BIM 技術在建筑工程施工中的應用分析

趙 靜，楊秀謙

（廣西水利電力職業技術學院，廣西南寧 530000）

0 引言

在大數據、移動互聯網、云存儲技術融合發展的大環境下，BIM 技術的運用不斷向成熟化、智能化方向發展，在建筑工程施工中的應用效果十分顯著。通過發揮BIM 技術的信息集成、共享優勢，能夠更加合理地配置工程項目設計、施工、運營等方面的資源，實現施工過程中風險管控，大幅節約施工耗材、能源成本，保證施工質量、效率得到提高。同時，計算機網絡、人工智能等技術的發展促進BIM 虛擬建模技術的更新、升級，能夠為建筑施工管理人員提供虛擬信息資源，打破“先建后改”的傳統建筑理念，相關人員可以利用BIM 技術進行“先試后建”，可以有效避免建筑工程施工不必要問題的出現。本文對BIM 技術進行分析，結合BIM 技術在建筑工程施工中的應用現狀，探討具體且有效的應用策略。

1 BIM 技術概述

1.1 概念

從本質上看，BIM 技術是基于建筑工程圖紙，利用三維建模實現工程項目可視化的信息模型技術。通過構建BIM 三維模型，相關人員能夠全面了解建筑工程的多方面信息，如相關參數、構件信息等，還能對施工過程進行動態化模擬、演示，管理人員能夠直觀地獲取工程實施涉及的參數、信息，有效促進管理效率提高。在建筑工程項目施工中，項目圖紙中信息較為煩瑣，且其本身的復雜性較高，這就給施工全過程管理帶來了一定挑戰。在將BIM 技術引入建筑工程施工中后，大量的工程信息、數據能夠以直觀形式得到體現，并匯集到工程系統中，為管理、查閱提供了有利條件，管理人員還能及時地關注動態化的三維模型，對高危作業、重點施工工藝進行監管和把控，確保施工質量和安全。由于BIM 技術可以實現工程安全、成本、進度、質量的同步管理，已經在建筑工程施工中得到廣泛應用，讓諸多大型施工項目管理走向智慧化、高效化道路。

1.2 特征

（1）項目協調性。在建筑單位負責的復雜建筑項目管理工作中，管理自制始終是影響建筑項目管理成效的重要因素，其中存在諸多種類項目信息“不兼容”的現象，使建筑工程施工推進受到影響，如何有效構建復雜性的建筑，是單位面臨的難題。而BIM技術的發展和應用恰好能解決這一問題，通過有效使用可以整合復雜類型建筑的多種項目數據，并將數據轉化為可視化形式，協調建筑施工過程的時間、空間。比如，在其他布置、電梯布置的協調性上，可以在施工前預測、發現可能出現的問題，便于及時做出項目協調方案，從而起到保證整體建筑工程施工效率的作用。

（2）項目可視化。在BIM 技術支持下，原本抽象的建筑結構可以形成可視化、立體化模型，十分便于相關人員進行觀察和分析，且這種模型支持互動和反饋，能夠為建筑設計、管理等工作開展提供良好技術條件。同時，可視化能夠將企業、單位的建筑能力展現出來，人們可以清晰地了解建筑施工方案、策略，更容易贏得投資人的青睞，對提升企業核心競爭力具有不可忽視的作用。此外，建筑信息模型的可視化條件，也能讓廣大業主了解建筑工程，提高其對企業的認可度、信任度。

（3）項目模擬性。目前，我國對BIM 技術的運用多體現在建筑設計環節、設計后的測試階段，相關人員可以在進行設計時開展模擬實驗，比如熱能傳導模擬。在形成設計方案后，也能發揮模型的反復模擬優勢，選取和確定最優化的終極施工方案。在BIM 技術的模擬性條件下，可視化模擬可以覆蓋建筑工程設計、施工進度等階段，為設計人員、建筑師提供便捷的溝通，實現建筑工程理論與施工實踐的有效結合。此外，模擬性還支持建筑工程的安全管理，可以模擬緊急情況處理環境，如發生火災緊急疏散、地震時的避險等。

2 BIM 技術在建筑工程施工中應用現狀分析

2.1 對BIM 技術應用價值認識不足

在現代網絡條件覆蓋的條件下，基于BIM 技術建筑施工管理要依托計算機網絡和信息技術，以保證各項工作有條不紊地開展。但是，受到以往建筑施工管理理念的影響，人們對BIM 技術的認知程度、重視程度不足，更多地依靠固定管理理念、思維開展工作，這就難以真正發揮BIM 技術對建筑施工全過程管理的促進作用，再加上建筑人員未能形成BIM 技術的全面認知，限制建筑施工管理工作向智慧化、現代化方向發展。

2.2 施工管理人員素質有待提高

當前，建筑施工管理人員個人能力、素質是影響施工的重要因素，部分建筑管理人員很難適應基于BIM 技術的施工管理工作，個人能力有待提高。同時，部分地區的建筑管理人員在向老齡化發展，容易給BIM 技術的運用帶來影響，盡管相關管理人員具備豐富的經驗，但未能及時學習、利用現代化管理技術，對BIM技術應用不合理，也就限制BIM 實際價值的發揮。在日益升級的BIM 技術環境下，只有人員具備較高的素質才能靈活、科學進行技術應用，為各項工作開展提速增效。

2.3 模型構建有效性有待提升

建筑施工管理水平的提高，要科學、高效地應用BIM 技術模型，發揮其在施工管理的設計、施工建設、生產、竣工等階段的價值，精準地把控圖紙設計、控制生產質量和風險。但是，在建筑施工管理工作中，由于欠缺良好的BIM 設計技術模型，對BIM 數據資源庫運用力度不足，很難增強建筑施工效果。

3 BIM 技術在建筑工程施工全過程中的應用

3.1 應用于招投標階段

在以往的招投標步驟上，要先完成圖紙設計，再進行招標廣告的發布，由施工單位根據廣告要求選擇是否投標。在整個過程中，需要關注的核心內容是工程量的計算。在以往的造價中，更多運用專用的造價軟件，如“廣聯達”“魯班”“未來清單”等外部軟件，再結合CAD 圖紙進行工程量計算，形成造價清單。通過引入BIM 模型，可以利用其在工程施工中的通用性，在設計、造價、施工等方面實現模型的統一調用。在張春影、高平的實例驗證和研究中，設計人員在將BIM 模型與施工圖設計進行充分融合后，BIM 模型中的工程量可以被提供給造價人員，并根據相關規則進行多項工程的計量，還能在不借助其他外部軟件的前提下，調整設計變更的工程量，保持信息同步。此外，在招投標階段（完成圖紙設計后），建設單位（或代理機構）可以將BIM 模型形成大工程清單交換給投標施工企業，保證準確性的同時，推進工作進度。

3.2 應用于設計階段

在CAD 繪圖的不斷推廣和使用下，利用計算機輔助繪圖的方式逐漸取代以往的手繪方式，人工智能、數字化不斷地為建筑行業發展、改革賦能。除了具備建筑模型的功能，BIM 技術在CAD 的基礎上，還能實現對建筑物施工、投入、成本的管理，以全生命周期實現綜合信息的管理，如建筑物周邊生態、環境、天氣等因素。在項目立項前，首要工作是對項目進行可行性分析，業主在這個階段主要是利用此技術分析項目相關的項目方案、技術選擇。以往的可行性研究中，要利用圖紙、邀請專業人員參與分析，在一定程度上消耗工期、增加費用。通過引入BIM 技術構建模型，可以對施工地的綜合信息進行模擬，有效控制成本，更能提高最終結果的精準分析。在設計階段，憑借3D 模擬技術，設計者可以通過BIM 信息模型獲得全方位的視覺效果體驗，多角度地了解建筑物，有效協調項目施工中建筑、安裝、設備、結構等人員的設計，確保圖紙質量穩定性得到提高。此外，可以通過BIM 模型提取項目前期工程量的計算信息，不需要再次構建模型，保證設計、計量的同步性，使計量的效率得到提高，為工程施工節約時間。

3.3 應用于施工階段

BIM 在施工過程中的應用，張建平教授以我國管理發展需求、特點為出發點，對其具體技術、標準、軟件和方法進行研究，系統化地構建了應用BIM 于施工階段的技術框架、流程和措施，還將4D 技術融入BIM 模型，研發形成建模系統、相關的施工項目管理軟件。近年一些造價軟件公司，如廣聯達、斯維爾等，則在4D 的基礎上加入成本管理，形成BIM5D 系統。當前，我國BIM技術在施工階段的應用體現在以下方面：

（1）基于BIM 的計量。在施工中，為了保證施工進度順利推進，保持進度款的有效支付，必須要重視工程量測算、掌握。以人工方式進行計量核算，不僅需要耗費大量精力、時間，其中不可避免地存在偶然性因素。通過應用BIM 模型，能夠方便快捷地完成算量工作，還能及時反映設計變更的相關信息。

（2）基于BIM 的3D 虛擬圖紙。基于2D 圖紙，通過使用Revit軟件進行BIM 信息模型構建，能夠賦予圖紙極強的可視性，不論是施工方還是管理人員，都能借此判斷、理解設計者的思路。與2D 施工圖紙相比，具有立體感、實質感的BIM 模型，能夠避免施工中出現的一些問題，規避返工現象，保證施工質量、效率。同時，施工人員可以結合自身施工經驗，及時反饋設計模型可施工性，提高設計質量。

（3）基于BIM 的三維碰撞檢測。BIM 模型是機電、土建、結構、設備、管線的集合，支持全面碰撞檢測、分析。這樣，就能提前了解、發現設計中存在的不足，及時加以改進，有效避免施工受到影響，更能起到控制設計變更次數的作用。當前，主要用于碰撞檢測的軟件有Navisworks。

（4）基于BIM 的項目管理。在施工管理模式上，更多地采用總—分包模式，要求對單個項目進行分段拆分，分別進行發包，在起到縮短工期作用的同時，增加管理人員的工作任務。當前，廣泛運用于施工項目管理的4DBIM-GCPSU 軟件由清華大學研發，是基于BIM 技術與4D 開發的管理軟件。該軟件能夠根據IFC 標準，建立4D 施工信息模型，并與施工現場3D 模型、施工進度建立起聯系，集成安全質量、場地布置和施工現場資源等信息，相關人員可以借此對人力、材料、安全、成本、質量和施工進度進行4D 動態集成管理，完成4D 模擬。

（5）基于BIM 的4D 施工模擬技術。利用BIM 技術，能夠全方位地模擬施工過程，如施工進度、人員調配、機具選擇、材料用量等。在進行施工前，施工方能借此技術分析、掌握施工重難點，對施工方案進行改進和優化，促進材料、人員、機具的配置，最大限度節省資源浪費。施工中可以應用的4D 施工模擬軟件較多，如 Bentley Navigator、Autodesk Navisworks，以及基于 BIM 技術的4D 動態系統軟件。

（6）基于BIM 的5D 施工管理平臺技術。隨著大數據和云技術的發展，在BIM 三維模型的基礎上加入進度和成本維度，就形成了BIM5D 系統，使施工項目得以實現工程安全、成本、進度、質量的同步動態管理。當今BIM 技術的發展趨勢，BIM 5D 不再是一個單純的設計、管理軟件，而逐步發展成為一個工程項目的建筑信息數據庫，項目全過程信息均可在5D 系統中進行查詢、添加、修改等。未來建筑信息的發展將是大數據與BIM 技術的深度融合，通過對紛紜繁雜的建筑數據進行大數據挖掘，發掘有用信息，從而真正實現建筑施工智慧化。

3.4 應用于運營維護階段

從全壽命周期的建筑項目運營角度看，設計、施工占據的總時間長度的小部分，用于運營維護的時間消耗要占據到壽命期的近70%。比如，對于使用壽命設定在50 年以上的建筑物，在設計、運營維護的耗費占比上，呈現1:9 的比例。所以控制使用階段的運營經費是降低建筑物全生命周期成本的關鍵。當前，我國對BIM 技術應用的研究，多圍繞設計、施工階段展開，較少涉及建筑物運營和維護。從整體角度看，對建筑物的日常運營、維護，是一項綜合化、系統化的流程，其中包括技術、管理、人員、設備等，主要是為了向用戶提供使用的基本保障，保障安全性、舒適性。簡言之，其重在對信息進行采集、處理和分析，實現綜合性管理。在基本的運維階段，目前采用的有特許經營、自主經營、委托經營、租賃經營等。在長期的建筑物使用壽命下，會出現大量文件需要管理，再加上存在較長的管理跨度，容易影響管理的有序性。目前，在運營維護階段，國內對BIM 技術的應用體現在以下方面：

（1）基于BIM 的建筑空間管理。在以往使用的2D 圖紙中，其很難為建筑管理單位提供三維立體空間影像。例如，商業類型的建筑地產出現裝修、改建現象的頻率較高，在無形中給管理工作帶來了難。通過引入BIM 模型，相關人員可以關注并根據改建情況進行調整，具有紙質管理方式不具備的優勢。在世界上，部分西方國家在實踐中逐步形成關于施工運營的信息標準。

（2）基于BIM 的設備維護管理。在運營維護管理中，保證設備正常運行是基礎，所以需要在運維管理工作中搜集大量設備的相關信息，如基本參數、運營周期帶來的各項數據等。在傳統管理手段中，以紙質方式進行數據管理具有一定的局限性，容易因人為因素增加出現錯誤的概率，對于出現故障的設備也更多是依靠人員經驗處理。在BIM 技術智能系統支持下，設備的操作說明、配件、零件、圖紙等信息均可實現信息閉環循環，設備現狀、維修等數據可以從系統中獲取。

（3）基于BIM 的應急安全管理。應急安全管理需要做好兩方面的工作，對建筑物外部環境可能帶來突發事件的關鍵點，以及建筑物內部設施存在的不穩定因素進行監控。通過運用BIM 技術、物聯網、RFID（無線射頻識別技術）等相關技術，將施工場地作業人員安全、施工關鍵區域進行追蹤、監控，并集成到BIM 監管系統上，便于迅速地發出預警信號，有效預防安全事故發生。

（4）基于BIM 的運營能耗管理。在建筑物運營中，會出現一定的能量消耗、浪費問題。但是，當前對建筑物基本情況采集，多通過圖紙、手工測量方式進行，未能形成精細化、完整化的能源管控體系。通過將BIM 技術模型引入能耗管理，可以實現對能耗的分析管理，智能采集建筑的能耗水平，并將數據傳入數據庫，為相關人員提供及時響應和反饋，為節能控制管理提供條件。

（5）應用于竣工拆除階段。在建筑工程竣工驗收階段，通過BIM 技術、3D 激光掃描的綜合應用，能夠實現建筑工程施工中產生的各種數據的匯總，為工程測量、驗收提供精準的數據支持。在驗收實踐中，可以將先通過3D 激光掃描儀完成整個施工場地的掃描，再將云數據進行處理并反饋到BIM 技術軟件。然后，通過利用BIM 技術實現施工現場的三維模擬，與設計方案中的模型進行比對，及時且準確地發現不足，為工程竣工、決策提供直觀參考。

在建筑物全壽命周期的最終階段，也就是拆除階段，以20 世紀70 年代的民用建筑為依據，其設計圖紙、施工、改建等情況較為復雜，紙質性資料也存在一定的丟失風險，這就影響了拆除工作的順利進行。通過將BIM 技術運用于拆除階段，能夠實現對壽命周期數據資料的完整收集，為相關人員提供清晰的改建、擴建資料。同時，在未開始拆除前，能夠精準地進行工程量的計量，為人員、設備統籌、施工進度的控制提供必備條件，還能利用BIM模型對監控建筑周邊情況，選取合理的施工機具。此外，通過發揮BIM 技術的3D 模擬優勢，可以反復模擬拆除順序，合理地規避拆除中可能出現的風險。最后，基于BIM 技術模型的支持，各個構件的參數、材質可以得到反映，便于在拆除中進行分類處理，最大限度降低污染，提高回收率。

4 結語

綜上所述，加強BIM 技術在建筑工程施工全過程中的應用是智能化、數字化時代的要求，更是促進生產效率、質量提高的重要手段。因此，必須要重視BIM 技術的推廣和應用，要緊密關注建筑行業發展形勢，培養專業人員應用BIM 技術的素養、意識，也可以通過法律等手段，促進相關建設標準的完善，進一步推廣BIM 技術。此外，還應結合數字化、綠色化、產業化的發展趨勢，加大現有軟件系統的繼續優化力度，不斷降低技術應用門檻，為我國建筑行業發展提供技術助力。