BIM 技術在房屋建筑工程施工階段的應用研究

趙 元 薛元琴 朵呈華 朱壽安 石振寧

對房屋建筑工程項目來說，安全、質量和進度已經成為施工的三大核心要素。傳統的3D 建模技術能夠構建建筑模型，但所建立模型非常單一，在實際應用中有著一定的局限性。再加上當前的房屋建筑工程項目具有材料規范性不足、專業協調性差和安全措施不到位等問題，導致施工過程中存在許多隱患。而建筑信息模型BIM技術能夠有效規避這些問題，它可以根據建筑信息和項目特點，建立更加全面且準確的模型，并能夠實時修改模型，為項目施工提供便利，進而提高施工管理水平。

1 房屋建筑工程施工的特點

房屋建筑由結構、管道、樓梯及電梯等部分組成，其特點十分突出，主要體現在以下幾點：

第1，房屋建筑工程的規模龐大，只能單獨生產，不像其他工藝品可大批量生產。第2，在建設過程中往往需要考慮當地的生態環境和經濟環境等因素。第3，建造過程非常復雜，會耗費大量的時間、人力和物力，而且對施工技術有著非常嚴格的要求。第4，不同時間和地點的房屋建筑項目，其設計和施工的要求不同。第5，房屋建筑工程涉及的環節較多，施工過程比較復雜。這要求每個施工人員都具有很高配合度，遇到問題時才能夠更好地攻克。第6，需要大量人工操作，不能實現機械化。第7，影響房屋建筑工程質量的因素較多，如天氣、設計和設備等。第8，施工工序較多且十分復雜，容易忽視許多細節問題，而且隱蔽工程的施工質量檢測困難，導致施工質量難以控制。一旦出現質量問題，就需要耗費大量的時間和成本進行補救，因此管理人員必須仔細檢查各個環節的施工質量，從根源上解決質量問題，保障房屋建筑工程的整體質量[1]。

2 BIM 技術的施工管理優勢

BIM 技術在施工管理中具有諸多優勢。BIM 是一種數字化建筑設計和管理工具，它利用三維模型集成建筑設計和施工等階段的數據，為施工管理提供了全面且準確的信息。BIM 技術能夠將建筑項目的相關信息，如設計圖紙、工程量清單、施工進度以及材料和設備規格等，集成在一個三維模型中。這樣使利益相關者，如設計師、工程師、施工團隊等，能夠共享同1 份數據，減少信息的不對稱性，提高溝通效率，降低信息傳遞的誤差。

BIM 技術能夠提高項目團隊的協作水平與協調能力。在施工管理中，結構、機電和水暖等專業往往需要緊密協作。BIM 技術允許不同專業的信息集合在同一模型內，并進行交叉檢查，這樣能夠提前發現并解決問題，避免專業沖突和構件碰撞，有效減少施工階段的錯誤和糾紛。

BIM 技術支持虛擬施工仿真。通過BIM 模型，施工管理者可以模擬施工過程，預測潛在的問題并及時進行調整，有效安排施工順序，優化資源利用，提高施工效率。同時，施工過程仿真模擬還可以減少現場的安全風險，降低事故發生的可能性。BIM技術能夠為決策提供數據支持。通過BIM 模型中的數據分析功能，項目管理者可以更加準確地評估項目進度、成本情況和施工質量，及時調整計劃并作出決策，提高項目管理的精準度和靈活性[2]。

3 BIM 技術在房屋建筑工程施工階段的應用

3.1 項目概況

隴西縣生態及地質災害避險搬遷集中安置小區項目工程總 承 包（Engineering Procurement Construction，EPC）工程，位于甘肅省定西市隴西縣西環路西側、緯一路北側，占地面積約26445 m2，包括5棟住宅樓、4 棟獨立商業以及配套的地下車庫和門衛房等。此項目總建筑面積較大，周圍環境可能會在一定程度上影響施工進度。

3.2 BIM技術在施工階段的應用

3.2.1 BIM技術在項目質量管理中的應用

在房屋建筑項目施工過程中，質量管理需要關注多方面的內容，不但要把握整體的施工情況和項目質量，還要高度關注施工操作的規范程度。在不同專業的BIM 模型整合之后，需要進行空間沖突檢查，以便提前發現沖突問題，并進行有效規避。然后匯總相關信息、記錄檢查結果，并反饋到相應部門。相關部門針對在檢查中發現的問題，合理調整設計圖紙，從而保證后期的施工質量，最大限度減少成本浪費。

項目各方的溝通和協作對于項目的質量管理至關重要，只有各部門人員有效合作，才能為施工質量的提升打下良好的基礎。BIM 技術有著很強的可視化功能，在項目質量管理過程中應充分發揮此優勢，加強不同部門人員的溝通，提高協作的有效性。

對于施工管理人員來說，借助BIM 技術建立的模型進行施工模擬和預檢，能夠提前了解工程的完工效果，預估工程施工情況，從而更好地解決施工問題、控制施工質量。在施工質量管理過程中，信息傳遞非常重要。信息流能夠快捷、準確地傳遞信息，連接各個施工環節，保證工程質量信息的完整性，提高施工質量管理的力度和效率。材料、設備和施工過程是質量管理需要關注的重點部分。BIM技術能夠建立可存儲物資信息的信息模塊，便于管理人員查詢、管理和對比建筑信息[3]。

3.2.2 BIM技術在項目安全管理中的應用

在房屋建筑工程項目中，安全管理也是非常重要的一環，不能忽視。它與施工質量、項目進度和成本管理之間存在著非常密切的聯系。在BIM技術的支持下，科學編制安全管理計劃，能夠降低項目的安全隱患。

1）在施工過程中，BIM 技術結合相關技術，能夠實現4D 模擬，直觀展示施工過程，使項目管理者能夠清晰了解施工過程中可能存在的各種風險和隱患，制訂合理的應對措施，降低隱患造成的惡劣影響。這樣才是真正意義上的有針對性的安全管理。

2）在BIM 技術的支持下，使用Revit 軟件建立包含房屋建筑工程全部信息的3D 建筑模型，形成綜合的信息數據庫，實現資源和信息的共享。在施工的不同階段往往會有不同的需求，可以通過相關的數據庫提取信息。例如，從項目數據庫中提取施工塔式起重機安全管理模型，為施工管理提供合理數據支持。

3）3D 模型和4D 模型都具有很強的可視化功能，而且能夠進行碰撞測試，根據測試結果，調整施工方案和設計方案，最大限度地降低碰撞事故的發生率，進而提高房屋建筑工程的安全性。在房屋建筑工程項目的安全管理中，合理應用BIM 技術，以三維模型為重要基礎，發揮可視化功能，模擬施工過程，使工程管理人員根據施工模擬結果，進行科學合理的布局，優化施工進度，并采取相應的措施規避風險，提高安全控制的效果[4]。

3.2.3 BIM技術在項目進度管理中的應用

基于BIM 技術的房屋建筑工程項目進度管理，是在原有3D 模型的基礎上，增加時間維度，形成4D 模型。在施工進度管理過程中，通過4D 模型能夠合理安排施工現場各個施工環節的材料和器械，當施工情況發生變化時，可以及時調整施工計劃。通過4D 進度管理模型，施工人員能有效把握施工進度，模擬施工現場[5]。此外，4D 模型還能關聯其他與施工相關的部分，共同優化和改進，使施工的各個環節變得更加有序、更容易控制。房屋建筑工程項目4D模型，如圖1所示。

圖1 房屋建筑工程項目4D 模型圖（來源：網絡）

建立4D 模型的過程比較復雜。在3D 建筑模型建成完成后，要先關聯施工過程，再以三維模擬系統為基礎，導入關聯后的3D 模型，最后輸入完整的參數，創建構件并進行組合。建立施工進度模型的過程也是制訂項目進度計劃的過程，利用Microsoft Excel 軟件和Microsoft Word 軟件，仔細劃分各個建筑結構，形成施工過程的進度節點，分配施工任務。建立4D模型時，需要利用軟件中的連接工具，將各個節點和建筑構件一一對應，這樣能更好地實現關聯性操作。因此數據庫的構建非常重要，不容忽視。利用數據庫進行項目進度管理，能夠更好地管理和調整項目數據。

4 BIM 技術在房屋建筑工程施工階段應用的限制

4.1 BIM技術在質量管理方面存在的問題

BIM 技術在項目質量管理中的應用，受到模型精確性和模型與實際施工情況之間存在差異的限制。盡管BIM 技術能夠進行準確建模和數據分析，但實際施工過程中經常出現變更和調整，導致現場的實際情況與BIM模型之間存在差異。模型與實際施工不匹配，會影響質量管理的準確性和實效性，使管理者難以準確評估實際工程質量，進而難以及時發現和解決質量問題。

BIM 技術在項目質量管理中的應用同樣受制于人員技術水平和應用能力的限制。

BIM 技術是一項復雜的技術，需要施工團隊具備一定的技術能力和操作熟練度。然而有些項目團隊缺乏足夠的培訓和技術支持，對BIM 技術的應用能力不足，無法在質量管理中充分發揮BIM 技術的優勢，導致管理效率低下，出現質量問題。模型與實際情況不匹配以及人員技術水平的限制，使BIM 技術難以在質量管理中發揮最大的作用，影響了其在房屋建筑工程施工階段質量管理中的應用。

4.2 BIM技術在安全管理方面存在的問題

BIM 技術提供了三維模型創建功能和數據分析工具，但如果模型的信息精準度和全面性不足，會導致BIM技術在安全管理方面存在著局限性，創建的建筑三維模型的準確性不高，模型不能根據施工進度進行實時更新，導致模型中的信息可能不準確，無法真實地反映出施工現場的實際情況。安全管理需要精確和全面的數據支持，而且施工現場可能存在各種變化和復雜的情況，如果BIM 模型無法實時更新，提供準確、實時、完整的信息，那么管理人員就難以有效識別和評估潛在的安全隱患，不能及時做出決策并進行干預，這樣會增加安全管理的難度。

此外，在建立BIM 模型的過程中，還可能存在信息不完整的情況，細節或特定的數據可能未被錄入，從而影響了安全管理評估的全面性。

4.3 BIM技術在進度管理方面存在的問題

BIM 技術在項目進度管理中的應用，受限于模型與實際施工情況之間的匹配度。盡管BIM 模型提供了建模功能和可視化工具，但是實際施工現場變化較快，會導致模型與實際施工情況之間存在差異。例如，由于施工過程中的調整或變更，模型中的計劃進度可能與實際進度不符，會影響項目團隊對項目進度的把控，出現計劃執行偏差和調整不及時的情況。

另外，BIM 技術在項目進度管理中的應用，還受到數據整合能力的局限性。在項目進度管理中，不同專業的數據整合和協同仍存在一定困難。不同專業的數據可能來自不同的軟件平臺，會導致數據集成存在困難，降低數據的完整性，進而影響項目團隊對整體項目進度的管理和把控。如果模型與實際情況不匹配以及數據整合難度大，則會使項目進度管理難以做到精準、全面和及時，存在一定的局限性。

5 BIM 技術在房屋建筑工程施工階段的優化方向

關于BIM 技術在房屋建筑工程施工階段的優化主要包括以下幾個方面：

1）提高BIM 技術的實時數據更新能力和數據精確性，重點放在BIM模型與實際施工情況的實時同步上，確保BIM 模型能夠準確反映現場變化。通過使用實時傳感器和數據采集技術，和建立信息共享平臺，可以確保施工現場數據能夠及時更新到BIM模型中，從而提高模型與實際施工情況的匹配度。

2）提升BIM 技術在施工階段的集成與協同能力，加強不同專業數據的整合和協同，確保各專業數據能夠在同一平臺上集成和共享。建立跨專業的信息共享和協作機制，能有效整合BIM 模型中不同專業的數據，以此提高多專業協同工作的效率和準確性。

3）提高施工管理的智能化和自動化水平，利用人工智能和機器學習技術，實現BIM 模型的自動化識別和分析，提高模型的智能化水平，使其能夠更好地為施工管理提供決策支持和預測功能，減少人為因素對模型的影響。

4）優化BIM 技術的用戶體驗和培訓支持，提供更加友好和直觀的界面設計，建立針對施工團隊的技術培訓和支持機制，提高用戶體驗滿意度，以此提升施工團隊對BIM 技術使用的積極性和效率，進一步推動BIM 技術在施工階段的應用和發展。

6 結語

大量的項目案例已經充分證明了相較于傳統的項目管理模式，基于BIM 技術的施工管理能夠提供更好的項目管理水平和效率。BIM 技術在施工階段能夠發揮出重要的作用，提升質量管理水平，確保安全管理成效，提高進度管理效率，進而保證房屋建筑工程的順利實施，增強建筑企業的競爭力。