全過程視角下BIM技術在新型建筑工業(yè)化中的創(chuàng)新應用研究

摘要：目前，我國建筑行業(yè)的發(fā)展目標是實現新型建筑的高效節(jié)能工業(yè)化生產。從建筑行業(yè)的未來發(fā)展來看，BIM技術等信息技術將成為推動新型建筑工業(yè)化的重要工具和手段。本研究立足于建筑項目全過程，結合新型建筑工業(yè)化特征，全面分析BIM技術在提升建筑業(yè)協同效率、促進資源優(yōu)化配置及推動行業(yè)轉型升級方面的顯著作用。結合實際案例，分析BIM技術的創(chuàng)新應用要點及成效，以期進一步推動行業(yè)的智能化、綠色化和可持續(xù)發(fā)展。

關鍵詞：BIM技術；新型建筑工業(yè)化；全過程管理

0引言

自新中國成立以來，我國建筑業(yè)經歷了從機械化到工業(yè)化再到現代化的轉變[1]。在探索建筑產業(yè)現代化的進程中，建筑工業(yè)化作為其核心基礎，一直是推動行業(yè)發(fā)展的關鍵動力。目前，我國建筑業(yè)正處于轉型升級的關鍵時期，推進新型建筑工業(yè)化，不僅是解決產業(yè)基礎薄弱、產業(yè)鏈協同不足等問題的有效途徑，更是實現建筑產業(yè)現代化的必然選擇。

新型建筑工業(yè)化的“新”，體現為從傳統粗放式建造方式向工業(yè)化建造方式轉變，其核心是生產方式的深刻變革，通過系統集成和資源優(yōu)化，實現設計標準化、生產工廠化、施工裝配化等，從而全面提升工程質量和效率。同時，新型建筑工業(yè)化也是歷史性和世界性的范疇，隨著信息技術的發(fā)展，信息化、數字化和智能化成為其發(fā)展的重要標志。BIM技術作為信息化的實踐手段之一，其廣泛應用加速了工程建設逐步向工業(yè)化、標準化和集約化方向的發(fā)展[2]。目前，國內外均有基于BIM技術的建筑工程信息化系統研究，國外研究主要集中在工廠自動化生產管理和企業(yè)及總包信息化管理軟件方面，國內研究主要圍繞BIM 5D、BIM總發(fā)包管理模式信息化集成管理平臺展開[3]。然而，現有的建筑工程信息化系統主要存在三個方面的問題：一是未能全面覆蓋設計、采購、生產、施工和運維環(huán)節(jié)，缺少全過程管理的視角；二是偏重于企業(yè)級管理，難以滿足EPC工程項目管理的需求；三是BIM技術數據與管理數據錯綜復雜，數據鏈不清晰，管理界面功能實用性不強。

基于此，本文立足于建筑項目全過程，結合新型建筑工業(yè)化特征及相關研究進展，探析BIM技術在新型建筑工業(yè)化中的應用需求，并結合實際案例，全面分析BIM技術創(chuàng)新應用的要點及成效，以期為BIM技術在工程項目全過程的應用實踐提供借鑒和參考。

1全過程視角下新型建筑工業(yè)化特征分析

1.1標準化設計

在新型建筑工業(yè)化的進程中，標準化設計是推動產業(yè)鏈協同和資源優(yōu)化的關鍵動力[4]。通過建立統一的通用標準，建筑項目被分解為標準化的模塊單元。參數化設計作為標準化設計的核心，通過先進的軟件技術實現智能化的精細設計，具有較高的精確性和可控性。全面實施標準化設計可以簡化工作流程，提高施工效率和工程質量，同時降低成本。模塊化和參數化的設計方法確保了生產過程的標準化和質量的統一性，為施工提供了清晰的指導，進一步加速了施工進程。

標準化設計為產業(yè)鏈的協同工作奠定了基礎，推動了建筑工業(yè)向綠色、智能和高效率的轉型發(fā)展[5]。這種轉型不僅提高了建筑行業(yè)的整體競爭力，而且對于實現可持續(xù)發(fā)展和環(huán)境保護具有重要意義。

1.2工廠化生產

工廠化生產通過高度集成的生產模式，被視為新型建筑工業(yè)化的驅動力。工業(yè)化生產模式不僅優(yōu)化了建筑生產流程，還促進了整個行業(yè)的技術革新和效率提升[6]。在工廠化生產中，建筑構件的預制和生產過程是在嚴格的監(jiān)控和高效的運作下進行的。這一過程依賴于尖端技術，如計算機數控機床和智能機器人生產線等，這些技術確保了生產流程的精準調控和高效執(zhí)行，進而提高了生產效率和產品質量[7]。工廠化的構配件生產方式還通過標準化和自動化的流程，顯著提高了建筑業(yè)的效率和工程質量。同時，其高效、精準、環(huán)保的特點不僅優(yōu)化了建筑生產流程，提高了產品質量，而且推動了建筑行業(yè)的綠色發(fā)展，為實現行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展做出了重要貢獻[8]。

1.3裝配化施工

裝配化施工進一步擴展了工廠化生產的概念，通過在工廠中預制建筑構件，運輸到施工現場后進行快速裝配，減少了現場濕作業(yè)和對人力的依賴。同時，裝配化施工強化了產業(yè)鏈協同，其模塊化設計與標準化生產降低了溝通成本，從而提高了施工效率和項目的整體進度[9]。在裝配化施工中，嚴格的質量控制是確保建筑穩(wěn)定性的關鍵。通過在工廠環(huán)境中進行預制，可以更有效地控制構件的質量和一致性，減少施工過程中的誤差，從而增強建筑的整體穩(wěn)定性[10]。此外，構配件裝配化特性使得建筑項目具有更高的靈活性，這種設計不僅便于調整和擴展，還可以在項目完成后回收利用構件，減少浪費和環(huán)境污染。

1.4全過程信息化管理

全過程信息化管理通過整合設計、生產、施工和運維的各個環(huán)節(jié)，利用先進的信息技術和數據分析工具，提高了建筑工業(yè)化的效率、質量和可持續(xù)性，是推動建筑行業(yè)現代化的關鍵因素[11]。在設計階段，集成化設計與數字化模型的應用實現了設計工作的無縫對接，同時，數據的實時共享為后續(xù)的生產和施工流程提供了精準的指導。在生產階段，智能制造技術與物聯網的結合確保了構件的精準生產，企業(yè)資源計劃（ERP）和制造執(zhí)行系統（MES）等管理工具的集成監(jiān)控了生產的關鍵環(huán)節(jié)，數據的實時分析為成本控制和生產優(yōu)化提供了支持[12]。在施工階段，信息化管理實現了資源的精細管理，協同作業(yè)和實時反饋機制提升了施工效率，減少了施工過程中的變更和返工。在建筑的運維階段，信息化管理通過深入挖掘數據價值，利用大數據分析輔助決策，為成本控制、風險預警和資源配置提供了科學的依據。新型建筑工業(yè)化的特征分析如圖1所示。

2全過程視角下BIM技術在新型建筑工業(yè)化中的應用需求分析

在新型建筑工業(yè)化背景下，BIM技術的需求愈發(fā)凸顯，其作為數字化轉型的重要工具，為建筑業(yè)帶來了前所未有的變革，主要體現在以下幾個方面：

（1）在協同性需求方面，由于缺乏統一的信息平臺和有效的協同機制，設計、施工、運維等各階段的信息難以有效流通，導致“信息孤島”現象普遍。這不僅增加了溝通協調的復雜性和時間成本，還常常導致決策滯后，影響項目整體進度。因此，迫切需要建立一個能夠打破信息壁壘、促進多專業(yè)協同工作的平臺，以實現設計、施工、運維等各環(huán)節(jié)信息的實時共享與高效協同，從而提高項目執(zhí)行效率與決策準確性。

（2）在標準化需求方面，標準的不統一是制約新型建筑工業(yè)化發(fā)展的重要因素。設計、施工、構件生產等環(huán)節(jié)的標準差異導致整合難度大，構件質量難以保證，進而影響整體工程質量。為此，制定一套涵蓋全過程的統一標準，并加強標準的推廣與監(jiān)督，成為行業(yè)發(fā)展的迫切需求。標準化不僅能夠降低整合難度，提高構件質量，還能夠推動行業(yè)向更加規(guī)范、高效的方向發(fā)展。

（3）在可視化需求方面，二維圖樣的局限性限制了建筑設計的直觀展示和施工效率的提升。在缺乏BIM技術的情況下，設計師難以直觀地表達設計意圖，施工人員也難以準確理解設計要求，增加了施工難度和出錯率。因此，引入BIM技術實現建筑的三維建模與可視化展示，成為提升設計效率、降低施工難度的關鍵。通過可視化手段，設計師能夠更直觀地展示設計創(chuàng)意，施工人員能夠更準確地理解設計要求，從而提高施工效率與質量。

（4）在規(guī)模化需求方面，新型建筑工業(yè)化的規(guī)模化發(fā)展是實現產業(yè)升級和可持續(xù)發(fā)展的重要途徑。然而，在未引入BIM技術之前，構件難以實現規(guī)模化、自動化生產，導致生產效率低下、成本高昂。為了推動新型建筑工業(yè)化的規(guī)模化發(fā)展，借助BIM技術推動構件的工廠化生產模式十分必要。BIM技術能夠優(yōu)化生產流程、提高生產效率、降低生產成本，從而實現構件的規(guī)模化生產與供應。這不僅有助于提升項目的經濟效益和市場競爭力，還能推動建筑產業(yè)向更加信息化、數字化和智能化方向發(fā)展。

綜上所述，引入BIM技術對于解決新型建筑工業(yè)化在協同性、標準化、可視化及規(guī)模化方面的需求具有重要意義。BIM技術的應用與推廣，將為新型建筑工業(yè)化的快速發(fā)展與產業(yè)升級提供強大動力。

3全過程視角下BIM技術在新型建筑工業(yè)化中的創(chuàng)新應用

3.1BIM技術在設計階段的創(chuàng)新應用

BIM技術以統一的建模標準（如IFC）成為驅動跨團隊、跨專業(yè)無縫協作的創(chuàng)新引擎，其精髓在于確保信息流的自由無阻與高效整合[13]。這些標準不僅精確定義了建筑元素的本質及其相互關系，更催生了軟件間無縫對接與數據交互的新紀元[14]，促進了模塊化設計與組件庫的普及。設計師能快速組裝標準化模塊，從而縮短設計周期，降低成本，同時提高施工效率與增強成果一致性。此外，BIM技術具備強大的虛擬建模與仿真能力，涵蓋多維度分析，為設計提供精準的數據支持，助力優(yōu)化設計與提升建筑性能，確保合規(guī)性。結合AI與自動化技術，BIM能自動生成并優(yōu)化設計方案，依據條件探索多種方案，為設計師提供智能推薦，推動建筑設計向高效智能化發(fā)展。

3.2BIM技術在生產階段的創(chuàng)新應用

BIM技術作為預制構件精準設計與優(yōu)化的創(chuàng)新核心，不僅精準雕琢墻板、樓梯、梁柱等構件的每一個細節(jié)，確保尺寸無瑕、結構嚴謹，更前瞻性地融入了施工運輸的便捷性考量，引領設計走向實用與效率并重的新高度[15]。其創(chuàng)新之處在于無縫集成數控設備，自動生成精確操作代碼，直接驅動自動化生產流程，實現了生產效率與精準度的雙重飛躍[16]。BIM技術成為指導預制構件批量生產的智慧大腦，大幅削減了對人力的依賴，加速了生產節(jié)奏，增強了產品的質量一致性，從根本上避免了人為錯誤的發(fā)生，確保了構件質量的卓越。

BIM技術以其強大的信息集成與實時更新能力，打破了生產與施工之間的壁壘，實現了構件與項目需求之間的精準對接與動態(tài)調整，極大地提升了施工效率與現場協調性[17]。更為關鍵的是，BIM技術是推動模塊化設計浪潮的強勁動力，通過簡化安裝流程，顯著縮短了施工周期，有效遏制了現場混亂與資源浪費，引領建筑項目邁向高效智能的未來。

3.3BIM技術在施工階段的創(chuàng)新應用

BIM技術在施工中通過三維模擬與虛擬建造，提前評估方案，優(yōu)化潛在問題，預防沖突，并促進多專業(yè)協調，從而顯著提升執(zhí)行效率與安全性。BIM技術促進建筑模塊化、預制化發(fā)展，提升生產效率與裝配速度，確保各環(huán)節(jié)準確無誤。

智能化施工管理結合物聯網和RFID技術，生成詳盡的文檔與可視化指南，減少錯誤，實現信息的實時追蹤，精準控制施工進度，保障項目準時交付[18]。同時，在風險控制與安全管理上，BIM技術可提前識別安全隱患，并結合安全培訓提升人員安全意識與能力。在復雜項目中，BIM技術能夠高效模擬施工進度，直觀展示工程進展與資源調配，無縫集成現場數據，精準追蹤動態(tài)，預警延誤風險，并支持動態(tài)調整施工方案[19]。此外，BIM技術與傳感器技術相結合，構建智能監(jiān)控網絡，強化施工質量控制與安全管理，通過實時數據反饋，有效規(guī)避安全隱患，確保項目安全推進。

3.4BIM技術在管理過程的創(chuàng)新應用

BIM技術以其信息化、可視化及強協同性，引領裝配式建筑領域革新[20]。在鋼筋算量、成本分析及進程管理上，BIM技術展現出高效、精準與可視化優(yōu)勢，為項目管理提供了堅實的數據支持。智慧工地利用BIM技術與物聯網技術，實現了人員、設備、進度的精細化管理，促進了節(jié)能減排。同時，已有部分項目實現了BIM技術與GIS、GPS等技術的融合，結合云計算與人工智能（AI），為大型工程提供了3D/4D虛擬模擬，提升了管理智能化。深化BIM技術與裝配式建筑的融合，加強行業(yè)協同，是推動建筑業(yè)向信息化、數字化智能建造轉型的關鍵[21]。此外，BIM技術促進了新技術的交流應用，引領建筑業(yè)向高質量發(fā)展。

4案例分析

在建筑行業(yè)日益追求高效、精準與可持續(xù)發(fā)展的背景下，EPC模式與BIM技術的結合，正逐步成為推動工程建設轉型升級的重要驅動力。這一創(chuàng)新模式不僅深刻改變了傳統工程建設的流程與方式，還從標準設計、工廠化生產到施工管理等多個維度全面嵌入了BIM技術，實現了工程全過程、全方位的信息集成與智能化管理。

4.1基本情況

該項目位于重慶市巴南區(qū)，為重慶國際生物城入駐企業(yè)的員工提供過渡性租賃公寓。建設用地面積為4.03萬m2，總建筑面積為15.90萬m2，公寓總套數為1020套。公寓樓有地上26層、地下3層。該項目的BIM技術應用貫穿于設計、施工、生產和運維等全過程（圖2），并通過精確的數據和模擬分析，有效減少了設計錯誤、材料浪費和工期延誤，降低了成本，規(guī)避了返工、質量風險。

4.2項目數據收集

數據在BIM技術應用中的重要性不可忽視，它是確保項目順利實施的核心部分。通過整合和分析項目的各類數據，BIM技術可以實現從設計、施工到運營維護的全生命周期管理。同時，數據驅動的BIM技術應用不僅能夠增強團隊協作效率，還能促進信息的透明共享，減少錯誤和返工。

該項目完成數據收集、整理與分析的主要方式如下：

（1）創(chuàng)建工程三維信息模型。該模型能夠精準表達建筑外立面、構件位置及尺寸關系，輔助評估設計方案并優(yōu)化土建和機電設計。借助物聯網技術，對預制構件進行全過程追溯，實現構件從生產、運輸、進場、安裝到驗收的全過程管理。

（2）結合逆向建模技術，通過無人機對項目區(qū)域及周邊場地進行傾斜攝影拍攝，獲取現場實景三維模型，保留施工前的場地信息。采用傾斜攝影模型可分析現狀場地對后期施工的影響，為項目開工做好相關準備工作，并為項目后期提供相關依據。項目主體結構完成后，運用無人機進行外立面掃描得到點云模型，與BIM模型對比，進行凈高分析、施工誤差檢測、外立面幕墻碰撞檢測，復核施工成品準確性。

（3）使用協同管理平臺。將族庫上傳至云平臺進行統一管理，并利用插件確保項目模型規(guī)范，在項目間快速復用，提高設計效率。數維設計平臺實現輕量化查看與校審，對模型構件進行批注，直接反饋在設計師的Revit端問題目錄并定位到問題構件，設計修改完成后，平臺端同步記錄修改過程。

4.3基于BIM技術的全過程項目管理

4.3.1基于BIM技術的設計階段項目管理

在項目初始階段，即圖樣與模型設計階段，BIM技術的引入革新了設計手段。通過創(chuàng)建高精度的三維信息模型，設計者能夠深入細致地表達每一個構件的位置、尺寸及其相互之間的空間關系，項目建筑與結構模型如圖3所示。這種高度可視化的設計方式，極大地提升了設計方案的評估效率與準確性，實現迅速識別并優(yōu)化土建結構與機電系統的布局，從而確保設計方案的經濟性、合理性與可行性。

同時，采用BIM技術提前對管綜碰撞、預留孔洞等施工中常見的難點問題進行逐一復核，在設計階段就發(fā)現并解決這些問題。針對復雜區(qū)域，進行凈高分析與檢修空間優(yōu)化，確保閥門組等關鍵設備的安裝與使用符合規(guī)范要求，進一步提升項目的實用性與安全性。BIM管綜深化設計模型如圖4所示。

4.3.2基于BIM技術的生產階段項目管理

通過為每一件預制構件進行編碼，實現從原材料采購、生產加工、物流運輸、進場驗收到最終安裝的全過程追溯。采用高度透明化的管理模式提升構件生產的質量與效率，確保構件信息的準確無誤傳遞，為施工現場的快速組裝與精準對接奠定了堅實基礎。構件追蹤管理平臺如圖5所示。

4.3.3基于BIM技術的施工階段項目管理

在項目施工過程中，BIM技術對施工驗收、裝飾裝修及人員流動情況進行全面統籌：在土方開挖階段，根據地質勘察報告及設計圖樣，利用BIM技術進行精確的三維建模，模擬開挖前的地形地貌及地下管線分布情況。在主體施工階段，通過場地布置，設置清晰的施工區(qū)域劃分，包括開挖作業(yè)區(qū)、材料堆放區(qū)、設備停放區(qū)及臨時排水系統，確保施工過程中的物流順暢與安全防護到位。同時，動態(tài)調整場地內的材料供應、人員調配及機械設備調度，實現資源的優(yōu)化配置。在竣工驗收階段，將BIM與現場實測數據相結合，進行全方位的竣工復核，確保工程質量符合設計要求及國家規(guī)范標準。通過漫游視頻或VR體驗，也可以直觀地展示工程的外觀效果、內部結構及功能布局，為業(yè)主、監(jiān)理單位及政府部門提供直觀、全面的驗收依據。在裝飾裝修階段，通過BIM的深化設計，實現裝修材料的精準選型、色彩搭配及施工工藝的模擬優(yōu)化，并展示不同裝修方案的效果，幫助業(yè)主做出決策。BIM技術在主體結構施工階段的應用如圖6所示。

在項目主體結構完成后，運用無人機進行外立面掃描，快速獲取高精度的點云模型，將其與BIM進行精準對比分析，項目團隊能夠及時發(fā)現偏差，并解決施工中的問題，確保工程質量與進度的雙重保障，最終實現項目的高質量交付。無人機點云模型如圖7所示。

4.4BIM技術創(chuàng)新應用成效

在該項目中，BIM技術的深入應用取得了顯著成效。具體而言，一是實現了設計效率與質量的雙重提升，顯著提高了設計方案的評估效率與準確性；二是實現了施工現場的智能化與精細化管理，貫穿設計、施工、生產和運維等環(huán)節(jié)，提升了施工效率與安全性；三是通過材料供應動態(tài)調整、人員調配及機械設備調度，實現了資源的優(yōu)化配置，降低了施工成本。

5結語

本文從全過程視角深入探討了BIM技術在新型建筑工業(yè)化中的應用與創(chuàng)新，揭示了其在提升建筑業(yè)協同效率、促進資源優(yōu)化配置及推動行業(yè)轉型升級方面的顯著作用。結合實際案例，分析了BIM技術的應用要點及成效，解決了建筑行業(yè)“碎片化元素”與“系統性產業(yè)”的主要矛盾，突破了建筑工業(yè)化發(fā)展系統性集成不足的主要瓶頸。然而，BIM技術在推廣應用過程中仍面臨一些挑戰(zhàn)：首先，數據標準尚不統一，導致數據“孤島”和數據交換困難，缺乏適應我國實際情況的標準拓展；其次，BIM技術的應用模式較為分散，集成化和協同化應用不足，尤其是與項目管理系統的結合不夠；最后，由于參與方不愿共享由BIM技術構建的精確、透明的模型，這也阻礙了其深入應用和推廣。

因此，政府部門應積極推動BIM技術在公共建設項目中的試點應用，并通過政策引導與資金支持，促進行業(yè)企業(yè)的協同創(chuàng)新。因此，本研究提出以下具體建議：一是通過建立示范項目，推廣BIM技術的成功應用經驗，提升行業(yè)整體的技術水平。二是加大對BIM軟件平臺的開發(fā)與優(yōu)化，提升其易用性和功能性。三是關注BIM平臺的集成化發(fā)展，支持多方協作與數據的實時共享，提升項目管理的效率與準確性。四是針對BIM技術的多學科融合特性，加強建筑行業(yè)人才的跨學科培養(yǎng)。在教育和培訓體系中增設BIM技術相關課程，培養(yǎng)既懂建筑技術又具備數字化管理能力的復合型人才，以提升行業(yè)整體的BIM技術應用水平。

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收稿日期：2024-08-31

作者簡介：

李張苗（通信作者）（1982—），男，高級工程師，研究方向：裝配式建筑。

洪競科（1986—），男，教授，博士研究生導師，研究方向：裝配式建筑。

趙青悅（1996—），女，博士，研究方向：裝配式建筑。