BIM在建筑工程施工中的应用与研究

王俊锋 / 青岛建设监理研究有限公司

BIM在建筑工程施工中的应用与研究

王俊锋 / 青岛建设监理研究有限公司

随着时代的发展，BIM技术已从概念阶段逐步进入广泛的探索应用阶段，建设方、设计方和施工方都在积极开展 BIM的深入应用。本文从BIM的发展与应用现状、BIM在施工过程中的应用方向等几个方面进行了剖析和研究，充分体现了BIM技术在施工过程中的应用价值和广阔前景。

BIM；建筑工程；工程施工

1.引言

我国施工企业在实际项目的施工组织过程中，多数工程存在着诸如工期延误、工程质量差、项目综合效益差、安全保障措施不健全以及多专业合作不协调等问题。究其原因，工程信息在上游建设方经设计最后到达施工方过程中的不断丢失及简化，是造成上述问题的根源；同时，施工管理中对碰撞问题考虑不周导致的工程返工，进一步造成了不必要的资源浪费和工期拖延。

BIM的提出和发展，对建筑业的科技进步产生了重大影响。应用BIM技术，可以大幅度提高建筑工程的集成化程度，促进建筑业成产方式的转变，提高投资、设计、施工乃至整个工程生命周期的质量和效率，提升科学决策和管理水平。对于投资，有助于提升整个项目的掌控能力和科学管理水平、提高效率、缩短工期、降低投资风险；对于设计，支撑绿色建筑设计、强化设计协调、减少因“错、缺、漏、碰”导致的设计变更，促进设计效率和设计质量的提升；对于施工，支撑工业化建造和绿色施工、优化施工方案，促进工程项目实现精细化管理、提高工程质量、降低成本和安全风险。

2.BIM及其发展现状

BIM(Building Information Modeling，建筑信息模型）是以三维数字技术为基础，集成了建筑工程项目各种相关信息的工程数据模型，是对该工程项目相关信息详尽的数字化表达[1]。自2002年首次提出，BIM已席卷欧美工程建设行业，引发了史无前例的彻底变革，美国国家建筑科学研究院率先于2007年12月发布了美国国家BIM标准的第一部分；韩国国土海洋部于2010年1月分别在建筑和土木两个领域制订了BIM应用指南；挪威公共建筑机构（Statsbygg）在2011年发布了一本BIM手册版本1.2；英国计划于2016年提出一个能多方面充分协作的3D BIM。美国、英国、韩国、芬兰、澳大利亚、新加坡、挪位等，都是BIM应用较为领先的国家，它们将在2016年前陆续在其公共工程中全部应用BIM技术。

在我国现代工程建设行业，BIM技术已经成为支撑行业产业升级的核心技术；在国家“十二五”科技支撑计划中，住建部已将BIM技术列为的重点研究和推广应用技术；国家十三五期间，将会成为工程建设数字化遍地开花的黄金时期，工程数字化以及数据的有效应用将为建筑行业带来巨大价值；BIM技术的发展、行业应用的深入正在催生这个黄金时代的来临。

从资料上看，在施工过程中全专业BIM技术应用案例最具典型的是上海中心[2]。上海中心是在业主的主持下，由欧特克公司提供技术支持、施工图设计单位同济建筑设计院、施工总承包上海建工集团、安装承包上海安装公司一起协作实现了施工过程中BIM技术在钢结构、结构、建筑、机电设备各专业条件下的应用，是目前国内真正意义上的BIM技术在设计-施工阶段全面应用的范例。

BIM技术在有的项目中应用道部分专业，例如上海金虹桥国际中心、杭州奥体中心等，项目施工方和上海鲁班软件公司合作，实现了在施工阶段进行施工图优化、机电设备碰撞检查，施工动态成本管理等应用。

3..IM技术在施工阶段应用

BIM在施工阶段应用主要分为几个方面：一是设计效果可视化，二是模型效果检验，三是四维效果的模拟及施工的监控等。在利用专业软件为工程建立了三维信息模型后，我们会得到项目建成后的效果作为虚拟的建筑，因此BIM为我们展现了二维图纸所不能给予的视觉效果和认知角度，同时为有效控制施工安排，减少返工，控制成本，创造绿色环保低碳施工等方面提供了有利的支持。

3.1 虚拟仿真施工

运用建筑信息模型（BIM）技术，建立用于进行虚拟施工和施工过程控制、成本控制的模型。该模型能够将工艺参数与影响施工的属性联系起来，以反映施工模型与设计模型间的交互作用。通过BIM技术，实现3D+2D（三维+时间+费用）条件下的施工模型，保持了模型的一致性及模型的可持续性，实现虚拟施工过程各阶段和各方面的有效集成。

3.2 BIM支持可视化、深化设计可有效控制工程变更量

按照2D设计图纸，利用Revit等系列软件创建项目的建筑、结构、机电BIM模型，可对设计结果进行动态的可视化展示，使业主和施工方能直观地理解设计方案，检查设计的可施工性，在施工前能预发现存在的问题，与设计方共同解决[3]。

利用所创建的建筑、结构、机电等BIM模型，进行结构构件及管线综合的碰撞检测和分析，并对项目整个建造过程或重要环节及工艺进行模拟。以便提前发现设计中存在的问题，减少施工变更。

利用结构、设备管线BIM模型进行工程深化设计，是当前施工阶段BIM应用的重要体现。主要应用方法有两种：（1）将BIM模型与专业软件对接，进行深化设计，如钢结构的复杂节点深化设计、幕墙的优化设计等。（2）根据碰撞检测分析结果，直接在BIM建模软件中对相关专业进行调整、细化和完善。

3.3 实现了大型构件的虚拟拼装，节约了大量的施工成本

现代化的建筑具有高、大、重、奇的特征，建筑结构往往是钢结构+钢筋混凝土结构组成为主，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。

3.4 各专业的碰撞检查，及时优化施工图

通过建立建筑、结构、设备、水电等各专业BIM模型，在施工前进行碰撞检查，及时优化了设备、管线位置，加快了施工进度，避免了施工中大量的返工。在上海中心项目中，施工技术人员采用传统方法，利用二维图纸将建筑结构图进行叠加，导致施工下料中出现较多管线尺寸不准确，材料计划与实际需要误差大的情况。

通过引入BIM技术后，建立了施工阶段的设备、机电BIM模型。通过软件对综合管线进行碰撞检测，利Autodesk Revit系列软件进行三维管线建模，快速查找模型中的所有碰撞点，并出具碰撞检测报告。同时配合设计单位对施工图进行了深化设计，在深化设计过程中选用Autodesk Navisworks系列软件，实现管线碰撞检测，从而较好地解决传统二维设计下无法避免的错、漏、碰、撞等现象。

按照碰撞检查结果，对管线进行调整，从而满足设计施工规范、体现设计意图、符合业主要求、维护检修空间的要求，使得最终模型显示为零碰撞。同时，借由BIM技术的三维可视化功能，可以直接展现各专业的安装顺序、施工方案以及完成后的最终效果。

3.5 实现施工模拟、施工方案优化

四维的施工模拟将BIM模型与建筑信息相结合，即可实现四维模拟，通过它不仅可以直观地体现施工的界面、顺序，从而使总承包与各专业施工之间的施工协调变得清晰明了，而且将四维施工模拟与施工组织方案相结合，使设备材料进场，劳动力配置，机械排版等等各项工作的安排变得最为有效经济地控制。过程模拟和施工优化结果可在4D的可视化平台上动画显示，用户可以观察动画验证并修改模型，对模型和优化结果进行比较，选择最优方案。

用户也可利用视频对施工过程中的难点和要点进行说明，提供给施工管理人员及施工班组。对一些狭小部位、工序复杂的管线安装，项目团队借助BIM模型对施工工艺、工序的模拟，能够非常直观地了解整个施工工序安排，清晰把握施工过程，从而实现施工组织、施工工艺、施工质量的事前控制。

4.小结

BIM理念已经被人们熟知和认可了，全生命周期的 BIM应用还没有得到实施，但是在施工阶段的 BIM应用已经得到广泛的普及。BIM施工阶段的场地布置、可视化技术交底、碰撞检查等应用逐渐走向成熟，在成本管理、安全管理、质量管理方面也都有应用，效果也是明显的。但由于目前国内相关法律法规尚不完善，建筑企业使用BIM成果时，缺乏相应的标准和规范配套，影响了新技术的推广应用。此外，BIM应用前期投入大，目前工程定额尚没有这方面内容，给项目管理造成一定压力。随着BIM技术的进一步推广和相关规范的完善，其在工程管理中的价值将会越来越显著，必然促进BIM技术健康有序发展，进而实现建筑行业的巨大变革。在不久的将来，BIM技术必将成为施工企业必不可少的办公工具，在工作中得到充分而广泛的应用。

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

[2]陈继良，张东升.BIM相关技术在上海中心大厦的应用[J]，建筑结构，2012，42（3）：13-15

[3]张俊，雷雨.BIM技术在施工企业中的应用现状及价值分析[J].价值工程，2015.

[4]杨东旭.基于 BIM技术的施工可视化应用研究[D].华南理工大学硕士学位论文，2013.

[5]李勇.建筑施工企业BIM应用影响因素的研究[D].武汉科技大学硕士学位论文,2015.