吳明亞，卜俊銘，許娜，田靜雅 （合肥工業(yè)大學(xué) 土木與水利工程學(xué)院，安徽 合肥 230009）

0 前言

城市化進(jìn)程的逐步加快，帶動(dòng)了建筑業(yè)及相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，相應(yīng)的建筑數(shù)量也在不斷增加。因此，人們對(duì)現(xiàn)代建筑設(shè)施的性能要求也越來(lái)越高。優(yōu)勢(shì)多樣，建筑工程中重要綜合管線的整合也越來(lái)越復(fù)雜。傳統(tǒng)的綜合管線在設(shè)計(jì)和施工過(guò)程中，大多處于管理混亂的狀態(tài)。各部門(mén)之間的管線埋設(shè)數(shù)據(jù)相互隔離，綜合管線的實(shí)際可用空間越來(lái)越小。在維修改造過(guò)程中，為了保證施工方案的科學(xué)性，通常需要單獨(dú)進(jìn)行檢測(cè)工作，對(duì)檢測(cè)設(shè)備要求較高[1-2]。

BIM 技術(shù)可以將工程數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變成可視化模型，方便管理人員掌握工程情況，實(shí)現(xiàn)成本全過(guò)程控制，提高建筑企業(yè)在成本控制方面的能力。此外，建立BIM 模型，可以在施工安裝前進(jìn)行方案預(yù)覽，準(zhǔn)確規(guī)劃，準(zhǔn)確放置各專(zhuān)業(yè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和解決各專(zhuān)業(yè)的沖突問(wèn)題，最大程度地實(shí)現(xiàn)施工安裝零碰撞[3]，減少施工過(guò)程中存在的問(wèn)題。因此，將BIM 技術(shù)合理應(yīng)用于建筑中的不同協(xié)作單位，可以對(duì)整個(gè)施工周期進(jìn)行信息化和科學(xué)化的操作，實(shí)現(xiàn)施工的動(dòng)態(tài)模擬操作，將工程的質(zhì)量安全和成本控制達(dá)到最佳優(yōu)化值。

1 BIM技術(shù)的特點(diǎn)與優(yōu)勢(shì)

建筑信息模型（簡(jiǎn)稱BIM）技術(shù)是利用計(jì)算機(jī)技術(shù)，通過(guò)BIM 相關(guān)軟件如Revit 來(lái)建立三維模型，利用參數(shù)、數(shù)值化等概念，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)提取項(xiàng)目人員管理、明細(xì)、成本等數(shù)據(jù)信息，并運(yùn)用數(shù)據(jù)庫(kù)建立三維模型。應(yīng)用BIM 技術(shù)，創(chuàng)建和使用建筑信息模型，并利用其可視化、協(xié)調(diào)性、信息完備性與模擬性的特點(diǎn)，使建筑業(yè)從傳統(tǒng)的二維模式進(jìn)入三維模式。

1.1 可視化

在項(xiàng)目施工階段，運(yùn)用BIM 技術(shù)建立模型并對(duì)施工過(guò)程進(jìn)行模擬、多方案篩選并實(shí)行優(yōu)化。傳統(tǒng)CAD 只能呈現(xiàn)二維的效果，無(wú)法清晰地將細(xì)節(jié)表達(dá)出來(lái)，需要施工人員根據(jù)經(jīng)驗(yàn)自行判斷，極易產(chǎn)生主觀上的誤差。而B(niǎo)IM 能夠以三維的形式全方位展現(xiàn)出復(fù)雜的構(gòu)造節(jié)點(diǎn)和結(jié)構(gòu)，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)模式的不足[4]。簡(jiǎn)而言之，也就是BIM 通過(guò)模擬施工過(guò)程，達(dá)到了施工組織可視化的目標(biāo)。

圖1 傳統(tǒng)CAD中復(fù)雜的結(jié)構(gòu)體現(xiàn)

圖2 BIM中復(fù)雜節(jié)點(diǎn)的立體體現(xiàn)

1.2 協(xié)調(diào)性

在施工階段，建設(shè)單位、業(yè)主、項(xiàng)目單位等各方的有效協(xié)作對(duì)項(xiàng)目的整個(gè)施工過(guò)程起著至關(guān)重要的作用，因此協(xié)調(diào)工作非常重要。BIM 可以通過(guò)初步建模解決建筑施工前期各專(zhuān)業(yè)的碰撞問(wèn)題，減少在施工過(guò)程中因設(shè)計(jì)階段發(fā)現(xiàn)的結(jié)構(gòu)與構(gòu)件之間的沖突而導(dǎo)致的設(shè)計(jì)變更。在項(xiàng)目設(shè)計(jì)階段，各相關(guān)專(zhuān)業(yè)的設(shè)計(jì)人員信息交流不及時(shí)極有可能造成嚴(yán)重后果，甚至影響工程進(jìn)度。例如，一張圖紙是由不同專(zhuān)業(yè)的設(shè)計(jì)師單獨(dú)設(shè)計(jì)并組合而成的，如果水暖專(zhuān)家在實(shí)際工程中放置管道，可能會(huì)出現(xiàn)管道的位置與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中梁的位置相沖突的情況，應(yīng)用BIM 可以避免這些常見(jiàn)的問(wèn)題。換言之，BIM 可以在施工前階段用來(lái)解決不同專(zhuān)業(yè)之間溝通不充分而造成的矛盾問(wèn)題。

1.3 信息完備性

BIM 技術(shù)可以應(yīng)用于工程項(xiàng)目的各個(gè)方面，包括三維幾何信息的描述、拓?fù)潢P(guān)系的描述和完整工程信息的描述[5]。能夠?yàn)楹笃诘慕Ｌ峁┬畔⒔?、出圖以及后續(xù)的施工、運(yùn)行和維護(hù)，可以在工程項(xiàng)目建模的同時(shí)輸入相關(guān)的模型信息，包括信息名稱、類(lèi)型、材料、性能等。

圖3 給排水管道的屬性體現(xiàn)

1.4 模擬性

應(yīng)用BIM 技術(shù)，對(duì)建筑模型的相關(guān)構(gòu)建屬性、材料性能等信息。在進(jìn)行模擬時(shí)，可直接將模型導(dǎo)入到分析模擬軟件中進(jìn)行性能分析，極大地提高了工作效率。

2 BIM技術(shù)在工程設(shè)計(jì)階段的安全控制

2.1 BIM碰撞檢測(cè)的概念及應(yīng)用原理

BIM 碰撞檢測(cè)就是在三維建模中直觀地展示出建筑結(jié)構(gòu)的相關(guān)參數(shù)，通過(guò)碰撞仿真實(shí)驗(yàn)來(lái)提前把握和調(diào)整施工計(jì)劃。

傳統(tǒng)行業(yè)的做法大多是先繪制出二維平面圖紙，再將各專(zhuān)業(yè)圖紙進(jìn)行匯總。施工人員多依靠經(jīng)驗(yàn)和主觀想象來(lái)實(shí)施建設(shè)，與實(shí)際設(shè)計(jì)圖紙會(huì)產(chǎn)生一定誤差，從而引發(fā)碰撞。而B(niǎo)IM 碰撞檢測(cè)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了各構(gòu)件的可視化，能提前使施工人員發(fā)現(xiàn)可能存在的硬碰撞、軟碰撞問(wèn)題，從而做出應(yīng)對(duì)措施來(lái)實(shí)行優(yōu)化。

科學(xué)應(yīng)對(duì)洪澇干旱災(zāi)害。重新修訂了《自治區(qū)防汛抗旱應(yīng)急預(yù)案》，對(duì)全自治區(qū)42座水庫(kù)蓄水安全進(jìn)行了專(zhuān)項(xiàng)檢查。撥付防汛經(jīng)費(fèi)1.41億元，取得黃河防凌和抗擊春季東部地區(qū)融雪性洪災(zāi)、夏汛期嫩江流域、額爾古納河水系洪澇災(zāi)害的全面勝利，最大程度地保護(hù)了受災(zāi)群眾生命財(cái)產(chǎn)安全。申請(qǐng)中央特大抗旱補(bǔ)助費(fèi)3 000萬(wàn)元，自治區(qū)財(cái)政下達(dá)特大抗旱補(bǔ)助費(fèi)2 000萬(wàn)元，興建抗旱水源工程900多處，有效增強(qiáng)了旱災(zāi)抵御能力，最大程度地避免和減輕了災(zāi)害造成的損失。

2.2 BIM技術(shù)在機(jī)電綜合管線安全控制中的應(yīng)用

2.2.1在綜合管線設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

傳統(tǒng)模式下的建筑工程平面設(shè)計(jì)工作通常無(wú)法帶來(lái)直觀感受，難以幫助設(shè)計(jì)師對(duì)建筑物的空間立體形成較強(qiáng)把控，在細(xì)節(jié)上容易忽視某些內(nèi)容，導(dǎo)致設(shè)計(jì)效果不夠理想。而B(niǎo)IM 在管綜設(shè)計(jì)中展現(xiàn)得更加直觀，提升了設(shè)計(jì)工作效率。

圖4 水、電、暖專(zhuān)業(yè)管線設(shè)計(jì)圖

2.2.2在綜合管線碰撞檢查中的應(yīng)用

上文提到，傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中，施工人員在缺乏直觀感受的情況下會(huì)做出主觀上的失誤判斷，容易忽視細(xì)節(jié)上的內(nèi)容，人為失誤在采用二維設(shè)計(jì)來(lái)審視是不可避免的，這不僅會(huì)造成建筑返工現(xiàn)象，引起巨大浪費(fèi)，還影響了建筑的進(jìn)度。

應(yīng)用BIM 管線碰撞檢查技術(shù)，施工人員就能在施工前進(jìn)行模擬碰撞檢查，運(yùn)行并生成沖突報(bào)告，不但能夠徹底避免碰撞的發(fā)生，減少在建筑施工管理階段可能存在的錯(cuò)誤損失以及返工的可能性，而且可以不斷優(yōu)化凈空的使用情況，提高空間上的利用率，在考慮經(jīng)濟(jì)性的同時(shí)優(yōu)化各專(zhuān)業(yè)管線的排布。

碰撞監(jiān)測(cè)主要是在給排水、電氣和暖通等專(zhuān)業(yè)之間實(shí)行檢查，在網(wǎng)頁(yè)版沖突報(bào)告生成后，使用構(gòu)建ID 號(hào)查找可以直接定位碰撞位置,實(shí)現(xiàn)精確修正碰撞點(diǎn)，確保建筑結(jié)構(gòu)的安全管理。

3 BIM技術(shù)在施工階段的成本控制

3.1 工程施工成本控制概念

圖5 運(yùn)行沖突報(bào)告

施工成本控制是引用系統(tǒng)工程原理，加強(qiáng)對(duì)影響工程造價(jià)的各種因素的管理，采取有效措施，對(duì)建筑工程中產(chǎn)生的各種耗費(fèi)進(jìn)行調(diào)控的過(guò)程。成本控制過(guò)程是一個(gè)動(dòng)態(tài)過(guò)程，是一個(gè)復(fù)雜的體系，在控制過(guò)程中經(jīng)常遇到許多超出預(yù)期問(wèn)題。因此，要將建筑工程施工成本按照不同的類(lèi)型進(jìn)行拆分。

3.2 BIM技術(shù)在施工成本控制上的應(yīng)用

3.2.1 施工階段的應(yīng)用

在施工階段，工作量巨大，種類(lèi)繁多，而CAD 的顯示僅限于二維平面，所以在涉及復(fù)雜形狀的結(jié)構(gòu)時(shí)，一些細(xì)節(jié)在二維平面上無(wú)法直觀地表達(dá)出來(lái)，設(shè)計(jì)師無(wú)法借此了解結(jié)構(gòu)的細(xì)部結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致在施工過(guò)程中出現(xiàn)了很多問(wèn)題，而有些問(wèn)題是在工程完工后才發(fā)現(xiàn)的。應(yīng)用BIM 技術(shù)可以有效避免此類(lèi)問(wèn)題，首先根據(jù)Revit軟件提供的圖紙創(chuàng)建模型，然后利用Navisworks 軟件可以直觀地了解施工階段和設(shè)計(jì)方法，可以有效避免在傳統(tǒng)模式下，施工人員理解時(shí)常出現(xiàn)錯(cuò)誤，以及設(shè)計(jì)和建設(shè)單位信息交流不及時(shí)，導(dǎo)致設(shè)計(jì)變更，項(xiàng)目的成本和進(jìn)度不能得到有效保證。面對(duì)工程項(xiàng)目的施工過(guò)程中的工作的進(jìn)度、信息處理和資源安排等，二維的CAD 圖紙難以系統(tǒng)地表達(dá)出所有。BIM 技術(shù)可以通過(guò)相應(yīng)手段與相關(guān)的計(jì)算軟件相結(jié)合，通過(guò)軟件輸入對(duì)工程項(xiàng)目數(shù)據(jù)信息進(jìn)行控制和分析。項(xiàng)目所需的信息可以實(shí)時(shí)查看，可以更有效地控制施工細(xì)節(jié)、現(xiàn)場(chǎng)管理和成本控制。在成本控制的過(guò)程中，工程款的支付和工程的進(jìn)度是直接相關(guān)的，業(yè)主根據(jù)工程量的大小，對(duì)目前的工程進(jìn)度進(jìn)行支付[6]。

3.2.2 施工變更中的應(yīng)用

一般來(lái)說(shuō)，建筑工程的規(guī)模大，涉及的范圍比較寬泛，從而導(dǎo)致工程建設(shè)中不可控因素較多，產(chǎn)生工程變更。一旦產(chǎn)生工程變更，就會(huì)對(duì)工程質(zhì)量以及整體造價(jià)造成巨大的影響，而且還會(huì)影響施工進(jìn)度。因此，施工負(fù)責(zé)人必須重視管控可能遇到的不可控因素。

在項(xiàng)目建設(shè)過(guò)程中，由于建設(shè)單位臨時(shí)設(shè)計(jì)變更、圖紙錯(cuò)誤、施工方合理建議等原因，都會(huì)造成施工變更。在傳統(tǒng)二維處理方法中，難以對(duì)施工進(jìn)程進(jìn)行實(shí)時(shí)的查看與管控，而利用BIM 技術(shù)，在一定程度上能對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行有效管理與監(jiān)控，具有實(shí)時(shí)性。同時(shí)，可以將施工項(xiàng)目更改進(jìn)行及時(shí)反饋，利用BIM 技術(shù)構(gòu)建的平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)不同專(zhuān)業(yè)與專(zhuān)業(yè)間的查看，不同構(gòu)件與構(gòu)件之間預(yù)設(shè)模擬，并將建成的模型導(dǎo)入Navisworks 建筑建模軟件，不僅可以檢測(cè)出錯(cuò)誤、遺漏和缺陷等問(wèn)題，還可以提示不符合相關(guān)規(guī)定的具體區(qū)域。最終，這些問(wèn)題將以結(jié)果反饋的形式報(bào)告出來(lái)，這對(duì)設(shè)計(jì)師或建筑商來(lái)說(shuō)非常方便，有效地提高了效率。簡(jiǎn)言之，在BIM 技術(shù)的作用下，防止管線出現(xiàn)碰撞，一次完成施工任務(wù)，減少返工次數(shù)，由此提高成本控制水平，防止出現(xiàn)成本超標(biāo)的情況[7]。

3.2.3 施工結(jié)算中的應(yīng)用

在中國(guó)，目前廣泛使用的建設(shè)工程款支付方式大約有四種：按月支付、分項(xiàng)工程支付、單位工程支付、竣工結(jié)算支付。施工過(guò)程中記錄的工程量清單是施工單位支付工程款的主要標(biāo)準(zhǔn)，在結(jié)算過(guò)程中，施工單位先提交給監(jiān)理單位審核，再由施工單位支付。校核成功后按施工合同約定的金額支付相應(yīng)工程款。然而，傳統(tǒng)的CAD 圖紙無(wú)法表現(xiàn)這些細(xì)節(jié)。應(yīng)用BIM 技術(shù)，在三維動(dòng)態(tài)模型的基礎(chǔ)上，對(duì)人員、材料、技術(shù)應(yīng)用、成本控制等方面實(shí)施科學(xué)管理，對(duì)各方在每個(gè)階段所需的人、物、技術(shù)和成本控制進(jìn)行管理，從而及時(shí)管理好人力、物力以及財(cái)政資源。

3.2.4 竣工階段中的應(yīng)用

一個(gè)工程項(xiàng)目的施工過(guò)程非常漫長(zhǎng)，一旦項(xiàng)目定案，和項(xiàng)目成本相關(guān)的信息量就非常大，這個(gè)階段是非常復(fù)雜的，因?yàn)镃AD 圖紙是二維的，通過(guò)應(yīng)用BIM技術(shù)，可以在進(jìn)入問(wèn)題區(qū)域時(shí)不斷地完善項(xiàng)目，在最后階段形成完整的工程數(shù)據(jù)。在竣工移交的階段，項(xiàng)目的結(jié)算效率可以得到明顯的提高。在項(xiàng)目結(jié)束后，還可以通過(guò)軟件獲得具體的成本指標(biāo)。獲得的指標(biāo)經(jīng)過(guò)匯總，最終填充到企業(yè)的BIM 數(shù)據(jù)庫(kù)中，使企業(yè)在今后的工作中可以作為參考。

4 BIM技術(shù)在安全和成本控制中的應(yīng)用價(jià)值

BIM 技術(shù)是建筑業(yè)隨著時(shí)代發(fā)展的信息化產(chǎn)物，合理利用信息化管理能有效監(jiān)控施工過(guò)程中的信息數(shù)據(jù)的變化，并進(jìn)行計(jì)算累計(jì)，減少工作量，提高工作效率，降低成本。

4.1 圖紙的審查與更改

BIM 模型施工過(guò)程也是一個(gè)建筑施工的模擬過(guò)程，通過(guò)建模，可以完成對(duì)圖紙的詳細(xì)審核，在施工未進(jìn)行時(shí)發(fā)現(xiàn)并與甲方溝通圖紙問(wèn)題。甲方及時(shí)設(shè)計(jì)，提前提出修改意見(jiàn)，避免后續(xù)施工過(guò)程中因圖紙有誤而耽誤工期，導(dǎo)致成本增加。

同時(shí)，在項(xiàng)目管理中，各類(lèi)專(zhuān)業(yè)模型都能利用BIM 技術(shù)，進(jìn)行多專(zhuān)業(yè)整合，有效關(guān)聯(lián)不同專(zhuān)業(yè)的設(shè)計(jì)圖紙、變更、合同等方面的信息，能夠?qū)崟r(shí)查詢?nèi)我鈺r(shí)點(diǎn)的模型狀態(tài)及其對(duì)應(yīng)的圖紙與各個(gè)施工環(huán)節(jié)的文檔資料，以此保證工程文檔在共享、流通的過(guò)程中具有一定的安全性和便捷性，降低工作成本。

4.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化

BIM 模型中包含了結(jié)構(gòu)構(gòu)件的參數(shù)、所屬專(zhuān)業(yè)等信息。由于給排水、消防等專(zhuān)業(yè)受現(xiàn)場(chǎng)、技術(shù)等因素的影響較大，若在施工期間不能很好地協(xié)調(diào)與配合，很容易出現(xiàn)許多無(wú)法預(yù)見(jiàn)的隱患問(wèn)題，導(dǎo)致各專(zhuān)業(yè)在建筑的某些平面或立面位置形成交叉、重疊等情況，使施工作業(yè)無(wú)法嚴(yán)格按照施工圖進(jìn)行。通過(guò)不同專(zhuān)業(yè)之間的碰撞檢查，可以提前發(fā)現(xiàn)各專(zhuān)業(yè)之間的施工沖突，通過(guò)BIM 可視化功能可以直觀地識(shí)別出碰撞點(diǎn)是否可以自行調(diào)整，如果可以自行調(diào)整，可以在施工前做好調(diào)整和優(yōu)化方案，如果不能定制則可以反饋到施工中，在施工前進(jìn)行修改，避免浪費(fèi)返工，節(jié)省施工成本[8]。

4.3 動(dòng)態(tài)化管理

BIM 技術(shù)同時(shí)也提供了一個(gè)參建各方交流的平臺(tái)，各方都能實(shí)時(shí)掌握數(shù)據(jù)變化，增強(qiáng)了從設(shè)計(jì)到運(yùn)維整個(gè)過(guò)程的整體控制能力?？梢酝ㄟ^(guò)各方的參與來(lái)評(píng)定項(xiàng)目的支出情況，使其使用效率得到較大的提升。

5 結(jié)語(yǔ)

一般來(lái)說(shuō)，項(xiàng)目的設(shè)計(jì)和施工階段是一個(gè)多專(zhuān)業(yè)協(xié)同合作的過(guò)程，需要各部門(mén)信息共享、各部門(mén)信息聯(lián)動(dòng)。利用BIM 技術(shù)的構(gòu)建建筑信息模型管理進(jìn)度、成本以及安全，使其構(gòu)成一個(gè)整體，在設(shè)計(jì)時(shí)及時(shí)模擬碰撞并導(dǎo)出碰撞沖突報(bào)告，可在一定程度上實(shí)現(xiàn)安全管控；然后利用模型計(jì)算項(xiàng)目的不同施工階段的人力、財(cái)力、物力的需求量，合理規(guī)劃成本。在施工過(guò)程中，及時(shí)統(tǒng)計(jì)實(shí)際成本，了解項(xiàng)目的盈虧情況，追溯超支的原因，并采取針對(duì)性措施將成本控制在規(guī)定范圍內(nèi)，可實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)分析成本控制。

目前，BIM 技術(shù)正在中國(guó)建筑行業(yè)中迅速推廣。隨著市場(chǎng)需求的增加，軟件的不斷開(kāi)發(fā)和優(yōu)化，以及應(yīng)用理論的不斷完善，BIM 技術(shù)將更全面、更有效地應(yīng)用于未來(lái)項(xiàng)目的安全和成本管理，建筑業(yè)可以逐步實(shí)現(xiàn)全面信息化。