施工BIM 模型建立与应用过程关键技术

王楠楠，王庆春，王 丰，韩志超

(大连民族大学 土木工程学院，辽宁 大连116605)

在BIM 技术的指导下，BIM 模型成为BIM 技术的核心，工程建设项目信息将融入并关联到BIM 模型中。由于国内与国外软件专业不配套以及设计规范的限制，主要用于相关专业的BIM 建模，工程设计仍以二维设计为主，设计过程中无法直接创建BIM 模型，需要按照2D 设计图纸另行建模。设计方提供的BIM 模型在施工阶段无法直接用于指导施工，建筑设计师眼中的模型主要是建筑的外形和空间，结构设计师眼中的模型是建筑的梁板柱受力情况，而施工人员眼中的模型是能够指导施工的模型。BIM 技术如果要应用到实际工程指导施工，必须建立施工阶段BIM 模型。

1 施工阶段BIM 模型的管理实施过程

基于BIM 的虚拟施工技术是指在施工之前，将施工方能够应用的BIM 模型加入时间的维度、成本、质量等因素，对工程建设项目建造整体过程和局部过程进行模拟分析，发现整体与局部建造过程中不合理的施工组织计划，施工材料的供应可能出现的情况，项目的质量可能出现的问题，以及施工过程应该注意的可能发生的状况等，并针对相应的问题在施工前提出相应的应对方案，使制定的施工方案过程达到最优，从而达到施工阶段“三控”、“两管”、“一协调”的目的。再用来指导实际的项目施工，保证项目施工的顺利完成［1］。

如果有设计变更、施工图修改、施工工艺变换等情况，也可对建设项目施工工艺、进度等进行修改优化，同时保证工期、质量、造价等最优。基于施工BIM 模型的施工管理实施过程如图1。

图1 基于施工BIM 模型的施工管理实施过程

2 施工阶段关键构件的BIM 模型优化建立方法

BIM 模型是基于Revit2013 的结构样板下研究应用的施工阶段的模型，所以在放置结构构件族时，需要将结构分析取消掉，如果不取消再导入NAVISWORKS 中后会有结构分析模型出现，将对BIM 模型施工阶段的应用产生严重干扰［2］。由于施工模型要导入到NAVISWORKS 中进行项目管理，所以施工BIM 模型与NAVISWORKS 的接口与规范就尤为重要。

2.1 施工BIM 模型柱的建立方法

Revit2013 中柱分为建筑柱和结构柱两种。由于柱模型导入到NAVISWORKS 中后会被任何一种与它相交的Revit2013 建筑构件进行扣除掉，建筑柱建模时候往往要将结构柱包裹在里面，因为建筑柱无法做受力结构，上部无法承载梁、板等结构，要想把模型建立起来就必须有受力结构，在混凝土施工BIM 模型中，建筑柱在装饰工程中是很好表现柱装饰的方式，建筑柱能方便的与相连墙体统一材质，结构柱需要单独设置。

结构柱是建筑物的荷载主要承受结构，不会被Revit 中建筑专业的构件切割扣减。结构柱除了建模之外，结构柱还带有分析线，可直接导入分析软件进行分析。混凝土的结构柱里面可以放钢筋，以满足施工图需要。结构柱在计算混凝土施工工程量时，承担着导出模型的作用。

在BIM 模拟混凝土建设工程施工过程中，柱一定要分楼层建立，如果该工程建设项目有现成的BIM 设计模型，设计模型中没有进行分楼层，要人为对BIM 设计模型进行切割分楼层处理，如果处理过程过于繁琐建议施工方自己重新建立施工BIM 模型。分楼层建立后的模型导入NAVISWORKS，在进行施工组织设计、施工过程模拟时，更符合实际的工程建设现场场景，在实际建设项目施工中不会将一根跨多层混凝土柱一次性浇筑完成，而是根据实际工程情况进行浇筑，同时分楼层建立柱模型还可以实现柱全过程精细化管理，能够对每一个柱子的建立时间进行掌控，对施工企业科学化管理有着重要意义。

2.2 施工BIM 模型墙的建立技术研究

在施工BIM 模型中，墙分为建筑墙和结构墙两种。建筑墙主要起装饰功能无法作为承重结构，结构墙分为承重、抗剪和复合结构几类，承担建筑物的主体受力。在Revit2013 默认情况导入NAVISWORKS 后，建筑墙不会对结构专业构件进行切割，只会对建筑构件进行分割。结构墙除了无法对建筑墙进行切割，对其他的建筑构件和结构构件都会进行分割。

通过用不同的建模方法搭建的施工模型进行的测试，在建立柱与墙体相连施工BIM 模型时，要尽量避免建筑墙直接穿过结构柱，在建立多根柱子之间的墙体需要分段建立，即在建筑模型结构柱梁柱内边缘建立墙体，直接画墙与分断画墙之间在Revit2013 三维显示模型。Revit2013 平面效果显示直接建立建筑墙和分段建立建筑墙相同，在出图时没有区别，显示效果如图2，但是在三维显示中有所不同如图3。

图2 Revit2013 平面效果

图3 Revit2013 三维显示模型

导入NAVISWORKS 中进行碰撞检测时，直接画墙会发现错误，而且对直接建立的建筑墙和分段建立的建筑墙进行工程量计算，对比发现两组模型的工程量存在少量的差异，根据手算据分段建立的墙算出工程量更加准确。

通过数据分析对比，墙的建立过程中要分段建立可以明显减少进行三维碰撞时因墙引起的无效碰撞，由于模型分段比较详细可以很快识别发生碰撞位置，将模型导入算量软件时构件工程量识别更准确。在实际施工建立墙体过程中不会出现墙穿柱的情况，同样对施工段划分，施工进度计划制定，施工中协调管理，以及施工过程精细化管理有着重要的意义。

2.3 施工BIM 模型梁及BIM 模型板的建立技术研究

在Revit2013 默认情况导入NAVISWORKS后，结构梁会与结构柱和结构墙发生扣减关系，与建筑构件之间不发生扣减关系，结构梁与结构柱与结构墙三者关系显示效果如图4。

Revit2013 在结构梁的建立时在梁下的每一个柱子中心处点击一次已达到导入NAVISWORKS 中后结构梁的分段识别效果，这样可以在碰撞检测时，如果梁与其他构件发生碰撞，能够很容易找到发生碰撞的位置梁的位置。有时需要一次性建立并识别的碰撞是整段梁与构件的碰撞时，如果梁过长，则会不利于一次性找到碰撞位置，不能及时发现错误。

图4 各个建筑构件之间的关系

Rvit2013 中板分为建筑楼板和结构楼板两种。两种板的特点与建筑柱和建筑墙的关系类似。在Revit2013 默认情况下导入NAVISWORKS后，建筑板与结构构件不发生扣减关系，但是在碰撞检查是会被识别为碰撞，所以在建立施工BIM模型时尽量不要应用建筑板。结构板会与结构柱与结构墙和结构梁发生扣减关系，与建筑构件之间不发生扣减关系。

3 施工BIM 模型在NAVISWORKS 中的应用

基于BIM 的施工管理理念是施工进度管理探索的新方向。BIM 技术为建设项目各阶段、各专业的相关人员搭建了一个信息共享的平台，减少了建设项目信息的流失，提高整个建筑业从业人员和建筑资源的利用效率［3］。而NAVISWORKS可以让所有项目相关方将项目作为一个整体来看，进而优化从设计决策、建筑实施、性能预测和规划直至设施管理和运营等各个环节。

3.1 三维施工模型碰撞检查

在施工之前，将建设工程项目的一个专业或多个专业的施工BIM 模型导入到同一个NAVISWORKS 工程中，应用NAVISWORKS 的碰撞检测功能技术对三维管线进行碰撞检查，可以及时发现管线与主体结构的碰撞，及时优化工程设计，减少施工时可能出现返工的可能性，同时也可以优化管线的排布方案。施工方可以通过BIM 碰撞检测技术提前很好预测工程的利益。施工方应用BIM 技术可以很清楚的事先了解会出现索赔的地方、施工工序方式不合理的地方，在项目招投标中，可以很好的掌控施工方自己的利益，可以很好的进行不均衡报价。同时施工方采用BIM 技术可以减少资源的浪费，有着良好的社会效益。

3.2 三维虚拟施工

在施工之前，将建设工程项目的一个专业或多个专业的Revit2013 施工BIM 模型导入到同一个NAVISWORKS 建立的工程中，应用NAVISWORKS 与Project、P6 等项目管理软件相结合进行施工方案组织设计［4］。将施工方能够应用的BIM 模型加入时间的维度、成本、质量等因素，对工程建设项目建造整体过程和局部过程过进行模拟分析，发现整体与局部建造过程中不合理的施工组织计划，以及施工材料的供应可能出现的情况，项目的质量可能出现的问题，以及施工过程应该注意的可能发生的状况等，并针对相应的问题在施工前提出相应的应对方案，保证制定的施工方案在指导施工时做到有序、高效、科学合理，同时力争以最小的投入达到最大的收益［5］，基于BIM 的进度计划如图5。

图5 基于BIM 的进度计划

图6 基于BIM 的虚拟建造过程展示

3.3 三维校验

BIM 模型具有较好的三维可视化特性，应用NAVISWORKS 等可视化工具能够实现多角度观察、路径漫游、虚拟建造过程展示等如图6。可以利用BIM 模型的特点直观的将虚拟的BIM 工程与实际工程进行对比，发现BIM 模型与实际施工的不合理处，并进行记录，及时组织相关各方对施工的过程及实际建筑物相关功能等进一步评估，同时也是施工方向业主提出修改施工方案的一种形象的展示方法。

这样通过BIM 技术结合施工方案、施工模拟和现场视频监测，大大减少建筑质量问题、安全问题，同时增加了施工方的施工能力和盈利能力［6］。

3.4 工程量计算

在实际工程中，施工工程师利用施工BIM 模型进行指导施工，造价工程师利用造价BIM 模型进行工程量计算，并将计算好的工程量导入计价进行工程的预算、决算。

NAVISWAORKS 已经可以计算工程量了，但是在实际算量应用存在很多问题。如扣减关系的处理很多时候都需要手动去调节。在实际项目中，我国工程量计算主要是应用鲁班、广联达等造价软件进行计算。大多数都是在鲁班、广联达中根据设计方提供的图纸重新建模［7］，无法做到直接用应用设计方的BIM 模型进行工程量统计，用设计的BIM 模型导入到算量软件中有许多模型处理问题，导致出现工程量不准确等一系列问题，应用施工阶段BIM 模型就可以克服设计BIM 模型的不足，可以直接将模型通过插件导入到算量软件中。

4 结 语

施工BIM 模型能够使施工方在招投标时对工程有更清楚的认识，能够根据自己的实际情况使投标工作更加合理化，施工BIM 模型在施工阶段应用能够让施工方在工程索赔中占更大的优势，尤其是在我国实行FIDIC 合同文本的情况下，这种优势更加凸显了出来。施工BIM 模型在工程的项目管理的“三大管理目标”中同样有着重要作用。本文利用Revit2013 平台建立施工BIM 模型，利用NAVISWORKS 对建设工程项目在施工阶段项目管理，应用鲁班软件进行造价分析，从而对BIM 在施工阶段的应用技术进行研究，并针对建模和应用中的相应问题，提出合理的解决方案。

［1］赵彬，王友群，牛博生.基于BIM 的4D 虚拟建造技术在工程项目进度管理中的应用［J］. 建筑经济，2011(9):93 -95.

［2］苗倩.基于BIM 技术的水利水电工程施工可视化仿真研究［D］.天津:天津大学，2011.

［3］CHUCK E，PAUL T，RAFAEL S.. BIM Handbook:A Guide to Building Information Modeling for Owners，Managers，Designers，Engineers and Contractors［M］，NewYork:John Wiley and Sons，2008:233 -244.

［4］丁士昭，工程项目管理［M］.北京:中国建筑工业出版社，2014.

［5］尹健. 建设项目工期管理方法及其应用研究［D］. 北京:北京交通大学，2008.

［6］王广斌，张洋，杨学英，等. 工程项目建设信息化发展方向——虚拟设计与施工［J］. 武汉大学学报:工学版，2008，41(2):91 -92.

［7］纪博雅，金占勇，戚振强. 基于BIM 的工程造价精细化管理研究［J］. 北京建筑工程学院学报，2013，29(4):77 -79.