王俊鋒 / 青島建設(shè)監(jiān)理研究有限公司

BIM在建筑工程施工中的應(yīng)用與研究

王俊鋒 / 青島建設(shè)監(jiān)理研究有限公司

隨著時代的發(fā)展，BIM技術(shù)已從概念階段逐步進(jìn)入廣泛的探索應(yīng)用階段，建設(shè)方、設(shè)計(jì)方和施工方都在積極開展 BIM的深入應(yīng)用。本文從BIM的發(fā)展與應(yīng)用現(xiàn)狀、BIM在施工過程中的應(yīng)用方向等幾個方面進(jìn)行了剖析和研究，充分體現(xiàn)了BIM技術(shù)在施工過程中的應(yīng)用價值和廣闊前景。

BIM；建筑工程；工程施工

1.引言

我國施工企業(yè)在實(shí)際項(xiàng)目的施工組織過程中，多數(shù)工程存在著諸如工期延誤、工程質(zhì)量差、項(xiàng)目綜合效益差、安全保障措施不健全以及多專業(yè)合作不協(xié)調(diào)等問題。究其原因，工程信息在上游建設(shè)方經(jīng)設(shè)計(jì)最后到達(dá)施工方過程中的不斷丟失及簡化，是造成上述問題的根源；同時，施工管理中對碰撞問題考慮不周導(dǎo)致的工程返工，進(jìn)一步造成了不必要的資源浪費(fèi)和工期拖延。

BIM的提出和發(fā)展，對建筑業(yè)的科技進(jìn)步產(chǎn)生了重大影響。應(yīng)用BIM技術(shù)，可以大幅度提高建筑工程的集成化程度，促進(jìn)建筑業(yè)成產(chǎn)方式的轉(zhuǎn)變，提高投資、設(shè)計(jì)、施工乃至整個工程生命周期的質(zhì)量和效率，提升科學(xué)決策和管理水平。對于投資，有助于提升整個項(xiàng)目的掌控能力和科學(xué)管理水平、提高效率、縮短工期、降低投資風(fēng)險；對于設(shè)計(jì)，支撐綠色建筑設(shè)計(jì)、強(qiáng)化設(shè)計(jì)協(xié)調(diào)、減少因“錯、缺、漏、碰”導(dǎo)致的設(shè)計(jì)變更，促進(jìn)設(shè)計(jì)效率和設(shè)計(jì)質(zhì)量的提升；對于施工，支撐工業(yè)化建造和綠色施工、優(yōu)化施工方案，促進(jìn)工程項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)精細(xì)化管理、提高工程質(zhì)量、降低成本和安全風(fēng)險。

2.BIM及其發(fā)展現(xiàn)狀

BIM(Building Information Modeling，建筑信息模型）是以三維數(shù)字技術(shù)為基礎(chǔ)，集成了建筑工程項(xiàng)目各種相關(guān)信息的工程數(shù)據(jù)模型，是對該工程項(xiàng)目相關(guān)信息詳盡的數(shù)字化表達(dá)[1]。自2002年首次提出，BIM已席卷歐美工程建設(shè)行業(yè)，引發(fā)了史無前例的徹底變革，美國國家建筑科學(xué)研究院率先于2007年12月發(fā)布了美國國家BIM標(biāo)準(zhǔn)的第一部分；韓國國土海洋部于2010年1月分別在建筑和土木兩個領(lǐng)域制訂了BIM應(yīng)用指南；挪威公共建筑機(jī)構(gòu)（Statsbygg）在2011年發(fā)布了一本BIM手冊版本1.2；英國計(jì)劃于2016年提出一個能多方面充分協(xié)作的3D BIM。美國、英國、韓國、芬蘭、澳大利亞、新加坡、挪位等，都是BIM應(yīng)用較為領(lǐng)先的國家，它們將在2016年前陸續(xù)在其公共工程中全部應(yīng)用BIM技術(shù)。

在我國現(xiàn)代工程建設(shè)行業(yè)，BIM技術(shù)已經(jīng)成為支撐行業(yè)產(chǎn)業(yè)升級的核心技術(shù)；在國家“十二五”科技支撐計(jì)劃中，住建部已將BIM技術(shù)列為的重點(diǎn)研究和推廣應(yīng)用技術(shù)；國家十三五期間，將會成為工程建設(shè)數(shù)字化遍地開花的黃金時期，工程數(shù)字化以及數(shù)據(jù)的有效應(yīng)用將為建筑行業(yè)帶來巨大價值；BIM技術(shù)的發(fā)展、行業(yè)應(yīng)用的深入正在催生這個黃金時代的來臨。

從資料上看，在施工過程中全專業(yè)BIM技術(shù)應(yīng)用案例最具典型的是上海中心[2]。上海中心是在業(yè)主的主持下，由歐特克公司提供技術(shù)支持、施工圖設(shè)計(jì)單位同濟(jì)建筑設(shè)計(jì)院、施工總承包上海建工集團(tuán)、安裝承包上海安裝公司一起協(xié)作實(shí)現(xiàn)了施工過程中BIM技術(shù)在鋼結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)、建筑、機(jī)電設(shè)備各專業(yè)條件下的應(yīng)用，是目前國內(nèi)真正意義上的BIM技術(shù)在設(shè)計(jì)-施工階段全面應(yīng)用的范例。

BIM技術(shù)在有的項(xiàng)目中應(yīng)用道部分專業(yè)，例如上海金虹橋國際中心、杭州奧體中心等，項(xiàng)目施工方和上海魯班軟件公司合作，實(shí)現(xiàn)了在施工階段進(jìn)行施工圖優(yōu)化、機(jī)電設(shè)備碰撞檢查，施工動態(tài)成本管理等應(yīng)用。

3..IM技術(shù)在施工階段應(yīng)用

BIM在施工階段應(yīng)用主要分為幾個方面：一是設(shè)計(jì)效果可視化，二是模型效果檢驗(yàn)，三是四維效果的模擬及施工的監(jiān)控等。在利用專業(yè)軟件為工程建立了三維信息模型后，我們會得到項(xiàng)目建成后的效果作為虛擬的建筑，因此BIM為我們展現(xiàn)了二維圖紙所不能給予的視覺效果和認(rèn)知角度，同時為有效控制施工安排，減少返工，控制成本，創(chuàng)造綠色環(huán)保低碳施工等方面提供了有利的支持。

3.1 虛擬仿真施工

運(yùn)用建筑信息模型（BIM）技術(shù)，建立用于進(jìn)行虛擬施工和施工過程控制、成本控制的模型。該模型能夠?qū)⒐に噮?shù)與影響施工的屬性聯(lián)系起來，以反映施工模型與設(shè)計(jì)模型間的交互作用。通過BIM技術(shù)，實(shí)現(xiàn)3D+2D（三維+時間+費(fèi)用）條件下的施工模型，保持了模型的一致性及模型的可持續(xù)性，實(shí)現(xiàn)虛擬施工過程各階段和各方面的有效集成。

3.2 BIM支持可視化、深化設(shè)計(jì)可有效控制工程變更量

按照2D設(shè)計(jì)圖紙，利用Revit等系列軟件創(chuàng)建項(xiàng)目的建筑、結(jié)構(gòu)、機(jī)電BIM模型，可對設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行動態(tài)的可視化展示，使業(yè)主和施工方能直觀地理解設(shè)計(jì)方案，檢查設(shè)計(jì)的可施工性，在施工前能預(yù)發(fā)現(xiàn)存在的問題，與設(shè)計(jì)方共同解決[3]。

利用所創(chuàng)建的建筑、結(jié)構(gòu)、機(jī)電等BIM模型，進(jìn)行結(jié)構(gòu)構(gòu)件及管線綜合的碰撞檢測和分析，并對項(xiàng)目整個建造過程或重要環(huán)節(jié)及工藝進(jìn)行模擬。以便提前發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)中存在的問題，減少施工變更。

利用結(jié)構(gòu)、設(shè)備管線BIM模型進(jìn)行工程深化設(shè)計(jì)，是當(dāng)前施工階段BIM應(yīng)用的重要體現(xiàn)。主要應(yīng)用方法有兩種：（1）將BIM模型與專業(yè)軟件對接，進(jìn)行深化設(shè)計(jì)，如鋼結(jié)構(gòu)的復(fù)雜節(jié)點(diǎn)深化設(shè)計(jì)、幕墻的優(yōu)化設(shè)計(jì)等。（2）根據(jù)碰撞檢測分析結(jié)果，直接在BIM建模軟件中對相關(guān)專業(yè)進(jìn)行調(diào)整、細(xì)化和完善。

3.3 實(shí)現(xiàn)了大型構(gòu)件的虛擬拼裝，節(jié)約了大量的施工成本

現(xiàn)代化的建筑具有高、大、重、奇的特征，建筑結(jié)構(gòu)往往是鋼結(jié)構(gòu)+鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)組成為主，如上海中心的外筒就有極大的水平鋼結(jié)構(gòu)桁架。按照傳統(tǒng)的施工方式，鋼結(jié)構(gòu)在加工廠焊接好后，應(yīng)當(dāng)進(jìn)行預(yù)拼裝，檢查各個構(gòu)件間的配合誤差。在上海中心建造階段，施工方通過三維激光測量技術(shù)，建立了制作好的每一個鋼桁架的三維尺寸數(shù)據(jù)模型，在電腦上建立鋼桁架模型，模擬了構(gòu)件的預(yù)拼裝，取消了桁架的工廠預(yù)拼裝過程，節(jié)約了大量的人力和費(fèi)用。

3.4 各專業(yè)的碰撞檢查，及時優(yōu)化施工圖

通過建立建筑、結(jié)構(gòu)、設(shè)備、水電等各專業(yè)BIM模型，在施工前進(jìn)行碰撞檢查，及時優(yōu)化了設(shè)備、管線位置，加快了施工進(jìn)度，避免了施工中大量的返工。在上海中心項(xiàng)目中，施工技術(shù)人員采用傳統(tǒng)方法，利用二維圖紙將建筑結(jié)構(gòu)圖進(jìn)行疊加，導(dǎo)致施工下料中出現(xiàn)較多管線尺寸不準(zhǔn)確，材料計(jì)劃與實(shí)際需要誤差大的情況。

通過引入BIM技術(shù)后，建立了施工階段的設(shè)備、機(jī)電BIM模型。通過軟件對綜合管線進(jìn)行碰撞檢測，利Autodesk Revit系列軟件進(jìn)行三維管線建模，快速查找模型中的所有碰撞點(diǎn)，并出具碰撞檢測報告。同時配合設(shè)計(jì)單位對施工圖進(jìn)行了深化設(shè)計(jì)，在深化設(shè)計(jì)過程中選用Autodesk Navisworks系列軟件，實(shí)現(xiàn)管線碰撞檢測，從而較好地解決傳統(tǒng)二維設(shè)計(jì)下無法避免的錯、漏、碰、撞等現(xiàn)象。

按照碰撞檢查結(jié)果，對管線進(jìn)行調(diào)整，從而滿足設(shè)計(jì)施工規(guī)范、體現(xiàn)設(shè)計(jì)意圖、符合業(yè)主要求、維護(hù)檢修空間的要求，使得最終模型顯示為零碰撞。同時，借由BIM技術(shù)的三維可視化功能，可以直接展現(xiàn)各專業(yè)的安裝順序、施工方案以及完成后的最終效果。

3.5 實(shí)現(xiàn)施工模擬、施工方案優(yōu)化

四維的施工模擬將BIM模型與建筑信息相結(jié)合，即可實(shí)現(xiàn)四維模擬，通過它不僅可以直觀地體現(xiàn)施工的界面、順序，從而使總承包與各專業(yè)施工之間的施工協(xié)調(diào)變得清晰明了，而且將四維施工模擬與施工組織方案相結(jié)合，使設(shè)備材料進(jìn)場，勞動力配置，機(jī)械排版等等各項(xiàng)工作的安排變得最為有效經(jīng)濟(jì)地控制。過程模擬和施工優(yōu)化結(jié)果可在4D的可視化平臺上動畫顯示，用戶可以觀察動畫驗(yàn)證并修改模型，對模型和優(yōu)化結(jié)果進(jìn)行比較，選擇最優(yōu)方案。

用戶也可利用視頻對施工過程中的難點(diǎn)和要點(diǎn)進(jìn)行說明，提供給施工管理人員及施工班組。對一些狹小部位、工序復(fù)雜的管線安裝，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)借助BIM模型對施工工藝、工序的模擬，能夠非常直觀地了解整個施工工序安排，清晰把握施工過程，從而實(shí)現(xiàn)施工組織、施工工藝、施工質(zhì)量的事前控制。

4.小結(jié)

BIM理念已經(jīng)被人們熟知和認(rèn)可了，全生命周期的 BIM應(yīng)用還沒有得到實(shí)施，但是在施工階段的 BIM應(yīng)用已經(jīng)得到廣泛的普及。BIM施工階段的場地布置、可視化技術(shù)交底、碰撞檢查等應(yīng)用逐漸走向成熟，在成本管理、安全管理、質(zhì)量管理方面也都有應(yīng)用，效果也是明顯的。但由于目前國內(nèi)相關(guān)法律法規(guī)尚不完善，建筑企業(yè)使用BIM成果時，缺乏相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范配套，影響了新技術(shù)的推廣應(yīng)用。此外，BIM應(yīng)用前期投入大，目前工程定額尚沒有這方面內(nèi)容，給項(xiàng)目管理造成一定壓力。隨著BIM技術(shù)的進(jìn)一步推廣和相關(guān)規(guī)范的完善，其在工程管理中的價值將會越來越顯著，必然促進(jìn)BIM技術(shù)健康有序發(fā)展，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)建筑行業(yè)的巨大變革。在不久的將來，BIM技術(shù)必將成為施工企業(yè)必不可少的辦公工具，在工作中得到充分而廣泛的應(yīng)用。

[1]Goldberg，H.E.The Building Information Model[J]. CADalyst，2004，21(11): 56-58.

[2]陳繼良，張東升.BIM相關(guān)技術(shù)在上海中心大廈的應(yīng)用[J]，建筑結(jié)構(gòu)，2012，42（3）：13-15

[3]張俊，雷雨.BIM技術(shù)在施工企業(yè)中的應(yīng)用現(xiàn)狀及價值分析[J].價值工程，2015.

[4]楊東旭.基于 BIM技術(shù)的施工可視化應(yīng)用研究[D].華南理工大學(xué)碩士學(xué)位論文，2013.

[5]李勇.建筑施工企業(yè)BIM應(yīng)用影響因素的研究[D].武漢科技大學(xué)碩士學(xué)位論文,2015.