BIM 技术在建筑工程施工中的应用分析

赵 静，杨秀谦

（广西水利电力职业技术学院，广西南宁 530000）

0 引言

在大数据、移动互联网、云存储技术融合发展的大环境下，BIM 技术的运用不断向成熟化、智能化方向发展，在建筑工程施工中的应用效果十分显著。通过发挥BIM 技术的信息集成、共享优势，能够更加合理地配置工程项目设计、施工、运营等方面的资源，实现施工过程中风险管控，大幅节约施工耗材、能源成本，保证施工质量、效率得到提高。同时，计算机网络、人工智能等技术的发展促进BIM 虚拟建模技术的更新、升级，能够为建筑施工管理人员提供虚拟信息资源，打破“先建后改”的传统建筑理念，相关人员可以利用BIM 技术进行“先试后建”，可以有效避免建筑工程施工不必要问题的出现。本文对BIM 技术进行分析，结合BIM 技术在建筑工程施工中的应用现状，探讨具体且有效的应用策略。

1 BIM 技术概述

1.1 概念

从本质上看，BIM 技术是基于建筑工程图纸，利用三维建模实现工程项目可视化的信息模型技术。通过构建BIM 三维模型，相关人员能够全面了解建筑工程的多方面信息，如相关参数、构件信息等，还能对施工过程进行动态化模拟、演示，管理人员能够直观地获取工程实施涉及的参数、信息，有效促进管理效率提高。在建筑工程项目施工中，项目图纸中信息较为烦琐，且其本身的复杂性较高，这就给施工全过程管理带来了一定挑战。在将BIM 技术引入建筑工程施工中后，大量的工程信息、数据能够以直观形式得到体现，并汇集到工程系统中，为管理、查阅提供了有利条件，管理人员还能及时地关注动态化的三维模型，对高危作业、重点施工工艺进行监管和把控，确保施工质量和安全。由于BIM 技术可以实现工程安全、成本、进度、质量的同步管理，已经在建筑工程施工中得到广泛应用，让诸多大型施工项目管理走向智慧化、高效化道路。

1.2 特征

（1）项目协调性。在建筑单位负责的复杂建筑项目管理工作中，管理自制始终是影响建筑项目管理成效的重要因素，其中存在诸多种类项目信息“不兼容”的现象，使建筑工程施工推进受到影响，如何有效构建复杂性的建筑，是单位面临的难题。而BIM技术的发展和应用恰好能解决这一问题，通过有效使用可以整合复杂类型建筑的多种项目数据，并将数据转化为可视化形式，协调建筑施工过程的时间、空间。比如，在其他布置、电梯布置的协调性上，可以在施工前预测、发现可能出现的问题，便于及时做出项目协调方案，从而起到保证整体建筑工程施工效率的作用。

（2）项目可视化。在BIM 技术支持下，原本抽象的建筑结构可以形成可视化、立体化模型，十分便于相关人员进行观察和分析，且这种模型支持互动和反馈，能够为建筑设计、管理等工作开展提供良好技术条件。同时，可视化能够将企业、单位的建筑能力展现出来，人们可以清晰地了解建筑施工方案、策略，更容易赢得投资人的青睐，对提升企业核心竞争力具有不可忽视的作用。此外，建筑信息模型的可视化条件，也能让广大业主了解建筑工程，提高其对企业的认可度、信任度。

（3）项目模拟性。目前，我国对BIM 技术的运用多体现在建筑设计环节、设计后的测试阶段，相关人员可以在进行设计时开展模拟实验，比如热能传导模拟。在形成设计方案后，也能发挥模型的反复模拟优势，选取和确定最优化的终极施工方案。在BIM 技术的模拟性条件下，可视化模拟可以覆盖建筑工程设计、施工进度等阶段，为设计人员、建筑师提供便捷的沟通，实现建筑工程理论与施工实践的有效结合。此外，模拟性还支持建筑工程的安全管理，可以模拟紧急情况处理环境，如发生火灾紧急疏散、地震时的避险等。

2 BIM 技术在建筑工程施工中应用现状分析

2.1 对BIM 技术应用价值认识不足

在现代网络条件覆盖的条件下，基于BIM 技术建筑施工管理要依托计算机网络和信息技术，以保证各项工作有条不紊地开展。但是，受到以往建筑施工管理理念的影响，人们对BIM 技术的认知程度、重视程度不足，更多地依靠固定管理理念、思维开展工作，这就难以真正发挥BIM 技术对建筑施工全过程管理的促进作用，再加上建筑人员未能形成BIM 技术的全面认知，限制建筑施工管理工作向智慧化、现代化方向发展。

2.2 施工管理人员素质有待提高

当前，建筑施工管理人员个人能力、素质是影响施工的重要因素，部分建筑管理人员很难适应基于BIM 技术的施工管理工作，个人能力有待提高。同时，部分地区的建筑管理人员在向老龄化发展，容易给BIM 技术的运用带来影响，尽管相关管理人员具备丰富的经验，但未能及时学习、利用现代化管理技术，对BIM技术应用不合理，也就限制BIM 实际价值的发挥。在日益升级的BIM 技术环境下，只有人员具备较高的素质才能灵活、科学进行技术应用，为各项工作开展提速增效。

2.3 模型构建有效性有待提升

建筑施工管理水平的提高，要科学、高效地应用BIM 技术模型，发挥其在施工管理的设计、施工建设、生产、竣工等阶段的价值，精准地把控图纸设计、控制生产质量和风险。但是，在建筑施工管理工作中，由于欠缺良好的BIM 设计技术模型，对BIM 数据资源库运用力度不足，很难增强建筑施工效果。

3 BIM 技术在建筑工程施工全过程中的应用

3.1 应用于招投标阶段

在以往的招投标步骤上，要先完成图纸设计，再进行招标广告的发布，由施工单位根据广告要求选择是否投标。在整个过程中，需要关注的核心内容是工程量的计算。在以往的造价中，更多运用专用的造价软件，如“广联达”“鲁班”“未来清单”等外部软件，再结合CAD 图纸进行工程量计算，形成造价清单。通过引入BIM 模型，可以利用其在工程施工中的通用性，在设计、造价、施工等方面实现模型的统一调用。在张春影、高平的实例验证和研究中，设计人员在将BIM 模型与施工图设计进行充分融合后，BIM 模型中的工程量可以被提供给造价人员，并根据相关规则进行多项工程的计量，还能在不借助其他外部软件的前提下，调整设计变更的工程量，保持信息同步。此外，在招投标阶段（完成图纸设计后），建设单位（或代理机构）可以将BIM 模型形成大工程清单交换给投标施工企业，保证准确性的同时，推进工作进度。

3.2 应用于设计阶段

在CAD 绘图的不断推广和使用下，利用计算机辅助绘图的方式逐渐取代以往的手绘方式，人工智能、数字化不断地为建筑行业发展、改革赋能。除了具备建筑模型的功能，BIM 技术在CAD 的基础上，还能实现对建筑物施工、投入、成本的管理，以全生命周期实现综合信息的管理，如建筑物周边生态、环境、天气等因素。在项目立项前，首要工作是对项目进行可行性分析，业主在这个阶段主要是利用此技术分析项目相关的项目方案、技术选择。以往的可行性研究中，要利用图纸、邀请专业人员参与分析，在一定程度上消耗工期、增加费用。通过引入BIM 技术构建模型，可以对施工地的综合信息进行模拟，有效控制成本，更能提高最终结果的精准分析。在设计阶段，凭借3D 模拟技术，设计者可以通过BIM 信息模型获得全方位的视觉效果体验，多角度地了解建筑物，有效协调项目施工中建筑、安装、设备、结构等人员的设计，确保图纸质量稳定性得到提高。此外，可以通过BIM 模型提取项目前期工程量的计算信息，不需要再次构建模型，保证设计、计量的同步性，使计量的效率得到提高，为工程施工节约时间。

3.3 应用于施工阶段

BIM 在施工过程中的应用，张建平教授以我国管理发展需求、特点为出发点，对其具体技术、标准、软件和方法进行研究，系统化地构建了应用BIM 于施工阶段的技术框架、流程和措施，还将4D 技术融入BIM 模型，研发形成建模系统、相关的施工项目管理软件。近年一些造价软件公司，如广联达、斯维尔等，则在4D 的基础上加入成本管理，形成BIM5D 系统。当前，我国BIM技术在施工阶段的应用体现在以下方面：

（1）基于BIM 的计量。在施工中，为了保证施工进度顺利推进，保持进度款的有效支付，必须要重视工程量测算、掌握。以人工方式进行计量核算，不仅需要耗费大量精力、时间，其中不可避免地存在偶然性因素。通过应用BIM 模型，能够方便快捷地完成算量工作，还能及时反映设计变更的相关信息。

（2）基于BIM 的3D 虚拟图纸。基于2D 图纸，通过使用Revit软件进行BIM 信息模型构建，能够赋予图纸极强的可视性，不论是施工方还是管理人员，都能借此判断、理解设计者的思路。与2D 施工图纸相比，具有立体感、实质感的BIM 模型，能够避免施工中出现的一些问题，规避返工现象，保证施工质量、效率。同时，施工人员可以结合自身施工经验，及时反馈设计模型可施工性，提高设计质量。

（3）基于BIM 的三维碰撞检测。BIM 模型是机电、土建、结构、设备、管线的集合，支持全面碰撞检测、分析。这样，就能提前了解、发现设计中存在的不足，及时加以改进，有效避免施工受到影响，更能起到控制设计变更次数的作用。当前，主要用于碰撞检测的软件有Navisworks。

（4）基于BIM 的项目管理。在施工管理模式上，更多地采用总—分包模式，要求对单个项目进行分段拆分，分别进行发包，在起到缩短工期作用的同时，增加管理人员的工作任务。当前，广泛运用于施工项目管理的4DBIM-GCPSU 软件由清华大学研发，是基于BIM 技术与4D 开发的管理软件。该软件能够根据IFC 标准，建立4D 施工信息模型，并与施工现场3D 模型、施工进度建立起联系，集成安全质量、场地布置和施工现场资源等信息，相关人员可以借此对人力、材料、安全、成本、质量和施工进度进行4D 动态集成管理，完成4D 模拟。

（5）基于BIM 的4D 施工模拟技术。利用BIM 技术，能够全方位地模拟施工过程，如施工进度、人员调配、机具选择、材料用量等。在进行施工前，施工方能借此技术分析、掌握施工重难点，对施工方案进行改进和优化，促进材料、人员、机具的配置，最大限度节省资源浪费。施工中可以应用的4D 施工模拟软件较多，如 Bentley Navigator、Autodesk Navisworks，以及基于 BIM 技术的4D 动态系统软件。

（6）基于BIM 的5D 施工管理平台技术。随着大数据和云技术的发展，在BIM 三维模型的基础上加入进度和成本维度，就形成了BIM5D 系统，使施工项目得以实现工程安全、成本、进度、质量的同步动态管理。当今BIM 技术的发展趋势，BIM 5D 不再是一个单纯的设计、管理软件，而逐步发展成为一个工程项目的建筑信息数据库，项目全过程信息均可在5D 系统中进行查询、添加、修改等。未来建筑信息的发展将是大数据与BIM 技术的深度融合，通过对纷纭繁杂的建筑数据进行大数据挖掘，发掘有用信息，从而真正实现建筑施工智慧化。

3.4 应用于运营维护阶段

从全寿命周期的建筑项目运营角度看，设计、施工占据的总时间长度的小部分，用于运营维护的时间消耗要占据到寿命期的近70%。比如，对于使用寿命设定在50 年以上的建筑物，在设计、运营维护的耗费占比上，呈现1:9 的比例。所以控制使用阶段的运营经费是降低建筑物全生命周期成本的关键。当前，我国对BIM 技术应用的研究，多围绕设计、施工阶段展开，较少涉及建筑物运营和维护。从整体角度看，对建筑物的日常运营、维护，是一项综合化、系统化的流程，其中包括技术、管理、人员、设备等，主要是为了向用户提供使用的基本保障，保障安全性、舒适性。简言之，其重在对信息进行采集、处理和分析，实现综合性管理。在基本的运维阶段，目前采用的有特许经营、自主经营、委托经营、租赁经营等。在长期的建筑物使用寿命下，会出现大量文件需要管理，再加上存在较长的管理跨度，容易影响管理的有序性。目前，在运营维护阶段，国内对BIM 技术的应用体现在以下方面：

（1）基于BIM 的建筑空间管理。在以往使用的2D 图纸中，其很难为建筑管理单位提供三维立体空间影像。例如，商业类型的建筑地产出现装修、改建现象的频率较高，在无形中给管理工作带来了难。通过引入BIM 模型，相关人员可以关注并根据改建情况进行调整，具有纸质管理方式不具备的优势。在世界上，部分西方国家在实践中逐步形成关于施工运营的信息标准。

（2）基于BIM 的设备维护管理。在运营维护管理中，保证设备正常运行是基础，所以需要在运维管理工作中搜集大量设备的相关信息，如基本参数、运营周期带来的各项数据等。在传统管理手段中，以纸质方式进行数据管理具有一定的局限性，容易因人为因素增加出现错误的概率，对于出现故障的设备也更多是依靠人员经验处理。在BIM 技术智能系统支持下，设备的操作说明、配件、零件、图纸等信息均可实现信息闭环循环，设备现状、维修等数据可以从系统中获取。

（3）基于BIM 的应急安全管理。应急安全管理需要做好两方面的工作，对建筑物外部环境可能带来突发事件的关键点，以及建筑物内部设施存在的不稳定因素进行监控。通过运用BIM 技术、物联网、RFID（无线射频识别技术）等相关技术，将施工场地作业人员安全、施工关键区域进行追踪、监控，并集成到BIM 监管系统上，便于迅速地发出预警信号，有效预防安全事故发生。

（4）基于BIM 的运营能耗管理。在建筑物运营中，会出现一定的能量消耗、浪费问题。但是，当前对建筑物基本情况采集，多通过图纸、手工测量方式进行，未能形成精细化、完整化的能源管控体系。通过将BIM 技术模型引入能耗管理，可以实现对能耗的分析管理，智能采集建筑的能耗水平，并将数据传入数据库，为相关人员提供及时响应和反馈，为节能控制管理提供条件。

（5）应用于竣工拆除阶段。在建筑工程竣工验收阶段，通过BIM 技术、3D 激光扫描的综合应用，能够实现建筑工程施工中产生的各种数据的汇总，为工程测量、验收提供精准的数据支持。在验收实践中，可以将先通过3D 激光扫描仪完成整个施工场地的扫描，再将云数据进行处理并反馈到BIM 技术软件。然后，通过利用BIM 技术实现施工现场的三维模拟，与设计方案中的模型进行比对，及时且准确地发现不足，为工程竣工、决策提供直观参考。

在建筑物全寿命周期的最终阶段，也就是拆除阶段，以20 世纪70 年代的民用建筑为依据，其设计图纸、施工、改建等情况较为复杂，纸质性资料也存在一定的丢失风险，这就影响了拆除工作的顺利进行。通过将BIM 技术运用于拆除阶段，能够实现对寿命周期数据资料的完整收集，为相关人员提供清晰的改建、扩建资料。同时，在未开始拆除前，能够精准地进行工程量的计量，为人员、设备统筹、施工进度的控制提供必备条件，还能利用BIM模型对监控建筑周边情况，选取合理的施工机具。此外，通过发挥BIM 技术的3D 模拟优势，可以反复模拟拆除顺序，合理地规避拆除中可能出现的风险。最后，基于BIM 技术模型的支持，各个构件的参数、材质可以得到反映，便于在拆除中进行分类处理，最大限度降低污染，提高回收率。

4 结语

综上所述，加强BIM 技术在建筑工程施工全过程中的应用是智能化、数字化时代的要求，更是促进生产效率、质量提高的重要手段。因此，必须要重视BIM 技术的推广和应用，要紧密关注建筑行业发展形势，培养专业人员应用BIM 技术的素养、意识，也可以通过法律等手段，促进相关建设标准的完善，进一步推广BIM 技术。此外，还应结合数字化、绿色化、产业化的发展趋势，加大现有软件系统的继续优化力度，不断降低技术应用门槛，为我国建筑行业发展提供技术助力。