BIM 技术在建筑工程施工管理中的应用

康荣冰

（闽西职业技术学院，福建 龙岩，364000）

BIM（Building Information Modeling，建筑信息模型）是一种实现建设项目物理功能特性的数字描述和管理的新型三维虚拟化数字技术，它的目标是建立从项目论证到建筑设计、施工、运用维护，直至最终拆除的全生命周期数据库[1]。从理论上讲，BIM 模型包括设计、施工、管理和运维等阶段，由于其能够实现项目数据的共享、共用，因而保证了信息与现实之间的协同——BIM 技术实现了施工场景可视化模拟呈现，大大消除了传统工程管理中存在的不确定、不可控、不直观等弊端，因而，其在建筑工程领域的应用越来越广泛，已成为近年来工程建筑施工领域的研究热点[2]。不仅如此，基于BIM技术的建筑施工管理亦将成为未来建筑行业可持续发展的重要趋势，本文描述BIM技术原理，并分析其在建筑工程施工管理中的应用价值与应用路径。

一、BIM 技术的概念、性质及其功能

（一）BIM技术的概念

Autodesk（欧特克公司）公司于2002 年提出的BIM 技术作为虚拟化数字技术，已在世界范围内广泛应用。近二十年来，随着BIM技术的不断发展，其内涵与外延一直在拓展，至今仍未形成确定性的定义。美国国家建筑信息模型标准（NBIMS）的定义是：“以立体数字形式表达项目的物理和功能特征；提供一个资源共享平台，项目中的所有参与者都可以获取相关信息来维护整个项目，且贯穿于整个建筑工程施工的全生命周期；各方可以在项目的不同阶段输入、提取、更新和修改BIM模型和数据库中的相关信息。”[3]从上述定义看，BIM技术至少有3 层核心含义（如图1）：

（1）BIM 是基于3D 技术的建筑数字信息集成，主要集成有关建筑物的几何数据和非几何数据；

（2）BIM是一个以3D 可视化模拟建筑施工的模型化过程，它可以分析整个建筑施工全周期，其包括施工方案模拟、可视化交底、3D 动态进度监控系统等；

（3）BIM是一种管理工具，其核心技术还可以实现建筑施工信息的调控与组织，即通过平台系统实现建筑信息管理。

图1 BIM技术的三层含义

（二）BIM技术的性质

BIM 和CAD 之间最本质的区别是数据集成与数字模拟。BIM是一种数据集成模型，其可以将不同格式、不同特征、不同来源、不同施工阶段的建筑信息实现逻辑集成与可视化数字模拟。BIM技术在实际应用过程中涉及许多软件，但无论是应用软件还是建模软件，各软件彼此之间都要求实现数据传输与数据共享[4]。可见，BIM 具有集成性、可视化模拟性、共享性与互操作性。

（三）BIM技术的功能

BIM模型的核心功能是可视化模拟，其能够将建筑数据转换为可以直观感知的可视化立体图像视频信息。在传统建筑工程中，建筑数据信息以平面图形方式显示在工程图纸上，以作为施工参考。传统建筑图纸虽然有助于施工方明确设计师意图，但仍具有很大的局限性，要求相关人员具有空间想象力与丰富的经验。尤其是在当前建筑物造型设计愈加强调艺术性、新颖性和独特性的情况下，仅依靠平面图纸很难完全将设计意图呈现。BIM模型依托3D 图形、视频图像不但可以显示平面数据，而且还可通过多维度、全视角的3D 影像模拟设计，实现建筑施工全过程的立体化呈现。正是因为BIM模型可以使施工过程的每个步骤都清晰可见，因而有效消除了施工方因想象力不足导致与设计要求之间不一致的诸多问题，大大提升了建筑施工效率和精度。

二、BIM 技术在建筑施工管理中的应用意义

（一）有助于优化建筑的构件设计

为了保证建筑的质量，施工前往往需要对整个工程施工过程进行可行性分析，并准确计算出建筑构件的合理性和合格性。应用BIM系统便可以在建筑设计阶段就进行建筑构件模拟实验，通过对每个构件进行仿真实验，确保了质量的可靠性[5]。同时，基于BIM技术，还可以对建筑的每个构件进行合理性分析，提前发现问题，进而不断调整设计，选择最优的建筑构件，优化整个建筑设计方案。

（二）实现了对工程实施进度监控

BIM系统不仅可以动态反映建筑的施工进度（查询和监控施工进度），也可以管理建筑施工进度。由于BIM模型集成了建筑材料、建筑成本、建筑劳力等一系列建筑工程数据，因而，基于BIM技术的建筑施工模拟与监控系统，可以将模拟数据与实际施工进度表进行比较，并分析偏差，进而对进度表进行预警。在实操中，建筑施工现场存在诸多未知的影响因素，有时需要根据实时情况调整施工进度。依托BIM建筑施工模拟系统，相关人员可及时掌握设计方案与实际施工进度之间的差异，并进行比较分析、控制和调整，以确保施工过程中各个环节的准确性。

（三）有效实现了成本管理与控制

成本控制是建筑施工和工程招标中非常重要的方面，控制施工成本也一直都是建筑工程管理工作的重点。一方面，建筑施工企业通过充分利用BIM技术的功能性优势，发挥模型的集成性、模拟性管理特点，可以构建施工管理各个阶段的成本控制机制：依托BIM系统可以收集施工管理工作中生成的各种信息，并进行分析和汇总，然后将分析结果传递给控制施工管理模型的中央系统。中央系统在收到相关信息后，便可对建设项目的建设资金进行宏观把控，统筹、优化建设资金的使用效率，以节约建筑企业的建设成本[6]。另一方面，BIM技术的应用能够让施工企业全面了解物料成本信息。在实际的建筑施工过程中，每个施工阶段对材料的需求是不同的，基于BIM技术赋能的动态可视化建筑管理系统，能够使让建筑施工企业实时了解市场上各种物料的价格变化，进而实现有效的成本控制。

三、BIM 技术在建筑施工全周期管理中的应用路径

近年来，我国建筑企业和研究学者对BIM技术在建筑工程中的应用进行了大量研究，这一研究课题已成为土木工程领域的研究热点之一。孙佳琦、孙晖、杨晓毅（2018）等认为，在建筑工程建设中，应全面探索BIM在施工全周期中的应用，通过分解施工环节，运用BIM技术有针对性地解决建筑施工中可能遇到的各种问题[7]。

（一）基于BIM 技术的施工准备流程优化：检验方案，调整施工设计

建筑施工准备的主要任务是为项目的顺利进行准备必要的人力资源、技术工具及生产资源，如做好建筑施工设计、准备施工设施；联系适当的材料供应商和分包团队；规划和安排施工人力资源和施工进度。由于BIM技术具有直观的可视化特点，因而在施工准备阶段，技术人员的主要任务是结合自身经验和现场条件，检查施工可视化数据模型的准确性，不断发现问题，调整设计，进而优化施工路径，基于BIM技术的施工准备流程，如图2 所示。

第一，明确BIM技术的应用目标。BIM技术的应用目标是通过视频仿真，演示施工过程，让施工方可以根据模拟情况调整施工布置，避免因布局不科学造成的施工不合理或安全隐患。

第二，应用BIM调研设计方案。传统的建筑施工设计取决于工程技术人员的经验，由于工程量巨大，在设计方案审查中经常会发生疏忽大意。BIM技术具有直观的可视化属性，因而在施工准备阶段就能够有效预见可能存在的问题，进而规避失误。在建筑工程准备阶段，施工单位可以基于BIM模型方案，结合施工现场的实际情况，对建筑施工进行优化和完善。通常设计方案体现的仅仅是建筑师的设计意图，因而，在施工前，施工单位应根据实际情况添加节点的详细施工设计，而BIM系统便可为其提供技术通道。

第三，施工模型标准化建设。在建筑工程准备阶段，需要系统化考察施工机械和设备；考察相关设计规范以及施工现场准备条件。一方面，施工单位可以利用BIM信息模型，收集和整理施工现场数据，完善施工作业模型，确保模型标准化；另一方面，施工单位可以利用BIM信息模型对构造和操作模型的合理性进行比较分析，针对设计缺陷进行优化和调整，甚至还可以利用BIM信息模型自动整理碰撞检查报告。

（二）基于BIM 技术的建筑施工模拟：动态模拟、展示施工现场环境

建筑工程项目在施工过程中受地质、天气、空间等因素的影响极大，因而，在施工过程中亦需要不断调整。基于BIM模型可以对建筑施工进行动态模拟，可视化展现施工环境。

第一，基于BIM三维模型的动态模拟。在建筑工程施工中，基于BIM技术的施工动态模拟，即使用BIM技术将现实环境和组件转换为建筑信息模型可识别的数据信息，并指导现场施工，如结合建筑的三维模型与建筑施工设计数据，对施工关键技术进行可行性模拟。基于BIM三维模型的动态模拟作为直观的过程仿真，有助于施工方有效地分析复杂结构的施工流程，从而优化施工计划。一般而言，BIM 技术应用和程序仿真的重点包括施工仿真分析、关键施工过程的动态显示。施工模拟应以施工计划的整个过程为目标，并清晰反映施工期间应注意的主要事项；仿真分析是BIM技术应用的重要组成部分，在建筑结构的安全分析中，BIM模型的优点是为仿真分析提供了良好的模型基础[8]。

第二，基于BIM的施工场地布置。施工现场的标准化是施工企业文明安全施工的重点，合理的施工现场规划可以减少施工作业范围内的空间冲突，并提高安全性。基于BIM的施工场地布置，即通过虚拟的施工现场环境，优化建筑材料和设备的布置，提高工作效率；通过场地规划模型与物联网相集成，实时监视建筑区域内人员的分布、优选起吊设备、科学规划施工道路，以确保人员和材料的安全。

第三，BIM 技术在预制零件加工中应用的关键是数据共享。建筑工程中的大型预制件数量相对较多，然而，目前不少设计单位尚未与预制件制造商保持紧密联系，这影响了预制件的结构性能。使用BIM技术的数据共享、可视化和物料统计功能，可以将模型数据传输到预制工厂的MES，施工单位便可以直接掌握预制加工的全过程。

（三）基于BIM 技术的过程管理维度：协调解决问题，优化过程管控

管理工作在建筑施工过程中有着至关重要的作用。因此，在施工过程中应制定合理的管理方案，并严格按照管理计划进行施工。基于BIM技术的建筑施工过程管理实现了施工协调管理、进度管理、成本管理、质量管理的可视化模拟，提高了建筑施工信息化程度。基于BIM技术的过程管理应用维度，如图3 所示。

图3 基于BIM技术的过程管理应用维度

第一，施工协调管理。即通过BIM平台管理系统，协调各方在指定的时间内完成设计方案。精细化和信息化管理是国内建筑业的发展趋势，利用BIM平台管理系统协调建筑施工作业，合理规划施工过程，有利于降低施工风险，解决项目协调问题。

第二，成本管理。BIM三维平台结合设计与施工进度，可对任一构件工程量及其成本信息进行可视化呈现，且能够根据建筑施工进度快速拟定资金需求计划。一方面，由于BIM数据库覆盖了建筑项目的生命周期，因而，基于BIM技术的工程量统计信息模型中的材料与价格信息能够建立智能化的链接，其不仅减少了人工消耗，而且还优化了成本管理效率[9]。另一方面，基于BIM技术的成本管理系统，实现了所有建筑成本信息、 BIM 模型数据与总系统服务器的对接，因而，成本管理系统可以自动对建筑施工项目的成本数据进行整理、分析和归集，最终形成多层次、多维度的成本参数库，有助于实现建筑施工项目成本的动态管理。

第三，3D 施工进度管理。进度管理是项目建设管理的重要组成部分。BIM技术进度计划是在3D 建筑信息模型的基础上增加时间维度：BIM 技术的施工时间表结合了甘特图和建筑信息模型的优势，因而，施工管理者可以使用图形和动画来表达实际进度与计划进度之间的差异，有助于提高施工进度控制的效率[10]。需要注意的是，在准备BIM软件计划表时，应注意WBS（Work Breakdown Structure，即工作分解结构）级别与前后链接之间的关系，以确保进度管理具有针对性。

第四，3D 质量管理。应用BIM模型准确定位预埋件、构件位置，可以提前了解建筑结构危险源或隐患，优化建筑施工的质量。一旦在建筑施工现场发现问题，BIM 系统便可以利用移动终端迅速采集来自现场的施工数据信息，并自动生成问题描述、匹配的现场指导以及改进建议，同时，还可以将其发送至相关部门或管理人员的联机工作平台。当现场施工方要获得问题反馈信息时，只需要登录BIM系统移动终端便可第一时间查看处理意见。