BIM技術在施工階段四大控制中的應用探討

李 勇，郄恩田，郭 陽

（武漢科技大學城市建設學院，武漢 430065）

BIM技術在施工階段四大控制中的應用探討

李 勇，郄恩田，郭 陽

（武漢科技大學城市建設學院，武漢 430065）

BIM在建筑行業的應用越來越廣泛，其作用日益凸顯，尤其是在施工階段。該文根據我國住宅建筑施工管理特點，以東莞清溪鎮明門辦公樓項目為例，運用Revit系列軟件建立三維模型，探討了BIM自動算量、4D模擬、管件碰撞檢測等技術在施工過程四大控制（成本控制、進度控制、質量控制、安全控制）中的應用。

BIM技術； 四大控制； 效益

1 BIM技術簡介

BIM（Building Information Modeling）即建筑信息建模，以建筑項目相關信息為基礎，利用數字技術建立虛擬的模型，達到仿真的目的。相對于2D的CAD而言，它是一次技術的革新，具有可視化、模擬性、協調性、優化性和可出圖性五大特點。住房建設部發布的《2011—2015年建筑業信息化發展綱要》文件指出，“十二五”期間，施工類企業應優化項目和企業管理流程，提升項目和企業管理信息系統的集成應用水平，建設協同工作平臺，實施企業資源計劃（ERP）系統，支撐企業的集約化管理和持續發展［1］。因此推廣BIM技術在施工過程中的應用，進而推進企業技術和管理上的提升成為施工類企業必然選擇。為此以東莞市清溪鎮明門辦公樓為例，探討了BIM技術在施工過程中四大控制——成本控制、進度控制、質量控制、安全控制上的應用。

2 工程特點

明門辦公樓地處東莞市清溪鎮銀湖工業區，西靠清漁路，東鄰科技路，其總建筑面積33 460.86m2，總高50.45m，地下室一層，層高為4.4m。該辦公樓為雙塔布局：辦公樓10層，宿舍12層，裙樓4層，主體為鋼筋混凝土框架結構，局部為鋼桁架結構，且該工程在建設過程中有以下特點：

1）工程量統計繁瑣。該工程規模大、結構復雜，由于業主的原因，導致施工過程中設計變更多，若采用人工統計計算，在編制概算、預算、決算、結算時容易形成重復計算、漏算的情況。如何在規定時間內準確地算出工程量成為施工建設中的一大考驗。

2）時間緊迫。業主要求提前竣工，但東莞地處亞熱帶，降雨多，能正常施工的時間少，而且在進行施工時發現實際地質與勘測地質報告不一致的情況，在對灌注樁改為人工挖孔樁的過程中浪費不少時間，怎樣在保證質量的前提下加快進度極為關鍵。

3）質量要求高。由于該工程是東莞市清溪鎮的重點項目，施工單位要求獲得魯班獎，故規范化施工和對每個環節的施工質量控制尤為重要。

4）安全施工管理難度大。該工程不僅工況復雜、危險區域多，而且由于轉包的原因導致總包直接對各分包的安全施工管理阻力變大。此外，施工班組多是臨時組成，很難在短時間內提高他們的安全意識。因此如何在復雜的施工條件下保證施工安全是一項難題。

3 BIM技術在四大控制上的應用探討

3.1 成本控制

成本控制是指在項目成本形成階段對所要發生的人工費、材料費、機械使用費以及其他相關費用進行監督、指導、修正以及限制。施工過程中，需要按動態控制原理對實際施工成本的發生過程進行有效控制。在施工階段能否做好成本控制對整個項目成本管理的成敗具有決定性作用。利用基于2D圖紙的手算或電算的傳統方法，要面臨數據量大、牽涉部門眾多、對應子項目分解困難、消耗量和資金支付情況復雜等眾多難題，且在進行成本計算時，基于算量的估算、預算、核算、決算時情況特別復雜，而采用BIM數據共享技術，先建立三維模型，再通過BIM瀏覽器及BIM的自動算量可以做到一個模型多個部門共享、算量結果多次利用，進而來達到降低成本的目的。

1）BIM技術自動算量。BIM技術對每個構件都有明確定義的功能，該工程可基于BIM信息平臺上的三維圖形對項目建立成本數據庫，通過Revit軟件建立的模型能導出含有構件、鋼筋、混凝土等明細表（見圖1），方便檢查和進行動態查詢，并且能直接計算匯總。這極大的減少了建設過程中算量的工作量。

2）方便變更。在傳統方法進行核算下，一旦發生變更，便要對圖形和數據進行逐一更改和檢查，嚴重影響后續計算。而BIM技術不僅將二維圖形同三維圖形相關聯，而且將數據庫和圖形相互關聯（見圖2），若某構件要發生變更，可以對二維圖、三維圖、數據庫任何一項直接進行更改，并能快速統計、計算。

3）確保限額領料的有效實施?？刂撇牧腺M的有效手段是限額領料，在以BIM平臺的項目控制過程中，可以突破配料人員手頭工程量和配發材料的時間限制，借助BIM數據庫中記錄的同類項目材料消耗量數據以及BIM的多維虛擬模擬施工功能，材料員能夠準確地拆分、快速匯總并輸出任意工序段的物料需求量，真正做到限額領料的實施。

3.2 進度控制

進度控制是采用科學的方法確定進度目標、編制進度計劃、制定資源供應計劃，在與質量、成本、安全目標協調的基礎上，依據施工任務委托合同保證實現工期目標。

在進度控制過程中常常是目標明確，但是資源有限，干擾和不確定因素多。利用BIM 4D模擬技術可以掌握進度計劃的實施狀況，并將實際情況與計劃進行對比分析，這樣有助于排除未知因素、采取有效糾偏措施，確保項目進度按預定的目標進行。

1）4D模擬建造。施工中進度計劃的常規表示方法之一是編制網絡橫道圖，為方便繪制項目的網絡橫道圖，常將一個項目分成若干個子項目進度計劃，由此施工中一旦遇到突發事件往往會引起各子項目橫道圖的手工調整、重新計算和核算工期的情況。而采用BIM技術可充分利用模型的可視化效果，進行模擬建設，是一種先進行模擬而后進行實體建造的過程，相對于二維橫道圖而言，BIM技術將橫道圖與三維模型相形成4D模擬建造，可以最大限度控制進度，其4D模型系統框架如圖3所示。

2）編制進度、資源供應計劃。該工程子進度計劃和資源供應計劃繁多，除了土建外，還有幕墻、機電、裝飾、消防、暖通等分項進度、資源供應計劃，為正確的安排各項進度和資源的配置，盡最大程度減少各分項工程間的相互影響，該工程采用BIM技術建立4D模型，并結合其模型進度計劃成初步進度計劃，最后將初步進度計劃與三維模型結合形成4D模型的進度、資源配置計劃。在此過程中，決策部門各施工現場一直存在著信息交換。其示意圖如圖4所示。

3.3 質量控制

質量控制主要是全面貫徹質量管理的思想，進行施工質量目標的事前準備工作、事中關鍵控制點和事后檢查控制的系統過程，該控制過程主要是按照PDCA（Plan、Do、Check、Action）的循環原理通過計劃、實施、檢查、處理的步驟展開控制。目前施工過程中對施工質量的控制主要是事前先召開方案討論會議，然后在事中由專業技術人員和管理人員在現場進行跟蹤式管理，而運用BIM碰撞檢測等技術則是先建立模型對重點部位進行預測，再以模型為導向進行事中管理，最后再次進行事后排除檢查。

1）三維模型展示工序流程。該工程有深基坑開挖、落地腳手架搭設等6個專項方案和防水工程、地下室施工等14個一般方案，每一個方案都是質量控制的重點，通過建立的BIM模型可以很清楚的展示每一個施工質量控制重點。針對該工程班組的專業化水平不是很高的特點，BIM可視化技術在施工班組進行技術交底時，表現出極大的優勢。例如：同查看含有建筑術語的二維圖和照樣板施工的傳統方法相比，施工班組通過三維模型，可以快速了解隱藏信息，特別是對細節問題如鋼筋的放置、鋼節點和網架節點的處理、管線布置等信息的處理上表現明顯。

2）管件的碰撞檢查。代替水、暖、電三者分開的二維平面系統圖，通過搭建的BIM信息平臺，利用 MEP（Mechanical，Electrical，Plumbing三個專業的簡稱）的碰撞檢測技術，將結構、暖通、機電整合在一起，有效檢測它們之間相交叉的地方（見圖5），協調好三者的空間位置達到提前解決沖突的目的，做好事前控制。

3）二維出圖以及參數化設置。在處理飾面、防水洞口、泛水、幕墻和管道構件安裝等細部時，可事先將上述構件的圖元屬性先調為精細模式，再進行隔離圖元操作，生成二維剖面圖，替代查閱各類圖集，在加快速度的同時也保證了質量。同時根據參數設置也可以很方便的修改尺寸大小及位置。

4）高集成化方便信息查詢和搜集。BIM技術具有高集成化的特點，其建立的模型實質為一個龐大的數據庫，在進行質量檢查時可以隨時調用模型，查看各個構件，例如預埋件位置查詢，起到對整個工程逐一排查的作用，事后控制極為方便。

3.4 安全控制

安全控制就是在施工全過程中始終堅持“安全第一，預防為主”的方針，以防安全事故的發生。傳統進行安全控制的方法很難用可視化的效果進行演示，其標準規范和注意事項只能在施工班組交底和安全工作會議上講解，并沒有完全結合現場的實際工況。采用BIM技術可視化等特點，用不同顏色標注施工中各空間位置，展現危險與安全區域，真正做到提前控制。

1）碰撞檢測技術檢查安全問題。利用碰撞檢測技術可模擬施工設備的運行，例如調試塔吊作業半徑和檢測是否與腳手架等建筑突出部位發生碰撞，此外還可以檢測天泵、運土車、挖掘機等安全作業半徑，從而達到提前預知危險的目的。

2）施工空間安全管理。對每個現場施工作業人員來講，安全空間都是有限的，特別是在該項目中，各分包單位材料、機械設備等的擺放以及每個施工隊的施工作業面都存在大量的交叉空間。在該工程中BIM技術對“四口”、“五臨邊”、“物料堆放區”等地方進行了危險空間區域的劃分，提前做好施工部署，保證了每個勞務人員的安全和施工的有序進行。

3）制定并優化應急預案。該工程首次利用BIM技術制定和優化了五項應急子預案，包括作業人員的安全出入口、機械和設備的運行路線、消防路線、緊急疏散路線（見圖6）、救護路線，同時通過BIM模型中生成的3D動畫來同工人溝通，達到了很好效果。

4 總結與展望

該工程利用BIM技術在施工階段中四大控制上取得了相當好的效益，其可視化效果在給甲方一個很好展示的同時，它的模擬性、協調性、可出圖性等特點也加強了施工現場成本、進度、質量、安全的控制和組織管理，創造了利用數字化即數字信息平臺對建筑進行仿真模擬及精確解決四大控制問題新途徑。

BIM技術在我國雖然起步不是很晚，但同歐美等國家還有很大的差距，在我國僅僅只在上海中心、杭州奧體中心等幾個大項目上有所利用，并也只是輔助設計和施工，在中小施工企業利用的很少，希望施工企業在施工中利用BIM技術不再僅僅停留在BIM基礎知識——建模上，而應該同設計、監理、采購等相協調和配合，一起探索該技術應用的新途徑和方法，同時加強BIM技術人才方面的培養，更好推廣并讓之成為一個實實在在為施工企業創造效益的技術。

［1］住房城鄉建設部.2011～2015年建筑業信息化發展綱要［M］.北京：住房和城鄉建設部，2011.

［2］戈祥林，林忠和，陸仕穎.BIM 技術在南寧市規劃展示館的應用［J］.施工技術，2013（42）：79－82.

［3］張建平 ，李 丁，桂家瑞，等.BIM 在工程施工中的應用［J］.施工技術，2012（8）：10－16.

［4］張建平，范 喆，王陽利，等.基于4D—BIM 的施工資源動態管理與成本實時監控［J］.施工技術，2011（40）：37－40.

［5］王青微，張建平.基于BIM 的工程進度計劃編制［J］.商城現代化，2010（35）：220－222.

Application of BIM Technology in the Four Controls during Construction Stage

LI Yong，QIE En－tian，GUO Yang
（School of Urban Constructuion，Wuhan University of Science and Technology，Wuhan 430065，China）

The application of BIM is more and more extensive，and BIM has become an increasingly prominent role in the construction industry，especially during the construction phase.In this paper，taking the project of Mingmen office building in Qingxi Town，the Dongguan city as an example，we set up three－dimensional model by Revit series to explore the application of BIM technology，such as calculation automatic engineering quantity，4Dsimulation，collision checking，and so on，in the four control of cost，schedule，quality，safety during the construction process.

BIM technology； four controls；benefit

10.3963／j.issn.1674－6066.2014.02.027

2014－02－15.

李 勇（1989－），碩士生.E－mail：996779685＠qq.com