BIM技术在建筑设计、项目施工及管理中的应用

尹晓娟

(山西建筑职业技术学院，山西 太原 030006)

BIM(building information modeling)技术本质上而言是一种建筑信息化模型,是近年来伴随着计算机技术及建筑行业的发展、进步而兴起的一种计算机辅助建筑设计新技术。综合建筑工程相关数据信息，能够借助计算机BIM三维仿真软件，构建三维立体化仿真模型，其高度集成了建筑信息及相关设计、施工、运营管理信息，可通过模拟参数设置、调整优化及模型渲染等，提高项目建设质量和数字化水平[1]。

1 BIM技术在建筑项目设计中的应用

在建筑项目设计中，BIM技术不仅仅是一种制图软件工具，而且是一种现代信息化设计理念。在具体项目设计过程中，采用BIM技术设计首先需要将建筑项目实体构件及相关参数要求作为基本设计元素，利用BIM数据库中的“单元”和“族库”模块，即可创建具有相应绿色化、智能化与信息化特征的虚拟建筑仿真三维模型。通过参数计算、优化，还能准确反映这些不同设计元素之间的功能联系和空间结构几何对应关系等，由此可为建筑设计师协调设计、效果图分析检查及动画渲染创造良好技术条件[2]。

1.1 基于BIM技术进行建筑项目协同设计

当前实体建筑项目结构越来越复杂，在传统二维时代，基于CAD设计制图具有诸多弊端，如无法实现不同专业间相关数据、资源的共享，且缺乏协同设计平台，还比如PKPM等系列设计软件无法解决各专业间的碰撞问题。因此，将BIM技术引入到建筑项目协同设计中，可借助三维集成信息化模型，使建筑给排水、结构设计、建筑主体设计、电气专业、暖通工程等不同专业项目在同一模型中进行。例如，基于BIM信息化模型，建筑工程结构设计专业人员直接提取建筑结构信息及对相关节点设计参数进行计算与分析；而建筑工程项目设备专业人员则可采用BIM仿真模型分析建筑物中的暖通负荷等，同时还可根据BIM中间模型处理器，对建筑结构整体设计模型进行构造、注释、修改等，由此可使设计信息得到实时互通传递及信息资源共享，更好地解决不同专业之间的设计协调难题，提高建筑工程项目设计质量与效率。

1.2 基于BIM技术进行建筑项目设计成果动化效果展示

BIM信息化模型最大的技术优势就是“可视化”效果好，而且其具有强大的建模、渲染以及动化可视化展示功能。在建筑工程项目设计时，采用BIM系列软件进行设计，技术人员可将抽象、结构复杂的建筑二维模型，通过直观的三维可视化模型进行通俗化表示，由此为建筑工程非专业人员及业主的功能判断及设计决策提供了更为高效和明确的依据。

与此同时，在项目方案设计阶段，若建筑使用功能或者设计意图发生变化，基于已有BIM信息化交互模型，可在短时间内实现效果图和设计动化成果的更新与修改，且利用BIM模型的附加动化展示功能，可供设计人员在短时间内制作项目后期整体效果图，不仅能够降低设计难度，还可节省设计变更成本。图1所示即为太原金融中心工程BIM建筑模型示意图。

图1 太原金融中心工程BIM信息化模型示意图

1.3 基于BIM技术进行建筑项目设计过程协调

除了协同设计与动化效果展示之外，在以往建筑工程项目设计全过程中，可能同时存在多个不同项目之间的分项结构设计。比如，常见的大型建筑工程中有建筑消防设计、建筑主体结构设计、建筑机械模块安装设计、暖通工程设计、电气化系统设计及通信网络工程设计等，而在传统设计模式中，上述不同分项工程设计之间的矛盾和纠纷不可避免，且难以协调，同时需要耗费大量人力和物力资源[3]。

若基于BIM技术模型进行可视化、集成化设计，可同时在一个三维模型中实现不同项目、专业之间的设计分工协调与系统优化。对于很多设计人员而言，其普遍缺乏施工经验，所以其在项目分项工程设计中，往往只注重本专业内的项目设计内容，而容易忽视与其它专业之间的协调，这样不仅会增加设计难度，还可能产生后期设计变更等问题。因此，为了提高项目后期施工可行性，采用BIM技术进行辅助协调设计，可加强不同专业技术人员之间的交流与沟通，从而能够减少设计差错与漏洞，缩短设计时间，进而有效消除或避免设计冲突与矛盾。

2 BIM技术在建筑项目施工中的应用

据以往施工经验及结合美国建筑行业研究院研究结果可知，当今80%以上的建筑施工企业均存在施工效率不高的问题，除了返工之外，有近50%的劳动力资源被浪费，还有10%左右的施工材料被耗损，这与建筑信息化与绿色建筑要求相距甚远。若遇到结构复杂而体系庞大的建筑工程，建筑信息的分离、施工过程的反复肢解以及施工变更等均会延长施工周期，增加施工成本，而BIM技术的出现，其通过虚拟建筑信息模型和数据库，可包含大量信息数据，所以能够将建筑信息3D模型优化、成本管理、施工时间进度控制结合起来，实现对建筑项目施工过程进行直观管理。具体而言，基于BIM的建筑施工主要包含三维碰撞检查、算量技术以及虚拟建造和4D施工技术模拟等，应用体现如下：

2.1 基于BIM技术进行建筑项目施工碰撞检查

在传统二维平面设计中，建筑项目设计人员在汇总建筑水、电、暖以及结构设计专业图纸后，需由总图工程设计师发现并解决其中存在的冲突问题，这不仅会增加设计工作量，而且耗费大量时间，还可能延误后期施工。目前，国内外对于BIM技术在建筑施工三维碰撞中的应用已经相对成熟，常见的碰撞施工检查软件有Navisworks和鲁班虚拟碰撞软件，这些具有可视化特点的技术在工程项目施工建设前就能够提前对管线、土建以及工艺设备等进行综合管线碰撞检查，通过硬碰撞与软碰撞能够彻底消除后期施工差错，经过工程项目交叉节点优化，即可减少返工，消除施工偏差，以更为合理的设计方案进行管线综合施工。在建筑工程碰撞检查施工时，需要经过图2所示流程[4]。

图2 建筑工程项目BIM碰撞检查施工流程图

基于上述流程内容在施工过程中，可基于BIM软件直接将二维图纸变成三维模型并整合所有专业，如门和梁打架，通过BIM软件内置逻辑关系即可准确查找模型中的碰撞点，最后施工技术人员可根据施工碰撞优化后的工程建设方案和节点布设方案进行施工模拟、技术交底作业，由此便可有效提高建筑工程项目施工质量，图3所示为太原金融中心建筑工程项目BIM施工碰撞检查报告范例：

图3 太原金融中心施工BIM碰撞报告示例

2.2 基于BIM技术进行建筑项目施工参数算量分析

BIM信息化模型还有一项关键技术功能，即“算量技术”，其能够针对建筑工程BIM构件信息进行计算、分析，计算机系统借助这些有效信息，可准确识别整个建筑工程中的关键构件，且能够同时依据构件几何、物理信息和BIM模型内嵌的相关节点参数，整合、统计建筑构件数量。通过BIM信息模型，即可直接、自动生成准确的算量信息，比如建筑工程材料名称、实际尺寸、所需数量等，这些信息的整合、统计与显示，都可通过BIM算量技术来实现，其不仅能够取代图纸，且其与图纸实际设计相关信息都始终保持一致。当建筑工程整个设计方案发生变更时，BIM信息模型中的这些算量信息也同时发生相应变化，并将变化量及时反映到所有的材料明细统计表中。而在此过程中，建筑工程造价工程师的相关构件信息也会随之而发生变化，有利于后期竣工验收及质量问题追溯[5]。

2.3 基于BIM技术进行建筑项目施工虚拟建造

虚拟建造是实现建筑工程概念化施工的重要基础。基于BIM技术的虚拟现实手段和可视化、可出图性、交互性优势，能够在整个施工阶段，事先对建筑工程的外观、重要施工节点布置、环境营造、功能设施的配置等进行施工模拟和仿真。通过BIM建模分析，建筑工程师和施工技术人员能够事先掌握和充分了解整个建筑工程施工时的具体空间关系、力学性质等，同时用户也能够通过对BIM仿真模型操控，结合相关功能模块观察虚拟建筑模型。图4和图5是太原金融中心建筑工程虚拟管线布置模型仿真效果图与实际施工效果图对比。

图4 太原金融中心工程BIM虚拟管线布置效果图

图5 太原金融中心工程管线实际安装施工效果图

通过上述两幅图的对比可知，BIM技术能够通过其虚拟建筑模型，更好地优化施工节点、施工方案及施工过程。通过“先试后建”的模式，可排查正式施工过程中可能出现的技术风险等，从而可以具体化施工预案，有效避免了后期施工变更情况出现[6]。

2.4 基于BIM技术进行建筑项目施工4D模拟

在整个建筑工程施工过程中，在保证建筑施工质量前提下，还必须控制施工总体进度。所以，针对施工技术力量、资源、计划方案及建材运输等进行合理组织，能够提高施工效益，加快施工进度。

但受实际天气因素等影响，具体施工进度可能与计划存在偏差。因此，采用BIM技术，可实现4D施工模拟，将其与3D模型、施工过程相结合，能够以时间为维度，构建4D施工模拟示意图，可直观地对整个建筑工程施工界面、顺序及进度等进行掌控，从而使项目总承包方能够更便捷地与各施工分包方进行协调配合，同时，将4D模型与施工组织方案相结合，还可对整个施工过程中的劳动力配置、材料进场、施工进度计划、机械安排等进行全过程跟踪，及时辨别施工进度计划是否提前或滞后，从而更好地保证施工质量和进度效益。

3 BIM技术在建筑管理中的应用及作用

3.1 数据资源共享与全过程协调管理

对于很多大型建筑工程而言，其结构复杂，体系庞大，功能要求多样。所以，在整个施工项目管理过程中，对于各单位及组织管理部门之间的配合、沟通要求就较高。但基于BIM技术，可为不同项目管理方，如顾问公司、设计院、业主、施工总承包方和专业分包方等，提供可以实时共享的多样化数据信息，多方通过在同一个BIM信息化交互平台中进行交流、协作和沟通，能够及时调用或共享有关数据资源，可使协作更方便，沟通更有效和快捷，管理更顺畅。比如，基于BIM模型中直接导出的数据，可减少建筑工程现场测绘量，从而使项目原本分散性以及粗放性的施工模式变为模块化、集成化与专业化的全过程施工管理体系[7]。

3.2 项目精细化管理

目前，我国只有10%左右的建筑企业在使用计算机软件进行工程项目管理，由于相关施工企业技术人员综合专业素养能力不高，所以急于将BIM技术应用到项目管理中，可能会带来适得其反的效果。因此，在项目精细化管理中，需要由认识，到理解，再到深化和应用转变。使用BIM技术进行项目精细化管理时，需要以工程算量、三维碰撞检查及虚拟仿真施工等为突破口，将BIM应用到不同环节的精细化管理中。通过数据参数解决实际问题，实现项目管理的自动化、信息化，同时借ERP系统，即可为建筑企业“集约化”管理与“精细化”管理奠定良好基础，不仅能够对项目进度、计划、成本、质量等进行全过程精细化管理，还可实现相关流程管理的决策，无论是采购员、资料员还是技术管理人员等，都可借助BIM技术后台与计算机信息化终端，将所有管理信息集成到一起，以保证可及时查阅、核对及准确调用，实现对多维项目的“精细化管理”[8]。

4 结 语

信息化、智能化与集成化已经成为当今建筑行业发展的重要趋势，最为关键的是BIM技术能够将整个建筑项目设计、施工建设及全寿命周期管理的有关事业集成到一起，从而实现一体化集成化管理，可大大降低项目成本，提高项目管理效益，随着BIM技术的广泛应用及推广，其必将促使建筑行业发展更完善、更先进。