基于BIM技术的施工方案优化研究

舒 畅，陈甫亮（ 湖南城市学院，湖南 益阳 43000； 长沙理工大学，湖南 长沙 404）



基于BIM技术的施工方案优化研究

舒 畅1，陈甫亮2
（1 湖南城市学院，湖南 益阳 413000；2 长沙理工大学，湖南 长沙 410114）

摘 要：随着建筑业的高速发展，传统的以二维方式表现的施工方案已经无法满足使用需求。本文以BIM技术为基础，通过引入虚拟施工的概念，将BIM技术与虚拟施工结合在一起。通过对施工方案的分析研究，总结了施工方案的评价指标体系与优化方法。用Revit系列三维建模软件和NavisWorks模拟施工软件进行3D建模，并通过相关的信息模型从可视化协助施工和碰撞检测这两个角度进行施工方案进行分析与研究，实现了施工方案的优化。

关键词：BIM技术；虚拟施工；三维模型；施工方案优化

建 筑信 息 模 型 （ Building Information Modeling，BIM）技术是使用数字化的表示方式，以三维数字技术为基础，集成工程项目的相关数据，并以此为基础进行设计、建造和运营管理［1］。BIM技术正在引发工程建设行业一次史无前例的彻底变革，并给采用该模型的建筑企业带来极大的新增价值［2］。本文以BIM技术为基础，通过引入虚拟施工的概念，将BIM技术与虚拟施工结合在一起，用三维建模软件和模拟施工软件进行3D建模，以确保设计与施工方案的可行性，提高项目的生产效率。

1　BIM技术与虚拟施工

1.1BIM技术的概念及其特点

BIM 最初发源于上世纪 70年代的美国，Chuck Eastman提出：将一个建筑建设项目的所有信息综合

在一个单一的模型中，其中包含了几何特性、构建信息以及功能要求等。这个模型的信息还包括了施工进度和建造过程的过程控制信息［3］。

BIM支持项目设计、施工、运营、维护全生命周期，通过参数化的建模方式将建设项目中建筑、结构、建筑设备等一系列相关建筑信息输入BIM模型中，构成一个信息载体。通过BIM技术的3D表达，能帮助项目各参与方更好地理解建设项目设计情况，理解设计意图，检查设计空间的碰撞情况。

BIM技术相比常规的建造模式在各方面具有其独特的优越性，如表1.1所示：

表1.1　BIM技术与常规建造模式的比较

1.2虚拟施工技术的定义与特点

虚拟施工是由虚拟现实、仿真技术组合而成。虚拟现实以一种综合的方法融入了多种技术，包括建模技术、声音模拟技术、触觉反馈技术、智能反馈技术、智能交互技术、系统集成技术［4］。通俗一点说就是在多维的信息空间中，将用户放置于一个虚拟的环境下，使其有身临其境的感觉。仿真技术是以计算机和多种专用物理效应设备为工具，借助系统模型，对实际的或设想的系统进行动态试验研究的一门新型技术［5］。结合施工过程的虚拟现实技术和仿真内力分析计算技术作用于优化施工方案的整个过程就是虚拟施工［6］。

虚拟施工的特点包括：

（1）先试后建。正是因为它这一特点大大降低了施工过程中的返工率，节约成本。

（2）分析与优化。对设计进行分析与优化，确保可施工性。

1.3基于BIM的虚拟施工技术

以大型数据库为核心构建的BIM信息模型，为虚拟施工提供了一个工作平台。基于BIM平台的虚拟施工，不仅能够提前发现具体项目中的各种设计施工以及运营管理上的问题，还可以实现各种信息资源的一体化项目管理，有效提高项目管理水平。

BIM的载体是模型，核心是信息，其本质就是面向全过程的信息整合平台。随着BIM的不断成熟，将BIM技术与虚拟施工技术相结合，利用BIM技术，在虚拟环境中建模、模拟、分析设计与施工过程的数字化、可视化技术。通过虚拟施工，可以优化项目设计、优化施工过程、优化施工管理，提前发现设计和施工或的问题，通过模拟找到解决方法，进而确定最佳设计和施工方案，用于指导真实的施工。基于BIM的虚拟施工技术的应用将大大降低建设、运营和管理成本。

2　施工方案评价与优化

作为施工组织设计的核心，施工方案是否合理与工程成本的高低、工期以及施工的质量等方面有着密切的联系。对于施工方来说，一个好的施工方案能保证工程的顺利中标和施工建设有序的进行。施工方案的内容包括：施工顺序安排、施工机械选择、施工方法的确定、施工方案选择的原则以及评价施工方案的指标等。

2.1施工方案的评价指标

项目的建设过程中包含了许多的工种和工程，在施工组织时可以采用不同的施工方法和施工顺序来实现，不同工种之间的配合也可以通过不同的组织方法来实现。为得到最符合该项目的最优施工方案，可以将几个可行的施工方案放在特定的经济背景下，考虑各种与项目相关的因素，考察其未来的效果，进行综合评价。

根据建筑施工的特点，总结出施工方案的评价指标可以分为两级，第一级指标包括经济指标、质量安全指标、施工技术指标和工期指标。第二级指标包含：人工费、施工机具使用费、材料费、其他费用、质量保证程度、安全保证程度、文明施工程度、施工工艺、施工机械化程度、进度计划、工期和工期保证程度总共12项分指标。

2.2施工方案的评价与优化方法

施工方案的指标分为上述12个具体的指标，利用这些指标来评价施工方案，一般来讲有定性评价、定量评价和综合评判三种方法。

（1）定性评价。当建设项目施工方案的某些评价指标无法用具体的数目来表达或者获得具体数据较为困难时，可使用定性分析评价施工方案的好坏。

（2）定量评价。对于人工费﹑机械费﹑材料费、其他费用以及工期这些指标都是具体的数字指标，可以用数量指标衡量进行对比分析得出某项指标的最优方案。

（3）综合评判。施工方案的评价是一个多目标决策过程，必须按照多目标决策分析原理和方法对经济﹑质量安全等各项指标进行全面综合的分析。首先应该对定性的指标进行量化，通过引入“专家评分法”对各定性指标进行处理。

各个指标对于工程的影响程度是不同的，为了能够更好地优化施工方案引入了“权重”。权重表示在评价过程中，被评价对象的不同侧面的重要程度的定量分配，对各评价因子在总体评价中的作用进行区别对待。

施工方案的优化主要涉及两个层面：一是对方案指标（包括、质量、安全和成本等）的优化；二是对施工程序、施工顺序、施工方法等具体内容的优化［7］。

目前，国内外常用的优化方法有：定性分析的方法、功能评价系数法、施工方案综合评价法、运筹学优选法、模糊数学优选法等［8］。

3　基于BIM技术的施工方案模拟与优化

3.1三维模型的建立

运用Autodesk公司旗下的BIM核心建模软件Revit进行建筑物的三维建模。该系列软件包含Revit architecture（建筑）、Revit structure（结构）和Revit MEP（机电）三种软件。

首先，通过Revit architecture和Revit structure分别建立起该建筑物的建筑图和结构图并进行渲染，如图3.1、图3.2所示：

图3.1　三维建筑模型

图3.2　三维建筑模型

然后根据会议中心的建筑模型的相关参数，运用Revit MEP软件得出建筑物的机电模型。

最后运用NavisWorks Manage整合分析软件将建筑、机电、结构整合到一张图上显示出来，形成完整的三维模型。

3.2施工方案的分析与优化

（1）可视化协助施工。与以往按照二维施工图进行施工不一样，基于 BIM 三维模型的施工可以提前对建成后的效果进行感受，能使建造人员对所建建筑有一个整体的把握。在NavisWorks中通过使用“第三人行走”和漫游的方式实现所建项目内部可视化。

通过人在房间漫游行走并可以按照人的视点做成一个视频，通过对视频的观看可以间接检查管线的碰撞问题和熟悉建筑的大体布局。

（2）碰撞检测。碰撞检测就是在电脑上提前对不同专业组合而成的三维建筑信息模型进行空间上的碰撞冲突检测。可以在施工前进行三维模型碰撞检测，发现问题并对碰撞点进行标记和标注，通过业主方，要求设计单位进行更改，避免了施工方因为中途设计变更导致进度、人力以及成本的损失。

最后通过外部接口导出测试报告，作为原设计需要变更的依据发给设计单位进行整改。

4　结论

4.1研究了基于BIM的虚拟施工技术，分别总结了 BIM技术和虚拟施工技术的特点以及目前的运用情况，阐述了基于BIM的虚拟施工技术的具体运用原理和应用范围。

4.2通过对施工方案的分析研究，得出了评价施工方案的12个指标，使用专家打分法将指标进行量化，根据指标的重要程度附上相应的权重值。同时也总结了工程常用优化方法。

4.3结合案例运用 Revit系列三维建模软件和 NavisWorks模拟施工软件建立了建筑物的三维模型，并通过NavisWorks软件对Revit建立的模型进行整合。

参考文献

［1］岳玉英，鲁班. BIM技术在金虹桥项目施工方案优化中的应用［J］. 工程质量，2012（12）: 27-29.

［2］何关培. BIM总论［M］. 北京:中国建筑工业出版社，2011.

［3］Goldberg. The Building Information Model［J］. CADalyst，2004，21（11）: 56-58.

［4］David Kahaner. Japanese Activities in Virtual Reality［J］. IEEE Computer Graphics and Applications，1994，14（1）: 75-78.

［5］郑亚文. 中国建筑虚拟施工技术的研究与应用［J］.中国建设信息，2009（24）: 12-15.

［6］Tom Impelluso. Physically Based Virtual Reality in a Distributed Environment［J］. Computer Graphics，1996（4）: 60-61.

［7］高辉. 大型工程项目施工方案优化研究［D］: 河海大学硕士学位论文.南京: 河海大学. 2007.

［8］邱苑华. 项目管理学—工程管理理论、方法与实践［M］.北京:科学出版社， 2001.

（责任编辑：张时玮）

中图分类号：U415.6

文献标识码：A

doi:10.3969/j.issn.1672-7304.2016.01.002

文章编号：1672–7304（2016）01–0005–03

作者简介：舒畅（1988-），女，湖南益阳人，研究方向：工程结构及工程管理。

Construction Program Optimization Research Based on BIM Virtual Construction Technology

SHU Chang1，CHEN Fu-liang2
（1.Hunan City University，Yiyang，Hunan，413000；2.Changsha University of Sic& Tech， Changsha， Hunan， 410114）

Abstract:With the rapid development of architecture， the conventional construction program which is presented with 2D drawings is out of date and cannot meet the engineering requirement. Based on BIM technology，by introducing the concept of virtual construction，combine the BIM technology and virtual construction together. Analyze the construction program and summarize the assessment system as well as optimization methods. Use a series of Revit 3d modeling software and NavisWorks construction simulation software for 3D modeling. Analyze and optimize the construction program through model visualization assisted construction and collision detection from information model.

Keywords:BIM technology；Virtual Construction；Construction Program Optimization； 3D molding