BIM技术在建筑工程中的应用探索

赵高仲

云南建工第二建设有限公司

摘要：隨着建设项目复杂性的不断加大、智能化程度的不断提升，建筑业对绿色环保、高效生产组织模式、精益化管理需求的日益增加，建筑行业需要用新的管理模式和新技术来提升设计建造水平，需要在城市建设服务模式和支撑技术上进行创新，以改变行业劳动生产率低、利润低，规划设计施工等建设过程各阶段孤立存在，只关注施工阶段的成本，不关注系统成本（设计阶段、运营维护成本）等的现状，而通过BIM技术进行项目全寿命周期的价值管理，推动各参与方由单一（阶段性）工作模式向协同工作模式的发展，即可以实现上述任务目标。笔者通过公司正在推行的某科研办公楼BIM技术的应用结合自身对BIM技术的思考，分别从现状分析、基本应用（3D动画模拟技术）、项目协调综合管控、项目系统综合集成管控、优秀项目管理团队打造、施工现场整合管理、通过BIM技术追推建筑工业化和自动化、通过BIM技术打通建筑产业链各环节等方面来逐层描述BIM技术的开发应用。

关键词：BIM技术；建筑工程；应用；探索

一、建筑业建造特点现状分析

由于受建筑业的个体差异性和建造特殊性、一次性等特点的限制，建筑建造规划设计施工等建设过程各阶段衔接不紧密、各参与方工作联动协同差、只关注阶段（环节）成本而不关注系统成本（运营维护成本）等现象普遍，行业技术管理水平不高、劳动生产率低、利润率低、工业化进程缓慢。为解决上述主要问题，必须构建高效的生产组织模式，用全新的管理模式和新技术来提升建筑建造水平，强化全过程系统、协同管理。为此，工程建设行业的专家们开始研究包括工程建造管理、设计、工程总承包、一体化项目实施、精益建造等系统管控模式及技术，这些技术和方法中的BIM（建筑信息模型）即是可以提供系统解决方案的路径之一。

二、BIM技术的定义

BIM指建筑信息模型（Building Information Molding），主要源于制造行业集CAD、CAM于一体的计算机集成制造系统 理念和基于产品数据管理PDM与STEP标准的产品信息模型。它是以数字技术为基础，集成了建筑、项目各种相关信息的工程数据模型，是对工程项目设施实体和功能特性的数字化表达，实体模型内不仅有三维几何形状信息，还包括如建筑构件的材料、重量、价格和进度等信息，因而可以模拟真实建造的行为活动的过程。

三、建筑业BIM技术应用总体思路

笔者通过BIM技术在某科研综合楼项目上的应用，来全面提炼、总结BIM技术在应用的解决方案，归纳起来，BIM技术的应用包括如下几方面：

一是面向业主的BIM管理模式：业主是项目建设的主导者，其必须关注全生命周期的管理，在项目建设初期即应建立项目协同管理体系，确保各参与方在其统一领导下推进；

二是面向施工企业的BIM管理模式：该阶段重点关注施工工序及工艺模拟操作、进度模拟管控、现场质量安全文明施工模拟管控及造价管理等；

三是面向运维阶段：包括建筑物及设备设施、构建的空间管理、消防系统管理、智能门禁系统管理、车库系统管理等。

基于上述几个阶段的管理，BIM系统其实是通过计算机硬件配置及项目设计软件、质量安全进度成本管理软件等的开发及现场视频监控、视频会议系统等的集成及综合应用的过程，但这个过程必须建立在建设各阶段、参与各方任务目标明晰、权责清晰、流程畅通、标准明确的基础之上。

四、建筑业BIM技术应用各阶段（层次）的主要内容

BIM技术的应用不是一次到位，而是必须根据各方需要分步实施，以价值最大化为核心追求，选择项目建设中的重点、难点、关键点首先应用，并在此基础上逐步扩大应用范围。

（一）第一阶段：通过BIM进行基本3D技术转换及应用

1、BIM技术在设计阶段的应用：

当前，施工图纸只能以平、立、剖、大样等形式反应，其只能通过以线条、圆弧、文字等形式表述，并通过人的空间想象把不同元素的空间关系想象出来，电脑无法自动识别，这给专业之间的协同造成了极大障碍，专业之间在设计阶段无法进行准确有效的协同，管理、技术及施工操作人员之间只能通过庞大复杂的图纸、规范进行解读，很多问题往往要到施工时才能发现，给设计、施工带来大量过程修改设计、窝工等现象，严重影响项目进度的同时极大地增加了工程造价及施工成本。而通过BIM技术提供的是建筑物精确的空间关系和数据模型，从而能够真实表达设计意图并能有效地指导施工。BIM技术在设计方面的应用包括如下工作步骤及内容：BIM数据管理平台、BIM建模标准制订、可视化设计、协同设计、绿色设计（节能）、三维管线综合设计、投资估算等；

图1 某项目三维管线可视化、协同综合设计图

图2 某项目绿色设计（阳光照射图）

图3 某建筑综合管线设计图

图4 某项目防火卷帘与结构梁碰撞检查图

图5 某项目梁和墙体错位检查图

2、施工阶段的应用：招投标方案设计、技术交底、施工现场管理、碰撞检查、管线综合、数字化构建加工、重点工艺工序模拟、工程量计算统计、施工方案验证、4D施工模拟等。还包括知识库的建立：即可以利用BIM技术进行工艺模块施工模拟动画建立，并储存于知识库内进行固化，以便施工班组技术交底时选用。

图6 某项目现场布置及管理图

图7 某项目计划进度与模型模拟图

3、运营维护阶段的应用：设施管理、空间及资产管理、建筑能耗监测分析、应急预案优化、资料管理等。

（二）第二阶段：通过BIM进行项目建设期的综合协调及管控

综合协调及管控就是将基于模型的工作融入到项目各参与方、管理工作流程本身，让各方通过事先的BIM动画模拟进行工作衔接及协调，将设计问题、管理协作及协调问题、施工工序问题等进行事先统筹策划及部署，既可以减少设计变更，也可以进行施工方案优化，并能够较为充分展现各工序、各施工环节的工作交接点，提高项目管控效率和效益。

（三）第三阶段：通过BIM系統对项目进行综合集成管控

项目施工管理的所有活动都和时间、空间相关联，其包括设备、材料进场的搬运行进路线、塔吊等设备的操作空间、施工流程及操作工艺流程、材料的现场堆放、人员的主要集中活动及操作空间等等，这些都是随着项目进度而变化的，需要通过BIM技术以项目进度为主线进行自动的资源配置。同时，现场所有的施工动线分析、建筑结构及管线的碰撞检查、施工方案设计也都和时间有关，这就要求利用BIM技术来进行时间、空间的集成，从宏观模拟集成管控方面：把BIM模型和进度计划软件的数据进行集成，使管理者利用三维的直观优势，可以按月、旬、周、天对比项目计划进度与实际进度的差异，并根据现场情况进行实时调整，同时可以通过多方案比较出最佳施工方案；从微观模拟管控方面：把BIM模型和施工方案利用虚拟环境作数据集成，便可以在虚拟环境中作施工模拟，对项目的重点或难点部分进行全面的可施工性模拟以及安全、施工空间、对环境影响等等分析，以优化施工方案；同时，将BIM模型、施工计划和工程量造价管理集成于一体，可以实现建筑业的库存及限额领料管控，还可以将现场施工管理及操作人员均通过出入门禁卡读取进出场人员信息，对现场人员考勤等进行统计管理，可以通过识别现场重大危险源及其控制情况，进行危险源建档、排查管理等。

（四）第四阶段：通过BIM技术构建高绩效项目团队

随着建筑项目规模及功能的复杂程度越来越高，一个项目往往要通过多个专业承包商和分包商才能完成，要实现项目各项任务目标，这就必须通过建立并打造高绩效管理团队来实现，这就需要通过建立BIM团队来构建协同型工作团队，BIM团队、BIM技术必须为项目所有参与方服务，为项目建设各参与方均实现价值最大化，这就需要将优秀的项目团队和优秀的BIM团队高度融合在一起，实现项目管理的高绩效。

（五）第五阶段：通过BIM技术整合施工现场管理

BIM应用的整合施工现场管理实际上就是整合虚和实，用BIM模型的虚拟建筑与实际的施工现场或运营管理现场相整合，让现场人员按照实际建筑物模样的BIM模型去理解现场并实施操作，而不是根据抽象的图纸，经过现场人员理解翻译以后的脑袋里的三维空间去处理。BIM技术对施工现场的整合管理应用主要包括现场管理及操作指导、现场存在问题校验和现场管理及操作跟踪几方面。现场管理及操作指导是以BIM模型和3D施工图代替传统施工图纸指导现场施工，避免现场人员由于误解图纸导致施工环节出错；通过BIM模型对施工现场进行校验，可以将存在问题通过校验提前在错误刚发生的时即发现并改正，避免造成更大的损失；现场管控跟踪是利用移动通讯、远程视频监控、GPS、激光扫描、RFID、互联网等技术与BIM模型进行集成整合，以指导、记录、跟踪、分析作业现场的各类活动，保证施工不出现重大失误以外，同时也为项目运营维护采集了准确、直观的BIM数据库。把BIM模型和施工或运营管理现场的需求整合起来，再结合互联网、移动通讯、RFID等技术，形成BIM对现场活动的最大支持。

（六）第六阶段：通过BIM技术助推建筑工业化和自动化

工程建设项目本身就是工业化制造和现场施工组装相结合的产物，提高建筑工业化水平在建设项目中的应用是建筑业工业化的发展方向和目标，建筑工业化建造虽然有很多现场建造部具备的好处，但是对技术和管理的要求也要高得多，其工艺及工作流程、工作环节也比现场施工要复杂得多，工业化建造一般要经过设计、工厂制作、运输、现场吊装、装配等主要环节，对构建的要求较高，只要其中任何一个环节出现问题都会导致工期延误和成本上升，因此，应用BIM技术进行能够将工业化与自动化结合起来。但是，缺少类似制造业PDM系统这样的信息创建、管理、共享系统在整体由营运到施工、设计签发生产计划上提供全面信息管理是其中的一个最关键因素，要实现工业化，就必须由BIM信息技术主导才能把市场的需求快速转变成能让工厂生产的数据。但工业化建造的设计和现场施工的设计是有区别的，传统CAD设计工具和施工图设计方法的精度和详细程度很难满足要求，再加上设计、制造、物流、安装之间信息和实物流转的需要，出错的概率就更大。利用BIM应用为建筑业工业化不但解决了信息创建、管理、传递的问题，而且BIM模型、三维图纸、装配模拟、采购制造运输存放安装的全程跟踪等手段为工业化建造方法的普及也奠定了坚实的基础。与此同时，工业化还为自动化生产加工奠定了基础，自动化不但能够提高产品质量和效率，而且对于复杂形体，利用BIM模型数据和数控机床的自动集成，还能完成通过传统流程很难完成的工作。

（七）第七阶段：BIM技术将建筑产业链各环节有机联系起来

建设项目产业链包括业主、监理、勘察、设计、施工、劳务、材料、机械、辅料等众多参与方，通过产业链的联通，可以实现各合作方的信息共享，从而达到各方易于快速准确理解、不会产生歧义、易于协调一致和易于自动统计分析模拟、不用重复输入信息数据等。建筑物的各系统有机电设备，其安装除了需要适当的空间、温度、湿度、荷载等，还有大量的安装、交接、操作、维修保养、故障处理等手册和记录需要保存供随时查用，要建立运营BIM模型，必须有设备材料供应商提供设备的BIM模型，并通过设备二维码进行身份信息采集储存及运维管理识别，可以及时、准确及发现并排除设备设施故障。

总之，BIM技术的应用需要通过各方在夯实前期基础管理的前提下逐步去实现各阶段所需的功能，这就要求企业必须实现选定一个项目，通过构建以BIM咨询专家主导、有设计、计算机及信息技术、施工技术、项目管理、采购、造价等各类专业技术人员参加的团队，从建立数据平台、建模、建标准、模拟施工、过程管控等全面策划、指导实施，才能将BIM技术有效应用于工程建设中。