新形勢下BIM技術在大型公共建筑中的應用分析

曾宇欽

廣州市設計院集團有限公司 廣東 廣州 510620

引言

隨著工程的規模越來越大，復雜度越來越高，工程建設難度也在不斷加大。目前，傳統的工程設計和施工方式已經難以適應現在的市場需求。應用于建筑行業的BIM技術，能夠為建筑行業提供3D可視化、4D模擬展示、5D實時動態成本管理等，這些都是順應建筑市場發展的需要，也為建筑行業的經營帶來了新的變化。大型公共建筑的建設具有工程量大，施工要求多，施工環境復雜等特點。因此，深入探討BIM技術在施工中的應用是非常有必要的。

1 BIM技術概況

1.1 BIM技術的含義

BIM是一種基于三維虛擬技術的數字化信息技術。該技術應用于建筑工程，可以實現規劃、設計、施工、運營等工程的所有環節的信息化管理。BIM技術的本質是建立信息模型，利用計算機技術，將數字化模型運用于工程設計、安裝、施工等方面，可以使工程管理更加智能化，從而達到提高工程的效率與質量、節約投資、全面提升工程質量、推動可持續發展的目的[1]。

1.2 BIM技術的特點

①視覺化，即“所見所得”的形式，對于用于施工的設計圖來說，僅僅是各種構建的信息在圖紙上使用線條繪制表達，而BIM則是一種可以將真實的圖像呈現給人的立體圖像的視覺概念。②仿真，BIM既能對設計的建筑物進行建模，又能在真實的環境中對復雜的事件進行仿真。③可出圖，BIM不是一般的建筑工程圖紙，它是通過可視化的方式進行展示、協調、仿真、優化而構成的圖形。

2 BIM技術的優缺點

2.1 BIM的優點

①可視化，可以用電腦模擬出一個大型鋼鐵建筑的三維模型，其精度高，可視性好，可以清楚地看見各種構件之間的聯系。②具有三維/四維/五維模型的項目管理能力。BIM技術可以通過3維建模來檢測結構的各部件和連接，從而可以在施工過程中發現問題。③可以對項目進行最優化，并且具有很好的協調能力，使得工程中的各種數據可以進行各個專業之間的協作。④能夠達到較好的經濟效果。通過合理的計劃、合理的人員、物料和投入，可以有效地控制工程的造價。

2.2 BIM的缺點

BIM技術在國內尚處于起步階段，行業內BIM技術應用尚不完善，需要大量的BIM技術人員進行培訓和投入大量的工作站和服務器。我國現行有關BIM技術的法規制定還比較落后，這是BIM技術發展的一個重要因素，必須制定出一套系統的標準來指導BIM的設計、施工、管理[2]。

3 BIM技術在大型公共建筑工程中的應用

BIM技術在工程中的應用是有效的(見圖1)。在決策過程中，為科學決策提供了數據支持，為各項工程的成本、收益提供了依據；在設計階段，利用BIM技術進行可視化、碰撞檢測和仿真分析，有效解決了大型公共建筑工程中的設計難題；在工程建設中，運用BIM技術對工程項目進行虛擬模擬分析，優化施工過程，解決施工現場的組織協調問題；在竣工驗收階段，采用報送方式，可以簡化驗收流程，減少驗收工作的繁重；在運營管理方面，BIM技術的應用可以有效提高企業的運營效率，可以有效降低企業的運營管理費用，增強企業在市場上的競爭力。

圖1 BIM技術項目應用統計圖

3.1 各專業BIM技術建模分析

BIM技術在工程中的應用首先要對各專業進行建模，將建筑、結構、給排水、暖通、弱電、強電等專業按設計圖紙進行建模。利用現有的設計圖紙和數據，對工程情況進行復核，同時利用Revit軟件按照工藝設計的要求建立相應的三維模型。然后再根據加工設備的三維建模數據引入到各個專業模型中，利用分析軟件進行計算，最終根據結果對模型實時修正。

BIM建模可以在數據之間進行雙向交換，從而避免了多次修改設計方案，在三維狀態下，實現了結構與工藝的高效結合。

3.2 各專業進行深化設計

各專業根據工藝設計的要求，對現有工藝和設備進行深化，在深化過程中進行相應的工藝改造、設備調換等方面的調整，以便于設備質量的提高。在對工程進行深化時，設計者必須根據實際情況，對其進行適當的調整，加入或移除某些部件，乃至改變其系統。在此過程中，設計者要根據構件的顏色及標識，在圖形上進行標識，以保證結構的科學性和準確性。BIM技術相對于CAD來說，其最大的特征在于各獨立的系統部件之間仍然存在著某種聯系，因此，設計者可以根據具體的設計細節對其進行分類，確保對其進行精確的劃分[3]。BIM工作可以在深化中整合建筑、機電、結構等專業模型，再將綜合模型按各專業凈高要求導入BIM軟件進行碰撞檢查，并根據結果分析調整管線，在施工前發現問題并優化處理。

3.3 場區平面布置三維化

不同的建筑空間布局和系統對施工具有較大的影響，比如設備管線的布置，會導致設備與管線之間的管線發生碰撞，導致施工難度大，不能滿足建筑的需求，導致二次施工，增加投資。運用BIM 3D技術對現場進行立體布局，優化現場平面布局，實現合理、高效的現場布局。依據設計圖紙及場地條件，合理安排機械位置、物料堆場，并按工程進度和資源利用計劃進行場地的合理安排。

3.4 施工進度動態模擬

在BIM技術的基礎上，采用甘特圖、網絡圖、三維動畫等多種方式，可將施工進度和施工過程直觀地展現出來，為不同參與方，如施工、監理、業主等提供了直觀了解工程項目情況的便捷工具。在施工過程中，可以使用BIM模型進行碰撞檢查，這有助于避免構件之間的沖突，從而減少了必須重新制造或修復構件的需要。利用BIM模型數據可以對施工過程進行時序分析，即確定每個任務的開始和結束時間，這有助于確定資源分配和加速施工進度。在施工過程和施工的重要環節中，可以直接動態模擬各種施工方案和工藝方案的可行性比較，為最終方案的優化決策提供支持。

3.5 實時監測施工

利用BIM模型信息以及實際施工過程數據，可以進行實時監控和更新，以便及時調整計劃和進度，同時識別潛在的問題并采取適當的措施。在大型鋼結構工程中，采用GPS技術對施工過程中產生的變形進行測量，并引入BIM軟件進行對比，既能保證測量精度，又能防止氣候變化造成的誤差。而傳統的三角支承方式也有其缺點，例如在不澆筑混凝土的樓層進行大跨徑鋼結構的安裝和定位時，由于模板面不穩、人行走、機器運轉等因素，會造成三腳架的晃動，造成測量精度不高[4]。

4 BIM技術在施工全過程質量控制中的應用

利用BIM軟件對施工過程進行模擬和預覽，發現和改善施工過程中的不合理環節。施工管理人員可以進一步熟悉施工過程，嚴格按各部分的要求進行施工，以保證資源的均衡和合理的安排，統籌安排施工進度和計劃，實現項目的質量控制目標。

4.1 施工前質量控制分析

BIM技術應用于建設初期，能夠快速、精確地構建BIM模型，為施工前的質量管理奠定技術基礎。因為建筑信息模型中包含了很多建筑所需要的資料（如：材質、部件種類、大小、屬性等），所以模型的質量對后期的使用有很大的影響。在工程實施之前，利用BIM模型模擬與可視化的功能，能夠讓管理者和操作人員在整個工程中進行相似的培訓，從而更好地了解和掌握工程的特征。

4.2 施工中質量控制

工程建設中可以使用BIM技術直接指導工程現場。BIM技術對工程進行實際測量、模型對比、數據存取、快速評價等工作，能夠極大地提升管理的效率，從而實現了對施工現場的全方位管理。同時，將PDCA循環與4D、5D BIM技術相結合，不僅可以有效控制和管理施工工藝，還能對人力、機器、物料、資本等對工程質量的影響因素進行實時、高效的控制。

4.3 施工后質量管理

在后期質量管理中發生問題時，通過對BIM建模的原因進行分析，對有質量問題的部件進行收集、分析、加工、儲存，運用它的可視化、信息化功能對其進行改進。BIM技術能夠與諸如激光、RFID、超聲波、非金屬超聲波等先進的品質檢驗方法相結合，從而形成有效的評價報告[5]。通過對所獲取的資料進行整理，對照分析工程質量的時間、空間、子課題等，及時解決發現、分析、解決問題，為今后的工程質量管理工作提供了寶貴的參考。

5 BIM技術在工程應用中的效益

BIM技術可以通過提高設計精度、優化施工流程等方式，幫助預測和管理項目風險，增加項目收益，提高企業的設計和施工能力。隨著BIM技術在工程中的全面應用，在與工程各參建單位對接時能夠更加形象、直觀地溝通交流，更科學、有序地處理重點、難點問題，彰顯了BIM技術卓越的項目輔助管理功能，為今后高效的工程建設奠定了堅實的基礎。

6 結束語

BIM技術作為一種輔助手段，在工程設計、建設、管理、竣工驗收等領域都有很大的發展空間，既能使專業設計和施工管理更規范科學，又能有效地控制工程造價，在今后的發展中將會受到更多的重視和廣泛的應用。對于新形勢下的行業而言，BIM技術的應用還需繼續探索和發展，為公共建筑的建設、維護和管理帶來更多便利和效益。