BIM技術(shù)在現(xiàn)場施工管理中的應(yīng)用

石海賓

(中國建筑第二工程局有限公司，北京 100160)

0 前 言

20世紀(jì)初期，由Autodesk公司提出建筑信息模型(BIM技術(shù))，這種模型的提出是對(duì)建筑設(shè)計(jì)的創(chuàng)新，但是當(dāng)時(shí)該模型只是處于學(xué)術(shù)研究階段，沒有真正地進(jìn)行實(shí)踐應(yīng)用。進(jìn)入21世紀(jì)，隨著全世界科學(xué)家的共同努力，BIM技術(shù)研究和應(yīng)用取得了突破性的進(jìn)展。

1 BIM技術(shù)概述

1.1 產(chǎn)生背景

城市讓生活更加美好，隨著經(jīng)濟(jì)以及社會(huì)的不斷發(fā)展，人們加強(qiáng)了對(duì)理想城市的追求。人們對(duì)理想生活以及城市的追求，使得工業(yè)化發(fā)展面臨前所未有的挑戰(zhàn)。不堪重負(fù)的城市設(shè)計(jì)以及建設(shè)能力在一定程度上難以滿足人們對(duì)理想城市以及生活的追求。在這種矛盾的背景下，建筑技術(shù)、電氣科技信息技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的協(xié)同發(fā)展促進(jìn)了新建筑電氣技術(shù)的產(chǎn)生。

1.2 BIM技術(shù)定義

BIM技術(shù)全稱為Building Information Modeling，中文定義為建筑信息模型，主要是指通過數(shù)字信息紡織模擬建筑物所具有的真實(shí)信息[1]。真實(shí)信息主要包括兩個(gè)方面：第一，三維幾何形狀信息，如長方體、正方體、圓柱等；第二，非幾何形狀信息，如建筑構(gòu)件中的材料、價(jià)格、重量、進(jìn)度和施工信息等。BIM技術(shù)集成了建筑工程項(xiàng)目各種相關(guān)信息的工程數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)能夠?yàn)樵O(shè)計(jì)師、電纜鋪設(shè)工程師、開發(fā)商乃至最終用戶提供模擬和分析依據(jù)。

1.3 BIM技術(shù)特點(diǎn)

BIM技術(shù)具有可視化的特點(diǎn)，可視化主要包括兩個(gè)方面：第一，模型三維的立體實(shí)物圖形可視，第二，建筑項(xiàng)目設(shè)計(jì)、建造、運(yùn)營等整個(gè)建設(shè)過程的可視化。立體實(shí)物以及建設(shè)過程的可視化，方便施工人員進(jìn)行更好的溝通、討論和決策[2]。

BIM技術(shù)具有協(xié)調(diào)性特點(diǎn)，一般來說，各行業(yè)項(xiàng)目信息容易出現(xiàn)不兼容的現(xiàn)象，具體表現(xiàn)為管道與結(jié)構(gòu)沖突、各個(gè)房間出現(xiàn)冷熱不均、預(yù)留洞口沒留或者是尺寸不對(duì)等情況。BIM技術(shù)能夠有效地處理這些不兼容的現(xiàn)象，綜合協(xié)調(diào)各個(gè)流程，減少不合理變更方案或者是問題變更方案。

BIM技術(shù)具有模擬性特點(diǎn)，模擬性主要表現(xiàn)在五個(gè)方面：①針對(duì)3D畫面的模擬；②能效、緊急疏散、日照、熱能傳導(dǎo)等模擬；③4D模擬，也就是發(fā)展時(shí)間上的模擬；④5D模擬，主要模擬造價(jià)和控制；⑤對(duì)地震人員逃生以及消防人員疏散等日常緊急情況處理方式的模擬。

BIM技術(shù)具有優(yōu)化性特點(diǎn)，所謂優(yōu)化性主要是能夠利用BIM技術(shù)以及相關(guān)的配套優(yōu)化工具對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行可行性的優(yōu)化處理。一般來說，BIM技術(shù)能夠利用模型提供的各種信息來進(jìn)行優(yōu)化過程。這些信息主要包括幾何、物理規(guī)則、建筑物變化以后的各種信息[3]。BIM技術(shù)的優(yōu)化性主要體現(xiàn)在復(fù)雜程度較高的建筑物層面。

BIM技術(shù)具有可出圖性特點(diǎn)，所謂可出圖性特點(diǎn)主要是BIM技術(shù)能夠?qū)⒔ㄖO(shè)計(jì)圖以及經(jīng)過碰撞檢查和設(shè)計(jì)修改后的圖形進(jìn)行整合，最后形成綜合設(shè)計(jì)施工圖。這些圖紙主要包括綜合管線圖、綜合結(jié)構(gòu)留洞圖、碰撞檢查偵錯(cuò)報(bào)告和建議改進(jìn)方案等使用的施工圖紙。

1.4 BIM技術(shù)國內(nèi)外應(yīng)用現(xiàn)狀

BIM技術(shù)在國外的發(fā)展應(yīng)用相對(duì)比較廣泛，一些發(fā)達(dá)國家如美國、日本、新加坡等已經(jīng)實(shí)現(xiàn)BIM技術(shù)在建筑工程中的應(yīng)用，應(yīng)用的領(lǐng)域主要包括工程的設(shè)計(jì)、施工、維護(hù)以及管理階段。BIM技術(shù)在國外應(yīng)用的特點(diǎn)主要包括三個(gè)方面：①相關(guān)的應(yīng)用軟件已經(jīng)比較成熟；②BIM技術(shù)已經(jīng)不僅僅簡單應(yīng)用于建筑工程局部環(huán)節(jié)，也涉及項(xiàng)目交付工作環(huán)節(jié)；③BIM技術(shù)已經(jīng)成為當(dāng)前部分國家設(shè)計(jì)和施工單位承建項(xiàng)目的基礎(chǔ)能力，很多大型企業(yè)已經(jīng)具備了成熟的BIM技術(shù)。除此之外，各種BIM技術(shù)專業(yè)咨詢公司在市場上十分活躍，為一些企業(yè)提供了必要的技術(shù)支持。

2002年，我國提出了BIM理念，同時(shí)展開BIM技術(shù)的研究。2004年，我國開始出現(xiàn)各種以BIM技術(shù)為核心的專業(yè)應(yīng)用軟件。之后，國家加強(qiáng)了對(duì)BIM技術(shù)的重視和開發(fā)，確定了“十五”科技攻關(guān)計(jì)劃“基于IFC國際標(biāo)準(zhǔn)的建筑工程應(yīng)用軟件研究”。計(jì)劃主要對(duì)BIM數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)IFC和應(yīng)用軟件進(jìn)行了研究，目的是開發(fā)出基于IFC的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和施工管理軟件。隨后，“十一五”提出了科技支撐計(jì)劃“基于BIM技術(shù)的下一代建筑工程應(yīng)用軟件研究”，該計(jì)劃主要是基于BIM技術(shù)的建筑設(shè)計(jì)、節(jié)能設(shè)計(jì)、成本預(yù)測、施工優(yōu)化、施工安全分析等下一代工程軟件開發(fā)和研究。

2 BIM技術(shù)在現(xiàn)場施工管理中應(yīng)用的意義

BIM技術(shù)能夠輔助項(xiàng)目的建設(shè)過程，主要采用數(shù)字化或者是模型化的方式，加強(qiáng)相關(guān)單位以及人員對(duì)項(xiàng)目的物理特性和功能特性進(jìn)行深入的探索和挖掘，從而能夠降低項(xiàng)目建設(shè)的成本，縮短建設(shè)項(xiàng)目的工期。一般來說，利用BIM技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目的模擬過程，而設(shè)計(jì)人員在現(xiàn)場施工的過程中，能夠?qū)?shí)際的施工過程與模擬的施工過程進(jìn)行對(duì)比，從而利用模擬結(jié)果為實(shí)際施工過程服務(wù)，有效地降低施工過程中的成本。

2.1 項(xiàng)目參與方集中管理策略

在現(xiàn)場施工的過程中，需要由施工方、監(jiān)督方等各個(gè)方向共同參與，才能保證施工過程的順利進(jìn)行。BIM技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)虛擬設(shè)計(jì)，將施工過程中的各個(gè)參與方集中在一起，并對(duì)其進(jìn)行整體的管理，保證現(xiàn)場施工過程的順利進(jìn)行[4]。

2.2 4D施工管理的可視化

利用BIM技術(shù)可以建立三維模型，將三維模型與現(xiàn)場施工的進(jìn)度進(jìn)行拼接，從而能夠建立可視化的4D模型。而在4D模型中，能夠?qū)ΜF(xiàn)場施工過程中的各種人力、設(shè)備、成本、材料以及施工的進(jìn)度進(jìn)行管理，這種管理方式往往是一種動(dòng)態(tài)的管理方式，具有可視化的特點(diǎn)。

2.3 信息共享，協(xié)同工作

在項(xiàng)目施工階段，項(xiàng)目的各個(gè)參與方需要協(xié)同配合，只有這樣才能提高工作效率。項(xiàng)目方之間的協(xié)同配合需要實(shí)現(xiàn)信息共享。信息共享主要是基于網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)各種文檔以及數(shù)據(jù)的共享。而項(xiàng)目關(guān)于各個(gè)參與方依據(jù)共享的信息進(jìn)行協(xié)商和洽談，從而實(shí)時(shí)地調(diào)控施工進(jìn)度，保證施工質(zhì)量，最終促進(jìn)整個(gè)施工過程管理的高效性。

2.4 實(shí)現(xiàn)虛擬施工

利用BIM技術(shù)可以在計(jì)算機(jī)上建立虛擬的施工過程，將虛擬的施工過程與實(shí)際的施工過程進(jìn)行對(duì)比，從而發(fā)現(xiàn)實(shí)際施工過程中可能存在的問題，并對(duì)這些問題進(jìn)行預(yù)測，提出可行性方案。通過模擬施工，能夠有效地為實(shí)際施工過程奠定基礎(chǔ)，幫助實(shí)際施工過程中問題的解決。

3 BIM技術(shù)在現(xiàn)場施工管理過程中的應(yīng)用實(shí)踐

在現(xiàn)場施工的過程中，需要全面地管理相關(guān)人員成本、工期以及工程的質(zhì)量。BIM技術(shù)的應(yīng)用能夠輔助現(xiàn)場施工管理工作，從而提升現(xiàn)場工作的效率和水平。因此，本文接下來主要討論BIM技術(shù)在現(xiàn)場施工管理過程中的應(yīng)用環(huán)節(jié)。

3.1 BIM在畫面渲染上的應(yīng)用

BIM技術(shù)主要是以三維模型為基礎(chǔ)的，與二維模型相比，三維模型更具有真實(shí)性，給人一種視覺沖擊。除此之外，BIM模型可以進(jìn)行二次開發(fā)，從而進(jìn)一步提高動(dòng)畫的展示效果和精度。在宣傳過程中，BIM能夠給業(yè)主更好的視覺體驗(yàn)，從而提高中標(biāo)機(jī)率[5]。而在現(xiàn)場施工的過程中，利用BIM技術(shù)能夠使得施工設(shè)計(jì)的方案更加形象，從而將設(shè)計(jì)的關(guān)鍵點(diǎn)以及精髓展現(xiàn)出來，提高項(xiàng)目的競爭力。

3.2 BIM技術(shù)在工程量以及預(yù)算中的應(yīng)用

在現(xiàn)場施工的過程中，需要管理施工的工程量以及對(duì)施工過程進(jìn)行預(yù)算。BIM技術(shù)的應(yīng)用可以提高工程量計(jì)算的效率以及預(yù)算的精確度。一般來說，BIM技術(shù)是一種自動(dòng)化的智能系統(tǒng)，可以實(shí)時(shí)地計(jì)算施工過程的工程實(shí)物量。BIM技術(shù)較高的自動(dòng)計(jì)算能力主要依托于計(jì)算機(jī)技術(shù)。BIM技術(shù)的這種計(jì)算功能在早期的一些計(jì)算軟件中也能夠完成。BIM技術(shù)與傳統(tǒng)的計(jì)算軟件也有明顯的區(qū)別，具體表現(xiàn)為計(jì)算的精確度以及準(zhǔn)確度更高，速度更快。

3.3 BIM技術(shù)在施工數(shù)據(jù)計(jì)算中的應(yīng)用

在現(xiàn)場施工的過程中，需要對(duì)各種數(shù)據(jù)進(jìn)行快速的統(tǒng)計(jì)和計(jì)算，在之前的施工過程中，數(shù)據(jù)的計(jì)算效率相對(duì)較低，因此難以滿足施工的要求。BIM技術(shù)的出現(xiàn)不僅提高了數(shù)據(jù)計(jì)算的效率，而且提升了計(jì)算的精確度。施工過程的管理者能夠利用BIM技術(shù)實(shí)現(xiàn)工程基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，根據(jù)分析的結(jié)果，能夠?yàn)橄乱徊绞┕み^程的制定提供精確的人力、物力以及財(cái)力的數(shù)據(jù)支持。

3.4 BIM技術(shù)在施工動(dòng)態(tài)管理中的應(yīng)用

BIM技術(shù)能夠做到施工過程中任意一個(gè)時(shí)間點(diǎn)信息的獲取和分析，因此保證了施工過程中的動(dòng)態(tài)管控。具體說，BIM技術(shù)可以獲取施工過程中的相關(guān)信息，而針對(duì)某個(gè)時(shí)間點(diǎn)的信息，利用模型進(jìn)行展現(xiàn)，反映出施工過程中的實(shí)際具體情況，從而為下一步的施工過程制定詳細(xì)的實(shí)際數(shù)據(jù)。施工單位能夠通過BIM技術(shù)得到模擬數(shù)據(jù)以及實(shí)際數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，了解施工過程中總體的盈虧情況，從而實(shí)現(xiàn)施工過程中成本的動(dòng)態(tài)控制。

3.5 BIM技術(shù)實(shí)現(xiàn)虛擬施工，促進(jìn)多方協(xié)同

在實(shí)際施工的過程中，BIM技術(shù)可以建立虛擬的施工過程。而相關(guān)的施工單位可以將實(shí)際的施工過程以及進(jìn)度與虛擬的進(jìn)度進(jìn)行對(duì)比。通過這種對(duì)比方式，可以幫助施工相關(guān)的單位協(xié)同工作，了解施工的基本情況。除此之外，BIM技術(shù)建立了虛擬施工過程，還能夠給出詳細(xì)的施工方案以及現(xiàn)場的監(jiān)測情況。在實(shí)際的施工過程中，可以對(duì)比虛擬施工過程進(jìn)行優(yōu)化，因此能夠減少施工過程中出現(xiàn)的質(zhì)量問題、安全問題，最終提高施工過程的效益。

3.6 BIM技術(shù)在施工過程中碰撞檢查難題的應(yīng)用

在施工的過程中，經(jīng)常會(huì)遇到設(shè)備、管線碰撞的問題。當(dāng)這些問題發(fā)生時(shí)，需要通過拆裝、返工等方式解決問題，這種解決方法導(dǎo)致了施工過程中各個(gè)參與方要付出很大的代價(jià)。以往的圖紙?jiān)O(shè)計(jì)主要采用二維模型，這種二維圖形的設(shè)計(jì)往往會(huì)導(dǎo)致人為的失誤，所以極易導(dǎo)致施工過程中出現(xiàn)返工現(xiàn)象。返工不僅會(huì)影響施工的進(jìn)度，而且會(huì)造成施工過程中的額外投資。盡管相關(guān)的施工單位對(duì)二維圖紙進(jìn)行了進(jìn)一步的審核和檢驗(yàn)，以盡可能地規(guī)避這些問題，但是在審核的過程中也需要投入大量的人力和物力。盡管如此，也難以完全避免人為失誤導(dǎo)致的返工現(xiàn)象。而BIM技術(shù)的應(yīng)用主要是利用三維模型對(duì)圖紙進(jìn)行設(shè)計(jì)，在建筑工程施工之前預(yù)先進(jìn)行碰撞檢查，從而有效地優(yōu)化工程設(shè)計(jì)，減少實(shí)際施工過程中可能存在的各種返工。具體表現(xiàn)為可以利用BIM技術(shù)優(yōu)化管線排布，而這種優(yōu)化方案在一定程度上減少了施工的投入。

3.7 BIM技術(shù)在建筑實(shí)體中的應(yīng)用

1)建筑實(shí)體中鋼結(jié)構(gòu)的拼裝應(yīng)用，在傳統(tǒng)的施工過程中，鋼結(jié)構(gòu)的拼裝首先發(fā)生在工廠，工廠完成正確拼裝后進(jìn)行拆卸，將拆卸后的零件運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場進(jìn)行二次拼裝[6]。這種拼裝過程復(fù)雜，浪費(fèi)時(shí)間，而BIM技術(shù)的應(yīng)用可以利用現(xiàn)場已經(jīng)成功完成的拼裝結(jié)構(gòu)對(duì)其進(jìn)行分析和計(jì)算，并在計(jì)算機(jī)中建立與實(shí)際情況相對(duì)應(yīng)的模型，從而在線實(shí)現(xiàn)虛擬預(yù)拼裝過程。

2)對(duì)施工現(xiàn)場的構(gòu)件進(jìn)行優(yōu)化生產(chǎn)。在施工的過程中會(huì)用到各種構(gòu)件，這些構(gòu)件需要在工廠進(jìn)行批量生產(chǎn)，在工廠生產(chǎn)之前可以利用BIM技術(shù)設(shè)計(jì)構(gòu)件組裝的基本模型。根據(jù)模型，利用BIM技術(shù)可以拆解構(gòu)件，工廠加工之后所獲得的構(gòu)件一般為模擬的拆解后的構(gòu)件，通過BIM模型能夠有效地將這些構(gòu)件進(jìn)行組裝，形成大的構(gòu)件，保證了組裝過程中的精確度和高效性。

3)施工現(xiàn)場的數(shù)據(jù)整合分析，BIM技術(shù)配備了完整的數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)庫中包含了豐富的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)可以進(jìn)行計(jì)量。

一般來說，施工過程中的各種信息都可以作為數(shù)據(jù)庫中的信息數(shù)據(jù)。BIM技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的整合和分析，最終充分協(xié)調(diào)施工過程中各個(gè)部門以及工作人員之間的協(xié)同。除此之外，通過對(duì)各種數(shù)據(jù)進(jìn)行整合、匯總、對(duì)比可以獲得工程量相關(guān)的信息。

4)施工管理過程中BIM技術(shù)對(duì)技術(shù)人員的指導(dǎo)作用。當(dāng)前，隨著建筑工程的不斷發(fā)展，各種技術(shù)也在不斷地進(jìn)步，而這些技術(shù)需要用到各種新材料和工藝。施工過程中的相關(guān)技術(shù)人員需要不斷的進(jìn)行學(xué)習(xí)，不僅要學(xué)習(xí)相關(guān)的新技術(shù)，而且要對(duì)相關(guān)的材料以及工藝進(jìn)行學(xué)習(xí)。BIM體系往往能夠收集大量的信息，這些信息中包含了新的技術(shù)、材料以及工藝，所以在施工階段，BIM體系能夠明確指出施工過程中所用的新材料、技術(shù)以及工藝，快速地向相關(guān)的工作人員進(jìn)行展示，以便工作人員能夠高效學(xué)習(xí)。

5)BIM技術(shù)完善的管理系統(tǒng)在現(xiàn)場施工管理過程中應(yīng)用。BIM管理系統(tǒng)往往能夠?qū)κ┕み^程中的各種文檔進(jìn)行搜集查閱，最終實(shí)現(xiàn)定位功能。這些檢索以及操作的過程都能夠通過BIM技術(shù)進(jìn)行可視化呈現(xiàn)，在一定程度上體現(xiàn)了數(shù)據(jù)檢索的直觀性，保證了施工過程中各種資料都能夠被高效的利用。而在施工結(jié)束之后，BIM管理系統(tǒng)能夠?qū)⑦@些信息形成數(shù)據(jù)庫，從而為后期的查找定位奠定良好的基礎(chǔ)。

4 結(jié)束語

本文主要講述了BIM技術(shù)在現(xiàn)場施工管理過程中的應(yīng)用。盡管當(dāng)前我國對(duì)BIM技術(shù)的應(yīng)用發(fā)展較國外相對(duì)較晚，但是相信隨著國家對(duì)于BIM技術(shù)的重視，在未來將會(huì)取得突破性的進(jìn)展。

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