基于BIM的实时模型在施工中的应用分析

王腾飞 冯卫闯

摘要：近年来，由于计算机水平的迅速发展，建筑信息模型（Building Information Modeling）作为一种新的建设管理理念得到了业内的广泛关注，并成为了可以在工程实践中解决实际问题的新的生产工具。本文介绍了BIM技术的概念，及在建筑工程施工阶段的应用，通过BIM得到及时和良好的解决。

关键词：BIM 实时模型 施工应用

1、案例

1.1香港港岛中心工程项目：

1.1.1案例背景

香港港岛东中心工程项目是一栋70层商务办公楼，坐落在香港中央商务区。大楼平面呈方形，建筑物的正立面呈菱形，正立面两侧成片状形，凸显中央弧线形结构。建筑的结构形式是钢框架-钢筋混凝土核心筒，核心筒四周设八个大型立柱，通过伸臂桁架将核心筒和立柱连在一起。在这个项目中，虚拟施工的内容包括规划标准层的施工内容，并解决在伸臂桁架安装期间的可施工性问题。

1.1.2虚拟施工如下：

a.建筑构件建模

b.施工现场建模

c.施工设备建模

d.临时设施建模

e.施工方法可视化

f.项目参与者之间有效的交流工具

g.工作空间可视化

1.2上海环球金融中心项目

案例1、案例2都是BIM技术应用成功的典型案例，读者可查阅参考相关文献。

1.3广东湛江市酒店

1.3.1项目背景：酒店定位为超白金五星酒店，地下二层，地上二十六层，双塔，建筑面积十多万平方米，楼顶有直升机坪，360旋转厅等等。

1.3.2经验教训：该酒店建筑设计由英国某知名公司设计，结构、水电、设备等等由国内的设计院设计，建筑外型别具一格，由于投资商采用传统的项目管理模式，没有采用BIM技术，设计阶段各专业、各设计单位协调量非常大，施工阶段无虚拟施工，实际施工阶段遇到的问题更是层出不穷，该项目历时六年多，至今仍没完工。

2、BIM技术施工阶段的应用

2.1虚拟施工

简单地说，虚拟施工就是“先试后建”，在工程开始施工前，对建筑项目的设计方案进行检测分析，对项目施工方案进行模拟、分析与优化，从而发现施工中可能出现的问题，在施工前就采取预防措施，直到获得最佳的施工方案，从而指导真实的施工。虚拟施工是施工领域的新方法，它将三维模型用于模拟建造一个建筑工程项目，不仅考虑时间维，还考虑其他维数，如材料、机械、人力、空间、安全等，可以扩展到“N维”。

当前，建筑领域的可视化研究与应用有：三维（3D）建模技术或BIM技术，BIM技术主要集成了建筑项目本身的相关信息，属于静态信息，主要用于项目设计分析；四维技术是基于三维模型，引入时间因素，进行施工进度的可视化展示；五维技术是基于三维模型引入时间因素和资源（如成本、人员、材料）因素。

2.2虚拟施工的作用

虚拟施工本身不消耗施工资源，却又能事先看到并了解施工的过程和结果，可以大大降低管理成本和返工成本，减少风险，增强管理者对施工过程的控制能力。虚拟施工的作用主要是：

2.2.1分析与优化

虚拟施工技术可以在建筑工程的设计阶段，对建筑设计进行分析与优化，确保设计的可施工性。完善的设计方案是建筑项目顺利实施的前提和保证，建筑项目设计由建筑设计、结构设计、建筑设备设计等组成。通常，这三方面设计由各专业设计师完成。在施工过程中，这些设计将转变为集成在一起的建筑构件，结果是碰撞或冲突时常出现，如建筑设备与结构之间的冲突。这不仅会增加设计、施工返工成本，浪费资源，还会影响施工的进度。这也是建筑工程经常出现工期延迟的主要原因之一。

设计的不可施工性是项目设计的另一个主要问题。特别是对于复杂的建筑项目，经常出现设计的可施工性不强或不可行等问题，这将增加返工量，影响施工进度。造成不可施工性的主要原因，就是缺乏一个有效的协同工作及检测平台，即设计方、施工方在设计阶段不能有效地沟通与协作，同时在现有图纸上不能对设计方案进行有效的检测与分析。虚拟施工技术为此提供了一个有效的平台，可以用于设计冲突、可施工性的检测，以及多方沟通、分析。

采用虚拟施工技术也可以优化设计。首先，要建立相关建筑项目的3D设计模型，包括建筑、结构及建筑设备等；其次，基于建立的3D设计模型，可进行设计检测、协同修改。设计检测可根据需要设定相关参数，确定检测范围，从而检测设计冲突问题、可施工性问题。基于上述3D设计模型进行检测时，如果发现问题，例如设计冲突，即设备管线之间的碰撞，相关人员可以基于虚拟平台和3D设计模型及时进行分析与沟通，从而及时、有效地解决问题。设计检测可以在设计之初就开始，它是一个“设计-检测-设计”的循环过程，直到在施工前解决所有设计问题，进而消除设计错误和设计忽略，减少施工中的返工成本。

2.2.2先试后建

施工过程的顺利实施是在有效的施工方案指导下进行的。当前，施工方案的编制主要基于项目经理及项目组的经验。然而，面对越来越庞大且复杂的建筑工程项目，仅凭项目经理的经验来编制施工方案已显得力不从心。施工方案的可行性一直受到业界的关注，同时由于建筑项目的单一性和不可重复性，施工方案同样具有不可重复性，即不可能如制造业那样，同一生产方案可用于某产品的批量生产。通常是，当某个工程即将结束时，一套完善的施工方案才展现于面前，结果为时已晚。施工进度拖延、安全问题频频出现、返工率高、建造成本超支等已成为现有建筑工程项目的通病。因此，在施工开始前，制定完善的施工方案是十分必要的、重要的。在虚拟施工技术出现前，这些问题几乎找不到有效的解决方案。虚拟施工技术不仅可以测试和比较不同的施工方案，还可以优化施工方案。

2.2.3优化施工管理

为了解决施工过程中的相关问题，特别是复杂的项目工程，需要配备大量的管理人员，这大大增加了管理成本。通过上述施工过程再现，除了在施工开始之前可以建立一个完善的施工方案外，虚拟施工技术还可以清晰地展示整个施工过程。此模拟过程利用计算机硬件、软件以及各种传感器创造出一个融合视觉、听觉、触觉甚至嗅觉，让人身临其境的虚拟环境。操作者沉浸其中并与之交互作用，通过多种媒体对感官的刺激，获得对所需解决问题的清晰和直观的认识，虚拟建造提供了一个栩栩如生的“施工操作说明书”，可为分包商或工人进行开工前的培训，或为工人实际操作提供参考，从而减少实际操作失误。由于减少了实际施工中的问题，管理活动也得到简化，项目对管理人员的需求自然减少，或合并相关职位，或减少相关职位，进而管理成本将大大降低。

3、结论与展望

通过虚拟施工，承包商可以达到以下目的：创建、分析和优化施工进度；针对具体项目，分析将要使用的施工方法的可行性； 通过模拟可视化的施工过程，提早发现施工问题，消除施工隐患；形象化的交流工具，使项目参与者能更好地理解项目范围，提供形象的工作操作说明；可以更加有效地管理设计變更；全新的试错、纠错概念和方法。

参考文献：

[1]陈晓燕.工程量清单计价模式下的建设项目全过程造价管理[J].基建优化，2007（4）

[2]张建平.基于IFC标准和工程信息模型的建筑施工4D管理系统[C].第14届全国结构工程学术会议论文集，1：166-175.

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