BIM 技术在某高校公寓楼项目工程管理中的应用研究

易辛宁 廖文志 黄皓

(1.广西民族大学；2.南宁理工学院；3.广西建设职业技术学院)

随着建筑信息化的深入发展，BIM 技术与工程项目全生命周期管理有机结合的优势凸显，建筑工程项目中使用BIM 技术渐渐成为建筑信息化的主流。以美国为例，BIM技术在建筑工程项目中的应用范围达到了90%以上，我国在建筑信息化发展中逐渐与国际接轨，在建筑工程中覆盖范围逐步扩大。[1]BIM 技术已在工程项目全生命周期管理中的决策阶段、设计阶段以及施工阶段得到广泛应用，还需要进一步对BIM 技术在运维阶段的应用展开研究，以更好的发挥其在工程项目全生命周期管理当中的优势，推动建筑行业工业化发展。

1.BIM 技术在工程项目全生命周期管理各阶段中的应用

1.1 工程项目管理决策阶段

工程项目管理决策阶段需要决定和分析项目的可行性，在此阶段，工程项目的各项要求较为模糊。BIM 技术可为此阶段提供可视化方案模拟以及明确项目功能区划分，工程项目可视化为项目可行性分析提供一定帮助。

1.2 工程项目管理设计阶段

工程项目管理设计阶段引入BIM 技术，可以提前对建筑结构、水暖电、消防设施等专业的建筑空间交叉情况进行分析，减少图纸后期会审后修改的工作量；相关问题导致的变更及索赔费用会变得更少，尽最大力度减少设计变更带来的各项风险。[2]同时可以利用BIM 技术进行工程量估算，如遇超预算的情况可及时调整，为项目投资控制提供依据。

1.3 工程项目管理施工阶段

工程项目施工阶段引入BIM 技术结合数字孪生技术[3]，可增强施工现场的管理能力，决定项目施工方式，模拟控制施工进程以及减少材料浪费和返工现象实现绿色施工。从施工前准备阶段到竣工验收阶段，BIM 技术提高了施工效率，节约成本，提升了项目现场各项风险管控的能力。[4]

1.4 工程项目管理运维阶段

通过使用 BIM 技术和设备管理系统相结合，使系统能准确的记录下每个设备的信息，管理人员可以实时的观察到设备的状况，提前维护，预防故障，同时降低维护费用，又能安排具体的周期性维护方案。[5]同时，可以进行紧急情况安全逃生分析，模拟建筑物在紧急情况下如火灾、地震等，人群的疏散路线和方式，将突发情况造成的损失降到最低。

2.BIM 技术在本工程项目各阶段中的应用成效

2.1 项目概况

项目由3 个地上单体及一个地下室组成，其中1#、2#培训学员公寓：地上23 层，地下1 层；3#教职工公寓：地上15 层，地下1 层，1#、2#培训学员公寓为一类高层，3#教职工公寓为二类高层，总建筑面积42356.45m²，其中地上计容建筑面积为33343.36m²，地上不计容建筑面积为987.60m²，地下室建筑面积8025.49m²，结构形式为钢筋混凝土框剪结构。

2.2 BIM 技术在项目各阶段中的应用

2.2.1 项目决策阶段。

模型初步建模，运用Revit 软件依据统一建模规则对各专业进行初步模型建模并渲染出图，供项目进行方案必选及功能模拟，为项目可行性分析提供参考。（如图1 所示）

图1 项目渲染图

2.2.2 项目设计阶段

模型精细化建模。运用Revit 软件依据统一建模规则对各专业进行精细化模型,提炼出项目管理流程，形成标准化建模体系，规范制度流程，建模过程中针对复杂构件，自建团队族库，方便后续类似项目二次调用。

碰撞检查。本项目涉及专业种类较多，且建设安装要求较高，利用Navisworks 与Fuzor 对建立起的初步模型进行碰撞检查并进行三维漫游，减少因碰撞问题返工与产生额外耗材导致的施工进度滞后和造价增加。

管综模型优化。结合碰撞报告，对管线进行综合优化排布，在保证管线排布美观，施工方便的前提下，实现管线避让，减少因图纸误差与管线碰撞导致的二次返工与造价增加，保证工期。（如图2 所示）

图2 管线综合优化图

净高分析。空间净高检测优化可与机电管线综合检测优化同步进行，对建筑物内部竖向空间进行检测分析，进一步优化净高。利用BIM 模型可以形象、直观、准确的表现出每个区域的净高点信息，对不满足设计要求的净高积极整改或沟通，避免后期设计变更。（如图3 所示）

图3 地下室净高分析输出图

孔洞检查。机电各专业管线综合优化完成后，结合土建模型，利BIM 技术孔洞检查提前检查砌体预留洞具体位置，与设计单位进行提前的双向沟通，确保预留预埋准确，避免二次开洞、开槽，降低返工损失。（如图4 所示）

通过BIM 技术，减少了图纸会审后的修改工作以及相关问题的变更导致的赔偿费用，减少各项风险，更加精确把握投资控制。

2.2.3 项目施工阶段。

文档管理。通过导入相关项目图纸与规范建立完整的资料树状文件夹，并进行实时数据更新，施工人员可通过PC端，移动端进行快速调阅，随时查看，极大的方便了资料的查找，提高工作效率，达到各种资料可检索，可追溯。

图纸会审。利用BIM 技术可视化优势进行图纸会审，同时借助碰撞检查工具，快速找到错漏碰缺问题，出具各专业查错报告并根据报告反馈进行模型修改。在本阶段共提交问题报告8 份，其中二维图纸问题52 个，三维碰撞问题435 个。

项目协同。利用协同管理平台通过发起流程或发起协作的方式为参建的各方提供线下、线上的双线工作模式，通过现场的实际巡查并关联BIM 模型、照片和资料，支持相关人员对协作作出审批、回复、生成报告等工作，为各方人员提供一个综合协作管理的平台，极大提高了工作效率。

场布布置。利用Revit 软件，进行场地布置模拟，对场地空间布局快速分析。设置现场出入口、临时施工道路、材料堆放、周转场地、办公区、十牌两图等临时设施，对现场材料堆场进行6S 分区，方便主体结构施工阶段总平管理。减少材料周转率。

墙体排布。对结构进行二次深化,通过排布强突，提前对每个区进行搬运规划，减少材料二次搬运；基于管线综合成果，在砌体洞口预留的基础上，对构造柱、圈梁以及砌体排布进行合理规划，最大程度的节约成本。

梁柱节点。建立梁柱的钢筋节点三维可视化模型，对钢筋排布进行优化，有效指导现场钢筋的加工，提高作业速度和质量，节省建设周期与成本。

三维剖切。对模型三维动态剖切，更直观地观察建筑物的内部结构与构造，了解建筑物整体的工程概况与部分构件详细做法，并检查各构件之间的关系，一旦发现问题便可立即进行修改。

样板模型。结合本项目的具体BIM 技术应用形成一套虚拟样板模型文件，真实再现现场实景，把握技术要点，进行施工交底，提高施工安全性，而且可根据项目特点进行针对性的调整，更具指导意义。

4D 模拟。进行4D 施工模拟，编制进度计划，对施工进展进行动态监测，控制施工进度，确保在工期范围内将工序、材料、人工、安全等进行把控，减少开销，节约时间成本，达到高效益的目的。

二维码管理。对模型内的重要节点与构件生成二维码，将生成的二维码图片在现场进行张贴，从而更好的了解构件的基本信息，位置信息，材质和装饰，分析属性等数据，将BIM 模型更好的融入实际现场，服务于施工，任何人都可以通过移动设备进行扫码了解，做到质量与信息的透明，更好的促进与方便现场施工。

二次结构一次成型优化。项目利用BIM 技术，对小于300mm 的门窗垛，小于200mm 的门头过梁进行深化设计，获得以上构件的精确位置与数量，辅助施工交底与成本核算，实现二次结构一次成型，减少二次结构浇筑支模及浇筑工程量，降低施工难度，节约成本，提高构件成型质量。（如表1 所示）

表1 二次结构一次成型优化节约成本对比

无人机应用。在施工前期，使用无人机进行航拍与利用720 云平台生成全景模型，以便我们更好的了解施工现场施工进度，有效的开展建筑工地的现场监控和管理工作，实现对建筑周围环境的监测，优化施工方案。

5G 慧眼AI 系统。项目采用5G 慧眼AI 系统，结合场地监控设备，高清视频无延时传输，配合AI 算法，实时对工地中的危险要素进行预警。包括安全帽识别、反光衣识别、明火识别、区域入侵识别、越界检测、徘徊检测、物品移动监测、烟雾识别等多种场景应用。为管理人员对现场进行实时管控提供便利。

施工升降机监控。对每台设备的安装、拆卸、以及运行的全过程进行监控记录，在设备运行参数接近限值时，发出警报提醒；在设备运行参数超限时，系统自动切断设备工作电源，强迫终止操作。

塔吊监控。对每台设备的运行状态进行实时监测，如吊重、吊幅、风向、风速等运行数据，在设备防碰撞和运行参数接近限值时，发出警报提醒；在设备运行参数超限时，系统自动切断设备工作电源，强迫终止操作。对吊钩进行可视化操作，联动视频分析，对塔吊运行状态下处于吊臂下方的工作人员进行声光报警。

AR 增强现实。通过BIM+AR 技术，可以在施工之前以真实比例看到建筑物构件。通过将模型加载到移动设备端，利用AR 技术在规划的红线周围进行虚拟漫步，查看模型是否存在问题或纰漏，避免发生错误，保证数据真实客观。

VR 虚拟现实。通过BIM+VR 技术，把生成的复杂钢筋节点导入UE4 软件进行VR 应用，对钢筋节点进行沉浸式观察与互动，创建装修模型，利用VR 技术以身临其境的方式观察装修设计成果，获得更为逼真的空间体验。在VR 中提供装修方案选择，方便甲方进行方案比选，提高装修方案确定效率。

AI 测量。对目标物进行远程实时视频测量，探视到楼层结构施工的全部工作面，检验钢筋及其他工程部件是否偏离设计，判断是否存在质量问题，在监视器端即可及时发现质量安全隐患，通知责任主体整改，消除质量安全隐患，起到事前预防的功能。

通过BIM 技术，在此阶段有效控制施工工期，引导项目安全生产及现场管理，提高了施工过程中对各项耗材的把握，形成高效的投资控制管理。

2.2.4 项目运维阶段

在Pathfinder 软件中进行安全逃生分析软件，并设置各类人群逃生能力，模拟整个建筑物在紧急情况下人群的疏散路线和方式，既可作为设计阶段的疏散分析，也可作为维护阶段的疏散逃生演示，把突发的火灾风险降到最低，给人、物、财产提供最佳的逃生以及搬运路线，提高消防安全应急意识。

2.3 实际成效

本项目利用BIM 技术优化土建一次成型及因图纸问题导致的返工现象。过梁一次成型节约125784 元；墙梁不一致解决186 处，86×600 元/处=111600 元；窗梁碰撞86 处(3#楼)+75(2#楼)=161 处，161×600 元/处=96600 元；构造柱与墙体冲突82 处(3#楼)，82×600 元/处=49200 元；门梁冲突3×42=126 处(1#楼)，126×600 元/处=75600 元。土建累计节约返工费用约33.3 万元。

利用BIM 技术优化机电模型减少碰撞与发现图纸问题，避免返工与材料浪费。图纸查错，项目中发现二维图纸问题452 处，按返工每个点优化单价300 元计算累计节约费用约452×300=135600 元=13.56 万元；管线综合，项目中发现三维碰撞点1435 处，按返工每个点优化单价300 元计算，节约费用约1435×300=430500 元=43.05 万元；优化预留洞口，本项目地下室、1#、2#、3#楼机电模型优化后精确定位洞口，每处50 元(191+440+550+390=1571)处预计整改费用1571×50=78550 元=7.85 万元，机电部分累计节约费用约64.46 万元。

3.BIM 技术在本工程项目运维阶段中的应用研究

3.1 机电设施智能管理平台

通过BIM 技术与数字孪生技术相结合，可将建筑物内的各类机电设备属性及实时运行状况上传相应管理平台，对设备设施进行远程控制及访问，让管理数字化、可视化、精细化、便捷化。

在能耗管控方面，通过采集建筑智能水表与智能电表的实时数据，对水、电进行计量统计，可实现按照时间（年、月、日、具体时间段）、楼层、功能区域等多维度能耗分析。在运行使用中，当通过实时监测发现某项能耗数据异常时，运维管理系统将发出预警或报警信息，第一时间通知到管理人员进行排查[6]。

3.2 智慧消防管理平台

智慧消防系统。与传统消防系统相比，智慧消防以云计算、云存储、通信控制为技术核心，通过各类智能感知设备为重点防火单位提供物联网消防预警服务。监管方消防部门和用户方物业管理部门可以通过信息化平台获取消防设施的信息和状态，并通过平台系统发出控制命令，从而实现消防系统的智慧管控。消防单位或者物业用户通过信息化管理平台实现故障、预警、响应、恢复闭环消防任务。智慧消防产品的优势在于系统化、平台化，将原有独立产品、独立任务通过物联网、大数据、信息化技术联系到一起，联动管控。[7]

在此基础上引入BIM 技术，形成BIM 智慧消防管理平台，结合烟雾警报器、火灾报警铃、温度传感器等设备，在平台上实现三维模型可视化火源定位，同时烟雾报警器及温度传感器等设备，可进一步监控火势蔓延趋势以及烟雾扩散方向。

对于身处火灾中的人员，可通过智能手机将自身位置及周边情况上报，借助BIM 技术产生的模拟逃生路径或消防设施存放位置，在相关人员的指引下进行灭火或高效率逃生。

对于园区厂区的消防控制室，可以在第一时间接到报警信息以及火灾现场人员分布情况，通过广播或其他形式指导逃生并将火势控制。（如图5 所示）

图5 平台预警图

对于政府消防救援部门，在出警过程中可直接通过平台查看建筑物内部构造、火源位置、危险物品存放位置、各类消防设施具体位置及工作情况。从而提高救援效率，减少财产损失及人员伤亡。

BIM 智慧消防管理平台需要用到三类硬件设备：移动端，手机或者特制防爆 PDA；PC 端，需要有后台统计等功能，领导决策功能；服务器端，中心服务器，采用云服务器或者独立机架式服务器。移动端分为 ios 和 Android 手机两种类型，分别对应 XCode 和 Java 这两种编程语言。PC 端用 HTML 网页，B/S 方式，可用前端（HTML+CSS+JS）、后端（Java+Servlet+MySQL）；其中后端的 Java 部署在服务器上，前端页面运行在手机上。平台运维成本极低，主要为查杀病毒；系统安装，以及崩溃后的重装；软件插件升级维护；磁盘清理等常规维护。

BIM 智慧消防管理平台可结合建筑物的使用性质进行调节，针对消防安全重点单位可提前模拟多种逃生路径、灭火路径及救援路径，各单位管理人员可利用平台生成的路径进行逃生演习、灭火演习。在实际发生火灾时，可将平台生成的灭火路径、救援路径及现场资料提供给政府消防救援部门，使得政府消防救援队在出警过程中掌握现场各项信息，抵达现场后能更快实施救援。

4.结语

随着建筑产业的不断深化与调整，在传统施工模式中加以智能化，信息化技术已经成为必然趋势，BIM 技术对传统的工程项目全生命周期管理有着积极的正向辅助作用，在工程的设计、施工等各个阶段都可以通过可视化，数据化，以其可预见性极大的提高工作效率与质量。运用BIM 技术，本项目在组织、质量、进度、成本安全管理及信息管理等方面实现了革新，推动了BIM 技术在工程项目全生命周期管理各阶段的应用，对建筑信息化发展具有一定指导意义。