BIM技术在建筑工程中的应用

杨玉梅

1 BIM基本简介

建筑信息模型（Building Information Modeling）简称BIM，该技术创建于1975年，其研究经历了萌芽、产生和发展三个阶段。BIM技术不但能应用于木结构建筑[2]、混凝土结构建筑、钢结构建筑等建筑工程，在综合地下管廊工程、铁路工程和桥梁工程中的应用更凸显其优势。某图书馆的BIM效果如图1所示。

图1 某图书馆BIM效果图Fig.1 The BIM renderings of a library

BIM是贯穿于项目全过程的一种概念和理念，它的应用范围成千上万，需要一系列的工具或服务来支撑。

在欧美等发达国家和地区，应用BIM的项目能达到50%以上，但基本上每个项目都是在某些环节使用，而并不是全过程都使用，这可能与目前没有一个软件厂商能提供一套完整的贯穿于整个项目应用的软件和服务，而不同厂商直接的软件又存在接口问题有关，笔者认为用户在选择BIM类的软件和服务时，首先要清楚自己工作中最棘手的问题是什么，然后再有针对性地选择解决这个问题的软件或服务，先在这个环节进行应用，而不能急于求成，希望它一下子能解决自己所有的问题，当然在选择的时候尽量还要考虑最见效、自己最易掌握的应用。

2 BIM在工程各个阶段的应用

BIM能应用于工程建设的各个阶段，包括方案设计、施工图设计、安装施工、检修维护以及成本控制等全过程。应用BIM技术对建筑工程进行信息化管理，可以提升生产效率、提高建筑质量、缩短施工工期、降低建造成本、方便检修维护，有利于建筑工程行业可持续发展。图2为BIM在工程设计中的应用实例。

图2 BIM技术在工程设计中的应用图例Fig.2 Application of BIM technology in engineering design

2.1 BIM技术在设计中的应用

2.1.1 可视化设计

设计师可以利用BIM技术建立三维设计模型，所以在BIM软件下绘制的构件在三维空间(X、Y、Z方向)上具有相对独立的属性，设计师可以在电脑上进行三维可视化设计。同时构建的模型具有各自的属性，如柱子，点击属性可知柱子的位置、截面尺寸、钢筋数量、混凝土强度等级等。

2.1.2 提供各个专业协同设计的数据共享平台

在BIM技术的支持下，各个专业可以协同工作，方便专业之间快速及时准确地进行资料交换，有效地提高设计速度和保证设计质量。三维的表达方式让不同专业之间的读图更加直观和容易，而在二维表达方式中，对于新人例如刚入职的给排水专业设计师可能因读不懂结构专业图纸，而将管道的标高设置在梁高范围内，当审图阶段发现时，有可能会导致所有管道的标高需要重新调整，修改的工作量会十分巨大，从而延迟交付图纸的时间。BIM共享平台和三维表达方式能实现各个专业的有机合作，提高图纸质量。

2.1.3 提供设计阶段进行方案优化的基础

在BIM技术下进行设计，专业设计完成后则建立起工程各个构件的基本数据；导入专门的工程量计算软件，则可分析出拟建建筑的工程预算和经济指标，能够立即对建筑的技术、经济性进行优化设计，达到方案选择的合理性。图3为BIM在施工阶段的应用实例。

2.2 BIM技术在施工中的应用

2.2.1 实现项目管理的优化

图3 BIM技术在工程施工中的应用图示Fig.3 Application of BIM technology in engineering construction

通过BIM技术建立施工阶段三维模型能够实现施工组织设计的优化[3]。运用BIM技术，可以在建筑三维模型中进行施工总平面的布置，将原材料堆场、场内运输设备（包括塔吊的位置、台数、型号等）、场内临时道路、照明设施、排水管沟、道路、门卫、围墙以及车辆和人员进出通道等布置出来，方便施工技术人员确定平面布置是否合理，人流物流有无交叉，各设备有无碰撞等。

2.2.2 项目成本的精细化和动态管理

用BIM技术建立的施工阶段5D （三维+时间+费用）模型，通过算量软件，能够实现项目成本的精准分析。软件能准确计算出每个时间节点段、每道工序、每段工区的工程量，再套用企业定额进行成本核算，将各个阶段的中标价格和已经发生的施工成本进行比较，即可预测该阶段的经济效益，从而实现项目成本的精细化管理。同时可以类比分析相似工段在不同时期（例如冬雨季施工）的成本和效益，实现成本的动态管理，方便工程技术人员对效益不佳时段的施工和管理方法进行改进。避免了在项目完成后，无法知道项目盈利和亏损的原因和环节。

2.2.3 实现大型构件的虚拟拼装，节约大量的施工成本

现代化的地标性建筑具有高、大、重、奇的特征，建筑的结构形式往往是钢结构+钢筋混凝土结构组成的混合结构，如上海中心的外筒就有极大的水平钢结构桁架。按照传统的施工方式，钢结构在加工厂焊接好后，应当进行预拼装，检查各个构件间的配合误差。在上海中心建造阶段，施工方通过三维激光测量技术，建立了制作好的每一个钢桁架的三维尺寸数据模型，在电脑上建立钢桁架模型，模拟了构件的预拼装，取消了桁架的工厂预拼装过程，节约了大量的人力和费用。

2.2.4 优化装饰装修方案

建筑工程的装饰装修设计通常需要根据业主的需求进行二次设计。在二维状态下建筑工程的装饰装修设计，设计单位除了要出平面布置图和立面图外，还需要出具效果图。静态的效果图，缺乏动态模拟的效果，不具有对比观测的条件，在这种情况下往往靠设计师的经验来判断最终的效果图能否达到业主满意的效果。某些实力比较雄厚的装饰装修公司，为了让业主体会实际效果，一般会建造一些具有特点的装修完毕的样板间，让客户来体验。而客户很难对某一样板间所有的装饰装修效果完全满意，往往会提出一些修改意见和建议。如果再按业主的需求来重新装饰装修样板间，不仅需要时间来重新搭建，也需要投入新的装饰装修材料，并且效果还不一定能满足业主的要求。

而在通过BIM技术建立的完全虚拟真实建筑空间的模型里，业主如果对某些地方不满意，建筑师只要动动手指和键盘，进行简单的置换，马上会呈现出不同的装饰装修效果，业主和建筑师能够像在已经建好的房屋内的虚拟空间内漫游。

2.3 方便检修和维护

BIM技术包括建筑工程的设计、建造以及营运等全过程体系的生命周期，具有非常庞大的信息系统，包括建筑材料和设备资料等。建筑内材料的信息提取十分方便，因此方便了建筑工程使用过程中的检修和维护。例如某个大厦在后期的使用过程当中，当业主发现某处渗漏，不用管理人员来逐层分析调查，只要在大厦的建筑信息模型中查找位于渗漏地点附近的阀门，再通过实地验证，便可准确无误地找到渗漏原因。如果是阀门坏了，再根据BIM数据提供的阀门规格、制造商、零件号码或其他信息，及时有效地对阀门进行维修或更换。

3 BIM普及的制约因素

目前BIM技术在我国还未得以充分的应用与发展，笔者认为，制约我国BIM技术发展的因素主要有以下几方面。

3.1 时机尚不成熟

由于BIM在我国的应用尚不普及，设计人员对BIM的熟练运用程度远远不及CAD、天正、探索者等系列软件，因此使用它不但会有技术风险，而且任务完成时间在设计师加班加点的情况下也很难得到保证。尤其是目前我国建筑行业普遍存在着设计周期被严重压缩的困难局面，而又没有相关利益补偿的情况下，BIM技术的应用很难得到设计师、设计单位的认同。除非国家或有关部门出台相关的技术保障措施和配套的管理机制[4]，来清除BIM在我国普及的障碍。因此，BIM技术的普及不仅需要相关BIM技术部门逐步完善BIM软件的2D出图效果，而且还需要相关行政部门大胆改革，逐步改变传统的设计图纸表达方式，并及时更新相关的制图规范，让设计与BIM技术早日融合。

3.2 图纸交付时间存在风险

我国建设项目的业主普遍存在着一方面要求设计方缩短设计周期，另一方面需要施工单位无条件加快施工进度的不合理情况。BIM技术在初期使用时，由于初学者对BIM技术的运用不够熟练，不可避免地会存在各种各样的技术难题，往往会导致设计文件的完成时间不能达到甲方的进度要求。

3.3 使用要求高、培训难度大[4]

尽管BIM软件的设计者总是强调其易学也易用，实际上相对于目前的2D设计而言，要想熟练掌握BIM软件的技巧，难度还是不小的，需要设计者抛弃急功近利的思想，静下心来研学BIM软件的应用技巧。另外，复杂BIM模型的创建需要建筑设计人员具备良好的数学功底以及一定的编程能力，或有相关CAD程序工程师的配合[4]。

3.4 重视程度有待提高

BIM技术供应商对客户的技术支持在初始阶段会多一些，可能会派技术人员到客户单位进行培训，但是不可能将培训力量长期集中在某一个单位。在这种情况下，就需要BIM技术的应用者有主动获取学习的方法和动力，以不断提高自己在BIM技术上的使用能力。另外BIM技术使用单位也应建立自己的BIM技术中心，建立准确的可以共享的数据库，方便本单位人员随时调用，以提高BIM在工程中的使用效率。但是这些基础性的工作需要人力和时间来完成，并且短时间内不会有明显的经济效益，有些单位便不愿意做这些前期投入的工作，往往倾向于将BIM技术外包给经验丰富的专门的公司来做。

4 结语

北京首都国际机场3号航站楼的设计方案出自英国建筑大师诺曼·福斯特之手；国家大剧院是以法国建筑师保罗·安德鲁（Paul Andreu）领导的巴黎机场公司与清华大学建筑系合作而成的杰作；“鸟巢”则是由瑞士赫尔佐格和德梅隆设计事务所、中国建筑设计研究院以及奥雅纳工程顾问公司设计联合体共同设计的。以上三个具有时代性的建筑物均出自外国建筑师之手，还有很多地方上的地标性建筑，均不是由我国本土的建筑设计师来完成的，这种局面令人深思，我国的建筑师可利用BIM技术来提高自己的设计水平，争取在建筑设计领域获得一定的话语权。

目前，由中国建筑科学研究院PKPM软件开发团队研发的BIM软件，将建筑工程的概念设计、建筑设计、结构设计、设备设计、施工图设计、工程量计算与造价报表、施工管理等环节连接起来，率先在国内实现了信息数据化、数据模型化、模型通用化的BIM理念，实现了建筑模型数据在建筑全生命周期的充分利用[5]。北京探索者软件股份有限公司在Autodesk公司BIM平台Revit上开发的建筑三维建模软件，包括建筑、结构、给排水、暖通以及电气等专业。鸿业科技的HYBIM系列软件，也是本土化的BIM软件。当这些BIM软件被广大相关设计人员接受之时，也是我国BIM技术方兴之日。

未来，BIM技术或将成为我国建筑设计所采用的主流方向。在这种情况下，相关BIM技术开发人员、BIM技术软件的应用者、建设方、设计方以及施工方的领导决策层，都应该审时度势，积极跟上建设领域的时代潮流，运用BIM技术，将建筑行业打造成低碳、环保、节能和智能的行业。

[1] 李强. 工程建设项目管理模式BIM的应用探索[J]. 绿色环保建材，2016, 12(118):133.

[2] 王丽, 王滋, 周贤武, 等. 木结构节点的连接方式与性能[J]. 林产工业, 2015, 42(12):48-51.

[3] 夏杰, 陈雷. BIM技术在施工领域中的应用[J]. 住宅与房地产, 2016,11x(446):138.

[4] 姚远. BIM协同设计的现状[J]. 四川建材, 2011, 37(159):193-194.

[5] 姜立, 张志远, 张雷, 等. BIM技术在PKPM建筑工程软件系统中的应用[J]. 土木建筑工程信息技术, 2012, 4(2):78-87.