新形势下BIM技术在大型公共建筑中的应用分析

曾宇钦

广州市设计院集团有限公司 广东 广州 510620

引言

随着工程的规模越来越大，复杂度越来越高，工程建设难度也在不断加大。目前，传统的工程设计和施工方式已经难以适应现在的市场需求。应用于建筑行业的BIM技术，能够为建筑行业提供3D可视化、4D模拟展示、5D实时动态成本管理等，这些都是顺应建筑市场发展的需要，也为建筑行业的经营带来了新的变化。大型公共建筑的建设具有工程量大，施工要求多，施工环境复杂等特点。因此，深入探讨BIM技术在施工中的应用是非常有必要的。

1 BIM技术概况

1.1 BIM技术的含义

BIM是一种基于三维虚拟技术的数字化信息技术。该技术应用于建筑工程，可以实现规划、设计、施工、运营等工程的所有环节的信息化管理。BIM技术的本质是建立信息模型，利用计算机技术，将数字化模型运用于工程设计、安装、施工等方面，可以使工程管理更加智能化，从而达到提高工程的效率与质量、节约投资、全面提升工程质量、推动可持续发展的目的[1]。

1.2 BIM技术的特点

①视觉化，即“所见所得”的形式，对于用于施工的设计图来说，仅仅是各种构建的信息在图纸上使用线条绘制表达，而BIM则是一种可以将真实的图像呈现给人的立体图像的视觉概念。②仿真，BIM既能对设计的建筑物进行建模，又能在真实的环境中对复杂的事件进行仿真。③可出图，BIM不是一般的建筑工程图纸，它是通过可视化的方式进行展示、协调、仿真、优化而构成的图形。

2 BIM技术的优缺点

2.1 BIM的优点

①可视化，可以用电脑模拟出一个大型钢铁建筑的三维模型，其精度高，可视性好，可以清楚地看见各种构件之间的联系。②具有三维/四维/五维模型的项目管理能力。BIM技术可以通过3维建模来检测结构的各部件和连接，从而可以在施工过程中发现问题。③可以对项目进行最优化，并且具有很好的协调能力，使得工程中的各种数据可以进行各个专业之间的协作。④能够达到较好的经济效果。通过合理的计划、合理的人员、物料和投入，可以有效地控制工程的造价。

2.2 BIM的缺点

BIM技术在国内尚处于起步阶段，行业内BIM技术应用尚不完善，需要大量的BIM技术人员进行培训和投入大量的工作站和服务器。我国现行有关BIM技术的法规制定还比较落后，这是BIM技术发展的一个重要因素，必须制定出一套系统的标准来指导BIM的设计、施工、管理[2]。

3 BIM技术在大型公共建筑工程中的应用

BIM技术在工程中的应用是有效的(见图1)。在决策过程中，为科学决策提供了数据支持，为各项工程的成本、收益提供了依据；在设计阶段，利用BIM技术进行可视化、碰撞检测和仿真分析，有效解决了大型公共建筑工程中的设计难题；在工程建设中，运用BIM技术对工程项目进行虚拟模拟分析，优化施工过程，解决施工现场的组织协调问题；在竣工验收阶段，采用报送方式，可以简化验收流程，减少验收工作的繁重；在运营管理方面，BIM技术的应用可以有效提高企业的运营效率，可以有效降低企业的运营管理费用，增强企业在市场上的竞争力。

图1 BIM技术项目应用统计图

3.1 各专业BIM技术建模分析

BIM技术在工程中的应用首先要对各专业进行建模，将建筑、结构、给排水、暖通、弱电、强电等专业按设计图纸进行建模。利用现有的设计图纸和数据，对工程情况进行复核，同时利用Revit软件按照工艺设计的要求建立相应的三维模型。然后再根据加工设备的三维建模数据引入到各个专业模型中，利用分析软件进行计算，最终根据结果对模型实时修正。

BIM建模可以在数据之间进行双向交换，从而避免了多次修改设计方案，在三维状态下，实现了结构与工艺的高效结合。

3.2 各专业进行深化设计

各专业根据工艺设计的要求，对现有工艺和设备进行深化，在深化过程中进行相应的工艺改造、设备调换等方面的调整，以便于设备质量的提高。在对工程进行深化时，设计者必须根据实际情况，对其进行适当的调整，加入或移除某些部件，乃至改变其系统。在此过程中，设计者要根据构件的颜色及标识，在图形上进行标识，以保证结构的科学性和准确性。BIM技术相对于CAD来说，其最大的特征在于各独立的系统部件之间仍然存在着某种联系，因此，设计者可以根据具体的设计细节对其进行分类，确保对其进行精确的划分[3]。BIM工作可以在深化中整合建筑、机电、结构等专业模型，再将综合模型按各专业净高要求导入BIM软件进行碰撞检查，并根据结果分析调整管线，在施工前发现问题并优化处理。

3.3 场区平面布置三维化

不同的建筑空间布局和系统对施工具有较大的影响，比如设备管线的布置，会导致设备与管线之间的管线发生碰撞，导致施工难度大，不能满足建筑的需求，导致二次施工，增加投资。运用BIM 3D技术对现场进行立体布局，优化现场平面布局，实现合理、高效的现场布局。依据设计图纸及场地条件，合理安排机械位置、物料堆场，并按工程进度和资源利用计划进行场地的合理安排。

3.4 施工进度动态模拟

在BIM技术的基础上，采用甘特图、网络图、三维动画等多种方式，可将施工进度和施工过程直观地展现出来，为不同参与方，如施工、监理、业主等提供了直观了解工程项目情况的便捷工具。在施工过程中，可以使用BIM模型进行碰撞检查，这有助于避免构件之间的冲突，从而减少了必须重新制造或修复构件的需要。利用BIM模型数据可以对施工过程进行时序分析，即确定每个任务的开始和结束时间，这有助于确定资源分配和加速施工进度。在施工过程和施工的重要环节中，可以直接动态模拟各种施工方案和工艺方案的可行性比较，为最终方案的优化决策提供支持。

3.5 实时监测施工

利用BIM模型信息以及实际施工过程数据，可以进行实时监控和更新，以便及时调整计划和进度，同时识别潜在的问题并采取适当的措施。在大型钢结构工程中，采用GPS技术对施工过程中产生的变形进行测量，并引入BIM软件进行对比，既能保证测量精度，又能防止气候变化造成的误差。而传统的三角支承方式也有其缺点，例如在不浇筑混凝土的楼层进行大跨径钢结构的安装和定位时，由于模板面不稳、人行走、机器运转等因素，会造成三脚架的晃动，造成测量精度不高[4]。

4 BIM技术在施工全过程质量控制中的应用

利用BIM软件对施工过程进行模拟和预览，发现和改善施工过程中的不合理环节。施工管理人员可以进一步熟悉施工过程，严格按各部分的要求进行施工，以保证资源的均衡和合理的安排，统筹安排施工进度和计划，实现项目的质量控制目标。

4.1 施工前质量控制分析

BIM技术应用于建设初期，能够快速、精确地构建BIM模型，为施工前的质量管理奠定技术基础。因为建筑信息模型中包含了很多建筑所需要的资料（如：材质、部件种类、大小、属性等），所以模型的质量对后期的使用有很大的影响。在工程实施之前，利用BIM模型模拟与可视化的功能，能够让管理者和操作人员在整个工程中进行相似的培训，从而更好地了解和掌握工程的特征。

4.2 施工中质量控制

工程建设中可以使用BIM技术直接指导工程现场。BIM技术对工程进行实际测量、模型对比、数据存取、快速评价等工作，能够极大地提升管理的效率，从而实现了对施工现场的全方位管理。同时，将PDCA循环与4D、5D BIM技术相结合，不仅可以有效控制和管理施工工艺，还能对人力、机器、物料、资本等对工程质量的影响因素进行实时、高效的控制。

4.3 施工后质量管理

在后期质量管理中发生问题时，通过对BIM建模的原因进行分析，对有质量问题的部件进行收集、分析、加工、储存，运用它的可视化、信息化功能对其进行改进。BIM技术能够与诸如激光、RFID、超声波、非金属超声波等先进的品质检验方法相结合，从而形成有效的评价报告[5]。通过对所获取的资料进行整理，对照分析工程质量的时间、空间、子课题等，及时解决发现、分析、解决问题，为今后的工程质量管理工作提供了宝贵的参考。

5 BIM技术在工程应用中的效益

BIM技术可以通过提高设计精度、优化施工流程等方式，帮助预测和管理项目风险，增加项目收益，提高企业的设计和施工能力。随着BIM技术在工程中的全面应用，在与工程各参建单位对接时能够更加形象、直观地沟通交流，更科学、有序地处理重点、难点问题，彰显了BIM技术卓越的项目辅助管理功能，为今后高效的工程建设奠定了坚实的基础。

6 结束语

BIM技术作为一种辅助手段，在工程设计、建设、管理、竣工验收等领域都有很大的发展空间，既能使专业设计和施工管理更规范科学，又能有效地控制工程造价，在今后的发展中将会受到更多的重视和广泛的应用。对于新形势下的行业而言，BIM技术的应用还需继续探索和发展，为公共建筑的建设、维护和管理带来更多便利和效益。