BIM技术在智能建造中的应用——以新建常熟市工人文化宫项目为例

李裘鹏 周瑜 殷腾

常熟市恒翔建设有限公司 江苏 苏州 215500

建筑业因为体量大、周期长、专业类型多导致现场管理难度不断加大，为满足建筑业的高质量发展，建筑信息建模技术（Building Information Modeling，简称BIM技术）近年来应用不断增多。它是一种通过集成信息模型的三维成像技术，通过三维可视化的建模以及模型属性赋予可以详细清晰的呈现建筑的各类信息，具有可视化、协调性、模拟性、优化性和可出图性的特点，满足前期设计、方案调整以及施工管理和后期运营的需求。目前对BIM技术的应用逐渐趋于成熟，各类“BIM+”模式不断推陈出新，本文介绍了BIM技术在工程实例中的应用，注重描写“BIM+AR”的实际应用。结果表明BIM+AR技术相较于传统BIM技术有着一定的优势，与施工现场可以紧密贴合，有着广阔的发展前景。

1 研究现状

BIM技术因其可视化能力出众，得到了工程类项目的青睐。近些年对BIM技术的研究不断深化，可以应用的方面也越来越多。同时随着科技技术的发展，BIM与其他配套软件的联合应用也越来越多，这些联合应用增强了BIM技术的优势，弥补了BIM技术的不足。李建强[1]利用BIM+VR技术对地铁项目进行研究，基于fuzor平台进行统合，分析了项目周边环境，阐述了交互式冲突管理以及沉浸式安全交底的功能，验证了其联合应用的可行性；吴弦骏[2]利用实景三维模型与BIM技术集成，实现了二者的无缝融合，通过工程实例探讨了三维模型的建模与处理，BIM技术集成以及信息处理等问题，基于“GIS+BIM+业务”的理念，在工程全过程深化应用，验证其可行性；胡振中[3]分别从数据处理以及挖掘分析两个方面对BIM技术进行总结归纳，对BIM技术与工程瓶颈问题进行分析，探讨了工程数字领域、城市信息模型以及工程数字图谱三个发展方向。目前对BIM技术的研究与应用已成百花齐放的态势，经过各类学者的研究与探索，“BIM+”模式不断完善与发展，成为提升管理水平，降低管理成本，简化繁琐操作的重要一环。

2 工程概况及特点

新建新工人文化官项目位于常福街道深圳路以北、珠海路以西，规划用地面积31660m2。该项目为地上六层，地下一层的框架结构，建筑高度39.1m。总建筑面积65640.78m2，其中地上建筑面积47597.43m2、地下建筑面积18043.35m2。屋顶为大跨度弧形钢梁，单根钢梁最大跨度为11.4m，屋面板为0.8mm厚铝镁锰金属屋面。外围为玻璃幕墙和铝合金幕墙。该工程计划申报国家优质工程、苏州BIM示范工地。本次工程全程采用BIM技术辅助管理，包括图纸深化、管线优化、碰撞检查、三维漫游、模型平台建立等，在实际施工过程中的应用BIM+AR技术进行施工方案调正、技术交底以及施工检查验收等。

3 BIM技术在设计阶段的应用

3.1 在项目方案阶段的应用

方案阶段除了设计师对项目总图的排布和单体内每层房间功能的设定外，还可以借助BIM技术提供概要模型。利用BIM软件对项目的周边环境进行分析代入，对项目的物理环境信息(如采光日照等)、出入口的动线流线设置、主体结构的形式，绿建节能系统等方面做初步模拟分析，结合本项目在城北片区的周边地理人文环境，选出最佳方案。

3.2 在项目初设论证阶段的应用

本项目在初设论证前，设计已开始着手建筑与结构的建模，通过BIM软件对建筑单体的平面立面剖面进行分析核查，初步生成节点大样等，在开设论证会的时候，评审专家可以围绕设计方案的模型进行讨论、分析并给出结论，简化了传统单一的2D平面的CAD汇报，配合各场景效果图可以让评审人员对项目的情况了解的更加直观。

3.3 施工图设计阶段可提供专业化设计保障

目前常熟地区的各大设计单位仍旧采用的是传统的CAD二维施工图设计模式，此种模式的弊端在项目中往往会暴露出图纸冗繁、错误率高、变更频繁、协作沟通困难等问题。考虑本项目单体面积大，内部管线构造复杂，外立面幕墙需结合亮化灯光效果，屋面虚架层为钢结构弧形梁拼装等因素，故在设计阶段采用全专业BIM模型设计以解决上述问题。

通过运用三维信息模型的可视化碰撞功能，对建筑、结构、给排水、电气、暖通以及幕墙等专业进行碰撞检查，弥补设计错漏，优化综合管线，实现在有限空间里的最优管线布置方案。同时在内装设计阶段，可以对各种空间装修完成的净高提供检查数据，保证特殊及重点部位的净高达到设计要求，提升设计品质。

4 BIM技术在施工阶段的应用

4.1 优化场地布置

为满足安全文明施工的要求，根据现场施工布置方案，创建BIM场区布置模型并检查合理性。根据过程特点、施工条件及施工组织管理需求，利用三维模型检查和漫游视频等方式，协调解决施工期间所需要的交通运输、物料存放、现场加工、办公生活组织、水电供给和其他施工设施的平立面布置。

图1 BIM场区布置图

4.2 优化施工方案

利用BIM技术，根据施工方案建立施工模拟过程，细化施工节点，通过直观的三维模型进行施工前交底，减少施工过程中因理解不充分导致的返工。当现场情况与图纸不一致时，可以清晰、直观的显示不一致的区域，通过分析产生差异的原因以及系统的碰撞检查，可以灵活、系统的调整优化施工方案，避免因只调节一处节点导致与其他节点构件产生脱节或冲突，减少后续的施工困难。本项目钢结构数量多，跨距长，重量大，为保证施工质量和施工安全，利用BIM技术对钢结构施工过程进行模拟，该模型可以展示重要构造节点、施工顺序以及完成后的模型，根据模型展示优化修改施工方案，提高管理能效。

4.3 配合AR技术优化施工管理

BIM技术因其有一定的硬件和技术要求，相比较已经普及的CAD存在一定的门槛，所以目前现场施工管理仍以二维图纸为主。为了将BIM技术更好的融入现场施工管理，BIM+VR、BIM+AR、BIM+MR技术的不断发展，成功解决了BIM使用门槛的问题。管理人员仅需通过简单的操作，少量的设备，便可以将BIM模型与现场实体结合，为现场管理提供便利。

4.3.1 BIM+AR技术优势

①弥补BIM的不足

对于施工过程管理来说，BIM的问题在于与现场贴合不紧密，BIM建模和使用都在电脑上操作，从业者查看BIM文件不太方便且需要对BIM有一定的认知，另外一般较大工程模型较为复杂，对电脑硬件也有一定的要求，无形中增加了管理成本。而通过AR技术可以跨越这一障碍，利用云技术将BIM模型导入AR平台中，从业者仅需手机或者ipad就可以将三维模型投射至工程实体，实时查看对比，相对于图纸更高效，相对于CAD更为直观。

② 降低施工成本与提高施工精度

将AR融入BIM模型，现场人员可以将模型与现场实物无缝对接，实时纠偏，动态优化施工方案，减少返工情况的发生。同时可以让现场施工人员更加直观理解现场布局，如管线排布，洞口设置等，方便施工管理，比传统的施工交底更为高效。

4.3.2 BIM+AR操作步骤

①建立BIM模型，导入AR平台

首先需要建立BIM模型，并将模型轻量化，接着上传至AR平台，将模型与实体的实际标高位置做对应。

②生成二维码或使用现场角点定位

将生成的二维码贴于现场实体，二维码的标高位置需要与在模型中设置的标高位置一致，使用手机或者平板电脑扫描二维码即可进入AR投影状态。当二维码标高位置不容易设定时，可使用现场定位的方法。在模型中选取二个点，然后在实物上利用拍照功能选取对应的两点，即可进行定位投影。

③现场复核和验收

相较于图纸交底，利用AR技术可以更加直观，让施工人员轻松理解管线的布置和走向。同时，BIM+AR可以让管理人员方便的校核结构的位置和尺寸偏差，利于后期验收。

4.3.3 实际应用

①施工交底

如图2所示，分别是地下室实体以及AR投影后的对比。可以从AR对比图中清楚的看到已完成后的管线走向，施工工人可以利用此图理解施工用意，配合图纸完成施工，减少因图纸理解错误带来的返工等损失。

图2 实体与AR对比图

②施工检查

利用AR技术，检查施工洞口的尺寸大小以及位置偏差是否满足要求，减少因结构尺寸问题导致的后期安装困难。图4显示利用AR技术检查洞口尺寸。同样，管线的尺寸走向以及布局也可以使用AR来检查（图3）。

图3 洞口检查

图4 隐蔽管线检查

③隐蔽工程检查

当隐蔽工程结束后，在后期管理中若想知道封闭后管线的具体位置难度较大，往往需要拆开吊顶来确认，而利用AR技术可以轻松解决这一问题，精确定位管道走向，误差在厘米级，为后期的管理、交接、运营及维修带来方便（图4）。

5 技术发展与前景展望

BIM技术有着广阔的应用前景，它比传统图纸更直观，包含信息更丰富，各专业联系性更强，但目前仍在发展中，有着不少值得改进的地方。

第一，BIM模型在施工中需要添加各类施工信息，随着项目的推进，模型不断复杂化，涉及的专业越来越多，模型需要硬件配置越来越高。如何将BIM轻量化并推广，代替传统的CAD图纸，是今后值得研究思考的。

第二，目前BIM建模没有统一的标准，不同单位间建模习惯不相同，因此不同单位建立的模型无法通用，如何建立统一的标准，值得今后研究。

第三，目前受技术的制约，AR设备的陀螺仪定位性能不佳，如果多次晃动镜头会导致AR成像与实体间的偏差增大，因此目前AR使用仍是固定区域固定地点使用，如何定位更加精确，设备成像不随镜头移动偏差增大，是今后研究的方向。

6 结论

BIM技术可以应用在项目管理的全过程，它相较于二维图纸更加直观，适合项目的精细化管理，特别是BIM+AR技术有着广阔的发展前景，这种技术可以弥补BIM与现场贴合不紧密的问题，同时现场需要的设备少，易携带，可以有效降低管理成本。AR成像与实体结构的对比，在施工交底、施工检查、隐蔽工程检查中有着较大的应用前景。