論BIM技術對建筑施工的價值和實際應用

文｜中國建筑材料工業地質勘查中心陜西總隊 吳彪

引言

BIM 技術實現了對建筑施工的事前模擬，包括施工前的模型設計，施工方案預設，施工技術及問題預測及后期運維管理等。它以數字仿真的方式讓施工建設企業能夠對工程項目有一個完整和清晰的認識，可以預測施工中可能出現的相關問題或需要的技術手段，保證施工方案設計合理，從而提高施工建設安全性、經濟性和施工效率。筆者結合自身認識分析和探討BIM 技術在建筑施工中的應用價值，以供相關參考。

1 BIM 技術的概念及技術特點

1.1 基本概念

BIM 英文全稱為Building Information Modeling，中文譯名建筑信息模型，它以計算機為工作平臺，以各種圖文處理軟件和數字通信技術等為依托，結合建筑工程的各項數據信息進行立體模型創建，然后通過數字仿真技術模擬建筑物的所有真實信息，為施工建設單位提供重要參考。

1.2 技術特點

BIM 功能強大，其主要技術特點體現在八個方面。分別是：（1）可視化(Visualization)，BIM 提供了能與構件之間進行互動和反饋聯系的可視化，不僅包括建筑對象的三維模型，還能實現項目施工、運維等過程中的決策、討論等全程可視化。（2）協調性(Coordination)，基于工程項目施工的復雜性，需要各主體和環節工作的密切聯系、溝通，應對各種施工過程中的問題。BIM 提前預測建設前期的各專業問題，并生成協調數據，提供指導方案，從而保證工程的順利開展。（3）模擬性(Simulation)，借助BIM 技術既可以模擬建筑模型構造，又可以模擬施工建設的各具體環節流程，通過前期模擬發現問題，調整施工策略和技術方案。（4）優化性（Optimization），BIM聯合其各種配套的優化工具，可對復雜的工程項目進行優化，包括項目施工方案的調整和優化，特殊工藝的設計優化等。（5）可出圖性（Graphizability），與所有的計算機輔助軟件系統一樣，BIM 也具備出圖功能，但有別于一般的施工圖紙，它主要提供綜合管線圖、預埋套管圖及碰撞檢查偵錯報告等。（6）一體化（integrated），指的是其貫穿于整個建筑工程項目。（7）參數化性（Parameterization），BIM 采用參數化建模，所有的建筑數據信息清晰完整。（8）信息完備性（Completeinformation），體現為BIM 技術可對整個項目進行3D 幾何信息和拓撲關系的完整描述。

2 BIM 技術在建筑施工中的重要價值

2.1 實現工程設計智能化

對整個建筑項目施工而言，設計是第一步也是最關鍵的一步，設計的合理性直接影響到工程施工進度和最終質量。傳統的建筑設計程序繁瑣，軟件操作難度大且具有功能較為單一。BIM 技術不僅支持三維模型設計，還支持相關圖文的自動生成，而且圖文信息隨原模型的改變而實時更新，有利于保證參數準確，促進各個專業環節工作的高度協同，如模型樹中某一參數值的調整都會帶來整個模型的自動同步變化，設計人員無需進行逐一調整。

2.2 實現項目管理信息化

傳統建筑工程在管理中多采用文件下發、會議通知及現場布置的方式進行工程施工管理，不僅效率低下而且容易出現由于信息傳遞不及時、不完整和不準確所帶來的新問題，尤其是在復雜的大型項目施工中這種問題更加突出。BIM 的核心是數據信息與模型的互通，建立高效聯系。而信息的范圍則可依據模型進行擴展，它本身屬于一種集成信息化技術平臺，它結合建筑工程的各種相關實際信息，建立統一的工程數據源，做到所有項目參與方的信息始終保持準確性和一致性，并且這些信息還可以實時傳輸和內部共享，從而有效避免信息孤島的出現，促進施工建設各環節之間的緊密聯系和默契配合，對提供施工效率和降低建設成本都有著重要意義。

2.3 實現施工管理可視化

可視化是BIM 最顯著特點之一，它讓建筑工程變得清晰透明且具有條理性。利用BIM 技術可以構建建筑對象的三維虛擬模型，在這個模型中清晰可見各種構件分布，可以作為實際施工的直觀參照。不僅如此，BIM 還可以全面模擬呈現建筑工程的設計、施工和維護管理的全流程，它將建筑物3D 模型、施工現場信息及工程資源信息等整合為一體，建立4D 施工信息模型。通過在計算機上進行施工模擬，預測工程建設中的潛在問題，對可能用到的施工新工藝進行可行性分析，同時在模擬過程中對施工技術和管理方案進行優化調整。另外，BIM 技術還可用于對建筑工程項目在實際運營階段的分析和預測，如對施工建設期間的能耗分析，為制定科學有效的節能控制方案提供參考；結合運營期間的建筑工程的周邊環境及災害風險因子，考慮建筑材料質量和構筑物性能等，分析和預測建筑結構的安全性和耐久性，以此提前規避施工風險。

3 BIM 技術在建筑施工中的實際應用

3.1 建立信息模型

BIM 可提供與建筑工程相關的全部信息，它結合圖形處理及建模工具等建立基于三維視圖的定量模型，體現建筑物的精確空間關系和參數信息，實現對整個建筑施工過程的全程可視化管理。BIM 虛擬模型內包含施工過程的所有必需參數，物料各部件的布置和形狀大小清晰可見，實現對工程施工的精準指導和對項目施工的實時監控。BIM 支持各種模型的創建，信息模型不僅包括建筑外觀、結構及機電設備，還包括工藝模型、施工模型以及場地模型等內容。BIM 技術基于模型支撐，不同應用方向的建筑，其BIM 模型必須特別建造或結合實際模型予以調整，從而更好地滿足不同項目的施工技術要求。比如，北京大興國際機場建設的最大難點在于解決多專業統籌和設計協調問題，使用BIM 技術分別進行土建結構建模，包括：鋼混結構、鋼結構、建筑及幕墻等具體模型；機電建模，包括：給排水系統、暖通系統、強弱電橋架、UPS 橋架和消防等項目，還有行李系統模型等（見圖1）。解決了傳統設計中的管線布置、系統設備安裝、功能區劃及特殊材質應用等方面的錯、漏、缺等問題，不僅保證了整個項目的建設質量，還極大地提升施工效率，避免了因重復施工和質量問題導致的成本增加。

圖1 大興機場BIM 模型圖

3.2 沖突碰撞檢查

為解決因建筑設計缺陷、各專業協調不均或項目本身的復雜性所帶來的管線碰撞沖突，管線與建筑結構部件之間的沖突等問題，可以利用BIM 技術對這些專業設計進行碰撞檢查，在建造前期對各專業的碰撞問題進行模擬，生成與提供可整體化協調的數據，解決傳統二維圖紙會審耗時長、效率低、問題不易發現等難題，提前發現專業沖突問題，進而有效協調各參與方和施工技術，減少施工過程中的方案變更。使用BIM 技術可對建筑工程的三維管線布設進行硬碰撞、軟碰撞檢查，如建筑室內暖通管道和天花板之間存在不合理的高度差，需要調整吊頂設計，通過碰撞檢查達到優化凈空及管線排布方案，降低建筑施工階段的錯誤損失和返工概率。另外，BIM 碰撞檢查還可以優化施工設計，如某軌道交通工程，站房單體和區間多，建筑構件、機電設備及管線系統等數據信息量非常龐大，各種專業管線布設容易雜亂。通過應用BIM 碰撞檢查發現這些問題并進行管線改遷（見圖2）。

圖2 BIM 碰撞檢查前后的管線布設對比圖

3.3 4D 施工應用

通過將BIM 模型同進度計劃和施工方案之間的數據集成，可以對施工進度及方案實施過程進行形象地模擬演示，這就是BIM 技術的4D 施工應用。首先將進度計劃和BIM 模型進行集成，按天、周、月的時間單位對整個建筑工程的施工進程進行形象模擬，相當于甘特圖的三維版本，有利于分步展示施工流程，把控施工進度和成本（見圖3）；其次將BIM 模型與施工方案進行集成，在一個虛擬場景下模擬建筑工程施工中的重難點內容，涉及多個應用點，諸如地質條件、場地構造、施工工序、安全管理等，進而分析項目施工可行性并優化施工方案設計。

圖3 BIM 施工進度模擬

4 結語

BIM 技術的出現帶來了工程領域的現代化變革，將其應用于建筑施工中，不僅可以實現施工作業效率，施工質量及管理水平的全面提升，還有利于促進多個領域、多種產業及多個學科的融合性發展，具有極其重要的價值。