BIM技术在建筑工程中的应用研究

李景梅 东营市垦利区住房和城乡建设局

1 前言

BIM 技术，也称为建筑信息模型，可以通过三维模型展示各个施工阶段的工程信息，为制定施工方案打下坚实的基础，减少设计误差的情况，加强施工部门之间的沟通与合作，从而完成更加科学合理的施工效果。BIM技术所呈现的诸多优点，已广泛运用在建筑项目施工中。在建筑项目工程中运用BIM 技术，进一步升级完善以往施工设计及施工管理方法，有效提升建筑项目工程施工的质量与效率，是现阶段建筑项目工程行业研究的热门课题。

2 BIM技术

建筑信息模型（BIM）以数据模型为信息集成体，以模型为核心体，表达和呈现建设项目中的各种数据信息，使工作人员在项目推广中明确各种数据参数。例如，工程设计方案、现场施工管理、成本消耗管理等，通过可视化和仿真的特点，对一系列数据进行多维解读和列举。BIM 与原有的建筑CAD 模型相比，可依据数据信息呈现出的属性更形象，直观地进行三维立体化、四维动态化的陈列，且可依据程序内参数的调整，实时更新整个系统下的操控框架，确保工程项目推进的持续性与协同性。从技术原理角度而言，BIM 技术的实现是通过数字化方法，对工程项目开展中涉猎的数据信息进行采集、存储管理等，在不同部门专业规控下，将数据信息与系统作为一个数据处理节点，全过程渗透各个管理单元，增强系统运行的集成性。同时，BIM软件可实现数据信息的共享化、同步化处理，在建筑信息系统中利用数据共享及交换，构设完整的数据融通体系，为后续建筑施工管理工作的落实提供数据支撑（见图1）。

图1 BIM技术的实现过程

3 BIM技术特点

3.1 系统性

系统化应用的特点是，在BIM 技术系统中，可以根据具体的技术应用要求，对系统中的技术申请单进行模块化管理。模块化管理的过程在BIM 技术应用平台中并不是孤立的，但在系统层面上有比较明显的联合应用特征，这也是BIM技术的突出应用特征之一。从系统化的实际表现来看，系统化分为管理资源的应用水平和管理数据的维护水平。从管理资源应用层面的系统性角度来看，借助BIM 技术，各级管理部门和工作人员可以结合项目建设的具体要求，对各部分、各环节的管理内容实施资源化管理，也可在这种资源化管理的过程中实现相对有效的管理系统性。从管理数据维护层面的系统性角度来看，这种数据维护层面的系统性是BIM技术的突出应用优势。在实际的项目管理过程中，结合具体的管理要求及项目建设过程中的设计变更要求，工作人员可以对其中相关的数据模型进行参数层面的数字化调整，从而呈现出更为有效的系统性管理流程，相应的数据管理效果也会更好。

3.2 协调性

在工程项目建设前期，各项目参与方均需要沟通、交流、优化决策。如勘察设计阶段，设计人员和施工作业人员可基于BIM 技术进行沟通、交流，解决设计与施工存在的矛盾问题，即可以基于数据模型进行各专业的协调，减少设计图纸难施工、易错漏的问题，提高建造效率。BIM 技术提供项目的形象进度，可为调配资源、优化决策创造条件，同时，在条件复杂、制约因素不明确的情况下，BIM技术依据建、构筑物物理特性、几何尺寸和规划方案等复杂信息，进行工程项目操作。

3.3 模拟性

在传统思维中，模拟是指展示建筑的三维图像和内部空间，但BIM 技术的模拟不仅仅指“形”，BIM技术可以模拟真实模型的设计，还可以模拟现实世界中无法操作的事物。BIM 技术还能模拟正常的实际施工，对前期规划设计和后期施工方案选择具有重要意义。BIM 技术可以通过数字技术呈现理想模型，同时，技术人员可以开展模拟实验，直接演示三维可视化演示的结果。通过模拟实际施工的施工组织设计，可以合理指导施工方案。

3.4 可视性

工程施工设计是工程施工管理的重要组成部分，对工程施工的安全、进度和质量有着关键性的影响。在应用BIM技术平台时，项目施工经理需要基于可视化技术应用的优势，建立完善的项目施工设计数据模型，并将材料选择、结构设计和施工技术添加到BIM数据平台中。针对二维的项目施工建设图纸，项目管理单位可利用二维图纸生成三维数据模型，借助BIM 数据分析系统，分析初期设计模型的合理性，尤其要关注设计模型的应力承载问题及结构设计问题，此类问题是项目建设过程中的关键。项目建设管理单位一定要注意BIM 技术应用的互动性及反馈性，在互动性的支持下，设计人员应明确各类设计构件之间的连接关系，并以此为基础，观察结构设计的实际反馈信息，促使项目建设设计管理工作细节化，并为后续的施工决策过程提供有效的数据支持。

3.5 图形化

BIM 技术还具有参数化和图形化功能。BIM 模型中的每个组件都是根据输入参数实现的，这有利于成本数据共享。模型校核无误后，可直接输出平面图纸，快捷方便。BIM技术的绘图能力能够帮助业主发布综合管线图、碰撞检测调试报告、改进建议等。

通过BIM 技术，设计师可以优化原有的设计方案，确保项目中的整体管线图更加合理。另外，BIM技术具有良好的集成度，能够为设计师提供有效的建议，减少了施工资源的浪费。BIM生成的图纸更具可操作性，降低了施工成本和工作周期。

4 BIM技术在建筑工程中的应用

4.1 优化设计

建设项目工程设计与规划是建设项目中尤为重要的环节，在建设项目成本投资、周期控制、质量管理等方面发挥着至关重要的作用。过去，建筑项目的设计主要基于CAD。在建设项目设计过程中，主要人员包括设计和施工方面的专业技术人才，项目设计方案的主要形式是二维CAD 工程图。BIM 技术应用于建筑项目设计规划层面，可迅速对建筑项目进行建模，继而使得业主可全面掌握建筑项目设计环节的实际情况，其对建筑项目设计规划的科学完善及精准定位起到至关重要的作用。其次，BIM技术应用于建立建筑项目模型上，建筑项目工程的设计可让PKPM等软件对项目成本进行较为精准的评估，有效防止传统计算模式中的人为操作失误，有效提高建筑项目设计规划环节成本把控工作效率。

4.2 碰撞检查

BIM技术的核心功能是建立三维数字模型，并在相应模型上实现碰撞检测。由于建设项目管理过程中参与建设的主体单位较多，各主体单位的工作职责差异较大，而要实现各主体单位在规定时间内完成相应的工作，任务缺乏科学、合理的规划是不可能达成相应的目标，并且各专业之间在施工过程中也会存在强烈的碰撞现象。而所谓的碰撞现象是指各施工团队在特定的施工期间可能会存在施工干涉的现象，以至于施工作业无法稳定、高效地进行，从而产生大量的人力浪费和材料浪费。如果在施工过程中出现此类状况，则需要对现有的施工方案进行变更管理，因此势必会增加工程项目建设的成本，降低相应的质量。

4.3 虚拟施工

随着三维模型的发展，BIM技术的应用可以更方便地实现虚拟施工。技术人员可以在软件中设置相应的参数，然后通过BIM 技术的动态和可视化功能，模拟和反映建筑工程施工阶段可能出现的情况和相应的条件。当下BIM 技术已经在建筑工程当中得到了十分广泛的应用，同时已经构建了相对完善的管理机制，尤其是在工程进度控制、成本计算等方面，都能够展现出十分优质的应用效果。利用BIM 技术将工程施工操作赋予新的建筑专业项目，能够更好地掌握每个项目施工阶段的项目进度，也可以改进施工过程。传统建筑专业设计制图的关键是二维图像法，一个新项目通常需要匹配前视图、立面图和侧视图以反映整体结构，必须不断检查各个角度的平面图和工程图，最终得到项目建设方案。这个验证的整个过程非常繁杂，设计人员稍有不慎，就有可能导致项目施工方案出现错误。将BIM 关键技术应用于建筑专业设计的工程施工管理，利用BIM技术为建筑专业构建三维可视化工程项目实体模型，设计人员只需观看三维模型就能够掌握所有工程项目的结构，这样既改进了项目施工方案的设计流程，也减少了设计的误差。

4.4 场地布置

施工现场的总平面布置通常由技术总监根据CAD 图纸及其施工经验实施，现场技术总监通常依靠个人实践经验和感受进行现场布局。因此，很难有效地发现场地布置过程中可能出现的问题，也没有科学优化场地布置方案的依据。如果依靠BIM 技术对现场布置工作实施预演，借助3D 可视化的参数模型，能够有效规避作业过程中发生的设备碰撞、临时设施布置问题、建筑原材料搬运距离过远等问题，有效促进文明施工，确保工程计划顺利实施，有效把控现场预算。经过初步场地布置，生成施工设施的构件库，对于现场设施实施一比一模式的建模操作，赋予其相应的材料属性、型号等信息，这样就能够为场地模型的生成提供准确的族文件，进行现场3S 模型生成的时候，可将族文件批量导入相关模型中，这样就能显著提升3S 场地模型生成速度以及精准程度。

4.5 进度控制

BIM 技术支持的进度控制利用集成功能对整个建设项目中的数据进行集成和处理。通过网络节点的构建，空间结构信息和时间结构信息相互重叠。在资源的有效整合下，根据数据的逻辑关系确定相应的任务，最终在可视化的数据陈列及表达下，使工程管理人员能及时了解不同项目的施工进度是否达到预期设计需求。

BIM技术在驱动过程中，可针对既有的数据框架进行数据罗列，自动化、智能化的操控模式，不再局限于人工审计范畴内。例如，通过数据模型可以分析出不同网络图、横道图之间的数据明晰条件，利用数据代号代表相应的数据功能，真正全过程跟踪进度控制，增强建筑施工质量。

4.6 质量安全管理

近年来，虽然我国建筑业发展稳定，但安全事故的发生率仍然居高不下，利用BIM技术构建的三维信息模型预测施工过程中潜在的安全和质量问题已成为建筑工程行业的研究热点。BIM 模型还可以用于仿真模拟建筑工程项目中关键节点的施工过程，从而论证施工组织方案的可行性，将很大程度上避免了施工过程中的质量安全隐患。建筑工程质量安全管理中应用BIM 技术的相关研究成果和实际工程案例较少，仅局限于工程领域的安全信息化管理的基础研究，绝大多数研究仅仅将信息化需求提出，未从施工安全管理现状出发提出加强工程安全管理中使用BIM技术、构建工程安全管理体系的要求。

4.7 运营维护

建设项目进入运维环节后，竣工图是项目维护的重要依据。因此，项目运维人员应充分掌握竣工图的内容，项目运维部应尽量防止人员流失等变化造成资金拖欠和索赔。在应用BIM技术的条件下，不论是建筑项目工程中的竣工图纸信息还是工作人员管理信息等，均可完成实时查询操作，这就给建筑项目工程运营管理部门和运营管理工作者提供了信息支持，且可在此基础上掌握建筑项目工程运营维护质量、效率及管理等，有助于促进建筑项目工程运营维护工作往精细化方向发展，且可在建筑项目工程运营维护水准的基础上提高建筑项目主体的使用年限。

5 结束语

综上所述，随着国内建筑业的持续高速、稳定发展和进步，建筑业相关工程技术人员使用BIM相关技术，能够显著提高国内建筑领域的施工技术和水平。建筑行业的相关工程师和技术人员可以借助BIM 相关技术，高质量地完成施工过程中工艺优化的规划和设计。BIM相关技术将工期周期合理缩短、显著提升项目工程管理工作效率以及大量节约成本等技术优势，在进行施工作业场地布置的过程中能够起到非常具体生动的技术指引作用，施工作业阶段针对三维模型实施全方位可视化的模拟仿真操作，这种操作能够将总体规划设计技术方案变得非常便捷易懂，进而也能够最大限度地减少建筑行业相关工程技术人员出现工作失误的概率。