BIM技术在建筑和机电安装工程中的应用

0 引言

从20世纪70年代BIM技术理念首次提出至今已有40余年，经过多年研究，BIM技术已得到包括欧洲、美国、日本、韩国等在众多国家和地区的认可和重视，并采取措施推广和完善BIM技术在建筑行业的应用[1]。自2003年BIM技术首次被引入我国，2011年住建部颁发了《2011—2015 年建筑业信息化发展纲要》，强调要加快建筑信息模型新技术在工程中的应用，推动信息化标准建设。“十二五”计划之后，众多专家和学者[2-4]加入到BIM技术的应用研究和二次开发，使BIM技术得到更进一步的完善和发展，至今已形成集成三维建模、进度控制和成本控制五位一体的BIM 5D技术和方法[5]。BIM技术的引进意味着建筑业迎来了一次全新、空前的技术变革。

1 BIM技术优势

BIM技术模型具有动态协调可视化特点，BIM技术模型的搭建可将建筑的规划设计、施工、监理、运营管理相互协调，避免“信息孤岛”的产生，使建筑全生命周期过程的建筑信息录入更加及时，信息管理体系更加完备，增强建筑信息关联性，便于管理建筑信息[6]。

2 BIM在建筑工程中的应用

2.1 工程概况

湖南省株洲市某建筑工程为框架-剪力墙结构，由1号办公楼及裙楼、2号住宅楼和2层地下车库组成。1号办公楼为地上26层，建筑高度99.75m；2号住宅为地上24层，建筑高度72.45m。项目新建总建筑面积54567.71m2， 建筑造价10755.26万元，该项目具有工程量大、工期紧、施工场地狭小等特点。该项目作为湖南省BIM技术示范项目，进行了Revit软件建模和BIM技术在工程中的运用研究。

2.2 BIM模型建立与施工图审查

以常用的BIM建模软件Revit为例，BIM技术模型是以设计院提供的AutoCAD的建筑图和结构施工图为基本依据，结合建筑设计规范进行模型搭建。Revit软件建模过程是从创建标高和轴网开始，依次为（结构、建筑）墙体、幕墙、门窗和洞口、楼板、楼梯和扶手、结构柱、梁等。图1为基于工程项目运用Revit软件建立的BIM模型，图2为已建成建筑结构。

BIM技术建模过程可视为是对建筑模型的精细化管理，在施工准备阶段，运用Revit软件建模将传统的二维视图转化成三维视图，可以更容易发现施工图纸中的错、漏、碰、缺和偏差等问题，及时进行施工图变更，可以有效避免工程因在施工过程中发现图纸问题，减少由于返工导致的材料损耗和工期延误，降低投资成本。对于实际施工项目，发生设计变更的地方很多，运用BIM技术审核图纸，有利于提前发现问题，进行查漏补缺，优化施工图纸。越来越多BIM 技术在建筑工程施工中应用的成功案例，证明了BIM技术不是完全无意义的翻模。BIM技术的运用对施工图纸质量提供了可靠的保障，减少了施工图纸问题，为施工企业减低成本，提高了经济效益。

3 碰撞检查

图1 BIM模型

图2 已建成建筑结构

表1为建筑工程项目不同专业间的碰撞检查试验方案，该项目基于各专业的BIM模型，设计并进行了建筑、结构、机电等专业间的碰撞检查（见表1）。通过 BIM模型碰撞检测试验，分析结果显示：结构与建筑碰撞点25处，结构与机电碰撞点104处，机电与机电之间的碰撞305处。施工企业可根据碰撞检查结果和施工规范、图集及工程经验进行施工变更设计，在图纸会审中根据梁柱碰撞检查结果及问题向设计院提交碰撞检查报告及管线综合优化确认表，施工方和设计方可据此相互讨论，提出变更方案。图3为管道与管道之间碰撞冲突，图4为进行管线综合优化后实际工程施工办公楼6层管线安装在冲突点的反弯，在施工前进行碰撞检查，可发现设计专业相关的碰撞和布局不合理等问题，避免工程施工过程中的材料浪费和工期损失，加快工程进度的同时，为企业提高经济和社会效益。

此外通过碰撞检查可找出布局不合理的位置，进而方便设计人员进行管道排布的优化设计。图5为地下停车场的管道安装净高控制优化，BIM模型建立完成后，可通过模拟车辆在车库中通行，检查管线安装对车辆通行的影响，根据检查结果进行合理的管线排布优化设计，增加地下车库行车道的净空高度，便于车辆通行，同时为工程决策提供可靠的数据支持。明确的数据支持为后续项目施工的开展和洽商提供了事实依据，有利于减少返工，保证施工工期。

表1 各专业间的碰撞检查试验方案

图3 管线碰撞检查

图4 办公楼6层某处实际管线布置

图5 地下停车场管道安装净高控制

4 分区提量和材料用量管控

该建筑工程项目中地下室分为5个流水段，地下室浇筑混凝土时，运用BIM 5D平台分区提量功能或利用浏览器端轻量化提取，选中模型中需要提量的部分，可直接显示选中部分混凝土浇筑工程量。较之于传统施工员手算计量，估算报量，应用BIM模型报量能够大大提高报量的精确性，减少材料的不必要浪费。

材料用量管控是指将BIM模型与进度计划或材料消耗清单相关联，通过BIM 5D平台的物资模拟曲线功能，得出每月、周、日初步分析当期劳动力和物资需求计划曲线图，通过分析建筑材料的消耗量和材料消耗趋势，有针对性地制定物资采购计划，既保证了后续建筑材料供应，也减少了资金过早消耗。

5 施工进度控制

随着工程建设项目的建筑层数越来越高，建筑规模越来越大，结构形式越来越复杂，施工穿插也越来越多，造成建筑工程项目施工进度管理难度越来越大。项目进度管理方式如横道图和单、双代号网络进度计划难以满足施工进度控制要求，如何更精细化、合理化地安排施工顺序，保证施工在规定工期内完工成为施工企业越来越关心的问题。横道图等进度管理方法虽然在一定程度可对施工进度计划进行优化，但由于其进度控制方式自身存在可视性弱、不易协同等缺陷，导致项目进度控制优化不彻底。考虑到其他场内因素对进度的影响，当进度计划中存在的问题在施工阶段表现出来时，已造成工程进度的延误，增加建设成本。

图6为项目进度控制，运用BIM模型编制施工进度计划，施工开始后通过施工现场进度的实时上传，借助BIM 5D商业软件实现实际施工进度与计划进度的协同管理。分析施工进度偏差，如有进度延误，究其原因并实现施工进度的实时纠偏。在BIM 5D技术进度控制中施工进度划分只是其中的一项，除此之外它还可将BIM模型与构件的工程量信息、材料和资金需求信息等相关联，可明确了解施工项目建设实际情况。如图7所示，BIM 5D平台支持将工地实际的进度情况照片上传至平台，照片与进度相对应，综合全面考虑施工进度控制影响因素，对进度进行可视化跟踪控制。

在BIM 5D平台中结合三维视图编辑控制进度计划，实现实时录入实际进度信息。通过BIM技术可以快速显示和查找滞后工作，检查分析该部分滞后工作对紧后工作的影响，方便采取措施适时调整施工进度。

6 BIM技术模型的成本控制

BIM技术的成本控制使基于参数化建模的工程量统计得以实现。在Revit软件建模三维建筑图元都是以构件形式建立的。这些不同构件的尺寸、性质、类型以不同的参数变量控制，用户可直接运用Revit软件的族库或自行创建族实现BIM模型的建立。参数化建族对于BIM技术模型的工程量统计至关重要，是实现建筑模型工程量统计的基础。另外BIM模型的后期修改也是通过对系统族参数修改实现不同层高上图元的批量修改。Revit软件基于系统族和用户自定义族为建模基础，提供明细表统计功能。BIM模型的计算信息被集成于系统族和自定义族中，明细表统计功能可根据软件程序定义的计算规则，考虑构件的搭接扣减关系，快速处理和精确统计各族构建的工程量[7]。

图6 项目进度控制

图7 上传照片到BIM 5D平台

运用BIM技术模型进行工程量统计和成本控制，可通过BIM模型进行分楼层、分流水段统计钢筋、混凝土用量，用于每次钢筋、混凝土报量；上传混凝土浇筑后的实际用量与模型量进行比对，根据进度计划软件自动生成的成本控制曲线。定期召开成本分析会，及时采取措施实施纠偏，从而实现建筑项目投入成本的动态控制，为企业的资金管理提供依据，节约项目施工的流动资金用量。

7 总结与展望

本文阐述了BIM技术在建筑工程中的应用，并总结BIM技术在图纸审查、碰撞检查、进度控制和成本控制等方面应用的工程经验。BIM 5D技术打破了传统设计、造价、施工等专业界限，促进了建筑信息模型的管理技术和效率的提升。众多BIM技术示范工程的成功，为进一步扩展BIM技术应用范围提供了现实依据。BIM技术在建筑工程项目的成功应用，证明了BIM技术在建筑工程综合建设过程中应用的价值。然而BIM 5D技术在国内建筑工程施工方面的应用仍处于初级阶段，BIM建模软件的多样性和设计软件应用之广，造成了BIM的易学难精，BIM技术应用对建筑施工人员的专业技术知识要求有更高的期望，BIM工作人员对BIM技术掌握也有待进一步提高。在此希望广大结构和建筑工程设计人员运用BIM技术进行建筑施工图设计。BIM技术在建筑设计、施工、运营维护中的统一化实施与应用，将有效提高建筑行业发展的规范化。

参考文献：

[1]何清华，钱丽丽，段运峰，等. BIM在国内外应用的现状及障碍研究[J].工程管理学报，2012，26（1）：12-16.

[2]刘芳.BIM技术在广州市财富中心项目中的应用研究[D].长沙：湖南农业大学，2014.

[3]曾凝霜，刘琰，徐波.基于BIM的智慧工地管理体系框架研究[J].施工技术，2015，44（10）：96-100.

[4]任甜. BIM 在某幼儿园项目中的建筑结构模型研究[D].邯郸：河北工程大学，2017.

[5]王磊.5D-BIM技术在工程管理中的应用[D].邯郸：河北工程大学，2017.

[6]何关培.BIM和BIM相关软件[J].土木建筑工程信息技术，2010，2（4）：110-117.

[7]李海莲，林梦凯.参数化BIM桥梁模型实例研究[J].中国建材科技，2016，25（6）：63-66.