BIM技術(shù)在建設(shè)工程全生命周期管理體系中的應(yīng)用探索

杭 的 平

(山西八建集團(tuán)有限公司，山西 太原 030027)

0 引言

建筑業(yè)是我國國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要支柱產(chǎn)業(yè)，也是保障人民生活質(zhì)量的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。隨著大環(huán)境下全球經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型升級，互聯(lián)網(wǎng)平臺下的大數(shù)據(jù)、云計(jì)算以及人工智能技術(shù)的飛速發(fā)展，建筑業(yè)前期的生產(chǎn)和運(yùn)作方式已無法滿足快速發(fā)展的市場經(jīng)濟(jì)的需求。如何高效的運(yùn)用現(xiàn)代技術(shù)，加快建筑產(chǎn)業(yè)信息化和智能化發(fā)展，提高生產(chǎn)效率是建筑業(yè)需面臨的一大挑戰(zhàn)。而BIM(建筑信息模型，Building Information Modeling)作為一種全新的技術(shù)，其出現(xiàn)無疑給建筑業(yè)帶來了一次巨大的變革。歸因于其可共享性、追溯性和透明性等的特點(diǎn)，BIM作為一種集成化信息廣泛應(yīng)用于建設(shè)項(xiàng)目的全生命周期，包括規(guī)劃設(shè)計(jì)階段、施工及運(yùn)營維護(hù)階段，同時(shí)在功能上滿足綠色建筑所需節(jié)能低碳和環(huán)保的要求。相對于一些歐美國家，目前BIM在我國的起步較晚，在實(shí)踐推進(jìn)和應(yīng)用過程中也面臨著諸多障礙。

1 BIM概述

BIM(建筑信息模型，Building Information Modeling)概念最早是由美國的Chuck Eastman博士提出，借指利用3D技術(shù)，運(yùn)用數(shù)字信息構(gòu)建建筑物，使建筑物實(shí)體及功能特性數(shù)字化，將建筑項(xiàng)目在全生命周期內(nèi)的所有信息集成，最大限度的實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)資源共享，加強(qiáng)協(xié)同管理，提高決策的最優(yōu)化和項(xiàng)目生產(chǎn)效率。隨著對BIM認(rèn)識的不斷加深，目前有些權(quán)威機(jī)構(gòu)及學(xué)者對BIM進(jìn)行了重新定義，認(rèn)為BIM技術(shù)不應(yīng)單純與軟件畫等號，包含以下三個(gè)方面：產(chǎn)品(Building Information Model)即建筑信息模型、建筑信息建模(Building Information Modeling)及建筑信息管理(Building Information Management)[1]，其意在說明對于建筑業(yè)而言，BIM 都不再局限于一種技術(shù)，主要包含了以下幾個(gè)方面：1)BIM是基于三維幾何數(shù)據(jù)模型將工程項(xiàng)目中的全部信息進(jìn)行集成，通過對設(shè)施及功能進(jìn)行數(shù)字化表達(dá)實(shí)現(xiàn)信息互通。2)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)資源共享，保證信息的可靠連續(xù)性及一致性，為建筑項(xiàng)目全生命周期決策提供可靠的即時(shí)依據(jù)。3)數(shù)字化協(xié)同進(jìn)程，項(xiàng)目工程集成化管理環(huán)境可減少全生命周期中的風(fēng)險(xiǎn)及提高效率。4)建立在各建筑工程軟件支撐基礎(chǔ)上的信息化技術(shù)，通過進(jìn)行更新提高項(xiàng)目整體(設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)營維護(hù))效率和水平。

2 BIM技術(shù)在建筑項(xiàng)目全生命周期中的管理體系中的應(yīng)用

2.1 BIM技術(shù)在建筑規(guī)劃設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

BIM技術(shù)在建筑規(guī)劃階段通過與地理信息系統(tǒng)GIS交互進(jìn)行建筑選址和場地規(guī)劃，結(jié)合周邊的設(shè)施及交通狀況，通過場地模擬分析合理劃分空間，為項(xiàng)目布局提供決策性建議，使不同領(lǐng)域的設(shè)計(jì)單位及人員能夠針對具體狀況快速的通過網(wǎng)絡(luò)平臺實(shí)施協(xié)同設(shè)計(jì)[2]。

BIM技術(shù)在建筑設(shè)計(jì)中突出的亮點(diǎn)是能夠?qū)⒃O(shè)計(jì)元素全部以三維空間的方式呈現(xiàn)出來，在設(shè)計(jì)進(jìn)程中，各模塊專業(yè)人員可更加直觀化對施工圖紙進(jìn)行溝通交流，對設(shè)計(jì)進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，形成更為合理的設(shè)計(jì)方案。同時(shí)在方案的修改方面通過計(jì)算機(jī)模擬進(jìn)行云數(shù)據(jù)處理，成本低效率高，能夠快速實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益最大化。BIM技術(shù)可根據(jù)建筑項(xiàng)目的需要，將設(shè)計(jì)劃分為不同模塊，各管理模塊系統(tǒng)之間通過計(jì)算機(jī)交互平臺進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，集成到數(shù)據(jù)庫中實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目設(shè)計(jì)在空間上的協(xié)調(diào)；通過各參與利益主體間有效的交流和溝通，降低設(shè)計(jì)中存在的沖突和失誤，提升設(shè)計(jì)的科學(xué)性及施工圖紙的可行性。BIM技術(shù)使得復(fù)雜建筑在其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和使用功能上達(dá)到協(xié)調(diào)，有效解決設(shè)計(jì)中存在的難點(diǎn)，通過BIM技術(shù)可視化，使設(shè)計(jì)更趨向于科學(xué)性。近年來隨著科技信息的發(fā)展，人們開始追求視覺效果的美觀感受，BIM技術(shù)為設(shè)計(jì)師充分發(fā)揮其創(chuàng)新性，將設(shè)計(jì)師的獨(dú)特視角和理念呈現(xiàn)出來，在可視化的基礎(chǔ)上保證組成建筑物的各元素間充分協(xié)調(diào)，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜形體結(jié)構(gòu)優(yōu)化及實(shí)際操作的可行性。另外BIM技術(shù)在設(shè)計(jì)中不僅可以對建筑項(xiàng)目進(jìn)行空間分析，還可實(shí)施綠色建筑設(shè)計(jì)優(yōu)化，對其能耗、日照及結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析；結(jié)合建筑所處地理位置的熱環(huán)境、聲環(huán)境以及周圍景觀的可視度等多項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行模擬分析，以求充分利用地理及氣候的天然優(yōu)勢，設(shè)計(jì)最佳綠色建筑，達(dá)到適用性和舒適度的需求。

2.2 BIM技術(shù)在建筑工程施工管理中的應(yīng)用

BIM技術(shù)在施工階段的應(yīng)用主要體現(xiàn)在施工圖設(shè)計(jì)階段及施工組織管理階段兩個(gè)方面。BIM技術(shù)通過形象的三維集成化建筑模型，實(shí)現(xiàn)工程數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確獲取和保存，集成化數(shù)據(jù)庫中的所有信息能夠被專業(yè)人員快速查看，給施工人員帶來了極大的便利。傳統(tǒng)的施工設(shè)計(jì)圖審核都是在二維平面進(jìn)行操作的，對于設(shè)計(jì)中出現(xiàn)施工中難以實(shí)行的缺陷有時(shí)難以發(fā)覺，因此在施工過程中經(jīng)常會出現(xiàn)各種碰撞問題。BIM技術(shù)的出現(xiàn)有效解決了上述問題，在集成系統(tǒng)中利用碰撞檢查，通過計(jì)算機(jī)計(jì)算可自動查找出模型中及模型間的碰撞點(diǎn)，并可獲取碰撞檢查報(bào)告，針對模型中出現(xiàn)的碰撞問題，及時(shí)反饋給相關(guān)專業(yè)設(shè)計(jì)人員，加強(qiáng)溝通和調(diào)整，提高施工圖深化設(shè)計(jì)的效率。

BIM技術(shù)在施工組織管理階段的應(yīng)用主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

1)施工安全管理。減少建筑施工事故的發(fā)生，首當(dāng)其沖是要知曉施工過程中存在的危險(xiǎn)因素，因此運(yùn)用BIM技術(shù)構(gòu)建模型，通過具體流程的模擬將施工中可能出現(xiàn)的安全隱患呈現(xiàn)出來是極為必要的。通過引導(dǎo)施工管理人員樹立運(yùn)用BIM技術(shù)的管理意識，針對出現(xiàn)的問題進(jìn)行有效管理，根據(jù)具體情況制定解決隱患的處理方案，降低安全事故，提高安全管理效率。

2)施工進(jìn)度管理。施工進(jìn)程中會受到比如天氣變化、技術(shù)力量、施工方案等諸多因素的影響[3]，一定程度上對施工進(jìn)度產(chǎn)生影響，隨著施工進(jìn)行，這些因素所產(chǎn)生的影響會逐漸累積，延緩施工進(jìn)度，同時(shí)影響到的還有對項(xiàng)目成本及施工質(zhì)量的把控。BIM技術(shù)可實(shí)現(xiàn)對施工作業(yè)面的精準(zhǔn)定義，通過對工程項(xiàng)目的動態(tài)模擬，明確施工進(jìn)程和時(shí)間之間的關(guān)系，從而調(diào)整進(jìn)度誤差，實(shí)現(xiàn)對施工進(jìn)度進(jìn)行有效管理和準(zhǔn)確評估，避免工程延期現(xiàn)象的發(fā)生。

3)施工成本管理。施工管理人員可通過BIM技術(shù)對施工成本進(jìn)行預(yù)測、控制、核算及分析等實(shí)時(shí)化的動態(tài)管理。在生產(chǎn)過程中支持各管理人員通過模型對各項(xiàng)成本分類統(tǒng)計(jì)，根據(jù)施工的需要，建立管理數(shù)據(jù)庫，方便企業(yè)管理部門進(jìn)行成本分析和預(yù)算調(diào)整，為企業(yè)成本管理部門進(jìn)行成本控制提供模型支持，降低結(jié)算失誤率。

4)施工質(zhì)量管理。施工質(zhì)量影響因素主要有人、材料、機(jī)械、方法及環(huán)境等五個(gè)主要方面，BIM技術(shù)可使項(xiàng)目管理人員通過其在移動終端的應(yīng)用對施工質(zhì)量的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)進(jìn)行及時(shí)有效的科學(xué)把控。施工管理人員可通過移動設(shè)備端進(jìn)行模型查看、信息輸入和相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)及施工方案的查詢，使得上傳至云平臺的修改變更后的模型能夠被每個(gè)用戶打開，提高管理效率。

2.3 BIM技術(shù)在運(yùn)營維護(hù)管理中的應(yīng)用

相比于國外關(guān)于BIM技術(shù)在運(yùn)營維護(hù)階段的研究應(yīng)用，我國還處于初始階段，在此方面還需政府出臺相應(yīng)的政策進(jìn)行推廣。對于維護(hù)營運(yùn)來說，當(dāng)出現(xiàn)問題時(shí)傳統(tǒng)做法是根據(jù)二維圖紙上的構(gòu)件布置排查危險(xiǎn)因素，制定維護(hù)方案。BIM技術(shù)的運(yùn)用使得一切都變得簡單易操作，通過讀取設(shè)計(jì)以及施工建模中的運(yùn)營維護(hù)的相關(guān)數(shù)據(jù)，將其優(yōu)化集成于信息平臺數(shù)據(jù)庫中，通過瀏覽可快速的掌握整個(gè)建筑的各項(xiàng)數(shù)據(jù)，對建筑結(jié)構(gòu)及相應(yīng)的設(shè)備性能進(jìn)行實(shí)施掌握，完成對建筑物空間結(jié)構(gòu)的營運(yùn)管理，并可以拓展延伸到對附加設(shè)施進(jìn)行檢測和維護(hù)。憑借已建立的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)平臺，對各子項(xiàng)系統(tǒng)進(jìn)行協(xié)同管理。面對運(yùn)營中的突發(fā)狀況，可根據(jù)已建立的三維模型，確定實(shí)施過程中的不確定性因素，計(jì)算在不同的實(shí)施方案下的運(yùn)行成本、人員投入以及設(shè)備的損耗等，通過對比進(jìn)行優(yōu)化設(shè)置，最終得到最優(yōu)方案。同時(shí)對于出現(xiàn)故障的設(shè)備設(shè)施，運(yùn)營維護(hù)管理人員可通過快速掃描查找設(shè)備具體方位及信息，對故障設(shè)備可實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)定位，實(shí)施應(yīng)急管理控制，選擇最優(yōu)方案，提高效率，使經(jīng)濟(jì)效益最大化。

3 BIM技術(shù)在我國建筑業(yè)中出現(xiàn)的問題及相應(yīng)的對策

BIM技術(shù)引入我國以來，從前期概念到標(biāo)桿工程再到一般的公建、民建、市政逐漸擴(kuò)大化及普及化。然而目前據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)，設(shè)計(jì)階段仍是BIM技術(shù)運(yùn)用的主流階段，后期運(yùn)營維護(hù)階段占比很小，低于10%，施工階段的占比居中，因此還需大力推廣BIM技術(shù)在后兩者中的應(yīng)用。

盡管現(xiàn)階段BIM技術(shù)已逐漸成為建筑業(yè)發(fā)展的趨勢，然而其推廣的環(huán)境還不成熟。與國外歐美國家相比，我國建筑行業(yè)相關(guān)的體制不完善，缺乏統(tǒng)一的應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)，外加對BIM技術(shù)中出現(xiàn)的問題責(zé)任界限不明確，阻礙其市場的發(fā)展。另外對于BIM技術(shù)在全生命周期中協(xié)同概念，在各階段中缺乏有效的集成管理，出現(xiàn)此現(xiàn)象歸因于很多方面，比較直觀的是技術(shù)不成熟、BIM人才緊缺、企業(yè)缺乏相關(guān)重視度、施工管理人員培訓(xùn)學(xué)習(xí)不到位等造成BIM在使用過程中與實(shí)際情況脫節(jié)，難以體現(xiàn)出其優(yōu)勢[4]。

因此針對上述出現(xiàn)的問題，解決造成BIM技術(shù)在我國難以快速大力推廣和應(yīng)用的障礙，需要我們?nèi)w行業(yè)人員的共同努力。從政府層面上來說，政府應(yīng)積極制定相關(guān)的實(shí)施戰(zhàn)略策略，發(fā)揮領(lǐng)導(dǎo)協(xié)調(diào)作用，充分調(diào)動各社會團(tuán)體包括行業(yè)協(xié)會、學(xué)術(shù)團(tuán)體、科研機(jī)構(gòu)、軟件開發(fā)公司以及建筑全生命周期內(nèi)的所有參與單位積極合作。同時(shí)制定相關(guān)的法律法規(guī)，明確各團(tuán)體的責(zé)任劃分。對于BIM技術(shù)市場的推廣，企業(yè)首先應(yīng)加大對BIM技術(shù)從業(yè)人員的培養(yǎng)力度，可以建議國家成立專門的針對BIM技術(shù)資格認(rèn)證的系統(tǒng)，促使從業(yè)人員通過不斷地培訓(xùn)和學(xué)習(xí)，加強(qiáng)對BIM技術(shù)深入了解及精確掌握，提高自身的技術(shù)水平，使行業(yè)間能夠更好地協(xié)同合作，實(shí)現(xiàn)BIM技術(shù)在市場上的快速發(fā)展。

4 結(jié)語

BIM技術(shù)作為建筑業(yè)信息化的重要方式，貫穿于全生命周期的各個(gè)階段，必將在一定意義上極大地促進(jìn)建筑領(lǐng)域的變革。制定我國自己的標(biāo)準(zhǔn)體系，開發(fā)適合我國的軟件集成平臺，只有將BIM技術(shù)與建筑項(xiàng)目全生命周期相結(jié)合，將其融入生產(chǎn)，才能真正體現(xiàn)出BIM技術(shù)應(yīng)用價(jià)值。