劉 暢 白玉星 張宏濤

(北方工業(yè)大學，北京 100044)

1 引言

BIM 是應用于建筑行業(yè)的重要的數據化工具。自上世紀70 年代被喬治亞理工大學的Chuck Eastman 教授提出以來，在國內外一直飽受關注。我國BIM 技術的起步較晚，但發(fā)展較為迅速。設計院、建設單位、施工單位等各方都在關注并嘗試在工程項目中應用和探索BIM 技術的價值所在。其中，何清華探討了BIM 技術目前在國內外的應用現狀，對目前國內外BIM 軟件之間的信息交互性進行分析，并對BIM 在建筑業(yè)的應用障礙進行分析。張建平從BIM 的特征，工程施工中的應用現狀，推出了一套施工BIM 應用的整體方案。隋振國總結了BIM 技術近年來在國內外施工領域的發(fā)展和應用，總結了BIM 技術多方面的應用并提出了今后可能的研究方向。張錦元從施工企業(yè)的角度分析如何理解BIM價值，并結合體會總結了企業(yè)在BIM 技術應用中存在的問題和初步階段的應用流程。

對于一些在BIM 技術的研究和實施應用上處于起步階段，BIM 工程經驗和實施能力相對欠缺的設計施工單位，BIM 技術的實施往往需要BIM 咨詢商或服務商的幫助。本文將結合實際工程項目，從BIM 服務商的角度出發(fā)，探討B(tài)IM 技術運用于大型建設項目施工中的具體應用點及目前BIM 技術運用于項目施工的困難。

2 項目概況

某大樓項目，占地面積為約8 萬m2，總建筑面積超30 萬m2。總體結構形式為框架-剪力墻形式。地下部分有大量的勁性構件，地上部分為鋼筋混凝土與鋼結構部分結合。整個項目具有占地面積大、工程難點多、相關專業(yè)交叉復雜和結構形式復雜等特點。

3 BIM 技術在施工階段的應用

3.1 BIM 基礎培訓

對施工單位相關人員進行BIM 基礎培訓，通過對BIM 基本知識、建模、漫游等基礎知識的培訓建立施工人員對BIM 技術及BIM 相關軟件的基本了解和基本使用能力，為項目中推行BIM 技術的應用打下基礎。

項目施工之前，公司對施工企業(yè)進行了為期五天的BIM 技術和BIM 相關軟件培訓，培訓內容包括BIM總體概念與Revit 和Navisworks 等BIM 相關軟件的操作和基本建模技巧，通過課堂的講授與課后的練習，在場的施工人員掌握了相關軟件的建模機制和建模方法。這是BIM 服務商在項目中實施工作的前提。

3.2 工程整體建模

根據施工單位提供的項目相關二維圖紙，按照施工的實際情況建立BIM 模型。模型建立過程發(fā)現圖紙存在的問題，及時以問題單的方式反饋給施工單位。施工單位如不能解決，問題將被反饋至設計單位。保證建模過程中圖紙和模型的準確性(圖1)。

圖1 BIM 服務商建模流程

建模過程中，首先建立項目統一的標高和軸網，同時確定相關建模標準。然后各建模人員分層分別建模。最后把所建立的模型整合為最終模型。

按照統一建模標準建立的模型，通過明細表的導出可以快速統計構件數量與材料用量，完成成本統計。

3.3 節(jié)點深化設計

“深化設計”是指在業(yè)主或設計顧問提供的條件圖或原理圖的基礎上，結合施工現場實際情況，對圖紙進行細化、補充和完善。深化設計后的圖紙滿足業(yè)主或設計顧問的技術要求，符合相關地域的設計規(guī)范和施工規(guī)范，并通過審查，圖形合一，能直接指導現場施工。

對于工程中一些較為復雜的節(jié)點需進行節(jié)點深化。通過對復雜節(jié)點的精確建模發(fā)現節(jié)點設計中的問題并及時反饋給施工方討論解決，避免問題直到施工時候才暴露而造成材料和工期的損失。此外復雜節(jié)點的模型可用作施工交底。

某些勁性構件是由型鋼和鋼筋混凝土組合而成，這樣的構件涉及到鋼結構和土建兩個專業(yè)的穿插，型鋼與鋼筋的排布復雜，僅通過二維圖紙很難理解鋼筋和型鋼的具體位置和穿插關系，通過對節(jié)點附近的詳細建模，可發(fā)現鋼筋和型鋼的位置碰撞，相關人員可及時制定施工方案，避免后知后覺造成的損失。

如某型鋼混凝土柱節(jié)點，由于該節(jié)點鋼筋位置和施工工序相對復雜，施工方將詳細圖紙交于BIM服務商建模。建模過程中發(fā)現該節(jié)點的梁鋼筋與勁性柱的型鋼邊緣碰撞，無法滿足施工大樣圖(圖3-4)。發(fā)現問題后，BIM 服務商提出設計問題并交由施工方進行討論。由于型鋼構件已經出廠，不具備修改的條件，經施工方討論后決定對伸入勁性柱的鋼筋進行彎折以避開型鋼構件(圖5)。

圖2 節(jié)點大樣圖

圖3 節(jié)點深化初步模型(鋼筋與型鋼碰撞)

圖4 經討論修改后的節(jié)點模型

3.4 施工指導

對于某些重點區(qū)域，和復雜的節(jié)點區(qū)域，通過二維平面圖紙很難想象施工完成后的情況，并且這些節(jié)點大都有著嚴格的施工工藝要求。因此可利用節(jié)點的相關BIM 模型以及投影設備，組織施工班組進行施工交底。以便施工人員對重點節(jié)點建立直觀的認識，并能對施工中的疑問直接解答。用相關軟件對模型進行渲染，并制作成工藝展示動畫。類似項目也可重復使用，對新班組進行培訓。

在地下部分施工時，存在大量的混凝土圓柱構件，混凝土圓柱的澆筑需要工作量很大。BIM 服務商通過施工方提出的施工工序和方法，并通過實地觀察。建立了包括模板、鋼筋、木枋、鋼帶、斜撐、腳手架等構件的模型。并按照施工方法做成動畫展示給相關施工班組，使施工班組在開始施工之前就對工作有充分的了解，在提高效率的同時減少了不必要錯誤的發(fā)生，取得了良好的效果。

3.5 4D 施工模擬

BIM 技術不僅可以實現對整個工程的施工模擬，而且能夠具體到某個分部分項工程的施工階段或某個施工節(jié)點來精確模擬現場施工情況，來實現施工模擬。

借助BIM 技術來進行施工控制，需要模型的幾何參數與時間參數。通過關聯模型與相應的project文件實現空間屬性和時間屬性的關聯，實現對項目的施工模擬(圖5)。

圖5 實現虛擬施工主要流程

基于BIM 的項目進度控制要建立在工作分解結構的基礎上，將項目工作分解為WBS 工作包，而后通過進度計劃軟件對工作任務進行搭接。

施工模擬可以按不同的時間對施工計劃進行正序或逆序模擬，形象反映施工計劃和施工進度。同時，基于4D 的信息模型可以對施工場地進行管理，進行施工場地布置，定義施工設施屬性。將場地布置與施工進度相對應，形成動態(tài)場地管理。

此外，施工進度計劃還可用于施工的精細化管理。通過相關系統錄入施工材料和施工機具，并統計施工人員。以各WBS 節(jié)點進行電子派工，派工單包括材料、機具和施工班組。施工管理人員可即時查詢使用狀況，最大程度避免材料和時間的浪費。

4 現階段BIM 技術運用于項目施工的困難

從長遠角度看，BIM 技術必將是建筑行業(yè)的發(fā)展方向。短短幾年內，BIM 技術已經成為建筑領域的熱點，不管是政策方面還是各個研究機構、企業(yè)層面對BIM 技術的研究和應用都進行的如火如荼。但是就現狀分析，BIM 技術在我國的發(fā)展和推行，還有很長一段路要走:

4.1 缺乏BIM 技術專業(yè)人才

由于BIM 技術的研究和實施目前在我國處于起步階段，雖然目前各大機構都成立了相關的BIM 研究團隊，但BIM 技術專業(yè)人才仍舊缺乏，擁有BIM 技術工程實施相關經驗的人才更是寥寥無幾。BIM 技術應用的核心與基礎是建模，沒有高質量、高準確度的模型，BIM 的實施無從談起。BIM 建模工作要求建模人員有準確的識圖能力和一定的工程經驗，整體素質要求較高。然而目前國內的建模人員相對缺乏且實際工程經驗普遍較少，建模中時常出現建模人員無法領會設計人員和施工人員的意圖，導致建模成果無法交付并返工，浪費資源的同時影響工程進度。此外，工程展示時常常需要制作模擬動畫，動畫制作和土木工程施工兩個專業(yè)差別很大，雙方所用專業(yè)術語不同，這對雙方的溝通和模擬動畫成果的交付造成很大困難。因此目前國內BIM 技術領域需要大量高素質、專業(yè)知識面廣的人才。

4.2 缺乏國家標準體系

不同于設計施工，目前國家尚未正式出臺任何BIM 相關的國家標準。各個企業(yè)在實施和推行BIM技術時只能使用自己的標準或通過合同雙方商議制定標準。BIM 實行雙方的責任義務很難明確，缺乏國家相關法律的支持，不利于具體工作的實施。此外，國家BIM 建模和標準的缺少及數據交換標準的缺少不利于各個BIM 研究方之間的交流和BIM技術的推廣。相信隨著BIM 技術在我國的應用發(fā)展，這一問題會得到解決。

4.3 軟件技術尚未完善

目前國內主要使用的軟件普遍存在本土化不足的情況，就Autodesk Revit 而言，本地化族庫構件相對較少，本地化模板尚不能滿足使用需求。且存在軟件與本地化的各種規(guī)范結合欠缺的問題。通過軟件直接生成的平面圖、剖面圖達不到施工圖的深度要求，需要大量的后期加工工作。異型構件的建模對軟件操作有著較高的要求，需要投入大量的時間培訓和練習。同時，軟件對計算機配置要求較高，在進行大型項目合模時常常出現卡頓，特別是有大量鋼筋的情況。

此外，不同的軟件之間的信息交互存在問題，軟件之間信息交互難度大，部分軟件交互后造成信息大量缺失等問題為BIM 技術的應用帶來很大不便。

4.4 設計施工階段無法貫穿

美國國家BIM 標準(NBIMS)對BIM 的定義的第二條為:BIM 是一個共享的知識資源，是一個分享有關這個設施的信息，為該設施從建設到拆除的全生命周期中的所有決策提供可靠依據的過程。

目前我國還不具備BIM 模型和相關技術貫穿整個建筑生命周期的條件。僅設計階段和施工階段就很難貫穿。部分項目在施工階段才開始引進BIM 技術。即使在設計階段使用BIM 技術建立設計模型，但由于知識產權的問題施工方無法得到設計模型。即使拿到設計模型，設計方也不能保證模型的準確度。施工方需要以施工圖為依據重新建模，需要投入資源做大量重復性工作。

4.5 施工人員對BIM 認識程度不夠

目前我國的BIM 應用還處在探索階段，許多人對BIM 認識存在誤區(qū)。部分技術人員認為BIM 技術只是單純的建立模型，用來做效果圖，不具備實用性。不愿意投入成本去推行BIM。而部分人員認為BIM技術是項目建設中的“萬金油”，可以解決一切問題。當初步應用的成果和效益低于預期時，便失去了推行的決心和信心。BIM 實際上是一種工具，加強對BIM技術的了解才能更好的發(fā)揮它的價值。

5 結論

BIM 技術在施工領域有節(jié)點深化，4D 管理等諸多應用價值。這些價值在大型項目中的價值尤為突出。BIM 技術能以三維的形式展現建筑物，模擬建筑物的施工過程，幫助工程技術人員熟悉施工內容，加強施工控制，進行碰撞檢查等，能夠在正式施工之前就發(fā)現建筑設計的不合理之處和施工方案的不當之處，及時進行修正，節(jié)約工期和施工費用。

我國BIM 技術的應用研究處于起步階段，目前BIM 技術的推行和實施還面臨著很多困難，各方應注重培養(yǎng)專業(yè)人才，同時應加大BIM 技術在工程中的應用深度和應用廣度。BIM 技術被譽為建筑業(yè)的第二次革命。相信隨著BIM 技術的發(fā)展和成熟，將進一步促進建筑行業(yè)的技術升級和生產方式的改變。

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