BIM技术在建筑工程施工中的应用研究

黄 林

（矿冶科技集团有限公司，北京 100160）

0 引言

随着科技的发展，传统建筑的功能越来越无法满足人们的需求，如今的建筑逐渐朝着数字化、智能化方向发展，人们也越来越多地关注建筑施工质量，绿色建筑的环保理念应运而生。伴随智慧城市、智能楼宇等概念的提出，建筑结构设计愈加多样化，BIM技术以能够更好地处理建筑结构设计中的多样性与复杂性而获得更多的关注，对推动建筑工程施工发展的信息化具有重要意义。BIM技术基于数字信息构建结构所具有的真实性模型，其信息具有一致性和关联性，同时具备可视化、协调性、优化性、模拟性和可出图等特性，在建筑工程生命周期中能够有效协调优化建筑施工前期准备阶段、动态模拟建筑施工全过程，从而提高施工质量、优化施工工期、加快施工进度、减少施工成本，以此促进建筑行业朝着信息化方向发展，推动城市向智慧化、智能化发展。

1 国内外研究现状

BIM理念来源于20世纪70年代美国卡耐基麦隆大学的查理·伊斯特曼提出的“建筑描述系统”[1]。国内方面，关于BIM的研究，田瑜华[2]、李雨擎[3]分别进行了详细的概述。

2002年Autodest公司向美国建筑师协会提出了建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）的概念，自此BIM一词正式诞生，并一直沿用至今。作为最早提出BIM概念的国家，美国对BIM的应用与研究位居世界前列。随着建筑技术的不断发展，英国、日本、韩国等国家相继开展对BIM的研究并大力推广BIM技术的应用[4]。虽然我国对BIM的研究起步较晚，但是随着国家对BIM技术的不断重视，目前已经有很多企业应用BIM技术开展施工[5]。

关于BIM技术在施工过程中的应用的研究，国内外学者进行了大量的研究，例如国外学者Volkov等将评估技术与BIM技术相结合，便于施工过程中的费用控制和物资管理，减少资源的浪费[6]。Juszczyk等从BIM角度研究了基于BIM的设计变更分析、设计变更管理和对BIM模型所做更改的可视化的问题[7]。Bonnal等研究了各施工工序之间的资源联系与不确定性，证明了BIM技术能够为施工进度提供指导[8]。Chen等提出了一种基于BIM技术的质量模型来集成POP模型，确保了从设计到施工的信息一致性，证明将BIM技术应用于施工质量管理是可能和可行的[9]。

国内学者于景飞、谢宇晨利用BIM技术建立工程施工现场3D模型与数据库，利用BIM数据系统对工程施工中各施工项进行计算，得到相应的成本与工程量数据，能够有效降低资源量浪费，显著降低施工过程成本[10]。牛博生[11]认为将BIM技术引入项目进度管理中，有助于提高项目管理水平，减少资源损失，构建了在进度管理中BIM技术的应用框架体系和流程，对实际的施工进度管理具有一定的指导意义。王彦[12]创建一种可视化、符合多目标需求的质量控制系统，将BIM技术应用于施工全过程，从而确保了施工质量。朱晓东[13]开展了BIM安全评估指标和施工方案防护性能的研究，从而降低施工风险，减少施工过程中的安全事故。

综上所述，在建筑的建造生命周期内，BIM技术的应用起到至关重要的作用，随着科技的日益发展和绿色、低碳、环保等理念的提出，建筑行业也应进一步推动BIM技术在建筑工程中的应用，从而降低施工成本，提高施工效率，确保工程施工质量与安全。

2 BIM技术在建筑施工中各阶段的应用

BIM技术是将建筑物的物理数据信息与其功能所具有的特点建立信息化、可视化和数字化的建筑业转型升级的技术载体，其所构建的是一种包含诸多形式的模型信息的信息资源共享平台，从而实现信息共享、资源共享，减少建筑生命周期中的不必要问题。BIM遍及整个建筑项目的生命周期，随着建筑施工的开展，BIM技术也在不断深化和优化，对建筑的设计、施工、项目管理、项目运维等方面进行协同深化，具体做法如下。

2.1 BIM技术在建筑施工前期准备阶段的应用

建筑施工前期阶段是建筑施工中最重要的阶段，建筑施工前期工作的顺利进行能够确保后续工程的顺利展开。建筑施工前期阶段主要包括建筑设计、检验施工方案和规划的合理性、施工图预算、技术交底、管道综合布置与碰撞检查等内容。

2.1.1 BIM技术在建筑设计阶段的应用

基于BIM技术及现有规范与建筑物理信息对建筑物建立模型，通过设置轴线、楼层标高及相关参数等可以很快地将模型设计出来，而且BIM相关软件还支持图文自动生成，当在模型中更改某一参数时，可以将模型中同一参数进行更改并保存下来，操作方便，与二维设计相比，减少了操作步骤。

此外，以BIM技术为基础，将建筑、结构、安装等专业进行协同设计，各专业互通共享设计信息资源，减少了各专业之间的错误设计和缺少项，降低了从设计到施工全过程的损失。建筑建模设计完成之后，可以进行结构建模，结构建模完成之后，又可以利用BIM技术对构建的建筑信息模型进行计算、检验等。利用BIM技术高质量、高效地进行建筑模型的设计，可以在很大程度上减少资源的浪费[14]。

2.1.2 BIM技术在检验施工方案和规划的合理性中的应用

BIM技术具有可视化的特点，利用BIM技术可以构建三维的建筑结构图，可以在模型中清晰地看到各节点结构的构建，从而更加了解实际建筑的构造，方便工程施工。此外，建筑模型构建完成之后将周围相关环境数据信息等整合，利用BIM技术建立4D模型，可以进行可视化的环境模拟分析。使用BIM技术对建筑物附近的环境进行建筑物的日照分析、风分析、噪音分析、光污染分析、温度分析、结露分析等。对建筑物周边环境的和建筑物本身的剖析都可以通过BIM相关软件进行，并能够自动导出详细的图文报告，便于建筑相关人员论证设计方案规划的合理性与可行性。

2.1.3 BIM技术在施工图预算中的应用

在建筑施工过程中，如果需要进行传统的施工图预算，需要来自施工企业的造价人员和相关技术人员将查阅到的资料和相关标准进行结合，从而进行建筑工程的预算工作。当涉及管线及钢筋的预算计算时，需要具有丰富经验的师傅来进行。施工图预算大多通过手工计算，浪费大量的时间和精力，而且每个人的知识经验的不同，也会导致施工图预算计算结果不准确。将BIM技术应用到实际的建筑工程当中，可以很好地解决上述问题。通过利用BIM软件中相关程序，就可以对工程造价进行实时检索，并出具高质量的工程量清单[15]，不仅可以减少大量的工作量，还能够提高计算的准确性，确保造价人员把更多的精力放到造价管理方面。

2.1.4 BIM技术在技术交底中的应用

在建筑工程的技术交底过程中，施工技术人员需要根据实际施工过程进行文字描述或者口头描述，但由于各人的理解不同，容易造成所叙述内容与实际内容出现歧义，可能会导致出现施工质量问题，从而造成不必要的资源浪费。将BIM技术应用于复杂施工过程的技术交底，充分利用BIM技术的可视化的特点。利用BIM技术建立的模型可以直观地表达出设计者的意图，以及项目管理人员对资源和进度的调度思想，使设计方与施工方通过图纸进行面对面的交流，同时也方便各施工班组和施工项目管理人员理解设计者的目的与意图。

2.1.5 BIM技术在管道综合布置与碰撞检查中的应用

在建筑设计中，通过应用BIM技术可以为不同的设计人员提供跨专业系统平台，通过对不同专业设计之间可能出现的碰撞问题进行检验，从而实现各专业设计之间的优化。同时利用BIM技术，可以看到建筑模型的各节点构造，从而实现管线等复杂施工部位的调整和优化。通过3D模型进行管道碰撞检查，这在传统的平面模型上是无法实现的，同时通过模型的剖面图可以准确地看到各管道设计的标高和位置，从而对管道的布置进行优化，并及时调整。通过BIM模型进行管道碰撞检查以及与其他结构之间的碰撞检查，导出碰撞检查文件，从而为设计人员调整管线的布置解决了问题，最大限度地避免在施工过程中出现管道碰撞问题，降低建筑施工阶段的错误损失和返工概率[16]。

2.2 BIM技术在动态化施工中的应用

2.2.1 应用BIM技术模拟动态施工

应用BIM技术将现实施工中场景通过信息化处理转化为相应的模型信息，通过模型实现虚拟施工现场，从而实现真实施工现场的动态化模拟，通过对施工现场的动态化模拟可以促使工程施工人员明确各施工项的施工工艺顺序，掌握施工的难点和关键点，提升整体的施工操作水平，从而为施工现场中可能出现的问题提供指导[17]。例如在施工过程中采用临时构件对某一部位加固时，可通过BIM技术对该部位进行模拟和数值分析计算，从而确定最优加固位置。通过BIM技术的模拟，最大限度地保证施工质量，避免因施工质量影响施工进度。

2.2.2 BIM技术在施工管理中的应用

利用BIM技术可以将建筑物3D模型与施工现场信息以及相关时间信息建立4D模型信息，之后进行模型的施工方案动态模拟、工程项目管理、工程资料管理、工程进度控制、工程成本控制、安全管理及文明施工管理等。通过在计算机上进行施工全过程的模拟，分析预测在工程施工中可能遇到的问题，探索改进方案，进而形成施工新技术。同时，利用BIM技术模拟实际建筑施工过程中总资源限制与总工期要求，通过引入工期、成本与能耗等因素，从而建立建筑施工过程中的5D模型，找到可以进行多次优化、时间短、成本低、无冲突、满足不同项目需求的最佳施工活动组合，它可以根据实时更新和交换的信息修改项目策略，从而大大提高工程建设的信息化水平，以期能达到工程中最优配置，从而确定建筑工程中的施工段的划定和施工方案的确定，进而编制施工进度计划，更好地实现项目优化管理，在降低成本的前提下保证施工质量，为建筑工程项目管理者提供有力的决策建议。

3 结语

综上所述，BIM技术在建筑工程施工中的应用具有重要的意义。BIM技术的应用使建筑行业的信息化得到了空前的发展，同时也为智慧城市、智慧楼宇的建造提供了有力的技术支持。BIM技术实现了对建筑施工的预先模拟，不仅包括对建筑模型的构建，也包括对施工过程前期的模拟、施工过程中的演化模拟等。通过应用BIM技术，可以使建筑企业尽早地发现在未来施工过程中可能出现的问题，从而改正问题，最大限度地降低工程中的损失。将BIM技术应用到建筑工程中，不仅提高了建筑设计者的工作效率，也为不同类别建筑设计者提供了协同工作的平台，同时提高了建筑施工中的施工管理质量、施工效率，有利于实现建筑工程效益最大化。BIM技术的应用有利于推动建筑多领域、多学科共同发展，对建筑行业的发展起到重要的推动作用。