BIM技術在建筑工程施工中的應用研究

黃 林

（礦冶科技集團有限公司，北京 100160）

0 引言

隨著科技的發展，傳統建筑的功能越來越無法滿足人們的需求，如今的建筑逐漸朝著數字化、智能化方向發展，人們也越來越多地關注建筑施工質量，綠色建筑的環保理念應運而生。伴隨智慧城市、智能樓宇等概念的提出，建筑結構設計愈加多樣化，BIM技術以能夠更好地處理建筑結構設計中的多樣性與復雜性而獲得更多的關注，對推動建筑工程施工發展的信息化具有重要意義。BIM技術基于數字信息構建結構所具有的真實性模型，其信息具有一致性和關聯性，同時具備可視化、協調性、優化性、模擬性和可出圖等特性，在建筑工程生命周期中能夠有效協調優化建筑施工前期準備階段、動態模擬建筑施工全過程，從而提高施工質量、優化施工工期、加快施工進度、減少施工成本，以此促進建筑行業朝著信息化方向發展，推動城市向智慧化、智能化發展。

1 國內外研究現狀

BIM理念來源于20世紀70年代美國卡耐基麥隆大學的查理·伊斯特曼提出的“建筑描述系統”[1]。國內方面，關于BIM的研究，田瑜華[2]、李雨擎[3]分別進行了詳細的概述。

2002年Autodest公司向美國建筑師協會提出了建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）的概念，自此BIM一詞正式誕生，并一直沿用至今。作為最早提出BIM概念的國家，美國對BIM的應用與研究位居世界前列。隨著建筑技術的不斷發展，英國、日本、韓國等國家相繼開展對BIM的研究并大力推廣BIM技術的應用[4]。雖然我國對BIM的研究起步較晚，但是隨著國家對BIM技術的不斷重視，目前已經有很多企業應用BIM技術開展施工[5]。

關于BIM技術在施工過程中的應用的研究，國內外學者進行了大量的研究，例如國外學者Volkov等將評估技術與BIM技術相結合，便于施工過程中的費用控制和物資管理，減少資源的浪費[6]。Juszczyk等從BIM角度研究了基于BIM的設計變更分析、設計變更管理和對BIM模型所做更改的可視化的問題[7]。Bonnal等研究了各施工工序之間的資源聯系與不確定性，證明了BIM技術能夠為施工進度提供指導[8]。Chen等提出了一種基于BIM技術的質量模型來集成POP模型，確保了從設計到施工的信息一致性，證明將BIM技術應用于施工質量管理是可能和可行的[9]。

國內學者于景飛、謝宇晨利用BIM技術建立工程施工現場3D模型與數據庫，利用BIM數據系統對工程施工中各施工項進行計算，得到相應的成本與工程量數據，能夠有效降低資源量浪費，顯著降低施工過程成本[10]。牛博生[11]認為將BIM技術引入項目進度管理中，有助于提高項目管理水平，減少資源損失，構建了在進度管理中BIM技術的應用框架體系和流程，對實際的施工進度管理具有一定的指導意義。王彥[12]創建一種可視化、符合多目標需求的質量控制系統，將BIM技術應用于施工全過程，從而確保了施工質量。朱曉東[13]開展了BIM安全評估指標和施工方案防護性能的研究，從而降低施工風險，減少施工過程中的安全事故。

綜上所述，在建筑的建造生命周期內，BIM技術的應用起到至關重要的作用，隨著科技的日益發展和綠色、低碳、環保等理念的提出，建筑行業也應進一步推動BIM技術在建筑工程中的應用，從而降低施工成本，提高施工效率，確保工程施工質量與安全。

2 BIM技術在建筑施工中各階段的應用

BIM技術是將建筑物的物理數據信息與其功能所具有的特點建立信息化、可視化和數字化的建筑業轉型升級的技術載體，其所構建的是一種包含諸多形式的模型信息的信息資源共享平臺，從而實現信息共享、資源共享，減少建筑生命周期中的不必要問題。BIM遍及整個建筑項目的生命周期，隨著建筑施工的開展，BIM技術也在不斷深化和優化，對建筑的設計、施工、項目管理、項目運維等方面進行協同深化，具體做法如下。

2.1 BIM技術在建筑施工前期準備階段的應用

建筑施工前期階段是建筑施工中最重要的階段，建筑施工前期工作的順利進行能夠確保后續工程的順利展開。建筑施工前期階段主要包括建筑設計、檢驗施工方案和規劃的合理性、施工圖預算、技術交底、管道綜合布置與碰撞檢查等內容。

2.1.1 BIM技術在建筑設計階段的應用

基于BIM技術及現有規范與建筑物理信息對建筑物建立模型，通過設置軸線、樓層標高及相關參數等可以很快地將模型設計出來，而且BIM相關軟件還支持圖文自動生成，當在模型中更改某一參數時，可以將模型中同一參數進行更改并保存下來，操作方便，與二維設計相比，減少了操作步驟。

此外，以BIM技術為基礎，將建筑、結構、安裝等專業進行協同設計，各專業互通共享設計信息資源，減少了各專業之間的錯誤設計和缺少項，降低了從設計到施工全過程的損失。建筑建模設計完成之后，可以進行結構建模，結構建模完成之后，又可以利用BIM技術對構建的建筑信息模型進行計算、檢驗等。利用BIM技術高質量、高效地進行建筑模型的設計，可以在很大程度上減少資源的浪費[14]。

2.1.2 BIM技術在檢驗施工方案和規劃的合理性中的應用

BIM技術具有可視化的特點，利用BIM技術可以構建三維的建筑結構圖，可以在模型中清晰地看到各節點結構的構建，從而更加了解實際建筑的構造，方便工程施工。此外，建筑模型構建完成之后將周圍相關環境數據信息等整合，利用BIM技術建立4D模型，可以進行可視化的環境模擬分析。使用BIM技術對建筑物附近的環境進行建筑物的日照分析、風分析、噪音分析、光污染分析、溫度分析、結露分析等。對建筑物周邊環境的和建筑物本身的剖析都可以通過BIM相關軟件進行，并能夠自動導出詳細的圖文報告，便于建筑相關人員論證設計方案規劃的合理性與可行性。

2.1.3 BIM技術在施工圖預算中的應用

在建筑施工過程中，如果需要進行傳統的施工圖預算，需要來自施工企業的造價人員和相關技術人員將查閱到的資料和相關標準進行結合，從而進行建筑工程的預算工作。當涉及管線及鋼筋的預算計算時，需要具有豐富經驗的師傅來進行。施工圖預算大多通過手工計算，浪費大量的時間和精力，而且每個人的知識經驗的不同，也會導致施工圖預算計算結果不準確。將BIM技術應用到實際的建筑工程當中，可以很好地解決上述問題。通過利用BIM軟件中相關程序，就可以對工程造價進行實時檢索，并出具高質量的工程量清單[15]，不僅可以減少大量的工作量，還能夠提高計算的準確性，確保造價人員把更多的精力放到造價管理方面。

2.1.4 BIM技術在技術交底中的應用

在建筑工程的技術交底過程中，施工技術人員需要根據實際施工過程進行文字描述或者口頭描述，但由于各人的理解不同，容易造成所敘述內容與實際內容出現歧義，可能會導致出現施工質量問題，從而造成不必要的資源浪費。將BIM技術應用于復雜施工過程的技術交底，充分利用BIM技術的可視化的特點。利用BIM技術建立的模型可以直觀地表達出設計者的意圖，以及項目管理人員對資源和進度的調度思想，使設計方與施工方通過圖紙進行面對面的交流，同時也方便各施工班組和施工項目管理人員理解設計者的目的與意圖。

2.1.5 BIM技術在管道綜合布置與碰撞檢查中的應用

在建筑設計中，通過應用BIM技術可以為不同的設計人員提供跨專業系統平臺，通過對不同專業設計之間可能出現的碰撞問題進行檢驗，從而實現各專業設計之間的優化。同時利用BIM技術，可以看到建筑模型的各節點構造，從而實現管線等復雜施工部位的調整和優化。通過3D模型進行管道碰撞檢查，這在傳統的平面模型上是無法實現的，同時通過模型的剖面圖可以準確地看到各管道設計的標高和位置，從而對管道的布置進行優化，并及時調整。通過BIM模型進行管道碰撞檢查以及與其他結構之間的碰撞檢查，導出碰撞檢查文件，從而為設計人員調整管線的布置解決了問題，最大限度地避免在施工過程中出現管道碰撞問題，降低建筑施工階段的錯誤損失和返工概率[16]。

2.2 BIM技術在動態化施工中的應用

2.2.1 應用BIM技術模擬動態施工

應用BIM技術將現實施工中場景通過信息化處理轉化為相應的模型信息，通過模型實現虛擬施工現場，從而實現真實施工現場的動態化模擬，通過對施工現場的動態化模擬可以促使工程施工人員明確各施工項的施工工藝順序，掌握施工的難點和關鍵點，提升整體的施工操作水平，從而為施工現場中可能出現的問題提供指導[17]。例如在施工過程中采用臨時構件對某一部位加固時，可通過BIM技術對該部位進行模擬和數值分析計算，從而確定最優加固位置。通過BIM技術的模擬，最大限度地保證施工質量，避免因施工質量影響施工進度。

2.2.2 BIM技術在施工管理中的應用

利用BIM技術可以將建筑物3D模型與施工現場信息以及相關時間信息建立4D模型信息，之后進行模型的施工方案動態模擬、工程項目管理、工程資料管理、工程進度控制、工程成本控制、安全管理及文明施工管理等。通過在計算機上進行施工全過程的模擬，分析預測在工程施工中可能遇到的問題，探索改進方案，進而形成施工新技術。同時，利用BIM技術模擬實際建筑施工過程中總資源限制與總工期要求，通過引入工期、成本與能耗等因素，從而建立建筑施工過程中的5D模型，找到可以進行多次優化、時間短、成本低、無沖突、滿足不同項目需求的最佳施工活動組合，它可以根據實時更新和交換的信息修改項目策略，從而大大提高工程建設的信息化水平，以期能達到工程中最優配置，從而確定建筑工程中的施工段的劃定和施工方案的確定，進而編制施工進度計劃，更好地實現項目優化管理，在降低成本的前提下保證施工質量，為建筑工程項目管理者提供有力的決策建議。

3 結語

綜上所述，BIM技術在建筑工程施工中的應用具有重要的意義。BIM技術的應用使建筑行業的信息化得到了空前的發展，同時也為智慧城市、智慧樓宇的建造提供了有力的技術支持。BIM技術實現了對建筑施工的預先模擬，不僅包括對建筑模型的構建，也包括對施工過程前期的模擬、施工過程中的演化模擬等。通過應用BIM技術，可以使建筑企業盡早地發現在未來施工過程中可能出現的問題，從而改正問題，最大限度地降低工程中的損失。將BIM技術應用到建筑工程中，不僅提高了建筑設計者的工作效率，也為不同類別建筑設計者提供了協同工作的平臺，同時提高了建筑施工中的施工管理質量、施工效率，有利于實現建筑工程效益最大化。BIM技術的應用有利于推動建筑多領域、多學科共同發展，對建筑行業的發展起到重要的推動作用。