基于BIM 技术的建筑工程施工工艺流程优化与管理研究

文／刘宁、于庆龙 济南高新智慧谷投资置业有限公司 山东济南 250101

1.BIM 技术基本概述

1.1BIM 技术

BIM 技术的内涵包括建筑信息模型的创建、管理和利用，数据的集成和共享，以及各种分析和应用。它涉及建筑项目各个阶段的设计、施工和维护，以数字化的模型为基础进行信息管理和协调，实现设计准确性、施工效率和运维优化的目标。BIM 技术内涵还包括多方参与者的协作，通过模型共享和实时协作实现信息的交流和共享，减少误差和冲突。从技术结构方面看，其核心是建筑信息模型，即BIM 模型。BIM 模型是一个数字化的、三维的表示建筑物的模型，它包含了建筑物的几何形状、构件属性、关联关系等信息。BIM 模型可以通过各种软件工具进行创建、编辑和管理。

BIM 技术依赖于一系列的数据交换和共享标准，如IFC、COBie、IFD 等。这些标准定义了建筑项目中各种信息的结构和格式，使得不同软件工具之间能够进行数据的交换和共享。BIM 技术还涉及一系列的软件工具和技术应用。例如，用于创建和编辑BIM 模型的建模工具，如Revit、Archicad 等；用于模型检测和冲突检测的碰撞检测工具，如Navisworks、Solibri 等；用于可视化和演示的虚拟现实技术，如VR 和AR 等。这些工具和技术为BIM 技术的实施提供了技术支持和平台。此外，BIM 技术还涉及各种数据管理和分析方法。包括数据集成和共享的方法，如数据中心、云计算等；以及数据分析和可视化的方法，如数据挖掘、机器学习等。这些方法可以对BIM模型中的大量数据进行处理和分析，从而为项目决策和优化提供科学依据[1]。

1.2BIM 技术主要特征

1.2.1 可视化

可视化是BIM 技术的一个重要特征，它通过三维建模将建筑物和相关信息以图形化的方式呈现出来。通过可视化，用户可以直观地了解建筑物的外观、结构、设备布置等方面。可视化不仅仅提供了对建筑物外观的呈现，更重要的是能够展示建筑物的空间关系和构件之间的联系。通过BIM模型，用户可以自由地浏览建筑物的内部和外部，观察不同角度和视角的细节。这种直观、形象的展示方式能够帮助设计师更好地理解和表达设计意图，施工人员能够更具体地了解建筑物的构造和布置，业主能够对项目进展和最终效果进行更准确的评估。可视化还能够帮助各方之间进行沟通和协作，促进合作和决策的达成。通过可视化，BIM 技术为建筑项目提供了更直观、更清晰的信息展示，从而提高了项目的效率、准确性和可视性。

图1 某建筑施工项目BIM 可视图

1.2.2 数据驱动

数据驱动是BIM 技术的核心特征，它将建筑项目的各项数据集成到模型中，并为每个构件添加属性信息。通过数据驱动，BIM 技术可以进行各种分析和计算，如数量统计、造价评估、能源模拟等。这些数据不仅仅是静态的信息，更是可以通过算法和模型进行推演和预测的工具。通过数据驱动，设计师可以进行准确的数量测算和材料选择，施工人员可以进行施工进度的评估和优化，运维人员可以进行设备运行和维护的计划。数据驱动使得建筑项目的决策过程更加科学和精确，能够减少误差和风险。此外，数据驱动也为建筑项目的持续改进提供了依据。通过对历史数据的分析和比对，可以发现问题和优化的空间，从而不断提升建筑项目的质量和效率。

1.2.3 协调性

协调性是BIM 技术的一个重要特征，它通过建立一个统一的平台，使得设计师、施工人员、监理人员等多方参与者能够实时协作和共享信息。通过BIM 技术，各方可以在同一个模型中进行工作和交流，从而减少信息传递和沟通的误差。协调性能够帮助各方在设计和施工过程中发现和解决潜在的冲突和问题，避免重复工作和资源的浪费。通过BIM 模型的冲突检测和协调，可以提高设计的准确性和一致性，减少设计变更和施工纠纷的发生。同时，协调性也有助于项目的整体管理和协调[2]。通过BIM技术，可以对项目进展进行实时监控和调整，优化资源的分配和利用，提高项目的效率和质量。协调性使得建筑项目的各方能够在一个协同工作的平台上共同努力，达成共识和目标。

1.2.4 综合性

综合性是BIM 技术的一个重要特征，它能够集成建筑项目的各种信息，包括设计、施工、维护等各个阶段的数据。BIM 模型不仅仅是一个建筑物的几何形状，还包含了大量的属性和关联信息。通过BIM 技术，可以实现综合性的信息管理和协调。首先，综合性使得项目数据的集成和共享成为可能，各方可以通过BIM 模型获取所需的信息，避免信息孤岛和重复劳动。其次，综合性还可以实现多个数据之间的关联和分析，通过对数据的交互和计算，可以得出更全面、准确的结果。例如，可以通过BIM 模型对材料、能源消耗、施工进度等进行综合分析和评估，为项目决策提供科学依据。此外，综合性还有助于建筑项目的整体管理和优化。通过对各个阶段的数据集成和分析，可以实现全生命周期的管理和控制[3]。

2.BIM 技术在建筑工程施工工艺流程中的重要作用

2.1 实现施工工艺的模拟可视化

通过BIM 模型的建立和使用，施工团队能够以数字化的方式模拟并可视化施工工艺。这使得施工人员能够更好地理解和掌握施工工艺的步骤、要求和关联性，帮助他们在实际施工前进行模拟和演练。通过虚拟环境中的可视化展示，施工人员可以检查施工过程中的潜在问题和优化施工方案，从而减少施工中的错误和变更。此外，通过模拟可视化，施工人员能够更好地协调和沟通，改善团队成员之间的协作和理解。他们可以共同在模型中查看和讨论施工工艺，快速解决问题，并确保施工过程的顺利进行。模拟可视化还有助于与利益相关方的沟通和共享，帮助他们更好地理解施工工艺和项目进展。

2.2 进行施工进度的管理和优化

通过BIM 模型与施工进度的关联，施工团队可以实时监控施工进度的变化和预测，实现精细化的进度管理。首先，模型中的时间维度可以帮助建立详细的施工计划和进度安排，包括各项工作的时间点、工期和资源需求，使施工进度可视化。其次，通过模型的场景演示功能，施工人员能够直观地了解整个施工流程的时间顺序和相关性，并针对具体任务进行优化，提高施工效率。此外，当施工过程中出现延误或问题时，施工团队可以及时在模型中进行调整和协调，避免进度的进一步滞后[4]。通过BIM 技术进行施工进度的管理和优化，可以实现精细化的资源配置和工期控制，减少浪费和冲突，提高施工的安全性和质量。最重要的是，施工进度的管理和优化可以帮助预测和解决潜在的问题，从而减少工期延误和额外成本，确保项目按时交付。

2.3 及时检测出施工过程中的冲突

通过BIM 模型的碰撞检测功能，施工团队可以在施工前发现和解决模型之间的冲突，从而减少施工中的安全隐患。一方面，模型中包含了各种构件的准确信息，包括其位置、尺寸和关联关系。通过模型的碰撞检测功能，可以检测到管道、电缆、设备、结构构件等之间的干涉和交叉，避免在施工过程中发生碰撞和冲突。另一方面，通过模型的可视化展示，施工人员可以在虚拟环境中检查模型中的冲突点，并采取相应的措施进行调整和协调。这可以大大减少施工中的安全风险和意外事件的发生，提高施工的安全性。另外，及时检测出施工过程中的冲突还有助于预防事故和减少工作人员的伤害。通过BIM 技术进行冲突检测和协调，可以在施工前就发现和解决潜在的安全问题，确保在施工现场有序进行，减少事故的发生[5]。

3.BIM 技术在建筑工程施工工艺流程中的优化措施

建筑工程施工工艺流程涵盖了从施工准备到最终验交的各个环节。首先，施工准备阶段确保了所需资源的充足与计划，为后续工作奠定了基础。接着，测量放线和沟槽开挖确保了建筑的准确位置和稳定基础。工作坑施工和下管稳管阶段是管道系统安全可靠的关键环节。附属构筑物和接口施工阶段则保证了管道系统的完整性和与其他系统的协调。局部管顶回填和隐蔽验收确保施工质量的合格性。分段压力实验和全部回填阶段是保障管道质量和稳定性的重要步骤。管道冲洗和消毒环节确保水质达到卫生标准。最后的验交环节是对整个施工工艺流程的验证，确保工程符合相关标准和要求。通过严格按照工艺流程操作，合理安排工期与协同合作，建筑工程施工工艺流程能够确保工程质量、安全与进度的达标。

3.1 利用BIM 技术建立建筑施工信息模型

图2 一般建筑施工工艺流程示意图

利用BIM 技术建立建筑施工信息模型是一种先进的施工管理方法，它可以将建筑的各个方面包括结构、机电、管道等整合在一个虚拟模型中，为施工过程提供全面的数据和可视化的展示。首先，收集和整理建筑设计文件。建立建筑施工信息模型的第一步是收集和整理建筑设计文件，包括设计图纸、技术规范和施工方案等。这些文件提供了建筑施工的基本信息和要求，为建立信息模型打下基础。其次，建立三维建模。利用BIM 软件，根据设计文件建立建筑的三维模型，将建筑的各个构件包括结构、机电、管道等进行细致建模。这样可以形成一个全面的建筑施工信息模型，用于模拟和可视化展示施工过程。第三，添加施工信息。在建模的基础上，添加施工信息，包括施工工艺、材料规格、施工顺序等。这些信息可以通过BIM软件的属性和参数功能进行编辑和管理，实现施工过程的模拟和规划。第四，进行施工工艺的优化和冲突检测。通过BIM 模型，对施工工艺进行优化和规划，包括工序的安排、资源的分配和施工路径的规划等。利用BIM 技术，对模型进行模拟分析，包括施工的时间、成本和安全等。同时，通过BIM 模型的可视化展示功能，能够直观地展示施工过程和结果，方便施工管理人员和相关方进行决策和沟通[6]。

3.2 利用BIM 技术优化建筑工程施工工艺流程

利用BIM 模型将施工计划与模型相结合，通过模拟施工过程的时间和顺序，可以有效安排施工活动，避免资源浪费和冲突。施工人员可以在虚拟环境中查看模型，并了解具体的施工步骤和顺序，从而减少现场的试错和重复工作。通过模型的碰撞检测功能，可以及时发现模型中的冲突点，如管线交叉、设备碰撞等。这样可以避免在施工过程中出现问题，减少工程变更和重复施工的情况，提高施工效率和质量。接着利用分析模型中的数据，如材料属性、施工活动的时间和工序等，可以针对具体情况进行施工工艺的优化。最后结合模型和进度计划，进行实时的进度管理。及时跟踪施工进度、资源利用情况和工作量，根据具体情况进行调整和优化，确保项目能够按时交付[7]。

表1 建筑施工工艺流程是否利用BIM 技术效果对比表

3.3 利用BIM 技术强化建筑施工动态监测

在建立全面的建筑信息模型以后，利用传感器、摄像头等技术设备，对施工现场进行实时监测和数据采集。这些设备可以记录施工过程中的各种数据，如温度、湿度、振动等，为施工动态监测提供实时的数据支持。将实时采集的数据与BIM 模型进行整合，形成一个动态的施工数据平台。通过对数据的分析和比对，可以实时监测施工进度、质量和安全等指标，并及时发现和解决问题。通过BIM 模型的可视化展示功能，将监测数据以图形和动画的形式展示出来。这样可以直观地了解施工过程的运行情况，并生成相关的监测报告，为施工管理人员和相关方提供决策依据[8]。

4.建筑施工工艺流程利用BIM 技术效果对比

在建筑施工工艺流程中，利用BIM 技术和不同BIM技术可以带来不同的效果。例如，利用3D 建模技术能够实现空间可视化、碰撞检测和工序模拟，提高施工效率和质量；而利用4D 施工时序技术能够实现进度可视化、优化调整和冲突检测，提升施工管理的准确性和规划性。本研究中，在同类型建筑施工过程下，利用BIM 技术的施工管理方式相较于传统方式，可以减少5.4%左右的施工时间，并有效提高质量管理水平。这些数据体现了利用BIM 技术在建筑施工工艺流程中的有效应用，为建筑行业带来了显著的效果提升。

结语：

综上所述，本文主要介绍了BIM 技术在建筑工程施工工艺流程中的作用和优化措施。BIM 技术具有可视化、数据驱动、协调性和综合性等特征，可以实现施工工艺的模拟可视化、进行施工进度的管理和优化以及及时检测施工冲突等功能。通过BIM技术的应用与未应用方案的对比，发现BIM 技术的应用可以大大提高施工工艺流程的效率和安全性，具有重要的现实意义。本文的理论价值在于为建筑工程领域的专业人士提供了新的思路和方法，为未来研究BIM技术在建筑工程领域的应用和发展提供了参考。