BIM 技術在智慧工地建設中的應用探究

文｜中鐵十一局集團第四工程有限公司 曾俊華

智能施工管理是以施工現場管理為核心，通過應用BIM 技術、云計算技術、大數據、物聯網、移動技術、智能裝備等互聯網智能手段，對工程項目進行改進的智能化控制。實現一定程度的自動化，逐步實現綠色建設的生態建設。

智慧工地是一種嶄新的工程現場一體化管理模式，是互聯網+與傳統建筑行業的深度融合。通過運用信息化手段，圍繞施工過程管理，建立互聯協同、智能生產、科學管理的施工項目信息化生態圈，從而提高工程管理信息化水平，從而逐步實現綠色建造和生態建造。

通過智慧工地，將更多人工智能、傳感技術、虛擬現實等高科技技術植入到建筑、機械、人員穿戴設施、場地進出關口等各類物體中，并且被普遍互聯，形成“物聯網”，再與“互聯網”整合在一起，實現工程管理干系人與工程施工現場的整合。

1.智慧工地與 BIM 的關系分析

1.1 BIM 技術

建筑信息模型又稱BIM 技術，是基于強大的數據信息資源和計算機網絡技術，構建三維建筑模型來指導施工過程。在某種程度上，BIM 技術也被認為是一種軟件系統，BIM 將數據和信息貫穿于建設項目全周期，可以看作是一種不同于一般管理模式的綜合管理方式。隨著BIM 技術在建筑工程中的不斷發展和應用，建筑工程逐漸從人工、粗放式管理向信息化、集成化管理發展。BIM 技術的作用和變種不僅重要，而且應用廣泛，類似于目前CAD 繪圖技術在建筑工程中的作用。BIM 技術涵蓋的領域相當廣泛，功能相當突出，要想發揮BIM 技術的功能，還需要從全面視角入手，充分收集資訊[1]。

1.2 BIM 技術與智慧工地

智慧工地架構可劃分為終端層、平臺層和使用層。首先，終端用戶層指的是利用整合從傳感器、手機等終端用戶獲取信息的設施，以實現對施工現場情況的即時監測和有效協同，從而提高了施工管理水平。第二，平臺層指的是利用結合云端網絡平臺進行高效的運算和儲存，讓每一位參建方都可以及時便捷地存取數據，進而提高了施工的高效性。第三，技術應用級是指結合項目管理中的各個要求，面向現場管理人員的信息系統。

智能施工系統主要由終端層、基礎層和應用層所構成。利用物聯網的數據收集技術，可以完成對施工現場的實時監測、智能傳感和數據收集；利用云端服務技術，對系統所收集到的大量數據實現有效統計、儲存和業務開發；在應用級根據管理需要，向現場管理人員開放工程管理系統。

智慧工地建筑管理流程中，具備以下二個方面的功能。首先，作為施工現場建筑信息管理的主要載體，可以利用BIM 三維模式，實現了抽象化數據和實際場景數據之間的關聯，并以BIM 技術為載體的數據庫管理系統。第二，雖然利用BIM 技術可以有效提高管理工作效率，但由于現場工作人員專業素養參差不齊，對指令的認知差異巨大，利用BIM 使大家都可以更加清晰地理解，從而有效提高了管理效率[2]。

2.智慧工地現狀及存在問題

2.1 智慧工地現狀

目前，我國智能工地還處于初步探索階段。截至2018 年底，全國智能工地市場規模達到近百億。與以往傳統的施工管理相比，有了很大的提升，智能工地進行了理論延伸到實踐的探索。

智能工地建設，信息收集離不開硬件傳感裝置，而數據處理也離不開系統軟件。盡管傳感設備已有所應用，但由于在施工領域的智能工地終端一般仍使用人工，故主要為半自動化，很少進行全自動采集。此外，當前雖然有部分的智能施工應用軟件生產商，但由于其經驗的不足，多數仍然以BIM 等技術信息軟件為主，因此對于智能施工的預期也存在著相當的差異。

相比于發達國家而言,我國智慧工地建設起步較晚,創新意識尚缺，核心技術的應用也有短板。總結起來，當前的現狀就是施工感知不及時、業務管理不精細、決策掌控不全面、質量控制不準確等。

據調查，在智慧施工管理中，雖獲得了一些進展，4D 模擬雖有了一些效果，但由于停留在外部示范層次，對內建設的指導作用還不夠突出。信息融合平臺雖然也大多是采用BIM 技術，但落地時使用的仍較少。

2.2 在智慧工地使用中出現的困難問題

智能建筑物是軟硬體融合的工程，但當前，由于受到各種技術成本和行業條件的限制，軟硬件平臺對信號的整合度并不高，且多數廠家對自主提供大數據接口的積極性還不夠。

大部分智能施工供應商所推廣的都是標準化管理軟件，但許多施工單位所采用的都是由企業內部制定的個性化機制，尤其是在現場管理，但由于輕服務，導致了智能施工管理系統無法得以落地。

BIM 方面的信息化投資量巨大，且新科技自然產生價值也不大，但基于BIM 的智能項目已經是一個產品效應，可以帶來更大的機會，但是由于當前，市場平臺應用技術發展都不完善，內部協同的功能比較欠缺。

3.BIM 技術在智慧工地建設中的主要運用

3.1 工程量統計

通過進行BIM 模式的建立工作并對數據進行統計，能夠迅速的分析出各個建筑環節的水泥、鋼材和其他建材的數量。在鋼結構的工程施工時，也能夠通過模具的分解過程來構造出三維模具，從而可以通過機器設備來生產出鋼結構的部件。例如在某個隧道施工時通過Revit 軟件的構建模型對水泥工程量的數據加以采集，和現場實測的水泥用量之差就可以維持在3%左右。

3.2 節點分析

通過設計結構圖紙，進而對復雜結點進行BIM 模型設計，從軟件建模中對復雜結點做出合理計算。比如，對施工中的鋼筋框架節點，能構建模板并對其進行仿真處理，從而標注為完整的模板碰撞節點，便于施工時對框架的整體布置和空間結構的優化與調整；也可仿真模板支撐構件的受力狀態，消除了安全隱患，從而確保模板承載構件結構與施工的安全性。

3.3 碰撞檢查

在架設管道或是電纜的地方，由于線溝或是洞口不能事先預留，電氣設備施工中出現事故的情況。而采用BIM 方法，可以依據建筑圖樣對建筑整體加以模擬，在三維模擬中突出表現有預留線槽和孔洞的情況，同時告知工作人員，避免疏忽。當制作好房屋、整體建筑和線路的模擬后，通過模擬合體施工，發現各種碰撞問題，再根據工程圖樣加以完善和改造。這樣就可以有效的減少返工情況的發生，減少施工時間和減少施工成本。

3.4 材料的實時管控

通過BIM 技術可以對全部的物料實施全方位跟蹤管理和控制。通過條形碼和電子標識碼，對現場采購的建材物資、施工設備、結構部件等實施追蹤管理和控制。管理者就能夠清楚的了解建材物資的進場狀態。同時，在機械電氣的設備管理工作方面，根據施工進度情況制訂具體的方案，合理調度設備的運行與下班時間。

3.5 提升施工企業的經濟收益

合理的經濟收益可以高效的推動公司的成長與提升，現階段，施工公司在施工流程上采用基于BIM 技術的智能施工模式，可以顯著的提高經濟效益。通過適當的方式對施工管理、質量和工藝實施控制，從一定意義上降低企業由于操作失誤或者重大安全事故所產生成本上升的現象，從而達到提高企業的經濟效益的目標。

3.6 現場設計的應用

項目的啟動建設前期的規劃工作是十分重要的，它將給項目的速度、品質以及效益帶來巨大的作用。現場設計中的應用，是指現階段BIM 信息技術在智慧現場設計工程中的重點應用，目的是為了克服由于現場控制或監控等未落實，而產生設計結果無法還原的情況。由于現場設計的實際情況往往比較復雜，因此應用BIM 信息技術完成現場設計工程，能夠顯著的增加設計工作效率，同時也能夠獲得較完美的工程設計質量，從而保證了產品設計工作的順暢與平安完成。

4.BIM 技術在智慧工地建設管理中的質量控制策略

4.1 施工過程模擬

采用BIM3D 虛擬可視化技術模擬施工過程，建立基于4D 信息模型的施工沖突分析與管理系統，對施工人員的進場時間、材料和機械進行實時控制，避免重復工作和進度延誤。施工進度模擬直觀地展示工程進度計劃并與實際工程完成情況進行對比，明確實際施工與進度計劃的偏差，為合理調整施工計劃提供可靠依據。

4.2 質量管理

BIM 具有數據集成、可視化和參數化設計的特點，可以有效減少重復工作，降低項目復雜度。通過BIM 技術建立統一的工程數據源，有效保證跨學科的全面協同，充分提高信息共享和復用，每個環節產生的信息可以直接作為后續環節工作的依據。保證信息的準確性和一致性，為溝通協作提供底層支持，實現項目參與方之間的信息共享。

4.3 安全管理

使用BIM 技術可以在施工前對施工過程進行自動安全檢查、制定安全施工計劃以及進行消防安全建筑疏散模擬。通過基于BIM 技術的高級預測，減少工程安全隱患。

4.4 重大風險管理

運用“智慧工地”管理系統，建立重大危險源管理模塊和安全信息管理系統。在危害識別的基礎上，識別主要危害源，制定專項安全建設方案和實施方案，批準移動應用進行現場安全檢查，并定期聘請外部專業機構進行專業調查并上傳將結果上傳至平臺，形成風險管理臺賬。通過BIM技術的模擬，可以在3D 模型中預測危險源和危險因素，并制定相應的對策。開挖等關鍵工程，進行安全防護措施的預模擬，評估其適用性和可靠性，為現場施工提供直觀、專業的指導和參考。

5.結語

BIM 技術是一項新興科技，在智慧工地建設管理的領域，運用BIM 技術將能夠更有效地改善建筑設計方案，從而使建筑的施工品質得以更有效的改善。所以，在建筑行業必須通過深入的剖析和了解BIM技術的優勢，對BIM 技術在智慧工地建設管理中的運用特點做出正確的把握，在有效運用該技術的同時，通過不斷的發現新問題、解決舊問題，實現了BIM 技術在智慧工地建設管理中真正的意義與價值。