各個環節分開工作，無法有效的結合在一起，完成時要花費很長的工期和精神和氣力，在這個過程中會產生人力、物力、財力龐大，采用這樣的建筑施工方法，不僅花費了不必要的時間，而且對經濟造成了損失，并且還無法做到施工的精細化、準確化、簡單化等。但是，相對應地，BIM技術被南昌市市政管理中心工程運用在建筑施工管理過程中，提前構建了施工過程中所使用的BIM模型，對建筑施工工程建設中的各種管線、模板、電線、管道模型并對其進行了銜接，展現出直觀立體的感觸，施工過程中的各個環節變得更加簡單、明了、可預知化，能夠預測可能發生的問題，以防緊急情況的發生，而且在發生時能夠快速地解決，如圖2所示。

通過BIM三維可視化可以清楚的看到建筑結構、建筑及管道之間的位置關系，為施工安排，建材進場的順序有合理的指導到作用。

2.3 BIM技術在施工中的進度管控

把BIM技術運用在建筑施工管理過程中，通過模型能夠對工程施工中的進度情況很好的掌控并進行指導，與此相比，一般的建筑在施工管理過程中，對施工工程中的進度掌控依然還處于2D平面的基礎上，沒法對深層次的作業進行控制，對于工程進程的控制只是停留在簡單的層面上，無法進一步的展示和體現出工程進程的進度情況。同時，對那些相對更加復雜、程序更加繁雜的工程建設來說，則表現得更為明顯，無法從核心上進行指導，對于縮短工期來說更加沒法實現，也就是沒法做到在各個方面一一展示。這樣的2D平面對建筑的發展和改善不利。但是，如果在建筑施工管理過程中應用BIM技術，就可以對工程進度進行虛擬指導，如圖3所示。

BIM能夠同時掌控工程中的每一階段，對每一階段中施工的實際情況進行提前的演示，把實際的施工場地采用三維掃描，建立一個立體的、可觀的、準確的、直觀的數據模型，讓人們對其工程進程看得一覽無余，也能夠對可能存在的安全隱患或者質量問題提前預防和制定解決方案，通過先進的信息技術的應用，能夠較好地掌控工程的進度情況，在建筑施工現場進行指導時能夠做出正確的決定，對建筑工程的進度可以精確、快速地預知。

2.4 BIM技術對施工成本的影響

因為BIM模型中涵蓋了的建筑物的具體信息，是以，在制作各種門窗表、材料表以及綜合報表時就十分簡單和快捷，同時因為這個特性為BIM模型的進一步運用奠定了基礎，例如從這些表格中能夠進行概預算，建筑材料的采購清單也能方便快捷的獲得。除此之外，由于BIM模型與信息各方都可以隨時的查看，使得建筑項目變得更加透明，能夠有效的防止偷工減料的發生，很好的規范了建筑市場，起到了積極的作用[21]。

Autodesk公司對三維可視化進行了統計，認為3D可視化可提升66%的企業競爭力，降低50%-70%的信息申請，減少5%-10%的施工工期，各專業協調時間可減少20%-25%[22]。在美國的一項研究中得出了，由于BIM的應用使得項目成本計算的準確性得到了很大的提高并且在不可預見費上也比傳統的更低，如圖4所示[23]。在南昌市市政管理中心工程項目中，如圖5所示，BIM的使用使得項目的返工率降低到只有0.1%，由于每一方之間引起的摩擦也相應的急劇的減少。通過運用BIM能夠使得建筑業生產效率大幅度的提高。

2.5 建筑施工運營維護

BIM模型中涵蓋了在建筑施工過程中不斷形成和完善的建筑項目每一階段、每一個專業的情況，各方能夠隨時對項目的進程以及具體情況進行查看和咨詢。BIM模型多中的數據是同步的，如果要更改某一處的信息，其他與之相關的信息都會自動該改變，保持建筑信息的有效性和準確性。BIM模型不僅可以顯示設備的特征、使用情況等信息，而且也可以顯示各方面變化的數據，還能夠對建筑項目的物理信息和財務數據進行把握。

3 ?結語

根據以上內容的分析和論證，我們可以了解到，如果在建筑施工管理過程中應用BIM技術將起到非常明顯的作用，建筑業的發展尤其是建筑施工的發展將能夠安全、穩健、迅速的向前運行。

因此，我們必須逐步推進BIM技術的進展，使其與建筑工程密切的聯系在一起，在建筑工程中應用BIM技術，使其服務于建筑工程。并且在工程當中不斷地革故鼎新，尋求到改進施工技術的好方法，采用新材料、新技術，按期地對職員進行一定的培訓，讓建筑施工管理時時產生新穎的生命力，從而使得BIM技術在建筑工程中得到更好的應用，從而使職工的生命、健康、安全不受損害。

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