高层建筑全生命周期中BIM技术应用分析

摘要：针对高层建筑全生命周期中BIM技术的应用，从高层建筑前期规划、勘察设计、招标应用、施工管理、竣工验收、营销策划和后期运维等环节进行了分析，重点研究施工管理和后期运维中的应用，诠释了BIM技术应用的主流方向和发展趋势。

关键词：高层建筑;全生命周期;BIM技术

中图分类号：F293 文献标识码：A

文章编号：1001-9138-（2022）05-0015-05 收稿日期：2022-04-02

作者简介：曹智，天津国土资源和房屋职业学院组织部部长，副教授。

伴随着我国踏上建设社会主义现代化强国的新征程，信息化技术与国民经济各领域间的联系更加紧密，建筑业也从传统建造向智能建造转型升级，BIM技术的应用将成为现代信息技术与传统建筑技术有机融合的有效途径，也成为智能建造技术的具体体现。本文以较详细的BIM技术分析和高层建筑全生命周期中BIM技术应用进行分析，重点研究施工管理和后期运维中的应用，诠释BIM技术应用的主流方向和发展趋势。

1 BIM技术综述

1.1 BIM基本概念

BIM全称建筑信息模型（Building Information Modeling），是指工程项目规划、建设、运营、维护的全周期相关信息数据为模型基础，进行建筑信息模型建立，利用数字信息模拟仿真建筑工程项目全部真实信息。具体应用的描述包括两个方面：一是BIM作为数据平台，用于建筑项目前期规划设计招标、中期建设管理验收、后期运营维护保养的数字化信息管理;二是BIM作为管理工具，基于模型信息、大数据技术和网络云技术，对项目进行综合性的管理。综上所述，BIM技术的核心技术是由电脑完成的三维立体信息模型所形成的数据库技术，此数据库包含的信息是从建筑工程规划设计到建筑主体终结的全生命周期信息。

1.2 BIM技术作用

三维渲染，动画展示。一是利用BIM技术将施工技術方案从书面转化为三维立体直观展示，生动呈现施工全过程和现场布局;二是对BIM模型进行三维渲染和动画制作，提高标书质量、树立企业形象，给业主更为直观的宣传介绍，提升中标几率;三是为企业宣传提供虚拟现实素材;四是制作标准施工工艺动画及技术交底动画。

精度提升，快速算量。一是BIM数据库的数据精度极高，可准确快速获取施工项目各种数据信息，有效提升工程管理效率;二是利用BIM技术导入图形算量软件，可快速精准统计工程量，提高工作效率，有效避免错算、漏算、重算等算量缺陷，有效控制工程计量与计价和工程总造价或工程结算总额。

精准规划，避免浪费。一是BIM技术可以使现场管理人员快速准确获取工程相关信息，精准制定人员和建筑材料使用计划，为实现限额领料、消耗控制提供技术支撑;二是使项目精细化管理摆脱经验主义，实现工程数据快速准确获取，用以支持资源计划。

多算对比，有效管控。BIM技术搭建的数据库可对任何时点、任何部位、任何工艺上的工程信息快速获取、汇总计算。通过对计划工程量与实际工程量计算，通过对单项工程量与总计工作量计算，形成多种计算方法的全面科学对比，有效控制项目消耗与资金。

模拟施工，高效协同。一是应用BIM技术进行施工过程模拟，直观快速展现施工方案及施工过程，将与施工过程有关的建设、施工、监理等人员有效协同，共同了解掌握项目施工过程中的各种情况和重难点问题;二是动态反应按照计划进度和方案的建造过程，减少项目质量和安全问题。

模拟碰撞，降低失误。一是利用BIM技术所形成的三维可视化模拟施工动画，在施工前进行结构构件或管道排布碰撞检查，可大幅度减少真实项目施工阶段出现的施工错误，避免返工;二是应用BIM技术对室内净空进行优化，利用模拟碰撞优化后的管线方案进行施工，可最大限度提升市内空间。

深化设计，高效施工。一是针对BIM模型，可以实时进行复杂节点和复杂施工工艺的深化设计;二是利用BIM技术的可出图性，可以随时将三维深化设计合理的模型输出成各类施工图，高效完成施工工艺和结构构件的各项施建工作。

数据详实，运维便捷。一是重点区域重要参数均融入模型，使建筑项目使用方能够直观掌握运维重难点;二是参数化大数据归档，便于建筑项目在使用过程中的故障排查、日常维护和改造提升。

2 BIM技术应用

高层建筑工程具有体量庞大、工艺复杂、施工困难、算量精度难控、维护多点并发的显著特征。针对上述特征，能够同时做到规避诸多不利因素，完成其全生命周期的有效控制管理，只有采取有效的智能建造技术才可实现，而BIM技术的全面应用使这个目标无限接近，其在高层建筑全生命周期中的作用如图1所示。

2.1 规划决策阶段

高层建筑工程项目在前期规划阶段，使用BIM技术进行初步概念设计和规划设计，着重进行高层体量构建、建造方案对比与决策、场地现状分析、环境影响分析、经济指标分析，初步确定基本建造方案，形成可视化呈现效果，同时搭建高层建筑项目BIM协同平台，辅助进行项目决策。

2.2 勘察设计阶段

在地质勘察过程应用BIM技术建立地质BIM模型。将勘察设计单位采集和汇总的施工场地数据进行分析处理与集成，信息内容输入BIM模型得到施工场地三维地质模型，进行地质效果展现，形成高层基坑挖填找平，指导三维效果图。

在设计过程应用BIM技术进行高层建筑建设方案设计、初步设计、施工图设计。在设计过程中，进行审图与验证、建筑结构性能分析、构件碰撞检测分析、楼层净空分析、管线综合布置、室内外景观设计。最终进行拟建工程信息数据统计、技术可行性和经济合理性分析、BIM辅助出图、形成虚拟现实成果。

2.3 招标投标阶段

建设单位招投控制过程中，应用BIM技术可以对设计方案进行优化，对建设项目工程量进行统计、优化和对比，对相关结构构件进行碰撞检查，对项目工期进行预期校验。

在投标管理过程中，应用BIM技术可以模拟高层项目施工工艺，预先进行施工5D模拟，实现投标报价优化。同时，可进行施工方案展示和项目可视化模拟，提高中标率。

2.4 施工管理阶段

高层建筑施工工期长，工艺繁多复杂，专项方案抽象，成本控制、误差及安全控制困难。有效利用BIM技术从施工进度模拟、施工现场模拟、施工方案模拟、专项深化设计、工程量统计、BIM5D成本管理、施工质量误差分析、施工安全分析等方面全面应用，可大幅规避上述不利因素，也是未来施工管理的必然趋势。

2.5 竣工验收阶段

高层建筑施工结束后，应用BIM技术将工程施工过程的写实性管理信息，包括但不局限于工程各类施工及管理人员现场实际工程信息导入BIM模型。在项目施工过程中的所有工程技术资料均要以数据形式储存，并导入或关联BIM模型，竣工验收过程中可根据信息模型核对相关规范规定比较筛查，形成高效竣工验收方式。

2.6 营销宣传阶段

高层建筑项目在竣工验收后，乃至于项目建设期内就可进入营销宣传期，传统的营销宣传手段无非通过传单、海报、报纸平面广告信息、电视电台传播等多种方式进行营销宣传。在信息化时代，若没有让潜在客户形象直观、一目了然地看到项目信息及周边社会环境、自然环境等多种信息的渠道，则会失去一大批无法在疫情常态化防控形势下了解项目的人群，从而降低了该项目的购买预期值。而BIM技术的应用优势再次体现，未完工的项目三维立体效果图、完工后的样板间、与周围社会环境、自然环境融为一体的智慧社区均能用BIM技术进行电子化、信息化展示，从而通过多种网络渠道进行信息扩散，使更多的不同需求层次的人群通过互动式VR体验、招商管理展示、三维电子档案库等方式了解更多、更全面的项目信息，产生置业欲望，从而达到营销宣传目的。

2.7 运行维护阶段

高层建筑在交付使用后，由于体量庞大、构造复杂、设备繁多，其运行与维护就成为劳动密集型产业，以物业管理服务尤为突出，大量的人力资源投入到日常运维过程，效率低、成本高。BIM技术有效规避了运行维护风險，提升了效率，降低了成本。

BIM技术的应用方式是搭建高层建筑运维管理平台，在平台上嵌入若干子系统，进行运维系统集成、运维数据分析、运维数据与模型整合和运维管理平台部署实施。其技术路线是基于BIM技术，搭建物联网架构，利用云技术作为控制中心，将高层建筑在运行与维护过程中的每个子系统，以BIM模型为载体统一集成整合到一起，形成可视化的管理者、建筑设备、建筑物之间的互联互通。同时，通过高层建筑各项数据分析、建筑物使用功能分析、建筑设备运行性能分析，为高层建筑提供一个综合性的BIM技术运行维护平台，达到建筑功能最大化效果。通过调研，将常见平台展示方式和应用系统做出如下简介。

BIM运维综合平台：以视觉管理方式代替以往的二维图形管理，所见即所得的三维界面高度仿真，视觉表现强大，真实感更强，可视化呈现高层建筑设备与高层建筑内部空间的运行与维护状态，能够做到第一时间显示图像，同时在三维立体模型上的直观显示核心数据信息或性能指标，为高层建筑物业管理等运维人员提供方便快捷的整体控制方法。

安保管理系统：汇总展示建筑内当前安防安保相关信息。系统化可视化提供监控视频信息、门禁开关信息、围墙报警信息、消防设备信息、应急管理信息以及电子巡更信息。

设备运行系统：展示设备维保项、设备维修项、本年报修趋势图，汇总显示各系统的在线监控设备数、正常运行时间、设备故障数、本月维修计划、本月维修量、维修完成度等信息。

电梯管理系统：展示建筑内电梯的整体运行情况、电梯的运行策略、电梯能耗走势、电梯的启停趋势图以及电梯的维保事项。电梯当前的停靠楼层，电梯的名称、运行状况、承载人数等参数信息;电梯内当前监控画面。

能源管理系统：展示建筑内各分项能耗占比（包括空调、照明与插座、动力）、能耗排名前七的设备展示、分区耗能、节能改造前后能耗对比、节能改造事项等信息。

环境管理系统：展示建筑内当前的环境状况，当前的环境标准，不同参数的实时数据及监控区域空调的运行模式等信息。在大屏展示系统中，建筑模型可以直接打开，展开监控楼层，分别显示不同楼层的温度渲染云图。

车位管理系统：展示项目内的停车场车位剩余折线图、车位占用信息、违停情况以及出入口监控画面、车位占用信息及本月车位占用分析。以动画的形式打开建筑模型，定位到停车区域，通过颜色渲染显示该区域内的车位占用情况;在模型中选择车位，可以查看入口到该车位的路线图。

照明管理系统：展示建筑内的照明能耗曲线、建筑内照明当前模式、回路信息;管理人员可在照明管理界面中选定特定区域，在大屏展示系统中集中展示照明的管控功能。

资产管理系统：实现建筑的有形资产可视化，更加直观，便于建筑后勤运维。对建筑的高值移动资产、高值耗材、大型医疗设备进行监测，实现资产的动向溯源、移出建筑报警。

智慧分析系统：对接入的各子系统进行数据信息汇总，建立数字模型，主要包括设备运行状态信息、环境状态信息、报警级别及次数信息、建筑能耗信息等进行智能分析，对建筑后勤运行综合评估，形成考评分值;形成健康指数、能效分析、设备质量分析、运维效率分析、人员绩效分析等各种报表。为高层管理者提供直观信息，为建筑布局优化调整提供快速决策平台。

3 结语

BIM技术的应用随着社会信息化程度的日益提高变得越来越多，应用的领域随之普遍化、深入化。特别在建筑业向智能建造过渡的特殊时期，BIM技术在高层建筑项目全生命周期中的应用越来越普遍、越来越成熟，尤其体现在施工管理和后期运维中。

参考文献：

1.马明.BIM+绿色施工技术在高层住宅建筑群中的应用.建筑节能.2018.01

2.赵海英.智能建筑BIM技术在高层住宅施工中的应用.武汉理工大学学报（信息与管理工程版）.2019.04

3.魏天云.基于BIM技术的建设项目全寿命周期集成管理.黑龙江工程学院学报.2018.08

4.骆红所.BIM技术在现代建筑工程项目管理中的应用分析.建筑技术开发.2020.02

5.倪宏.BIM技术在房建工程项目施工建设中的应用实践.施工技术.2020.07