基于BIM技術的建筑工程項目全生命周期健康管理設計

張 楠（鄭州大學，河南 鄭州 450001）

隨著信息技術的飛速發展，BIM（Building Information Modeling，建筑信息模型）技術在建筑工程領域的應用也變得日益廣泛[1]。這項技術通過創建精確的數字表征建筑物的物理和功能特性的模型，整合建筑工程項目的全生命周期信息，從而提供全新的可能性，特別是在健康管理方面[2]。BIM 技術不僅僅是一種技術或工具，而是一種理念，一種將建筑信息數字化并將其用于整個項目生命周期的理念[3]。其核心是創建一個集成的數據環境，該環境可以在項目的生命周期中提供必要的信息和知識[4]。這種技術的出現，使得從設計、施工到維護，再到拆除的整個建筑生命周期中，所有參與者都能夠共享信息、提高效率、降低錯誤和沖突，從而改善項目的健康管理[5]。為了進一步提升建筑工程項目的安全性和可靠性，本文根據BIM 技術的特點及應用優勢，設計了一種BIM 技術在建筑工程項目全生命周期健康管理中的應用方法，并通過實例進行了驗證，驗證結果表明BIM 技術可為建筑工程項目全生命周期健康管理提供有力的支持，具有重要的現實意義和戰略價值。

1 BIM技術的特點及應用優勢

BIM 是一種基于數字化建筑信息的工程設計與管理技術，能夠創建真實且詳細的三維建筑模型，包括建筑的各個部分和結構，這種模型可以模擬建筑物在現實世界中的行為和性能[6]。同時，BIM可以進行多種模擬分析，如能源分析、結構分析、光照分析、人員流動分析等，從而能夠優化建筑設計，提高建筑的性能。利用BIM可將建筑信息整合為一個集成的數據模型，再進行統一的管理和維護，從而提高數據的可靠性和一致性，并且BIM可以通過虛擬現實等技術將建筑進行可視化展示，有助于用戶更直觀地理解建筑設計，BIM 工作原理如圖1所示。

圖1 BIM工作原理

BIM技術在建筑工程項目全生命周期健康管理中，可以幫助設計師和工程師更好地理解建筑物，發現并解決潛在的問題[7]。利用BIM 技術的主要優勢在于提高工程設計和施工的效率，減少錯誤和返工的次數，從而節省時間和成本。BIM能夠提供準確、詳細的施工圖紙，有助于施工人員更好地理解和執行施工任務，從而提高施工質量。此外，BIM 可以支持多人同時協同設計、協同施工、協同維護，從而提高團隊協作的效率和質量，并且進行安全性分析，從而幫助設計師和工程師提前發現和解決安全隱患，保障建筑物的安全性，提高建筑的可持續性，從而推動可持續發展。

2 BIM 技術在建筑工程項目全生命周期健康管理中的應用

2.1 預測建筑物抗震性能

在預測建筑物抗震性能方面，BIM 軟件如Revit 可以與結構分析軟件如ETABS 或Robot Structural Analysis 等進行聯動。在BIM 環境中，操作人員可以快速創建出包含豐富信息的三維建筑模型，并將其導出至結構分析軟件中進行抗震性能分析。

首先對建筑物建模，使用Revit 創建建筑物的三維模型。模型應包括建筑物的所有結構組成部分，包括樓層、柱、梁、墻壁等，確保模型準確表示建筑物的幾何形狀和結構細節。然后添加結構屬性和材料參數，為建筑物的每個結構構件添加相應的結構屬性和材料參數。這些參數包括構件的截面形狀、尺寸、材料類型、彈性模量、抗壓強度、抗拉強度等。根據建筑物所在地區的抗震設計規范，定義適當的地震荷載。這些荷載通常以加速度譜或響應譜的形式提供，如圖2所示。

圖2 地震荷載加速度譜

在BIM 軟件中，可以將地震荷載應用于建筑物模型的相應部分。之后對建筑進行結構分析，使用BIM軟件內置的結構分析工具ETABS對建筑物模型進行靜力分析或動力分析，以獲得結構的應力、位移和響應等信息。根據分析結果，評估建筑物的抗震性能。BIM軟件通常提供可視化的結果展示，如位移云圖、應力分布圖等，便于工程師對結構性能進行分析和判斷。最后，使用BIM 軟件生成詳細的報告和可視化展示，以記錄和傳達建筑物的抗震性能分析結果。可視化展示可以使用三維模型、圖表、圖像等形式，以直觀和清晰的方式展示結構的抗震性能。

2.2 協調施工進度

通過BIM技術在建筑工程項目全生命周期健康管理設計中協調施工進度，可以實現施工任務的準確安排、協同工作和沖突檢測，提高施工效率和質量。根據BIM 創建的建筑模型，施工開始前使用Revit 中的空間工具將建筑模型劃分為各個空間，標識出房間、走廊、門窗等元素，并分配屬性如功能、面積、高度，之后在軟件中將每個施工任務分配給相關團隊成員，并指定任務的開始和結束日期。使用軟件中的時間線工具，將各個施工任務按照正確的順序排列，并確定整個項目的施工進度計劃。在施工階段，施工團隊使用移動設備或平板電腦訪問BIM 模型，實時更新任務的完成情況。使用Navisworks中的時間線功能，將任務按照正確的順序排列，并設置任務的持續時間。施工人員可以記錄施工進度、材料使用情況、問題和解決方案等信息。不同專業團隊（如結構、機電、管道等）可以通過在BIM模型上標識出各自的工作和進度，實現協同工作和沖突檢測。使用BIM軟件的4D功能，將施工進度與建筑模型結合起來，實現可視化的進度展示。可以通過動畫效果展示施工過程，以及實時的進度比較和分析。通過可視化的方式協調施工進度，可以幫助項目團隊和利益相關者更好地理解和管理項目。

2.3 監測施工生產安全

施工前在構建好的建筑模型中添加危險區域、防護設施、消防通道等安全相關的信息。運用BIM 軟件的碰撞檢測功能，檢查模型中是否存在沖突或安全隱患，并進行修復。在施工階段根據實際施工情況，更新BIM 模型，包括已完成的工作、正在進行的工作以及相關安全設施。此時可運用BIM 軟件的時間軸功能，記錄施工進度和安全情況的變化，在工具欄或導航欄中找到時間軸選項，打開時間軸功能后，會出現一個可視化的時間軸控制界面。在時間軸控制界面中，定義需要記錄的時間段，如施工周期的起始和結束日期，確保時間軸的時間段與實際施工進度相匹配。在時間軸控制界面中，可以添加與施工進度和安全情況相關的事件，可以使用不同的圖形符號或顏色來表示不同類型的事件，以便更直觀地觀察和分析，這些信息可以幫助記錄施工進度和安全情況的變化，并提供后續分析和評估的依據。同時使用BIM協調會議功能可以在施工階段實時監測安全情況，并在運營和維護階段評估安全性能并提供維護建議。這樣，項目團隊能夠更好地掌握施工生成的安全狀況，及時采取措施，提高施工安全性，減少事故發生的風險。

2.4 制定建筑保養計劃

在建筑施工完成后，對建筑的保養計劃制定可利用BIM 軟件中的分析工具，對建筑模型進行健康狀況評估。其中包括對建筑結構強度分析、能源模擬、照明分析等，以評估建筑物的性能和健康狀態。隨后工作人員根據評估結果制定保養計劃，在BIM 軟件中創建保養任務清單，明確每個保養任務的具體內容和要求，定義每個保養任務的周期、工作內容和責任人，并設定提醒和報警功能，通過電子郵件或移動應用程序發送給相關人員。提醒功能可以幫助管理人員和維護人員遵守保養計劃，以確保保養工作按計劃進行。為每個保養任務設定優先級和緊急程度，某些任務可能是關鍵的，需要立即執行，而其他任務可能是次要的，可以推遲執行。根據任務的重要性和緊急性，安排相應的資源和時間。利用BIM 軟件的可視化功能，生成三維模型和圖表，以直觀展示建筑物的健康狀況和保養計劃，有助于與項目相關方進行溝通和交流，確保他們理解和支持保養計劃。最終實施和監控保養計劃，在BIM軟件中跟蹤每個保養任務的執行情況，記錄維護人員的反饋和建議，可以使用軟件中的進度跟蹤和協作功能，與相關人員進行有效的溝通和協調。

3 案例分析

3.1 工程概況

位于河南鄭州的某商業綜合體項目總建筑面積達到10 萬m2，包含購物中心、寫字樓和公寓等多功能空間。主樓總高度300m，平均每層樓高5m，主樓共60層，其中地上樓層58 層，地下2 層，主樓總建筑面積80000m2，其中地上建筑面積76000m2，地下建筑面積4000m2。建筑主體結構為鋼筋混凝土，使用量約50000m3，外墻為玻璃幕墻，使用量約40000m2，內部裝修采用石材、木材、鋁合金、玻璃等。施工周期：地基施工6 個月，主體結構施工18 個月，外墻和屋面施工6 個月，內部裝修及設施安裝12個月。項目從設計、施工到后期運營，全程使用BIM 技術進行全生命周期健康管理設計。

3.2 應用結果

BIM 技術在該項目的全生命周期健康管理中發揮了重要作用。從項目的前期設計、施工階段，到后期運維，BIM 技術在提升工作效率、減少錯誤和增加項目透明度方面均取得了顯著的成效，詳細情況見表1。

表1 BIM技術應用成果表

在項目設計階段，BIM技術幫助設計師更準確地預測和規劃空間布局，提高了設計的精確性和效率。建筑總建筑面積10萬m2的設計時間由原來的8個月減少到了5 個月，設計錯誤率也降低了約30%。在施工階段，BIM技術使項目團隊能夠更清晰地理解項目需求和設計意圖，從而減少施工錯誤和避免不必要的返工。施工過程中的返工率從原來的15%降低至7%，而施工周期也因此從原計劃的36個月減少至32個月，為整個項目節省了成本和時間。對于成本管理，BIM技術可以實現更準確的預算和成本控制，通過BIM，可以獲得更精確的材料需求預測，從而減少材料浪費和采購成本。此項目通過優化材料采購，減少了約10%的材料成本。在項目的后期運維階段，BIM 技術也發揮了重要作用。使用BIM 模型可以更高效地管理和維護建筑設施，通過BIM快速定位設備位置，進行預防性維護，從而減少了大約20%的設備故障。

4 結語

通過對BIM 技術的研究，深入探討了基于BIM 技術的建筑工程項目全生命周期健康管理設計。本研究旨在提供一種綜合性的方法，以利用BIM 技術來支持建筑工程項目從規劃、設計、施工到運營和維護的全過程健康管理。通過實證研究和案例分析，驗證了基于BIM 的全生命周期健康管理框架的有效性和可行性。通過BIM 技術在施工項目的應用結果分析得知，在采用BIM 技術的建筑工程項目中，健康管理的效率得到了顯著提高，信息共享和溝通變得更加便捷和準確，建筑物的健康性能得到了有效監測和優化，從而提高了項目的整體質量和可持續性。