基于BIM技术的建设项目全寿命周期集成优化研究

朱蒙恩，周慧芳，高将

（1.机械工业第六设计研究院有限公司，河南 郑州 450007；2.江苏建筑职业技术学院，江苏 徐州 221116）

0 前言

21世纪是一个快速发展、与时俱进的世纪，也是一个信息化、数字化的世纪，而建筑更是向着集成化、可视化和智能化方向发展。随着高科技产业的突飞猛进和计算机技术的日新月异，集成化的建设项目管理，已经逐渐成为当今建设工程全寿命周期管理新的标杆和方向，正经历着信息化革命。经过近十几年的迅速发展，BIM（建筑信息模型，Building Information Modeling的简称）技术越来越让人们所接受和认知，较多的设计院在使用BIM技术，建设单位、施工单位以及监理单位也逐渐使用BIM技术，甚至是一些工程质量监督单位也开始着力使用和研究BIM技术。BIM并不仅仅代表着一个软件，最重要的是含着一组完整的集成化信息，在规划设计阶段、施工阶段和运营维护阶段都起着重要的作用。BIM信息的本身具有可共享性、追溯性、透明性的特点，并且服务于建设项目的全寿命周期[1]。基于BIM技术的建设工程，能在满足功能和技术的要求上做到绿色、节能、低碳、环保[2]。欧美一些国家对于BIM的应用研究比较成熟，并且已经成功的应用在一些重要建筑，而中国对BIM的研究起步较晚，在发展推进和使用中也面临着诸多问题。

1 BIM概况

1.1 BIM简介

BIM（ 建筑信息模型，Building Information Modeling） 最早起源于美国，是以建筑物为研究对象，它是一种以CAD为平台的二次开发。在建筑工程领域，建筑工程设计的第一次变革是以计算机辅助的CAD技术，而BIM的出现，将在AEC（Architecture Engineeringand Construction）领域成为建筑工程新生代的主力军。从某种意义上说，BIM技术是对建筑物实体与功能特性的数字化表达，利用3D技术，借助数字信息模拟建筑物，集成建筑工程项目所具有的真实信息，实现协同管理，提高工程项目规划、设计、施工、运营及维护的效率。简而言之，BIM就是工程项目中BLM（建筑生命周期管理，Building Lifecycle Management）使用的一种信息化管理技术，BIM技术已成为当前建筑领域研究和应用的新热点。

1.2 BIM技术的优越性

目前，CAD用于工程设计已经突现出了不少的弊端，特别是对那些建筑结构和综合管线复杂时，仅以CAD的二维设计不能直观的看出局部的管线是否会发生交叉或碰撞，BIM技术研究的目的就是在整体建筑未建成前，从根本上解决项目规划、设计、施工、运营及维护管理各阶段中数据之间产生的信息孤岛和系统之间产生的信息断层。在规划、设计、施工之前，各参与主体可以利用BIM技术进行三维设计，通过三维立体视图增强可视化性，确保对后续二次深化设计和施工增强针对性和可操作性。

BIM作为信息化、数字化集成发展的结果，除了所具有智能化和可视化的特性，它还具有模拟性、优化性、协调性和可出图性等一系列的信息整合能力。BIM技术集成化的信息和传统的数据信息交换方式存在着本质的区别，有了BIM信息数据库，项目各参与方就可以在BIM信息数据库中获取自己需要的信息，不但优化了数据的传递途径和资源共享，也提高了数据信息的传递和处理效率。

1.3 BIM在国内的应用现状及实例

2002年，欧特克公司首次将BIM引入中国，随着超高层建筑的发展和日益兴起，加之技术难度、功能和建筑结构的复杂性进一步提高，又要满足业主的要求。因此，建筑业的发展促使着BIM技术的广泛应用。目前，中国的一些软件公司、设计院设立有BIM的专门研究机构，高等学校、科研机构等也都已经开始相继的设立BIM研究机构，甚至一些地产公司、施工企业也开始使用BIM技术，并着重进行BIM方向的设计软件开发、优化、项目管理生命周期集成、运营维护以及在各阶段带来的成本优化等方面，进行深入的分析和研究，对国内建筑市场产生着深远的积极意义和指导作用。

在中国成功的将BIM技术运用工程实例很多，特别是上海中心大厦（总高度632m）是全生命周期应用BIM的典型案例，从规划到设计、施工以及投入使用后的运营都进行全方位的运用BIM技术。其它运用BIM技术的工程实例还有：由CCDI设计完成的北京奥运会水立方（大型场馆、结构复杂）和天津港国际邮轮码头（异形、造型复杂、涉及专业多）、上海世博会德国馆（建筑造型和空间关系复杂）和奥地利馆（曲面形式多样、空间关系复杂、专业协调量大）、万科金色里程、平安国际金融中心以及广州国际金融中心（简称广州西塔）等。

这些工程实例的成功运用，为以后BIM拓展更广阔的应用空间奠定了基础，随着企业间的互相合作和科研成果的成功运用，共同探讨BIM在运用过程中遇到的问题和困难，推动BIM技术在中国建筑领域的发展空间。

2 基于BIM技术的规划、设计优化

以往的设计多是以二维AutoCAD形式来表达的，不能立体、直观、形象、全方位的给人以设计意图和建筑全貌，更不能详细的展示整体设计效果，特别是一些复杂部位不能完全的让其他参与人更好的读懂局部细节。通过AutoCAD绘制的图纸，特别是那些综合管线多的建筑，如果各专业不能很好的配合和衔接，就会造成后续专业在设计中因所提要求的不同而遇到棘手的问题，若各专业未对设计管线良好的优化，就会造成设计效率的降低，还要让设计人员重新改图。而将BIM技术运用到设计阶段后，整个建筑信息都集成在一个数据库，不同参与人及不同的专业设计人员在进行管线的修改时，可以提取所需要的数据信息，进行可视化模拟，不但设计效率提高，而且设计改图重复率也大为降低，也降低了设计成本和人员的投入，通过BIM的协同合作，可以避免管线产生冲突碰撞问题。据斯坦福大学的调研表明，BIM可以减少设计变更40%，提高现场施工劳动率 20%～30%[3]。

基于BIM的规划设计进行优化，对设计单位既是一个机遇更是一个挑战，特别是一个大型建筑项目，设计单位为了更好的表达和展示自己的设计思路、亮点，同时也为了增加在投标时能在其它单位中脱颖而出，增加中标几率，运用BIM技术进行设计，向甲方和评标专家展示自己的设计理念和设计成型后的总体效果图，并可以动画演示。

3 基于BIM技术的施工优化

将BIM技术应用到施工阶段，最大的优势是提高企业的竞争力和施工作业水平，利用BIM技术从准备施工组织设计开始，到最后的单体调试，均可进行动态模拟。通过运用BIM技术，可以在建模过程中对结构、水暖电管网及设备等专业进行局部的调整、优化并完善（一般常利用Revit Architecture/Structure/MEP建模和深化设计，用Naviswork进行碰撞检测）[4]。

通过预先的施工模拟，可以提前发现在施工过程中局部可能会造成的冲突，并对施工组织设计和施工方案进行优化，在进度、资源、工序等方面可以提高施工管理的效率，保证了项目在建设过程中顺利进行。常规的施工技术仅仅借助于图纸进行施工，还是处于一个二维阶段，通过三维的模拟，更能清晰的知道优先施工工序。另外，通过把时间参数结合在一起，形成进度模拟控制（3D+时间），可以时刻关注整体施工的进度安排和时间节点的完成；把成本参数结合在一起，就形成投资模拟控制（3D+成本），可以时刻掌握投入的施工成本，从而实现投资资金财务收益最大化[3]。把这两者参数（时间+成本）和3D模型结合，就形成所谓的5D模型（3D+时间+成本）。

施工单位采用BIM技术还有三个重要原因，一是增加投标时的中标几率；二是在施工过程中可以精确计算发生的实际工程量，核算投入成本；三是合理安排各专业的交叉作业，可以提高施工进度，避免因产生碰撞而返工，造成有效资源的浪费而带来的成本增加。

4 基于BIM技术的运营、维护优化

对运营维保单位来说（多数也有业主方自行运营维护），运用BIM技术可以对整个建筑进行数据化掌握，将全部建筑信息经过优化集成于一个数据库。借助网络技术平台的支持，在建设项目的全生命周期内运用BIM，对各子项系统进行协同管理，根据在设计阶段和施工阶段建立的三维模型，可以快速查阅所需要的各个设备数据资料，实时掌握建筑结构、设备性能的变化以及对建筑物进行空间与设施运营管理。通过建筑信息模型，利用不确定性因素，预测在不同环境（条件）下的运行成本、设备损耗、人员投入变化，从而可以对不同的运行方案进行优化比选，最终选定一个较为满意的方案。

5 结 语

在建筑工程的全寿命周期，利用BIM技术数据库的集成优化研究，对规划、设计、施工、运营（维保）单位都具有利益最大化，减少资源浪费，节约投资成本。一些重要、结构复杂的建筑应用BIM技术，已经越来越受到各参与主体的重视，BIM技术所发挥的作用和优越性在建设工程全寿命周期各阶段都得到了充分的证明；借助BIM技术进行三维设计，通过建立5D模型，可以减少设计变更，提高施工的管理效率；在运营阶段，通过采取不同条件的变化，可以找出一个最优的运行方案，降低运行成本和设备的损耗。基于BIM技术的建设工程，正在逐渐地向绿色、智慧、低碳方向发展，而在发展的过程中所产生的技术问题，在以后的研究中不断的完善，以利于BIM技术在工程建设领域的全面化应用。

[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(1).

[2]李恒，郭红领，黄霆，陈镜源，陈景进.BIM在建设项目中应用模式研究[J].工程管理学报，2010(5).

[3]陈美娟.基于BIM的工程项目管理信息化研究[J].商业经济,2014(2).

[4]张建平，李丁，林佳瑞，等.BIM在工程施工中的应用[J].施工技术，2012(8).

[5]李扬,叶丽红，等.BIM技术在杭州奥体中心主体育场工程中的应用[J].结构与建筑,2012(18).