某建筑结构施工BIM 应用研究与现状探讨

刘 畅 白玉星 张宏涛

(北方工业大学，北京 100044)

1 引言

BIM 是应用于建筑行业的重要的数据化工具。自上世纪70 年代被乔治亚理工大学的Chuck Eastman 教授提出以来，在国内外一直饱受关注。我国BIM 技术的起步较晚，但发展较为迅速。设计院、建设单位、施工单位等各方都在关注并尝试在工程项目中应用和探索BIM 技术的价值所在。其中，何清华探讨了BIM 技术目前在国内外的应用现状，对目前国内外BIM 软件之间的信息交互性进行分析，并对BIM 在建筑业的应用障碍进行分析。张建平从BIM 的特征，工程施工中的应用现状，推出了一套施工BIM 应用的整体方案。隋振国总结了BIM 技术近年来在国内外施工领域的发展和应用，总结了BIM 技术多方面的应用并提出了今后可能的研究方向。张锦元从施工企业的角度分析如何理解BIM价值，并结合体会总结了企业在BIM 技术应用中存在的问题和初步阶段的应用流程。

对于一些在BIM 技术的研究和实施应用上处于起步阶段，BIM 工程经验和实施能力相对欠缺的设计施工单位，BIM 技术的实施往往需要BIM 咨询商或服务商的帮助。本文将结合实际工程项目，从BIM 服务商的角度出发，探讨BIM 技术运用于大型建设项目施工中的具体应用点及目前BIM 技术运用于项目施工的困难。

2 项目概况

某大楼项目，占地面积为约8 万m2，总建筑面积超30 万m2。总体结构形式为框架-剪力墙形式。地下部分有大量的劲性构件，地上部分为钢筋混凝土与钢结构部分结合。整个项目具有占地面积大、工程难点多、相关专业交叉复杂和结构形式复杂等特点。

3 BIM 技术在施工阶段的应用

3.1 BIM 基础培训

对施工单位相关人员进行BIM 基础培训，通过对BIM 基本知识、建模、漫游等基础知识的培训建立施工人员对BIM 技术及BIM 相关软件的基本了解和基本使用能力，为项目中推行BIM 技术的应用打下基础。

项目施工之前，公司对施工企业进行了为期五天的BIM 技术和BIM 相关软件培训，培训内容包括BIM总体概念与Revit 和Navisworks 等BIM 相关软件的操作和基本建模技巧，通过课堂的讲授与课后的练习，在场的施工人员掌握了相关软件的建模机制和建模方法。这是BIM 服务商在项目中实施工作的前提。

3.2 工程整体建模

根据施工单位提供的项目相关二维图纸，按照施工的实际情况建立BIM 模型。模型建立过程发现图纸存在的问题，及时以问题单的方式反馈给施工单位。施工单位如不能解决，问题将被反馈至设计单位。保证建模过程中图纸和模型的准确性(图1)。

图1 BIM 服务商建模流程

建模过程中，首先建立项目统一的标高和轴网，同时确定相关建模标准。然后各建模人员分层分别建模。最后把所建立的模型整合为最终模型。

按照统一建模标准建立的模型，通过明细表的导出可以快速统计构件数量与材料用量，完成成本统计。

3.3 节点深化设计

“深化设计”是指在业主或设计顾问提供的条件图或原理图的基础上，结合施工现场实际情况，对图纸进行细化、补充和完善。深化设计后的图纸满足业主或设计顾问的技术要求，符合相关地域的设计规范和施工规范，并通过审查，图形合一，能直接指导现场施工。

对于工程中一些较为复杂的节点需进行节点深化。通过对复杂节点的精确建模发现节点设计中的问题并及时反馈给施工方讨论解决，避免问题直到施工时候才暴露而造成材料和工期的损失。此外复杂节点的模型可用作施工交底。

某些劲性构件是由型钢和钢筋混凝土组合而成，这样的构件涉及到钢结构和土建两个专业的穿插，型钢与钢筋的排布复杂，仅通过二维图纸很难理解钢筋和型钢的具体位置和穿插关系，通过对节点附近的详细建模，可发现钢筋和型钢的位置碰撞，相关人员可及时制定施工方案，避免后知后觉造成的损失。

如某型钢混凝土柱节点，由于该节点钢筋位置和施工工序相对复杂，施工方将详细图纸交于BIM服务商建模。建模过程中发现该节点的梁钢筋与劲性柱的型钢边缘碰撞，无法满足施工大样图(图3-4)。发现问题后，BIM 服务商提出设计问题并交由施工方进行讨论。由于型钢构件已经出厂，不具备修改的条件，经施工方讨论后决定对伸入劲性柱的钢筋进行弯折以避开型钢构件(图5)。

图2 节点大样图

图3 节点深化初步模型(钢筋与型钢碰撞)

图4 经讨论修改后的节点模型

3.4 施工指导

对于某些重点区域，和复杂的节点区域，通过二维平面图纸很难想象施工完成后的情况，并且这些节点大都有着严格的施工工艺要求。因此可利用节点的相关BIM 模型以及投影设备，组织施工班组进行施工交底。以便施工人员对重点节点建立直观的认识，并能对施工中的疑问直接解答。用相关软件对模型进行渲染，并制作成工艺展示动画。类似项目也可重复使用，对新班组进行培训。

在地下部分施工时，存在大量的混凝土圆柱构件，混凝土圆柱的浇筑需要工作量很大。BIM 服务商通过施工方提出的施工工序和方法，并通过实地观察。建立了包括模板、钢筋、木枋、钢带、斜撑、脚手架等构件的模型。并按照施工方法做成动画展示给相关施工班组，使施工班组在开始施工之前就对工作有充分的了解，在提高效率的同时减少了不必要错误的发生，取得了良好的效果。

3.5 4D 施工模拟

BIM 技术不仅可以实现对整个工程的施工模拟，而且能够具体到某个分部分项工程的施工阶段或某个施工节点来精确模拟现场施工情况，来实现施工模拟。

借助BIM 技术来进行施工控制，需要模型的几何参数与时间参数。通过关联模型与相应的project文件实现空间属性和时间属性的关联，实现对项目的施工模拟(图5)。

图5 实现虚拟施工主要流程

基于BIM 的项目进度控制要建立在工作分解结构的基础上，将项目工作分解为WBS 工作包，而后通过进度计划软件对工作任务进行搭接。

施工模拟可以按不同的时间对施工计划进行正序或逆序模拟，形象反映施工计划和施工进度。同时，基于4D 的信息模型可以对施工场地进行管理，进行施工场地布置，定义施工设施属性。将场地布置与施工进度相对应，形成动态场地管理。

此外，施工进度计划还可用于施工的精细化管理。通过相关系统录入施工材料和施工机具，并统计施工人员。以各WBS 节点进行电子派工，派工单包括材料、机具和施工班组。施工管理人员可即时查询使用状况，最大程度避免材料和时间的浪费。

4 现阶段BIM 技术运用于项目施工的困难

从长远角度看，BIM 技术必将是建筑行业的发展方向。短短几年内，BIM 技术已经成为建筑领域的热点，不管是政策方面还是各个研究机构、企业层面对BIM 技术的研究和应用都进行的如火如荼。但是就现状分析，BIM 技术在我国的发展和推行，还有很长一段路要走:

4.1 缺乏BIM 技术专业人才

由于BIM 技术的研究和实施目前在我国处于起步阶段，虽然目前各大机构都成立了相关的BIM 研究团队，但BIM 技术专业人才仍旧缺乏，拥有BIM 技术工程实施相关经验的人才更是寥寥无几。BIM 技术应用的核心与基础是建模，没有高质量、高准确度的模型，BIM 的实施无从谈起。BIM 建模工作要求建模人员有准确的识图能力和一定的工程经验，整体素质要求较高。然而目前国内的建模人员相对缺乏且实际工程经验普遍较少，建模中时常出现建模人员无法领会设计人员和施工人员的意图，导致建模成果无法交付并返工，浪费资源的同时影响工程进度。此外，工程展示时常常需要制作模拟动画，动画制作和土木工程施工两个专业差别很大，双方所用专业术语不同，这对双方的沟通和模拟动画成果的交付造成很大困难。因此目前国内BIM 技术领域需要大量高素质、专业知识面广的人才。

4.2 缺乏国家标准体系

不同于设计施工，目前国家尚未正式出台任何BIM 相关的国家标准。各个企业在实施和推行BIM技术时只能使用自己的标准或通过合同双方商议制定标准。BIM 实行双方的责任义务很难明确，缺乏国家相关法律的支持，不利于具体工作的实施。此外，国家BIM 建模和标准的缺少及数据交换标准的缺少不利于各个BIM 研究方之间的交流和BIM技术的推广。相信随着BIM 技术在我国的应用发展，这一问题会得到解决。

4.3 软件技术尚未完善

目前国内主要使用的软件普遍存在本土化不足的情况，就Autodesk Revit 而言，本地化族库构件相对较少，本地化模板尚不能满足使用需求。且存在软件与本地化的各种规范结合欠缺的问题。通过软件直接生成的平面图、剖面图达不到施工图的深度要求，需要大量的后期加工工作。异型构件的建模对软件操作有着较高的要求，需要投入大量的时间培训和练习。同时，软件对计算机配置要求较高，在进行大型项目合模时常常出现卡顿，特别是有大量钢筋的情况。

此外，不同的软件之间的信息交互存在问题，软件之间信息交互难度大，部分软件交互后造成信息大量缺失等问题为BIM 技术的应用带来很大不便。

4.4 设计施工阶段无法贯穿

美国国家BIM 标准(NBIMS)对BIM 的定义的第二条为:BIM 是一个共享的知识资源，是一个分享有关这个设施的信息，为该设施从建设到拆除的全生命周期中的所有决策提供可靠依据的过程。

目前我国还不具备BIM 模型和相关技术贯穿整个建筑生命周期的条件。仅设计阶段和施工阶段就很难贯穿。部分项目在施工阶段才开始引进BIM 技术。即使在设计阶段使用BIM 技术建立设计模型，但由于知识产权的问题施工方无法得到设计模型。即使拿到设计模型，设计方也不能保证模型的准确度。施工方需要以施工图为依据重新建模，需要投入资源做大量重复性工作。

4.5 施工人员对BIM 认识程度不够

目前我国的BIM 应用还处在探索阶段，许多人对BIM 认识存在误区。部分技术人员认为BIM 技术只是单纯的建立模型，用来做效果图，不具备实用性。不愿意投入成本去推行BIM。而部分人员认为BIM技术是项目建设中的“万金油”，可以解决一切问题。当初步应用的成果和效益低于预期时，便失去了推行的决心和信心。BIM 实际上是一种工具，加强对BIM技术的了解才能更好的发挥它的价值。

5 结论

BIM 技术在施工领域有节点深化，4D 管理等诸多应用价值。这些价值在大型项目中的价值尤为突出。BIM 技术能以三维的形式展现建筑物，模拟建筑物的施工过程，帮助工程技术人员熟悉施工内容，加强施工控制，进行碰撞检查等，能够在正式施工之前就发现建筑设计的不合理之处和施工方案的不当之处，及时进行修正，节约工期和施工费用。

我国BIM 技术的应用研究处于起步阶段，目前BIM 技术的推行和实施还面临着很多困难，各方应注重培养专业人才，同时应加大BIM 技术在工程中的应用深度和应用广度。BIM 技术被誉为建筑业的第二次革命。相信随着BIM 技术的发展和成熟，将进一步促进建筑行业的技术升级和生产方式的改变。

［1］何清华，钱丽丽，段运峰，李永奎.BIM 在国内外应用的现状及障碍研究［J］.工程管理学报，2012，01:12-16.

［2］张建平.BIM 在工程施工中的应用［J］.中国建设信息，2012，20:18-21.

［3］隋振国，马锦明，陈东，徐伟.BIM 技术在土木工程施工领域的应用进展［J］.施工技术，2013，S2:161-165.

［4］张锦元.施工企业BIM 技术应用流程探讨［J］.安装，2015，05:52 -53 +58.

［5］杨鹏飞，张洪伟，高兴华.基于ABD 的BIM 物理模型与结构分析模型数据链接的案例分析［J］.土木建筑工程信息技术，2014，02:6-9.

［6］张少骏，卢闪闪，王琦.大型综合工程总承包模式下的BIM 实施应用［J］.建筑施工，2015，03:379-381.

［7］何关培.BIM 和BIM 相关软件［J］.土木建筑工程信息技术，2010，04:110-117.

［8］姚守俨.施工企业BIM 建模过程的思考［J］.土木建筑工程信息技术，2012，03:100-101 +105.