BIM技术在建筑工程项目全生命周期中的应用探索与实践

范伟亚（亳州市重点工程建设管理服务中心，安徽 亳州 236800）

近年来我国涌现出一大批高水准的工程项目，为城市发展带来新活力，也刺激了建筑行业的发展。与此同时，这些新兴建筑工程项目持续冲击着既有的技术规范、管理手段和建设方法，给建筑业带来巨大挑战。建筑信息化是解决建筑行业所面临挑战的钥匙[1]。

作为建筑信息化的载体，BIM 技术受到了高度重视，甚至政府多次出文推动其普及应用。但目前BIM技术介入工程项目尚处于初级阶段，局限于工程设计阶段，而非项目全生命周期。因此，作为设计、施工、运维多专业信息集成平台的BIM，其技术所带来的行业发展红利还没有得到充分开发。

基于此，本文从分析项目全生命周期管理及BIM技术特点入手，阐述BIM 技术给工程全方面带来的革命性改变，并根据一项工程案例直观展示BIM 技术的优势。

1 项目全生命周期及BIM技术

1.1 项目全生命周期

全生命周期的概念是在项目管理策略层面提出的，包括项目的决策阶段、实施阶段和使用阶段（运营阶段）。项目管理的本质即为一种增值服务。因此，BIM 技术介入项目全生命周期，获得各方单位认可，有利于各方单位达成目标，为各方单位增值。整个项目周期至少涉及八方单位，如表1所示。

虽然项目总体目标一致，但就单一参建方来说，其目标存在差异，如表2所示。

表2 相关方项目建设目标

这些目标既是分散也是统一的，要使这些目标都能实现增值，需要高度集成的信息化技术对项目全生命周期进行管控，并且信息共享。

1.2 BIM技术

BIM 技术的研究早在20 世纪70 年代就开始了，但BIM这一正式名称的出现是在2002年，全称为Building Information Modeling，意为使用三维数字技术呈现建筑工程项目所有相关信息的工程模型，顾名思义，该项技术的目的就是要搭建建筑工程项目所有关联方信息汇总、交互的数字化平台，其自然适用于项目全生命周期管理[2]。

近年来，随着国家政策的导向，绿色建造和智能建造是建筑行业的发展趋势。由于BIM技术在建设过程中与绿色施工、信息化施工、装配化施工相关联，因此能够发挥其极大的优势，进而关系到资源节约，发挥资源的精细化调配，同时又能够满足建筑的高质量发展。BIM技术在发展理念上与国家提出的可持续发展，既要金山银山又要绿水青山的理念是相符合的。因此，BIM技术在现实工程中能够极大地推动建筑业的良性发展，做到高质量、环境友好、人工智能等，实现建筑工程项目全生命周期的信息共享。

1.3 全生命周期管理中的BIM技术

BIM 技术是建筑业信息化的衍生品，信息创建、管理、共享是核心。基于BIM 技术进行建筑工程项目全生命周期管理，集成了项目决策阶段、设计阶段、施工阶段和运营阶段不同相关方的信息，使之成为随项目进度同步变化的动态信息链，从而避免了传统分散的阶段性项目管理产生的信息缺失[3]。

全生命周期各个阶段任务不同，所需要的信息承载体亦存在差别。BIM技术作为信息集成可视化平台，在各阶段可以承担的主要管理任务见图1。

由图1可以看出，目前BIM技术更多地被应用于设计、施工及运营阶段，即项目实施阶段的管理工作。但可以预见的是，随着BIM技术的完善，信息化技术在决策工作中的重要性将大大凸显。

图1 项目全生命周期的BIM解决方案

（1）决策阶段：决策阶段的主要目的是为了满足项目的建设时序、进度安排以及质量和资金控制，具体包括：确定项目地点、确定实施组织、确定和落实建设资金、确定项目投资、进度及质量目标。所包含的信息管理有：市场信息、资源信息、环境信息、公共信息、投资信息、推广信息。

（2）设计阶段：设计工作需要多专业协同配合才能完成。不同于国外专业性设计所，我国设计院属于集成型设计院，但即便这样也无法确保图纸万无一失。该阶段包含的信息有：勘察设计信息、造价信息、合同信息、同类工程信息、公共信息、材料信息、经济信息。

2 BIM技术在工程全生命周期中的应用

2.1 项目决策阶段

决策阶段的主要目的是为了满足项目的建设时序、进度安排以及质量和资金控制。无数工程实践证明，好的工程往往在决策阶段投入了大量精力，谋定而后动。在这一阶段，决策者需要综合考虑项目收益、技术可靠性、可使用性及安全性，传统方法所提供的决策支撑材料往往是分散的，需要经过多方会谈才能确定，成本高昂[4]。

BIM 技术可通过概要模型（Macro or Schematic model）对拟建项目进行分析和模拟，降低论证成本，提高决策效率。此外，BIM 技术提供的信息沟通平台，可以解决不同专业间的信息割裂，汇总各方数据以提供决策支持。在决策阶段，需完成：

（1）BIM技术目标：明确各单位、各阶段的BIM技术工作内容、目标及责任划分，确定工作流程等。

（2）组建BIM团队及搭建应用环境：通过竞赛或招标确立BIM管理团队及BIM专业小组并在各参与方驻场办公，完成各参与方BIM使用环境构建，保障应用流畅使用。业主作为项目管理核心，应组织搭建BIM 工作平台。

2.2 项目设计阶段

BIM 技术最先应用于工程设计阶段。建筑工程设计工作涉及建筑、结构、管线、园林等多专业配合，集成协同设计一直是设计人员的目标，这也是BIM 技术在设计领域得到最快推广的原因[5]。

（1）BIM概念设计：在BIM平台完成项目选址、外形定型、结构分析，提高信息交互水平。

（2）建立3D 模型：通过BIM 软件绘制拟建建筑3D模型，并会同各专业进行技术交底。

（3）协同设计：根据各专业分解BIM 设计内容，并进行专业设计。基于BIM 平台进行合图和图纸会审，排除碰撞点。

（4）设计变更：BIM技术可以自动更新模型参数，提高方案设计灵活度。单一专业的变更可以实时反映到3D总图中，确保各专业同步更正。

（5）施工变更：由于前期勘察、外部环境等问题，施工单位往往在建设过程中提出变更要求。通过BIM平台进行四方会签将大大提高效率，保证变更合理性。

（6）成本控制：设计完成后，可通过BIM 软件自身的构件库统计工程量，并基于预设定额计算工程造价，避免因后期深化设计出现超预算，便于业主方控制项目投资。

2.3 项目建设阶段

BIM技术不仅仅是信息交互的平台，也是项目实施工程动态模拟及管理的工具。场地布置、进度控制、质量控制、安全方案、施工成本控制及物资管理等均可通过BIM 技术的动态模拟实现，为业主方直观反映现场质量、安全及环境方面的信息，便于垂直化、穿透化管理。

（1）设计方案可行性研究：工程图纸落地是一个不断磨合的过程。施工单位可以借用BIM模型对比现场情况，及时与设计沟通调整方案。

（2）施工场地布置：施工场地布置是BIM技术运用在施工阶段的重要一环。施工场地布置需要确定各临时设施、临电、临水、物料储存间、加工间等。施工场地布置方案通过BIM进行优化，降低后期拆改次数，提高场地利用率[6]。

（3）机械运行分析：机械运行路线与施工场地布置方案相辅相成，在使用BIM技术确定场地布置方案时，可以通过BIM 运行模拟优化机械路径，防止施工过程中机械间的相互干扰。

（4）施工过程模拟：4D施工模拟是BIM技术的一大亮点。其对于施工过程的模拟不仅限于形象进度展示，还有质量、材料及安全方面的信息。因而，深化BIM技术在施工过程管理中的应用，可从时间、资金、人员、机械、材料上节约成本，优化施工整体过程。

（5）风险管控：随着项目进度的推进，各专业需不断进行深化设计工作。业主代表、设计人员、施工人员将频繁对接，确认深化设计中的细节。BIM技术提供的信息交互平台可以有效减少大量深化设计带来的碰撞，从源头上控制风险。

2.4 项目运营阶段

BIM 参数模型的完善是完成竣工模型（As-built model）的前提。在运营方面，BIM技术需将客户管理信息、企业成本管理信息、租赁成本信息、设施设备运行监控信息等进行整合[7]。主要应用于以下方面：

（1）空间管理：主要服务业主方及物业方的管理，包括空间改造、建筑翻新、拆改搬迁、公共维护。

（2）设施运行维护：主要服务于物业管理，包括日常维护信息、应急维修处理、优化运行方案、人员培训安排、运行状态监控、备品备件物资管理。

（3）运营管理战略规划：服务于业主方管理，主要为空间、时间、队伍、成本综合战略管理。

（4）建筑物优化管理：服务于业主方及物业方管理，包括能耗分析、空间环境优化、照明优化、负荷预测、结构性能安全性评估等[8]。

（5）建筑物综合指挥及管理：服务于业主方及物业方管理，包括公共安全监控、设施设备安全监控、应急预案优化、消防疏散模拟、应急综合指挥等。

3 案例分析

3.1 工程概况

安徽某地科研综合楼项目在决策阶段即被定位为国家三星绿色建筑，项目业主在招标文件中明确需采用BIM 技术，并提交相关的数字化成果。该项目分两栋一中心，北侧停车楼，南侧“L”型科研楼及中心绿地，总建筑面积31600m2，整体效果图如图2所示。

图2 项目整体效果图

3.2 决策期规划布局

在BIM 软件中建立拟建项目外观模型，进行风环境及日照模拟，对场地风环境及辐射环境进行评估，如图3 所示。根据评估结果，对规划布局进行必选，并为后续设计方案提出优化要求。

图3 日照辐射模拟和风环境模拟

3.3 初步设计阶段

项目应用BIM 技术对建筑内部空间进行了设计，并优化建筑风格。在该阶段中，充分运用BIM 的信息模型对内部空间进行分配，由于模型和数据同步生成，并且可以交互调整，大大缩短了方案制作时间。同样的，在该阶段需要对建筑进行多方面模拟评估，比对选出最优方案。

此外，在初步设计阶段，可以借助BIM软件强大的外接口功能，引入地形图和地质图，对场区的工程地质条件和周边环境进行初步设计，合理布置场地以及安排施工流程，对场地的道路、水电、材料堆放以及设备进度进行安排，为后续的方案设计和施工图设计做好基础工作。

3.4 方案深化阶段

在该阶段除了传统的深化设计、定期会审、排除碰撞之外，还根据项目绿色建筑节能减排的定位，确定可再生能源利用方案包括太阳能集热器布置、自然通风系统等。随着BIM 软件的推广，其自带的构件族库越来越齐全，确保了深化设计的便利。避免了建筑工程施工图纸审查过程中，审查人员细节审阅不到位，审查程序不规范、审查人员素质良莠不齐等缺点。

项目结合现行的图纸规范制定了适合项目自身情况的BIM企业标准，使用三维数字模型打印二维图纸，实现了100%BIM出图。

3.5 项目实施阶段

项目实施阶段充分利用了前期的BIM 模型，对模型进行分解、梳理及安排，从而编制施工组织计划，确定具体施工方案。往往项目的深化设计是随着施工进度的推进而开展的，以管线综合为例，房建工程涉及的管线复杂，种类众多，数量巨大，材质不一，包含给排水管线、暖通管线、网络通信管线等，各个管线之间相互穿插，存在交叉碰撞的可能。本项目中基于BIM 施工技术对管线复杂部位的设计方案进行了优化，如图4所示。

图4 基于施工工法的管线优化

4 结语

本文分析了项目全生命周期及BIM技术的特点及适应性，详述了BIM 技术在建筑工程全生命周期的应用细节，并通过高水准的工程案例展示了BIM 技术的优势，BIM 技术的实施使得项目达到了节约成本的目的，减少了过多的成本消耗，同时基于BIM技术对方案进行优化，实现了工程质量的控制，保障了施工安全，使项目的各个环节和参与各方的信息交流更加畅通，达到了命令的方便快捷传递，促进了整个项目的管理提升。信息化技术的普及和深化所带来的影响绝不会限制于建筑项目的全生命周期管理，可以预见它将会在方方面面提升我们对工程的认识。