BIM技術(shù)在工程施工中的應(yīng)用探究

于慶濤

摘要： BIM技術(shù)中包含的信息通過協(xié)同工作的模式實現(xiàn)資源共享，是建設(shè)行業(yè)信息化管理的一個全新突破手段。借用BIM模型中豐富的幾何信息和非幾何信息整合工程全生命周期中項目各參與方間的信息協(xié)同、共享集成與應(yīng)用。

Abstract： The information contained in BIM technology realizes resource sharing through the mode of collaborative work. It is a brand-new breakthrough method for information management of construction industry. Using the rich geometric information and non-geometric information in the BIM model to integrate information cooperation， sharing， integration and application among project participants in the entire project life cycle.

關(guān)鍵詞： BIM技術(shù)；BIM應(yīng)用；BIM內(nèi)涵；載體維度；碰撞檢測；施工模擬

Key words： BIM technology；BIM application；BIM content；carrier dimension；collision detection；construction simulation

中圖分類號：TU17 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-4311（2018）26-0241-04

0 引言

BIM技術(shù)引入國內(nèi)工程施工領(lǐng)域后，被視為繼CAD后又一次重大變革，引起了行業(yè)內(nèi)的高度關(guān)注，應(yīng)用階段涵蓋了規(guī)劃、設(shè)計、施工、運(yùn)維。通過應(yīng)用，行業(yè)內(nèi)積累了大量應(yīng)用經(jīng)驗，也存在著對BIM技術(shù)認(rèn)識不統(tǒng)一、BIM技術(shù)人員儲備不足、BIM技術(shù)流程和成果不規(guī)范等因素，以至于很多項目出現(xiàn)BIM技術(shù)與項目管理結(jié)合度不夠的現(xiàn)象。

住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部于2015年6月16日發(fā)布了《關(guān)于印發(fā)推進(jìn)建筑信息模型應(yīng)用指導(dǎo)意見的通知》（建質(zhì)函[2015]159號），要求到2020年末，建筑行業(yè)甲級勘察、設(shè)計單位以及特級、一級房屋建筑工程施工企業(yè)應(yīng)掌握并實現(xiàn)BIM與企業(yè)管理系統(tǒng)和其他信息技術(shù)的一體化集成應(yīng)用；到2020年末，以下新立項項目勘察設(shè)計、施工、運(yùn)營維護(hù)中集成應(yīng)用BIM的項目比率達(dá)到90%；以國有資金投資為主的大中型建筑；申報綠色建筑的公共建筑和綠色生態(tài)示范小區(qū)。

1 BIM基本概念及特征

1.1 BIM基本概念

BIM（Building Information Modeling）即建筑信息模型，是在建設(shè)工程及設(shè)施全生命周期內(nèi)，對其物理和功能特性進(jìn)行數(shù)字化表達(dá)，并依此設(shè)計、施工、運(yùn)維的過程和結(jié)果的總稱。

1.1.1 Building

Building指建設(shè)工程，是一個建設(shè)項目從初期規(guī)劃，到過程設(shè)計、施工乃至運(yùn)行維護(hù)全生命周期的過程。

1.1.2 Information

Information意為信息，是BIM技術(shù)中的基礎(chǔ)和關(guān)鍵，具有重要意義，承載著建設(shè)工程產(chǎn)生的龐大的信息與數(shù)據(jù)，體現(xiàn)了BIM出現(xiàn)的根本意義。

1.1.3 Modeling

Modeling即為模型，BIM是以模型為載體，通過模型傳遞信息，是整個BIM技術(shù)應(yīng)用的基礎(chǔ)。

1.2 BIM內(nèi)涵

1.2.1 工程項目的全生命周期應(yīng)用

BIM的作用是可以通過信息的協(xié)同傳遞，提供信息管理與共享的有效方法。可以貫穿整個項目從概念提出到拆除的全過程，減少建設(shè)工程“錯、缺、漏、碰”現(xiàn)象的產(chǎn)生，減少浪費(fèi)，降低材料、人工消耗。

1.2.2 BIM的信息載體維度（nD）

BIM技術(shù)的出現(xiàn)實現(xiàn)了從傳統(tǒng)二維到三維繪圖，甚至n維的轉(zhuǎn)變。是建設(shè)工程通過3D可視化、4D進(jìn)度管控、5D造價管理、6D性能分析直至與物聯(lián)網(wǎng)、移動應(yīng)用、云端、虛擬現(xiàn)實的基于網(wǎng)絡(luò)的多維協(xié)同方式與集成應(yīng)用，為建設(shè)工程不同參與者之間實現(xiàn)信息協(xié)同與共享起到顯著作用。

2 BIM技術(shù)國內(nèi)外應(yīng)用現(xiàn)狀

2.1 國外BIM技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀

BIM技術(shù)在國外的應(yīng)用起步較早，從提出到完善，歷經(jīng)三十余載，逐步被新加坡、英國、美國等幾個主導(dǎo)國家所普遍接受并經(jīng)過長期的醞釀，從政府層面對于工程項目的BIM應(yīng)用制定了相應(yīng)的政策支撐。

新加坡1995年啟動了一個名為CORENETIT的IT 項目采用先進(jìn)的信息技術(shù)實現(xiàn)建筑房地產(chǎn)業(yè)的參與方間實現(xiàn)高效、無縫地溝通和信息交流；英國政府要求強(qiáng)制使用BIM，到2016年，政府要求全面協(xié)同3D-BIM.并將全部的文件以信息化管理；2003年起，美國總務(wù)管理局（GSA）通過其下屬的公共建筑服務(wù)處（Public Buildings Service，PBS）開始實施一項被稱為國家3D-4D-BIM計劃的項目，為了保證計劃的順利實施，GSA制定了一系列的策略進(jìn)行支持和引導(dǎo)，BIM在美國逐漸成為主流，并對包括中國在內(nèi)的其他國家的BIM實踐產(chǎn)生影響。

2.2 國內(nèi)BIM技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀

我國未來建設(shè)領(lǐng)域?qū)⑹且袁F(xiàn)代化、工業(yè)化、信息化為主導(dǎo)的三個發(fā)展方向，而BIM技術(shù)將成為建設(shè)行業(yè)信息化發(fā)展的主旋律。無論從降低建設(shè)成本或是減少人材機(jī)的消耗方面，BIM技術(shù)的廣泛應(yīng)用無疑對我國建設(shè)領(lǐng)域產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和綠色建造等產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。

2.2.1 我國現(xiàn)行各類BIM標(biāo)準(zhǔn)、政策

自2011年至今，住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部相繼發(fā)布了《2011～2015年建筑業(yè)信息化發(fā)展綱要》、《關(guān)于推進(jìn)建筑信息模型應(yīng)用的指導(dǎo)意見》（建質(zhì)函[2015]159號）、《2016～2020年建筑業(yè)信息化發(fā)展綱要》（建質(zhì)函[2016]183號）等政策性文件，對建設(shè)單位、勘察設(shè)計單位、施工單位的BIM實施起到積極地引導(dǎo)作用，指明了BIM技術(shù)實施方向。

住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部相繼發(fā)布了6項BIM國家標(biāo)準(zhǔn)的編制計劃，分別是：《建筑工程信息模型應(yīng)用統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》、《建筑工程信息模型存儲標(biāo)準(zhǔn)》、《建筑工程信息模型編碼標(biāo)準(zhǔn)》、《建筑工程設(shè)計信息模型交付標(biāo)準(zhǔn)》、《制造工業(yè)工程設(shè)計信息模型應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)》和《建筑工程信息模型應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)》。目前《建筑工程信息模型應(yīng)用統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》GB/T 51212-2016和《建筑工程信息模型應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)》GB/T 51235-2017已經(jīng)編制完成并發(fā)布實施。

2.2.2 國內(nèi)各類工程項目BIM應(yīng)用情況

國內(nèi)項目最初使用BIM技術(shù)輔助工程建設(shè)主要以大型公建、超高層項目為主，如國家體育場、銀河SOHO、深圳平安中心、上海中心、“中國尊”、新機(jī)場航站樓以及萬達(dá)系列項目中廣泛應(yīng)用。建設(shè)單位通過BIM技術(shù)對一些復(fù)雜節(jié)點(diǎn)、異形鋼結(jié)構(gòu)和幕墻以及超大規(guī)模的機(jī)電設(shè)備和管線安裝等工作進(jìn)行預(yù)排模擬，提前發(fā)現(xiàn)一些以往常規(guī)做法不易管控、不易發(fā)現(xiàn)的設(shè)計錯誤，通過各專業(yè)三維模型的協(xié)同管理解決“錯、漏、碰、缺”等諸多問題，降低工程建造成本，產(chǎn)生更為直接的經(jīng)濟(jì)利益。

近幾年來，越來越多的工程項目在招標(biāo)之初即明確使用BIM技術(shù)，施工單位為了適應(yīng)新時期的工程管理模式的變革，也逐步開始推動BIM技術(shù)的應(yīng)用發(fā)展。施工單位中BIM技術(shù)應(yīng)用較為成功的以中國建筑、北京城建、上海建工、湖南建工等企業(yè)為代表，經(jīng)過多年工程項目中的BIM實施，已逐步完善了自身BIM體系并在相關(guān)涉及BIM技術(shù)的工程投標(biāo)中占據(jù)有利位置。

3 BIM技術(shù)在施工管理中的應(yīng)用

施工單位是工程建設(shè)最直接的實施完成者，對工程項目施工中的管理亦深有體會。目前，國內(nèi)BIM發(fā)展程度最完善和最能體現(xiàn)BIM技術(shù)水平的也是施工單位。

3.1 施工管理的BIM應(yīng)用特點(diǎn)

建造過程中，質(zhì)量、進(jìn)度、成本被稱為工程項目建設(shè)的三大目標(biāo)，是建設(shè)工程施工階段管理的主要工作內(nèi)容。充分運(yùn)用BIM的可視化、協(xié)同性、模擬和分析、優(yōu)化性、可出圖性等特點(diǎn)實現(xiàn)施工階段的數(shù)字化管理。

3.2 工程項目BIM應(yīng)用價值與案例

中鐵北京工程局建筑工程分公司充分運(yùn)用BIM技術(shù)的五大特點(diǎn)，積極在各工程項目上推廣，產(chǎn)生了一些實際效益，主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

3.2.1 基于BIM技術(shù)的三維可視化交底

按照圖集規(guī)范、2D設(shè)計圖紙，利用Autodesk Revit、Trimble Sketchup、Autodesk 3dsMax等系列軟件創(chuàng)建建筑、結(jié)構(gòu)、機(jī)電、裝飾BIM模型，對主要節(jié)點(diǎn)做法、施工工藝通過PC、移動端等設(shè)備及紙質(zhì)交底進(jìn)行可視化展示，使項目管理人員、作業(yè)人員更直觀地理解交底內(nèi)容，規(guī)范地進(jìn)行施工生產(chǎn)工作。

三維可視化交底在合肥市軌道交通1號線裝修5標(biāo)工程、北京市軌道交通昌平線南延工程三標(biāo)、貴陽小碧新城二期（安置點(diǎn)）項目的技術(shù)交底中均得到了應(yīng)用。以北京市軌道交通昌平線南延工程三標(biāo)為例，在前期臨時設(shè)施的建設(shè)過程中，項目按照圖集規(guī)范自行制作了“不上人吊頂做法”、“地磚鋪貼做法”、“磚墻乳膠漆做法”、“磚墻貼壁紙做法”、“廚房屋面做法”等三維模型，通過輸出多角度圖片進(jìn)行打印或傳輸至手機(jī)移動端、PC端等等方式對現(xiàn)場管理人員和作業(yè)人員進(jìn)行技術(shù)交底。通過這種方式使施工現(xiàn)場的不規(guī)范的做法大幅減少，質(zhì)量問題得到有效控制。

3.2.2 基于BIM技術(shù)的碰撞檢測與施工模擬

將建立完成的各專業(yè)BIM模型，經(jīng)過檢查審核后導(dǎo)出為國際通用標(biāo)準(zhǔn)BIM格式IFC文件后，使用專業(yè)的碰撞檢測與模擬軟件對結(jié)構(gòu)構(gòu)件、建筑、管線綜合各專業(yè)之間進(jìn)行碰撞檢測和分析，提前發(fā)現(xiàn)設(shè)計中存在的問題，優(yōu)化施工方案和資源配置。

中鐵北京工程局建筑工程分公司在北京曹妃甸職教城北京職業(yè)技術(shù)師范高等?？茖W(xué)校項目-校級辦公樓工程中采用Autodesk Revit進(jìn)行建筑、結(jié)構(gòu)、機(jī)電安裝（給排水、暖通、電氣）等專業(yè)分別建模，轉(zhuǎn)換為Naivsworks能夠識別的.nwc格式文件，對模型進(jìn)行逐一整合。通過對各專業(yè)間的相互沖突檢測，檢測出機(jī)電各專業(yè)與結(jié)構(gòu)模型的碰撞5處，機(jī)電各專業(yè)與建筑模型的碰撞53處，機(jī)電各專業(yè)之間的碰撞53處（圖2）。貴陽小碧新城二期（安置點(diǎn)）項目也通過對中小學(xué)工程的管線綜合碰撞檢測發(fā)現(xiàn)39處水、電專業(yè)沖突，并提前做出優(yōu)化。

3.2.3 基于BIM技術(shù)的工程進(jìn)度管理

進(jìn)度控制是建設(shè)項目管理三大目標(biāo)之一。隨著建設(shè)項目的大型化和復(fù)雜化，進(jìn)度與承包、質(zhì)量的多方面協(xié)調(diào)僅依靠傳統(tǒng)進(jìn)度控制方法已很難兼顧，應(yīng)用信息化技術(shù)實現(xiàn)對進(jìn)度的控制已成為發(fā)展趨勢。BIM技術(shù)在進(jìn)度管理中有其自身的優(yōu)越性，具體表現(xiàn)如下：

①BIM基于立體模型，具有很強(qiáng)的可視性和操作性。

BIM的成果是高仿真三維模型，可以對建筑內(nèi)外部進(jìn)行細(xì)致地檢查；可以對某個建筑構(gòu)件的空間位置、三維尺寸和材質(zhì)顏色等特質(zhì)進(jìn)行精細(xì)化地修改，降低因設(shè)計錯誤對施工進(jìn)度造成的影響。

②BIM包含了完整的建筑數(shù)據(jù)信息。

BIM模型包含了完整的建筑信息，從構(gòu)件的材質(zhì)到尺寸數(shù)量，從項目位置到周圍環(huán)境，甚至可以精確到材料等級、出廠日期等數(shù)據(jù)。將建筑模型附加進(jìn)度計劃的虛擬建造，可以間接產(chǎn)生材料和資金供應(yīng)計劃，并與施工進(jìn)度的變化同步自動更新，保證施工過程的資金和材料充分供應(yīng)。

基于BIM的進(jìn)度管理以貴陽小碧新城二期（安置點(diǎn)）項目為例，該項目對中小學(xué)工程建立了建筑、結(jié)構(gòu)、機(jī)電Revit模型，并將模型輸出至Navisworks與Project施工進(jìn)度計劃進(jìn)行了對應(yīng)的匹配；再為實際進(jìn)度進(jìn)行相應(yīng)的匹配，通過軟件的自動模擬，查找實際進(jìn)度與計劃進(jìn)度之間存在的差異，并通過模擬找到問題根本所在。

3.2.4 基于BIM的現(xiàn)場布置與模擬

施工現(xiàn)場環(huán)境的布置與模擬按照以往傳統(tǒng)圖紙的方式很難表現(xiàn)完整，且各種構(gòu)筑物、植物、周邊環(huán)境、交通情況復(fù)雜，容易在設(shè)計布置前期產(chǎn)生各種問題，出現(xiàn)返工現(xiàn)象。因此，發(fā)揮BIM三維可視化的特點(diǎn)，對施工現(xiàn)場的布局提前預(yù)判，以達(dá)到減少材料的浪費(fèi)及返工影響工期的目的。（圖3）

3.2.5 基于BIM的工程量計算

由BIM平臺創(chuàng)建的三維模型，包含了各種與構(gòu)件相關(guān)的屬性，并進(jìn)行了匹配，并錄入附帶幾何信息和非幾何信息，可以便捷的統(tǒng)計任意部位的工程量。

通過合肥市軌道交通1號線裝修5標(biāo)工程、北京市軌道交通昌平線南延工程三標(biāo)、貴陽小碧新城二期（安置點(diǎn)）項目的摸索。已經(jīng)可以通過Auto Revit按照相應(yīng)規(guī)范規(guī)則創(chuàng)建模型自動計算工程量或?qū)С鲋翉V聯(lián)達(dá)算量軟件中生成工程量清單。（圖4）

以合肥市軌道交通1號線裝修5標(biāo)工程為例，Revit本身缺少大量模型，如果需要得出準(zhǔn)確的工程量，繪制各種類型的族文件就成為最緊迫、最重要的環(huán)節(jié)。如搪瓷鋼板，由于顏色不同、工藝不同、形狀不同等因素，需要創(chuàng)建帶有參數(shù)變化的族庫。創(chuàng)建的有石材踢腳、盲道、各種規(guī)格的搪瓷鋼板、材料伸縮縫、導(dǎo)向標(biāo)識、鋁圓通、折邊鋁板等十幾種專用族。

通過對應(yīng)的模型建立及信息錄入，軟件自動匯總數(shù)據(jù)，在生成報表之前只需簡單設(shè)置所需條目，即可對工程數(shù)量進(jìn)行快捷的匯總統(tǒng)計。

3.2.6 BIM與裝配式建筑施工

裝配式建筑與BIM結(jié)合應(yīng)用能夠發(fā)揮的作用除了工程質(zhì)量進(jìn)度控制、5D動態(tài)成本控制、和可視化技術(shù)交底等BIM價值外，最重要的就是對于預(yù)制構(gòu)件入場和存儲的管理。

通過BIM信息共享與RFID（無線射頻識別）的有效結(jié)合，對構(gòu)件實施追蹤控制。RFID是一種非接觸的自動識別技術(shù)，通過射頻信號自動識別并獲取數(shù)據(jù)，BIM與RFID相結(jié)合的優(yōu)點(diǎn)就是信息讀取準(zhǔn)確，傳遞速度快，減少人工錄入信息可能造成的錯誤。

未來裝配式建筑也是公司工程施工項目的主要發(fā)展方向，裝配式建筑與BIM技術(shù)也必然成為項目施工管理的重要措施之一。研究BIM技術(shù)與裝配式建筑的有效結(jié)合，解決過程中出現(xiàn)的問題，制定相應(yīng)的裝配式BIM業(yè)務(wù)流程與規(guī)則是今后的重點(diǎn)研究方向。

3.3 BIM技術(shù)的未來展望

BIM技術(shù)除了自身的特點(diǎn)與價值，還應(yīng)與各類其他新興技術(shù)有機(jī)結(jié)合，現(xiàn)在行業(yè)內(nèi)運(yùn)用比較成功的BIM拓展應(yīng)用主要是與物聯(lián)網(wǎng)、云計算、數(shù)字化加工、智能全站儀、GIS、3D掃描、虛擬現(xiàn)實、3D打印等的技術(shù)融合。其根本均是以BIM模型為基礎(chǔ)，利用BIM模型的信息共享，實現(xiàn)各階段的協(xié)同工作，這樣才能充分發(fā)揮BIM技術(shù)的自身特性，科學(xué)有效的提高工程項目施工管理水平。

4 BIM技術(shù)對于建筑行業(yè)的重要性

在過去的30年中，隨著社會的發(fā)展和生活觀念的變遷，城市建設(shè)進(jìn)入了空前發(fā)展的黃金時期，建筑行業(yè)經(jīng)歷了粗放式的增長形態(tài)。如今經(jīng)濟(jì)進(jìn)入了常態(tài)化，以前在建設(shè)行業(yè)里有這樣一個規(guī)律，只要能接到項目，怎么干都能掙錢！這導(dǎo)致建筑行業(yè)一直是粗放型的管理模式。而現(xiàn)在企業(yè)面臨著激烈的競爭，我們不得不提高管理水平。BIM技術(shù)的出現(xiàn)就成了促進(jìn)項目的精細(xì)化管理，增加企業(yè)競核心爭力的有效途徑之一。

BIM技術(shù)是一項顛覆設(shè)計、施工管理的新技術(shù)，徹底改變了相關(guān)人員的工作和管理方式。無論從現(xiàn)階段BIM工具出發(fā)，還是基于未來協(xié)同管理模式創(chuàng)新來看，BIM的應(yīng)用推廣趨勢已不可阻擋。就如同10年前的互聯(lián)網(wǎng)一樣，基于BIM所引領(lǐng)的技術(shù)變革、管理變革，也勢必會創(chuàng)造出新的商業(yè)機(jī)會、商業(yè)模式和新的工作崗位。無論是對施工企業(yè)與施工管理人員，將會產(chǎn)生重要的影響，它將直接決定施工企業(yè)的施工技術(shù)與管理水平和相關(guān)從業(yè)人員的素質(zhì)。

5 BIM技術(shù)應(yīng)用總結(jié)

BIM 的提出和發(fā)展，對工程建設(shè)行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步產(chǎn)生了重大影響。應(yīng)用BIM 技術(shù)可大幅度提高工程建設(shè)的集成化程度，促進(jìn)工程建設(shè)行業(yè)生產(chǎn)方式的轉(zhuǎn)變，提高投資、設(shè)計、施工、運(yùn)維乃至整個工程生命期的質(zhì)量和效率，提升科學(xué)決策和管理水平。

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