BIM技術在現場施工管理中的應用

石海賓

(中國建筑第二工程局有限公司，北京 100160)

0 前 言

20世紀初期，由Autodesk公司提出建筑信息模型(BIM技術)，這種模型的提出是對建筑設計的創新，但是當時該模型只是處于學術研究階段，沒有真正地進行實踐應用。進入21世紀，隨著全世界科學家的共同努力，BIM技術研究和應用取得了突破性的進展。

1 BIM技術概述

1.1 產生背景

城市讓生活更加美好，隨著經濟以及社會的不斷發展，人們加強了對理想城市的追求。人們對理想生活以及城市的追求，使得工業化發展面臨前所未有的挑戰。不堪重負的城市設計以及建設能力在一定程度上難以滿足人們對理想城市以及生活的追求。在這種矛盾的背景下，建筑技術、電氣科技信息技術、互聯網技術的協同發展促進了新建筑電氣技術的產生。

1.2 BIM技術定義

BIM技術全稱為Building Information Modeling，中文定義為建筑信息模型，主要是指通過數字信息紡織模擬建筑物所具有的真實信息[1]。真實信息主要包括兩個方面：第一，三維幾何形狀信息，如長方體、正方體、圓柱等；第二，非幾何形狀信息，如建筑構件中的材料、價格、重量、進度和施工信息等。BIM技術集成了建筑工程項目各種相關信息的工程數據，這些數據能夠為設計師、電纜鋪設工程師、開發商乃至最終用戶提供模擬和分析依據。

1.3 BIM技術特點

BIM技術具有可視化的特點，可視化主要包括兩個方面：第一，模型三維的立體實物圖形可視，第二，建筑項目設計、建造、運營等整個建設過程的可視化。立體實物以及建設過程的可視化，方便施工人員進行更好的溝通、討論和決策[2]。

BIM技術具有協調性特點，一般來說，各行業項目信息容易出現不兼容的現象，具體表現為管道與結構沖突、各個房間出現冷熱不均、預留洞口沒留或者是尺寸不對等情況。BIM技術能夠有效地處理這些不兼容的現象，綜合協調各個流程，減少不合理變更方案或者是問題變更方案。

BIM技術具有模擬性特點，模擬性主要表現在五個方面：①針對3D畫面的模擬；②能效、緊急疏散、日照、熱能傳導等模擬；③4D模擬，也就是發展時間上的模擬；④5D模擬，主要模擬造價和控制；⑤對地震人員逃生以及消防人員疏散等日常緊急情況處理方式的模擬。

BIM技術具有優化性特點，所謂優化性主要是能夠利用BIM技術以及相關的配套優化工具對項目進行可行性的優化處理。一般來說，BIM技術能夠利用模型提供的各種信息來進行優化過程。這些信息主要包括幾何、物理規則、建筑物變化以后的各種信息[3]。BIM技術的優化性主要體現在復雜程度較高的建筑物層面。

BIM技術具有可出圖性特點，所謂可出圖性特點主要是BIM技術能夠將建筑設計圖以及經過碰撞檢查和設計修改后的圖形進行整合，最后形成綜合設計施工圖。這些圖紙主要包括綜合管線圖、綜合結構留洞圖、碰撞檢查偵錯報告和建議改進方案等使用的施工圖紙。

1.4 BIM技術國內外應用現狀

BIM技術在國外的發展應用相對比較廣泛，一些發達國家如美國、日本、新加坡等已經實現BIM技術在建筑工程中的應用，應用的領域主要包括工程的設計、施工、維護以及管理階段。BIM技術在國外應用的特點主要包括三個方面：①相關的應用軟件已經比較成熟；②BIM技術已經不僅僅簡單應用于建筑工程局部環節，也涉及項目交付工作環節；③BIM技術已經成為當前部分國家設計和施工單位承建項目的基礎能力，很多大型企業已經具備了成熟的BIM技術。除此之外，各種BIM技術專業咨詢公司在市場上十分活躍，為一些企業提供了必要的技術支持。

2002年，我國提出了BIM理念，同時展開BIM技術的研究。2004年，我國開始出現各種以BIM技術為核心的專業應用軟件。之后，國家加強了對BIM技術的重視和開發，確定了“十五”科技攻關計劃“基于IFC國際標準的建筑工程應用軟件研究”。計劃主要對BIM數據標準IFC和應用軟件進行了研究，目的是開發出基于IFC的結構設計和施工管理軟件。隨后，“十一五”提出了科技支撐計劃“基于BIM技術的下一代建筑工程應用軟件研究”，該計劃主要是基于BIM技術的建筑設計、節能設計、成本預測、施工優化、施工安全分析等下一代工程軟件開發和研究。

2 BIM技術在現場施工管理中應用的意義

BIM技術能夠輔助項目的建設過程，主要采用數字化或者是模型化的方式，加強相關單位以及人員對項目的物理特性和功能特性進行深入的探索和挖掘，從而能夠降低項目建設的成本，縮短建設項目的工期。一般來說，利用BIM技術可以實現項目的模擬過程，而設計人員在現場施工的過程中，能夠將實際的施工過程與模擬的施工過程進行對比，從而利用模擬結果為實際施工過程服務，有效地降低施工過程中的成本。

2.1 項目參與方集中管理策略

在現場施工的過程中，需要由施工方、監督方等各個方向共同參與，才能保證施工過程的順利進行。BIM技術可以實現虛擬設計，將施工過程中的各個參與方集中在一起，并對其進行整體的管理，保證現場施工過程的順利進行[4]。

2.2 4D施工管理的可視化

利用BIM技術可以建立三維模型，將三維模型與現場施工的進度進行拼接，從而能夠建立可視化的4D模型。而在4D模型中，能夠對現場施工過程中的各種人力、設備、成本、材料以及施工的進度進行管理，這種管理方式往往是一種動態的管理方式，具有可視化的特點。

2.3 信息共享，協同工作

在項目施工階段，項目的各個參與方需要協同配合，只有這樣才能提高工作效率。項目方之間的協同配合需要實現信息共享。信息共享主要是基于網絡實現各種文檔以及數據的共享。而項目關于各個參與方依據共享的信息進行協商和洽談，從而實時地調控施工進度，保證施工質量，最終促進整個施工過程管理的高效性。

2.4 實現虛擬施工

利用BIM技術可以在計算機上建立虛擬的施工過程，將虛擬的施工過程與實際的施工過程進行對比，從而發現實際施工過程中可能存在的問題，并對這些問題進行預測，提出可行性方案。通過模擬施工，能夠有效地為實際施工過程奠定基礎，幫助實際施工過程中問題的解決。

3 BIM技術在現場施工管理過程中的應用實踐

在現場施工的過程中，需要全面地管理相關人員成本、工期以及工程的質量。BIM技術的應用能夠輔助現場施工管理工作，從而提升現場工作的效率和水平。因此，本文接下來主要討論BIM技術在現場施工管理過程中的應用環節。

3.1 BIM在畫面渲染上的應用

BIM技術主要是以三維模型為基礎的，與二維模型相比，三維模型更具有真實性，給人一種視覺沖擊。除此之外，BIM模型可以進行二次開發，從而進一步提高動畫的展示效果和精度。在宣傳過程中，BIM能夠給業主更好的視覺體驗，從而提高中標機率[5]。而在現場施工的過程中，利用BIM技術能夠使得施工設計的方案更加形象，從而將設計的關鍵點以及精髓展現出來，提高項目的競爭力。

3.2 BIM技術在工程量以及預算中的應用

在現場施工的過程中，需要管理施工的工程量以及對施工過程進行預算。BIM技術的應用可以提高工程量計算的效率以及預算的精確度。一般來說，BIM技術是一種自動化的智能系統，可以實時地計算施工過程的工程實物量。BIM技術較高的自動計算能力主要依托于計算機技術。BIM技術的這種計算功能在早期的一些計算軟件中也能夠完成。BIM技術與傳統的計算軟件也有明顯的區別，具體表現為計算的精確度以及準確度更高，速度更快。

3.3 BIM技術在施工數據計算中的應用

在現場施工的過程中，需要對各種數據進行快速的統計和計算，在之前的施工過程中，數據的計算效率相對較低，因此難以滿足施工的要求。BIM技術的出現不僅提高了數據計算的效率，而且提升了計算的精確度。施工過程的管理者能夠利用BIM技術實現工程基礎數據進行分析，根據分析的結果，能夠為下一步施工過程的制定提供精確的人力、物力以及財力的數據支持。

3.4 BIM技術在施工動態管理中的應用

BIM技術能夠做到施工過程中任意一個時間點信息的獲取和分析，因此保證了施工過程中的動態管控。具體說，BIM技術可以獲取施工過程中的相關信息，而針對某個時間點的信息，利用模型進行展現，反映出施工過程中的實際具體情況，從而為下一步的施工過程制定詳細的實際數據。施工單位能夠通過BIM技術得到模擬數據以及實際數據進行對比，了解施工過程中總體的盈虧情況，從而實現施工過程中成本的動態控制。

3.5 BIM技術實現虛擬施工，促進多方協同

在實際施工的過程中，BIM技術可以建立虛擬的施工過程。而相關的施工單位可以將實際的施工過程以及進度與虛擬的進度進行對比。通過這種對比方式，可以幫助施工相關的單位協同工作，了解施工的基本情況。除此之外，BIM技術建立了虛擬施工過程，還能夠給出詳細的施工方案以及現場的監測情況。在實際的施工過程中，可以對比虛擬施工過程進行優化，因此能夠減少施工過程中出現的質量問題、安全問題，最終提高施工過程的效益。

3.6 BIM技術在施工過程中碰撞檢查難題的應用

在施工的過程中，經常會遇到設備、管線碰撞的問題。當這些問題發生時，需要通過拆裝、返工等方式解決問題，這種解決方法導致了施工過程中各個參與方要付出很大的代價。以往的圖紙設計主要采用二維模型，這種二維圖形的設計往往會導致人為的失誤，所以極易導致施工過程中出現返工現象。返工不僅會影響施工的進度，而且會造成施工過程中的額外投資。盡管相關的施工單位對二維圖紙進行了進一步的審核和檢驗，以盡可能地規避這些問題，但是在審核的過程中也需要投入大量的人力和物力。盡管如此，也難以完全避免人為失誤導致的返工現象。而BIM技術的應用主要是利用三維模型對圖紙進行設計，在建筑工程施工之前預先進行碰撞檢查，從而有效地優化工程設計，減少實際施工過程中可能存在的各種返工。具體表現為可以利用BIM技術優化管線排布，而這種優化方案在一定程度上減少了施工的投入。

3.7 BIM技術在建筑實體中的應用

1)建筑實體中鋼結構的拼裝應用，在傳統的施工過程中，鋼結構的拼裝首先發生在工廠，工廠完成正確拼裝后進行拆卸，將拆卸后的零件運輸到現場進行二次拼裝[6]。這種拼裝過程復雜，浪費時間，而BIM技術的應用可以利用現場已經成功完成的拼裝結構對其進行分析和計算，并在計算機中建立與實際情況相對應的模型，從而在線實現虛擬預拼裝過程。

2)對施工現場的構件進行優化生產。在施工的過程中會用到各種構件，這些構件需要在工廠進行批量生產，在工廠生產之前可以利用BIM技術設計構件組裝的基本模型。根據模型，利用BIM技術可以拆解構件，工廠加工之后所獲得的構件一般為模擬的拆解后的構件，通過BIM模型能夠有效地將這些構件進行組裝，形成大的構件，保證了組裝過程中的精確度和高效性。

3)施工現場的數據整合分析，BIM技術配備了完整的數據庫，數據庫中包含了豐富的數據，這些數據可以進行計量。

一般來說，施工過程中的各種信息都可以作為數據庫中的信息數據。BIM技術能夠實現對數據的整合和分析，最終充分協調施工過程中各個部門以及工作人員之間的協同。除此之外，通過對各種數據進行整合、匯總、對比可以獲得工程量相關的信息。

4)施工管理過程中BIM技術對技術人員的指導作用。當前，隨著建筑工程的不斷發展，各種技術也在不斷地進步，而這些技術需要用到各種新材料和工藝。施工過程中的相關技術人員需要不斷的進行學習，不僅要學習相關的新技術，而且要對相關的材料以及工藝進行學習。BIM體系往往能夠收集大量的信息，這些信息中包含了新的技術、材料以及工藝，所以在施工階段，BIM體系能夠明確指出施工過程中所用的新材料、技術以及工藝，快速地向相關的工作人員進行展示，以便工作人員能夠高效學習。

5)BIM技術完善的管理系統在現場施工管理過程中應用。BIM管理系統往往能夠對施工過程中的各種文檔進行搜集查閱，最終實現定位功能。這些檢索以及操作的過程都能夠通過BIM技術進行可視化呈現，在一定程度上體現了數據檢索的直觀性，保證了施工過程中各種資料都能夠被高效的利用。而在施工結束之后，BIM管理系統能夠將這些信息形成數據庫，從而為后期的查找定位奠定良好的基礎。

4 結束語

本文主要講述了BIM技術在現場施工管理過程中的應用。盡管當前我國對BIM技術的應用發展較國外相對較晚，但是相信隨著國家對于BIM技術的重視，在未來將會取得突破性的進展。

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