BIM 技術(shù)在建筑工程施工管理中的應(yīng)用

康榮冰

（閩西職業(yè)技術(shù)學(xué)院，福建 龍巖，364000）

BIM（Building Information Modeling，建筑信息模型）是一種實現(xiàn)建設(shè)項目物理功能特性的數(shù)字描述和管理的新型三維虛擬化數(shù)字技術(shù)，它的目標(biāo)是建立從項目論證到建筑設(shè)計、施工、運用維護，直至最終拆除的全生命周期數(shù)據(jù)庫[1]。從理論上講，BIM 模型包括設(shè)計、施工、管理和運維等階段，由于其能夠?qū)崿F(xiàn)項目數(shù)據(jù)的共享、共用，因而保證了信息與現(xiàn)實之間的協(xié)同——BIM 技術(shù)實現(xiàn)了施工場景可視化模擬呈現(xiàn)，大大消除了傳統(tǒng)工程管理中存在的不確定、不可控、不直觀等弊端，因而，其在建筑工程領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛，已成為近年來工程建筑施工領(lǐng)域的研究熱點[2]。不僅如此，基于BIM技術(shù)的建筑施工管理亦將成為未來建筑行業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要趨勢，本文描述BIM技術(shù)原理，并分析其在建筑工程施工管理中的應(yīng)用價值與應(yīng)用路徑。

一、BIM 技術(shù)的概念、性質(zhì)及其功能

（一）BIM技術(shù)的概念

Autodesk（歐特克公司）公司于2002 年提出的BIM 技術(shù)作為虛擬化數(shù)字技術(shù)，已在世界范圍內(nèi)廣泛應(yīng)用。近二十年來，隨著BIM技術(shù)的不斷發(fā)展，其內(nèi)涵與外延一直在拓展，至今仍未形成確定性的定義。美國國家建筑信息模型標(biāo)準(zhǔn)（NBIMS）的定義是：“以立體數(shù)字形式表達項目的物理和功能特征；提供一個資源共享平臺，項目中的所有參與者都可以獲取相關(guān)信息來維護整個項目，且貫穿于整個建筑工程施工的全生命周期；各方可以在項目的不同階段輸入、提取、更新和修改BIM模型和數(shù)據(jù)庫中的相關(guān)信息?！盵3]從上述定義看，BIM技術(shù)至少有3 層核心含義（如圖1）：

（1）BIM 是基于3D 技術(shù)的建筑數(shù)字信息集成，主要集成有關(guān)建筑物的幾何數(shù)據(jù)和非幾何數(shù)據(jù)；

（2）BIM是一個以3D 可視化模擬建筑施工的模型化過程，它可以分析整個建筑施工全周期，其包括施工方案模擬、可視化交底、3D 動態(tài)進度監(jiān)控系統(tǒng)等；

（3）BIM是一種管理工具，其核心技術(shù)還可以實現(xiàn)建筑施工信息的調(diào)控與組織，即通過平臺系統(tǒng)實現(xiàn)建筑信息管理。

圖1 BIM技術(shù)的三層含義

（二）BIM技術(shù)的性質(zhì)

BIM 和CAD 之間最本質(zhì)的區(qū)別是數(shù)據(jù)集成與數(shù)字模擬。BIM是一種數(shù)據(jù)集成模型，其可以將不同格式、不同特征、不同來源、不同施工階段的建筑信息實現(xiàn)邏輯集成與可視化數(shù)字模擬。BIM技術(shù)在實際應(yīng)用過程中涉及許多軟件，但無論是應(yīng)用軟件還是建模軟件，各軟件彼此之間都要求實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸與數(shù)據(jù)共享[4]。可見，BIM 具有集成性、可視化模擬性、共享性與互操作性。

（三）BIM技術(shù)的功能

BIM模型的核心功能是可視化模擬，其能夠?qū)⒔ㄖ?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為可以直觀感知的可視化立體圖像視頻信息。在傳統(tǒng)建筑工程中，建筑數(shù)據(jù)信息以平面圖形方式顯示在工程圖紙上，以作為施工參考。傳統(tǒng)建筑圖紙雖然有助于施工方明確設(shè)計師意圖，但仍具有很大的局限性，要求相關(guān)人員具有空間想象力與豐富的經(jīng)驗。尤其是在當(dāng)前建筑物造型設(shè)計愈加強調(diào)藝術(shù)性、新穎性和獨特性的情況下，僅依靠平面圖紙很難完全將設(shè)計意圖呈現(xiàn)。BIM模型依托3D 圖形、視頻圖像不但可以顯示平面數(shù)據(jù)，而且還可通過多維度、全視角的3D 影像模擬設(shè)計，實現(xiàn)建筑施工全過程的立體化呈現(xiàn)。正是因為BIM模型可以使施工過程的每個步驟都清晰可見，因而有效消除了施工方因想象力不足導(dǎo)致與設(shè)計要求之間不一致的諸多問題，大大提升了建筑施工效率和精度。

二、BIM 技術(shù)在建筑施工管理中的應(yīng)用意義

（一）有助于優(yōu)化建筑的構(gòu)件設(shè)計

為了保證建筑的質(zhì)量，施工前往往需要對整個工程施工過程進行可行性分析，并準(zhǔn)確計算出建筑構(gòu)件的合理性和合格性。應(yīng)用BIM系統(tǒng)便可以在建筑設(shè)計階段就進行建筑構(gòu)件模擬實驗，通過對每個構(gòu)件進行仿真實驗，確保了質(zhì)量的可靠性[5]。同時，基于BIM技術(shù)，還可以對建筑的每個構(gòu)件進行合理性分析，提前發(fā)現(xiàn)問題，進而不斷調(diào)整設(shè)計，選擇最優(yōu)的建筑構(gòu)件，優(yōu)化整個建筑設(shè)計方案。

（二）實現(xiàn)了對工程實施進度監(jiān)控

BIM系統(tǒng)不僅可以動態(tài)反映建筑的施工進度（查詢和監(jiān)控施工進度），也可以管理建筑施工進度。由于BIM模型集成了建筑材料、建筑成本、建筑勞力等一系列建筑工程數(shù)據(jù)，因而，基于BIM技術(shù)的建筑施工模擬與監(jiān)控系統(tǒng)，可以將模擬數(shù)據(jù)與實際施工進度表進行比較，并分析偏差，進而對進度表進行預(yù)警。在實操中，建筑施工現(xiàn)場存在諸多未知的影響因素，有時需要根據(jù)實時情況調(diào)整施工進度。依托BIM建筑施工模擬系統(tǒng)，相關(guān)人員可及時掌握設(shè)計方案與實際施工進度之間的差異，并進行比較分析、控制和調(diào)整，以確保施工過程中各個環(huán)節(jié)的準(zhǔn)確性。

（三）有效實現(xiàn)了成本管理與控制

成本控制是建筑施工和工程招標(biāo)中非常重要的方面，控制施工成本也一直都是建筑工程管理工作的重點。一方面，建筑施工企業(yè)通過充分利用BIM技術(shù)的功能性優(yōu)勢，發(fā)揮模型的集成性、模擬性管理特點，可以構(gòu)建施工管理各個階段的成本控制機制：依托BIM系統(tǒng)可以收集施工管理工作中生成的各種信息，并進行分析和匯總，然后將分析結(jié)果傳遞給控制施工管理模型的中央系統(tǒng)。中央系統(tǒng)在收到相關(guān)信息后，便可對建設(shè)項目的建設(shè)資金進行宏觀把控，統(tǒng)籌、優(yōu)化建設(shè)資金的使用效率，以節(jié)約建筑企業(yè)的建設(shè)成本[6]。另一方面，BIM技術(shù)的應(yīng)用能夠讓施工企業(yè)全面了解物料成本信息。在實際的建筑施工過程中，每個施工階段對材料的需求是不同的，基于BIM技術(shù)賦能的動態(tài)可視化建筑管理系統(tǒng)，能夠使讓建筑施工企業(yè)實時了解市場上各種物料的價格變化，進而實現(xiàn)有效的成本控制。

三、BIM 技術(shù)在建筑施工全周期管理中的應(yīng)用路徑

近年來，我國建筑企業(yè)和研究學(xué)者對BIM技術(shù)在建筑工程中的應(yīng)用進行了大量研究，這一研究課題已成為土木工程領(lǐng)域的研究熱點之一。孫佳琦、孫暉、楊曉毅（2018）等認為，在建筑工程建設(shè)中，應(yīng)全面探索BIM在施工全周期中的應(yīng)用，通過分解施工環(huán)節(jié)，運用BIM技術(shù)有針對性地解決建筑施工中可能遇到的各種問題[7]。

（一）基于BIM 技術(shù)的施工準(zhǔn)備流程優(yōu)化：檢驗方案，調(diào)整施工設(shè)計

建筑施工準(zhǔn)備的主要任務(wù)是為項目的順利進行準(zhǔn)備必要的人力資源、技術(shù)工具及生產(chǎn)資源，如做好建筑施工設(shè)計、準(zhǔn)備施工設(shè)施；聯(lián)系適當(dāng)?shù)牟牧瞎?yīng)商和分包團隊；規(guī)劃和安排施工人力資源和施工進度。由于BIM技術(shù)具有直觀的可視化特點，因而在施工準(zhǔn)備階段，技術(shù)人員的主要任務(wù)是結(jié)合自身經(jīng)驗和現(xiàn)場條件，檢查施工可視化數(shù)據(jù)模型的準(zhǔn)確性，不斷發(fā)現(xiàn)問題，調(diào)整設(shè)計，進而優(yōu)化施工路徑，基于BIM技術(shù)的施工準(zhǔn)備流程，如圖2 所示。

第一，明確BIM技術(shù)的應(yīng)用目標(biāo)。BIM技術(shù)的應(yīng)用目標(biāo)是通過視頻仿真，演示施工過程，讓施工方可以根據(jù)模擬情況調(diào)整施工布置，避免因布局不科學(xué)造成的施工不合理或安全隱患。

第二，應(yīng)用BIM調(diào)研設(shè)計方案。傳統(tǒng)的建筑施工設(shè)計取決于工程技術(shù)人員的經(jīng)驗，由于工程量巨大，在設(shè)計方案審查中經(jīng)常會發(fā)生疏忽大意。BIM技術(shù)具有直觀的可視化屬性，因而在施工準(zhǔn)備階段就能夠有效預(yù)見可能存在的問題，進而規(guī)避失誤。在建筑工程準(zhǔn)備階段，施工單位可以基于BIM模型方案，結(jié)合施工現(xiàn)場的實際情況，對建筑施工進行優(yōu)化和完善。通常設(shè)計方案體現(xiàn)的僅僅是建筑師的設(shè)計意圖，因而，在施工前，施工單位應(yīng)根據(jù)實際情況添加節(jié)點的詳細施工設(shè)計，而BIM系統(tǒng)便可為其提供技術(shù)通道。

第三，施工模型標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)。在建筑工程準(zhǔn)備階段，需要系統(tǒng)化考察施工機械和設(shè)備；考察相關(guān)設(shè)計規(guī)范以及施工現(xiàn)場準(zhǔn)備條件。一方面，施工單位可以利用BIM信息模型，收集和整理施工現(xiàn)場數(shù)據(jù)，完善施工作業(yè)模型，確保模型標(biāo)準(zhǔn)化；另一方面，施工單位可以利用BIM信息模型對構(gòu)造和操作模型的合理性進行比較分析，針對設(shè)計缺陷進行優(yōu)化和調(diào)整，甚至還可以利用BIM信息模型自動整理碰撞檢查報告。

（二）基于BIM 技術(shù)的建筑施工模擬：動態(tài)模擬、展示施工現(xiàn)場環(huán)境

建筑工程項目在施工過程中受地質(zhì)、天氣、空間等因素的影響極大，因而，在施工過程中亦需要不斷調(diào)整。基于BIM模型可以對建筑施工進行動態(tài)模擬，可視化展現(xiàn)施工環(huán)境。

第一，基于BIM三維模型的動態(tài)模擬。在建筑工程施工中，基于BIM技術(shù)的施工動態(tài)模擬，即使用BIM技術(shù)將現(xiàn)實環(huán)境和組件轉(zhuǎn)換為建筑信息模型可識別的數(shù)據(jù)信息，并指導(dǎo)現(xiàn)場施工，如結(jié)合建筑的三維模型與建筑施工設(shè)計數(shù)據(jù)，對施工關(guān)鍵技術(shù)進行可行性模擬。基于BIM三維模型的動態(tài)模擬作為直觀的過程仿真，有助于施工方有效地分析復(fù)雜結(jié)構(gòu)的施工流程，從而優(yōu)化施工計劃。一般而言，BIM 技術(shù)應(yīng)用和程序仿真的重點包括施工仿真分析、關(guān)鍵施工過程的動態(tài)顯示。施工模擬應(yīng)以施工計劃的整個過程為目標(biāo)，并清晰反映施工期間應(yīng)注意的主要事項；仿真分析是BIM技術(shù)應(yīng)用的重要組成部分，在建筑結(jié)構(gòu)的安全分析中，BIM模型的優(yōu)點是為仿真分析提供了良好的模型基礎(chǔ)[8]。

第二，基于BIM的施工場地布置。施工現(xiàn)場的標(biāo)準(zhǔn)化是施工企業(yè)文明安全施工的重點，合理的施工現(xiàn)場規(guī)劃可以減少施工作業(yè)范圍內(nèi)的空間沖突，并提高安全性?；贐IM的施工場地布置，即通過虛擬的施工現(xiàn)場環(huán)境，優(yōu)化建筑材料和設(shè)備的布置，提高工作效率；通過場地規(guī)劃模型與物聯(lián)網(wǎng)相集成，實時監(jiān)視建筑區(qū)域內(nèi)人員的分布、優(yōu)選起吊設(shè)備、科學(xué)規(guī)劃施工道路，以確保人員和材料的安全。

第三，BIM 技術(shù)在預(yù)制零件加工中應(yīng)用的關(guān)鍵是數(shù)據(jù)共享。建筑工程中的大型預(yù)制件數(shù)量相對較多，然而，目前不少設(shè)計單位尚未與預(yù)制件制造商保持緊密聯(lián)系，這影響了預(yù)制件的結(jié)構(gòu)性能。使用BIM技術(shù)的數(shù)據(jù)共享、可視化和物料統(tǒng)計功能，可以將模型數(shù)據(jù)傳輸?shù)筋A(yù)制工廠的MES，施工單位便可以直接掌握預(yù)制加工的全過程。

（三）基于BIM 技術(shù)的過程管理維度：協(xié)調(diào)解決問題，優(yōu)化過程管控

管理工作在建筑施工過程中有著至關(guān)重要的作用。因此，在施工過程中應(yīng)制定合理的管理方案，并嚴(yán)格按照管理計劃進行施工?；贐IM技術(shù)的建筑施工過程管理實現(xiàn)了施工協(xié)調(diào)管理、進度管理、成本管理、質(zhì)量管理的可視化模擬，提高了建筑施工信息化程度?；贐IM技術(shù)的過程管理應(yīng)用維度，如圖3 所示。

圖3 基于BIM技術(shù)的過程管理應(yīng)用維度

第一，施工協(xié)調(diào)管理。即通過BIM平臺管理系統(tǒng)，協(xié)調(diào)各方在指定的時間內(nèi)完成設(shè)計方案。精細化和信息化管理是國內(nèi)建筑業(yè)的發(fā)展趨勢，利用BIM平臺管理系統(tǒng)協(xié)調(diào)建筑施工作業(yè)，合理規(guī)劃施工過程，有利于降低施工風(fēng)險，解決項目協(xié)調(diào)問題。

第二，成本管理。BIM三維平臺結(jié)合設(shè)計與施工進度，可對任一構(gòu)件工程量及其成本信息進行可視化呈現(xiàn)，且能夠根據(jù)建筑施工進度快速擬定資金需求計劃。一方面，由于BIM數(shù)據(jù)庫覆蓋了建筑項目的生命周期，因而，基于BIM技術(shù)的工程量統(tǒng)計信息模型中的材料與價格信息能夠建立智能化的鏈接，其不僅減少了人工消耗，而且還優(yōu)化了成本管理效率[9]。另一方面，基于BIM技術(shù)的成本管理系統(tǒng)，實現(xiàn)了所有建筑成本信息、 BIM 模型數(shù)據(jù)與總系統(tǒng)服務(wù)器的對接，因而，成本管理系統(tǒng)可以自動對建筑施工項目的成本數(shù)據(jù)進行整理、分析和歸集，最終形成多層次、多維度的成本參數(shù)庫，有助于實現(xiàn)建筑施工項目成本的動態(tài)管理。

第三，3D 施工進度管理。進度管理是項目建設(shè)管理的重要組成部分。BIM技術(shù)進度計劃是在3D 建筑信息模型的基礎(chǔ)上增加時間維度：BIM 技術(shù)的施工時間表結(jié)合了甘特圖和建筑信息模型的優(yōu)勢，因而，施工管理者可以使用圖形和動畫來表達實際進度與計劃進度之間的差異，有助于提高施工進度控制的效率[10]。需要注意的是，在準(zhǔn)備BIM軟件計劃表時，應(yīng)注意WBS（Work Breakdown Structure，即工作分解結(jié)構(gòu)）級別與前后鏈接之間的關(guān)系，以確保進度管理具有針對性。

第四，3D 質(zhì)量管理。應(yīng)用BIM模型準(zhǔn)確定位預(yù)埋件、構(gòu)件位置，可以提前了解建筑結(jié)構(gòu)危險源或隱患，優(yōu)化建筑施工的質(zhì)量。一旦在建筑施工現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)問題，BIM 系統(tǒng)便可以利用移動終端迅速采集來自現(xiàn)場的施工數(shù)據(jù)信息，并自動生成問題描述、匹配的現(xiàn)場指導(dǎo)以及改進建議，同時，還可以將其發(fā)送至相關(guān)部門或管理人員的聯(lián)機工作平臺。當(dāng)現(xiàn)場施工方要獲得問題反饋信息時，只需要登錄BIM系統(tǒng)移動終端便可第一時間查看處理意見。