BIM技术在某科研楼项目中的应用

王文成

（中国电子信息产业发展研究院，北京 102206）

1 BIM应用与发展特点

1）政策引导推动BIM技术发展 在国家和地方政府2个层面政策支持和要求下，BIM技术已经发展到普及阶段，应用深度也在不断发展，对行业技术能力提升、行业管理模式创新、行业信息化水平提升和工程项目精细化管理起到日益重要的作用。

2）从设计阶段向施工阶段深化应用 近几年，BIM技术在施工阶段的应用价值凸显，普遍认为施工阶段是BIM技术应用最具价值的阶段，并且BIM技术应用正在逐步向运营阶段应用延伸。

3）从单业务应用向多业务集成应用转变 BIM应用已从原来的使用单独的BIM软件解决单点的业务问题向集成应用模式转变。

4）从技术应用向项目管理应用转变 目前BIM技术正在深入项目管理的各方面，包括进度管理、质量管理、项目部级办公应用，甚至是成本管理等均得到应用。与项目管理集成应用可发挥BIM更大的价值，成为BIM应用的一大趋势。

5）从单机应用向基于网络的多方协同应用转变 即“云+端”模式，建模后储存在“云”上，利用客户端、网络、移动终端等不同界面基于统一的模型工作，既降低各方沟通协同的成本，又方便现场数据信息采集、传递、存储和分析等，这种基于网络的多方协同应用方式可与BIM技术集成应用，形成优势互补。

6）从标志性项目向一般项目应用延伸 近几年，BIM技术已开始应用到一些中小型规模的项目中，尤其是政府项目。施工行业的这种趋势逐渐明显，BIM应用正从标志性项目向一般项目应用扩展。

2 BIM应用总体方案

2.1 推进BIM应用的背景

某科研楼项目的建设单位秉持智能、创新、科技、绿色设计理念，从设计阶段就要求利用BIM技术建模。施工阶段，项目部对BIM技术应用和管理应用提出较高要求，并且在施工准备期间进行大量的咨询调研，并制定恰当的目标和适用的应用策略。

2.2 项目技术和管理工作特点

1）采用钢筋混凝土-钢框架混合结构体系，外立面采用铝板幕墙，深化设计工作量大。

2）存在建筑智能化工程、变配电工程、电梯工程等专业暂估项，需要二次设计的内容较多。

3）地下深基坑属于危险性较大的分部分项工程，地下水位高，基抗支护和止水难度大。

4）现场施工空间狭窄，工作面复杂，施工交叉和干扰多。

5）项目部实施大型基建项目经验不足，资金来源多头，对项目管理提出挑战。

2.3 BIM应用目标

1）全生命周期项目管理 通过建模和不断完善BIM模型，使模型内容和精度不断提升，模型应用贯穿设计、施工和运营期，为科研楼智能化运营打好基础。

2）精细化过程管控 全面深入有效应用BIM技术，在减少变更洽商、加强质量安全管理、辅助造价控制等方面提升项目精细化管理水平。

3）公开透明项目资料 过程资料随工程进展同步产生并存储，而不是验收前集中整理资料，管理过程有迹可查。

4）具有科技含量的示范项目 BIM应用围绕“科技、智能”，体现科研楼、产业园的功能定位，争取做成BIM应用示范项目。

2.4 BIM实施技术路线

根据本项目特点制定项目BIM实施总体规划，并对其BIM应用路线计划进行细化，保障后期施工过程中BIM实施应用有序进行，如图1所示。

图1 项目BIM技术应用计划路线

2.5 BIM管理体系与保障措施

1）组建高效BIM组织架构 成立由三方项目领导组成的BIM工作领导小组，由各方技术负责人组成的BIM实施小组，下设由管理人员兼职的7个专业组，形成以建设单位为推动主体，以施工单位为应用主体，以监理单位为监督主体，以第三方公司为指导咨询的全员应用组织架构。

2）编制BIM工作管理制度 明确组织架构、人员分工、工作职责、考核机制，提出BIM技术应用和管理应用要求。

3）编制审批BIM专项实施方案 BIM实施组对于如何应用、应用范围和深度问题在入场前就进行充分论证、研究，编制方案上报领导小组。最终审批的方案从应用范围、内容、深度、推进计划等方面详细部署，方案翔实，可操作性强。

4）建立BIM运行检查机制 对各分包单位每2周进行一次系统执行情况检查，掌握BIM系统执行的真实情况、过程控制情况和变更修改情况；对BIM模型和软件进行有效性检查，确保模型和工作同步进行。

5）重视BIM资料管理机制 定期归档BIM施工阶段成果文件，并将施工资料收录其中，便于施工过程中及竣工验收后的筛选、调用、管控、追踪及资料共享

3 BIM应用具体内容

“专项BIM实施方案”涵盖工程实体模型的创建维护、深化设计/二次设计应用、现场布置、施工工艺模拟和项目管理平台应用等内容。以下详细介绍应用内容计划和部分典型应用示例。

3.1 BIM技术在施工阶段的应用内容计划

3.1.1 BIM模型搭建及维护

1）模型创建 根据施工图纸及工程建模标准进行全专业整体模型及周边地质条件搭建，模型搭建深度符合LOD400标准（见图 2）。

图2 项目BIM模型搭建

2）模型维护与变更调整 随工程进行及设计变更不断修改更新模型。

3.1.2 施工场地布置规划

1）施工总平面布置 通过BIM技术解决现场施工场地平面布置与场地划分问题，使各项材料、机具等按已审定的现场施工平面布置图的位置堆放。

2）现场临设展示 对施工现场的临时设施进行三维展示，对其布设、使用过程、拆除时间等节点进行三维动态模拟及细致把控。

3）材料堆放区域规划 对建筑材料的上下料路线进行规划，充分利用起吊设备，节省能源。

4）功能区划分 通过功能区的三维划分显示，辅助施工过程进行整体安排部署，有助于提高施工效率，减少不必要的人力物力损耗。

3.1.3 深化设计

1）门窗 采用BIM技术建立虚拟模型，对项目的土建结构与门窗等构件进行碰撞检查并优化设计方案。

2）幕墙 利用BIM技术对幕墙组成进行拆分演示，使施工人员更好地了解幕墙构件和构造形式，方便施工交底。

3）砌体 砌体施工之前基于BIM技术确定排砖最优方案，并自动导出CAD排砖图及排砖种类和数量。

4）复杂节点 复杂梁柱节点及组合楼板深化。

5）预留洞口 利用BIM对机电管线穿结构的预留洞孔的位置进行精确模拟和定位，避免返工对成本及施工进度带来不利影响。

6）机电 机电管线及线管洞口尺寸调整与位置标注。

7）碰撞检查 管线综合及全专业碰撞检查与优化。

8）管线综合 管线布置；管线综合；与市政管线的对接。

9）装饰装修 完成装修深化BIM模型，校核装修图纸，完善装修深化设计；基于装修模型统计工程量。

3.1.4 施工工艺模拟及指导

1）基坑方案模拟 土方开挖，基坑支护。

2）视频与模型同步对比 现场塔式起重机设置高清摄像头，接入平台，实现模拟建筑与实体建筑的进度对比。

3）复杂节点安装模拟 针对复杂节点进行安装模拟，基于BIM模型虚拟拼装，实现对安装方案的优化，包括安装顺序、安装位置、安装构件。

4）墙体砌筑工艺动态模拟 真实模拟墙体砌筑时上下错缝搭接位置、搭接长度及拉结措施等工艺。

5）后浇带施工工艺模拟 模拟沉降后浇带施工工艺，施工时后浇带两边墙、梁、板必须支撑好，直到后浇带封闭且混凝土达到设计强度要求后方能拆除。

6）钢结构安装模拟 对复杂节点进行工艺拆分和比对，反应节点安装位置及安装顺序。

7）机电管线安装模拟 基于三维动画仿真技术，对机电管线系统的安装过程进行动画模拟，从而实现对实施方案的检测及完善。

8）大型设备吊装方案模拟 对建筑中的大型设备进行建模和安装模拟，提前预留相关上人和安装空间。

9）装修工程工艺展示 室内装饰构件建模，辅助装修工程。

3.1.5 工程量统计

1）土方工程量 通过地形建模软件对其土方开挖进行精确计算。

2）模架工程量 通过模板、脚手架BIM模型，进行模板工程量统计。

3）混凝土工程量 通过BIM模型进行混凝土工程量统计。

4）防水工程量 通过防水铺贴BIM模型进行防水工程量统计。

3.1.6 BIM 5D项目管理平台应用

1）进度管理 施工进度4D模拟；进度优化及核查。

2）质量管理 建模前协同设计；碰撞检测及报告；深化设计；三维技术交底。

3）成本管理 基于BIM的成本控制技术路线及方案；构件自动统计；土方量计算；5D成本控制；物资材料管理；限额领料。

4）安全管理 防坠落模拟；塔式起重机安全模拟；火灾疏散模拟；应急预案。

5）绿色施工 雨水收集系统模拟；减排措施。

6）工作协同 基于BIM的协同设计可使各专业在同一个模型基础上进行工作。

7）资料管理与流程管理 BIM 5D平台自带的“协筑云”能够存储项目过程资料，并实现一些基本的流程审批工作。

3.1.7 数字化竣工交付

1）工程资料集成化交付 BIM模型文件、BIM效果图、设计说明、计算书、二维图纸、设计变更、重要阶段性修改记录等。

2）辅助运营管理 竣工模型为后期运营阶段的信息查询提供辅助。

3.2 典型技术应用示例

3.2.1 BIM模型搭建和更新

根据施工图纸建立并整合施工阶段的BIM模型，范围包含土建模型、机电模型、幕墙模型、装饰模型、室外管线模型、施工场布模型、施工进度模型等。对模型及时维护、更新，保持施工中的变更信息实时更新，保持工作平台的一致性与有效性。

3.2.2 施工场地布置规划

通过建立现场场地布置BIM模型，可视化展示场地、设施、道路的位置关系，合理安排塔式起重机、办公区、库房、加工厂地和生活区等的位置，对施工场地进行优化，选择最优施工路线，使平面布置紧凑合理。

3.2.3 深化设计

1）预留洞口深化设计 对机电管线穿结构的预留洞孔位置进行精确模拟和定位，出具三维洞口排布图和位置说明，使孔洞的位置和尺寸更加准确，避免返工。

2）管线综合和碰撞检查 施工图精度的BIM模型建模过程中，可进行不同专业间碰撞检查并自动生成碰撞报告，提前发现专业之间不交圈、管线之间碰撞等问题，减少返工（见图3）。

图3 管线综合与碰撞检查

3）机房深化设计 通过机房深化设计，将选用的各种设备、配件的品牌、型号、参数及尺寸对应创建模型，使设备尺寸及接管位置、配件长度及高度尺寸符合机房空间布置。同时可为设备运输安装检修、仪表阀部件安装提前预留操作空间，保证安装净高需求、整体协调性和美观性，如图4所示。

图4 机房深化设计模型

3.2.4 施工方案模拟

针对复杂节点进行安装模拟，基于BIM模型虚拟拼装，实现对安装方案的优化。例如，对墙体砌筑工艺进行动态展示，包括皮数杆设置、排砖等，真实反映墙体砌筑时上下错缝搭接位置、搭接长度以及拉结措施等工艺，如图5所示。

图5 墙体砌筑模拟

3.2.5 工程量统计

在BIM模型上应用相关软件，可对模板、脚手架、混凝土、钢结构、防水材料的工程量进行统计，结合专业工长的技术支持乘以用量修正系数，能够得到较为准确的工程量，再与传统模式的工程计量方式进行结合对比，可起到互相核验工程量的作用。

3.3 基于BIM的项目管理平台应用

该项目采用广联达BIM 5D项目管理系统，后期又根据需要增加了个别功能，升级了智慧工地平台。项目BIM根据自身特点集成建筑、机电专业模型，关联生产进度、质量、安全、图纸、物料等信息，在以下管理应用中起到提供数据支撑、辅助精细管理的作用。

3.3.1 生产进度控制

生产进度中，周计划任务跟踪功能较为实用，是本项目应用最多的场景。通过建立每周生产任务，指定任务完成方，收到任务的生产人员明确本周任务后，按任务要求配置本班组的资源，并及时上传现场劳动力、物资情况。总包管理人员对任务完成情况进行跟踪，并将施工信息整合至生产周会页面，作为每周监理例会主平台。同时，可根据历史数据对现场人、材、机情况进行分析，生成数字周报、施工日志及施工相册，便于及时掌握现场人、材、机情况。

3.3.2 质量安全管理

质量安全管理功能在该项目中的应用比较深入，通过安全员、质检员和专业工程师现场拍照、指定整改人、落实整改措施等一系列动作，图文并茂地将相关问题摆在平台上，有效督促责任人及时整改和消除隐患。对重复出现多次的问题，通过统计数量，建设和监理单位予以警告或罚款处理。同时，在现场安全关键位置、重大危险源处设置二维码定点巡视，督促安全员定期、定点巡视，随时掌握关键点安全施工状态。问题整改和定点巡查功能的应用，较好地辅助了现场管理。

3.3.3 项目级流程协同

项目层面的流程审批功能应用较成熟，平台能够根据项目业务流程灵活定制任务模板，能够处理大部分项目级别流程。针对实际需要，项目设置了28项线上审批流程，包括文件收发、会议通知、会议纪要、监理通知单等内容，并根据流转对象设置相应权限，基本实现了会议纪要、联系单、项目用章、材料进场送检、施工/技术方案审查等流程全面线上应用，对建设单位团队熟悉和掌握工程管理流程起到了积极作用。

3.3.4 文档管理应用

通过“广联云”在线存储文档，实现技术文件、管理文件十六大类文档的统一管理、实时保存，包括施工图纸、施工方案、管理制度、会议纪要、工作联系单、物资资料、监测资料、监理资料等。文档可随时在线浏览，方便快捷。各单位指定专门资料管理人员定期上传与更新，保证文档的完整性。设置相应权限，保障文档的安全性，一定程度起到资料共享、工作透明的作用。

3.3.5 视频监控集成

在该项目中，视频监控的主要应用场景为塔式起重机顶端监控摄像在平台中的集中，便于领导层远程登录平台，掌握项目形象进度，这是项目管理中非常重要的环节。

4 项目BIM应用问题和反思

该项目BIM工作最初的目标是从设计、施工到运维全生命周期应用BIM技术，提升管理水平、发挥项目效益。经过实践，BIM应用效果初显，项目先后获得北京市住建委“北京市BIM应用示范工程”、中建协“第五届建筑业企业信息化建设特优案例”、中施企协“首届工程建设行业BIM大赛三等成果”、北建联“2020年度北京市工程建设BIM成果证书：综合成果Ⅰ类”等荣誉，但受整体应用水平、软件功能和现场情况限制，整体上还存在一些问题，通过总结经验、反思问题，认为以下方面可能是BIM在全过程应用中需要持续加强和改进的方向。

4.1 设计阶段满足深度的正向建模是BIM应用的基础

该项目BIM应用从设计阶段就已经开始，但设计阶段建模水平参差不齐，普遍存在“反向建模”的情况。本项目也存在该问题，导致模型深度不够、精度不高，实际作用大打折扣。后期又根据实际需要在施工阶段重新建模，但已时过境迁，一些专业交叉打架、管线碰撞、不交圈的问题未及时得到解决。现在一些比较好的设计单位具备了正向建模的水平，在设计阶段能够建立符合施工图深度的模型，再根据模型导出施工图纸，提前解决很多设计交圈和管线碰撞问题，回归BIM技术最本质的价值。

4.2 全面且具有可操作性的应用策略和实施方案是必要条件

每个项目的特点和难点不一样，投资方、业主方在每个阶段对项目管理的重点和目标略有不同，施工方和参与方BIM经验、认识差别较大。现今BIM涉及的技术和管理应用能够覆盖项目的各方面，在项目前期做好充足的BIM调研和论证工作，选择适合项目自身的应用策略非常必要。“全面开花”的目标、“蜻蜓点水”的应用、“南辕北辙”的效果不可取。

4.3 建设单位主导和合理预算是BIM落地和深入应用的保障

建设单位是唯一能将各参与方都串联和调动起来的力量，因此建设单位主导推进是深入应用BIM技术的条件，也是使其在全生命周期得以应用的重要前提。若没有建设单位主导，即使设计单位实现了正向建模，其模型也不一定能符合施工阶段的使用要求；没有建设单位要求，施工单位应用个别BIM功能的主动性较差，单纯依据设计单位、施工单位自觉完成各阶段的BIM工作并不现实。当然，一个合理的预算也是调动参与单位做好BIM工作的重要保证，这个预算是直接投入，但其收益和效果是间接和持续的。

4.4 BIM技术和项目标准化、精细化、信息化管理和深度融合是大势所趋

各大建企从便于自身施工出发，均有自己的BIM应用着力点，如提前利用BIM建模解决碰撞问题，避免返工，也都有自身的标准化管理要求，如临建场布、文明施工、安全管理等。这些都能集中反映在模型和平台应用，嵌入企业的信息化平台中，前文中提到的向“多业务集成应用”转变，与现场管理深度融合，并与企业的标准化管理集成为一体。

4.5 提升BIM技术在运维阶段的附加值是BIM应用的“蓝海”

目前存在的问题是，运维阶段要继续精化模型（“翻模”），深入物业和产业应用的各场景，但翻模和运维平台二次开发一次性投入较高，这也是当前整个行业面临的现实困难。根据本项目经验，分阶段制定和实现BIM在运维阶段的目标有可能解决这个问题。首先应建立并完善模型；其次在制定策略时要结合运营场景，与建筑智能化系统，如楼控、梯控、安防等深入结合，否则运营时再新增需求拆改量太大；最后需一定的定制开发，将各运营平台端口集成到模型和统一的平台上。

5 结语

因建筑使用功能和运营模式差异较大，目前BIM在运维阶段的应用很难实现完全的标准化和模块化，正因如此，BIM在运维阶段广泛有效的应用具有很广阔的市场前景，从整个行业来说也需各方共同努力，发掘和提升其在运维阶段的附加值。