基于BIM技術的建筑施工優化設計

魏天云

(福建船政交通職業學院道路工程系，福建福州 350007)

基于BIM技術的建筑施工優化設計

魏天云

(福建船政交通職業學院道路工程系，福建福州 350007)

通過BIM(Building Information Modeling)技術，可實現建筑各專業之間的信息數據共享，施工單位可直接利用BIM技術創建施工模型，實現數字化施工，虛擬施工過程，具有很強的直觀性和全面性，可以提前發現問題并采取措施，保證建筑施工質量和提高施工效益。本文介紹了BIM技術在建筑施工中的應用和實施流程，借助模糊綜合評價法分析了實施BIM技術之后，建筑施工在安全優良率以及質量缺陷率方面都有了明顯改善。因此，BIM技術可在建筑施工企業中推廣應用。

BIM技術；施工模型；虛擬施工；模糊綜合評價法

以往施工單位的各部門之間缺少有效的溝通合作，只是在每個階段的交接時才進行協同作業，主要的媒介是二維工程圖紙和表格，難以保證信息通暢，對工作效率造成極大影響。現在一些結構工程越來越復雜，工程量龐大，涉及多專業內容，需各專業各部門之間加強配合，使建筑信息溝通順暢。在此背景下，產生了三維建筑信息模型。三維建筑信息模型(Building Information Modeling，BIM)，它可以將建筑相關的流程進行重新整合，將建筑結構功能信息以及幾何信息、建筑所用的材料和設備等有關的數據集成在一起，實現數據和信息之間的共享，對建筑施工過程進行一體化管理[1]，從而提高建筑施工過程的整體質量，減少工程各環節存在的風險。因此，BIM技術將有助于施工企業的招標、施工以及維護，對于施工企業提高效率、降低成本具有重要意義。

1 BIM技術輔助建筑施工的優勢

通過BIM技術，可以把二維設計圖紙轉換成三維建筑信息模型，有利于施工企業對管線進行優質高效的布局和調整，深化管線設備的設計水平，提高施工企業的經濟效益。

1.1 直觀性

BIM能夠模擬仿真建筑的實際空間結構，綜合呈現各專業的設計，可以將設備、機電管線、支吊架以及預留的洞口全部直觀地反映出來[2]，建筑設計人員可以很容易從中發現問題。

1.2 全面性

施工企業可以利用BIM技術將機電管線、管道布局以及結構框架集成在一起，還可任意添加所需的構件，全面深入地分析影響施工作業的各方面因素，通過虛擬施工將問題提前暴露，對方案進行及時的修改和調整。

1.3 高效性

采用BIM對各專業之間進行碰撞檢查，發現不利點，及時對管線進行修改完善；對于各種的建筑構件相關的參數信息可隨時添加與設置，為計算和統計提供數據支持；可以將三維建筑信息模型自動生成各種視圖，設計人員可進一步進行精細的設計工作。

1.4 施工指導

對于結構復雜的設計區域，很難從二維設計圖紙看出施工后的情況，同時這些復雜區域的施工工藝要求都非常苛刻。針對這種情況，組織施工人員利用BIM完成施工交底。尤其要利用BIM對可能存在質量問題的地方進行多方位的觀察和識讀，設計人員要解答施工過程存在的疑問。結合3d MAX軟件來渲染模型，完成施工過程的動畫演示，遇到類似的項目直接采用，還可用于培訓新員工。

2 BIM技術施工應用流程

根據BIM確定模型中各構件的尺寸要求，包括鋼筋位置、構件截面大小、材質的強度等級以及產品信息等，設計制作施工階段的實體模型和放樣施工，施工單位采集制作構件施工的信息、竣工后的產品說明以及操作手冊等方面的信息，完成各專業之間的碰撞檢測、施工進度模擬等[3]，其主要流程如圖1所示。

圖1 基于施工BIM模型的施工管理實施過程

3 BIM技術在施工階段的應用

3.1 虛擬施工

某地區建筑工程項目施工過程中，采用BIM技術模擬仿真施工，利用虛擬現實讓設計人員和施工人員身臨其境地進行論證和體驗方案，詳細把握施工環節每個工序的要點以及重點，對施工方案進行優化，保障施工安全和優質高效地施工。

3.2 碰撞檢查

采用BIM技術進行建筑設計，進入施工階段時，為了更好地管理施工質量和控制進度成本，施工單位可利用設計階段的數據信息來創建施工模型，確保應用BIM技術時，施工數據和設計數據之間的準確傳遞，提高施工單位建立BIM施工模型的效率[4]。

雖然設計階段已經利用BIM進行了碰撞檢查，為了減少給排水管道、機電管線、設備安裝之間的沖突問題，在施工階段，有必要根據實際情況重新應用BIM進行碰撞檢測，以便發現設計施工圖中存在的遺漏以及錯誤問題。綜合考慮施工方案以及結構設計偏差尋找對實際施工具有較大影響的碰撞點。這樣有利于減少返工和設計方面的變更，從而縮短施工工期，提高施工效率，在保障施工質量的前提下，還實現了降低成本、提高施工效益的目標。

3.3 實現項目管理的優化

利用BIM可以強化施工數據管理，優化施工組織設計。例如，可以在BIM中直接添加施工電梯、塔吊以及提升腳手架等，通過BIM技術的碰撞檢查，優化施工機械的空間布局和合適的配合關系，優化施工管理。同時，對于異形模板可以單獨建模，計算其幾何尺寸，提前加工，降低施工損耗。通過建模，設備管線的規格、尺寸以及數量可計算獲得，預先進行加工，提高施工組織的效率。

3.4 進度優化

施工進度管理對于建造單位而言具有至關重要的作用，優化進度是施工控制的重要環節。利用BIM技術能夠保證施工進度和建筑工程構件之間的有效鏈接，借助三維動畫以及網絡圖等形式可以直觀地展現施工過程和進度安排，客戶也可非常方便地了解施工過程[5]。在BIM基礎上，進一步綜合考慮進度以及工程造價，則演變成BIM 5D技術，它可準確地預估施工工期，及時發現影響施工進度的因素，采取合理的措施，確保建筑工程項目按期保質完工。

3.5 現場質量管理

在施工階段，有些現場問題無法克服，若預先查到發生問題的區域，然后進行修改和調整，可以有效地縮短工期和節約成本，通過BIM技術，與現場結果比較，可方便快捷地發現問題。因此，應用BIM技術極大地提高了施工現場的質量管理，只需把質量信息設置到BIM中，就可將各階段存在的質量問題在模型中顯現出來，對方案做出及時的修改和調整，可以保證現場質量達到最優化。

4 應用模糊評價法分析BIM技術的優勢

建筑施工技術工作包括優化設計施工方案、設計與控制施工工藝以及監控施工過程等技術開發工作。建筑施工企業未實施BIM技術之前，主要通過安排大量的技術人員到現場監控施工過程，對于現場信息的收集與反饋通常采用手抄的方式記錄施工過程并采用人工的方式傳遞相關信息，因此，現場信息的收集與傳遞速度慢，而且需要大量的人力與物力，造成施工過程的監控成本提高。為了合理評估BIM技術在建筑施工企業的應用效果，將施工安全優良率、質量缺陷率以及工程師評語作為主要衡量指標，采用模糊數學分析法，將安全優良率、質量缺陷率以及工程師評語等指標邊界不清、不易定量的因素定量化，對建筑施工應用BIM情況進行綜合評價分析，從而確定應用BIM技術的重要性。選擇建筑施工應用BIM技術之前和應用BIM技術之后兩種情況做為研究對象，應用模糊綜合評價法進行分析[6-7]。

4.1 確定建筑施工應用BIM情況的評價因素集

以安全優良率、質量缺陷率以及工程師評語為3個主要的考慮因素，即U={安全優良率，質量缺陷率，工程師評語}。

4.2 確定因素的評價矩陣

按照建筑施工應用BIM情況評價因素集，通過4位專家對其應用情況進行評價。

4.3 確定評價集

將建筑施工過程的評價等級劃分為優、良、中、差4個等級。

實施BIM之前的評價矩陣為：

實施BIM之后的評價矩陣為：

4.4 確定評價因素間的權重

按照安全優良率、質量缺陷率以及工程師評語3個方面的因素在建筑施工過程中的重要程度，采用不同權重。

A={安全優良率，質量缺陷率，工程師評語}={0.4，0.35，0.25}.

4.5 模糊綜合評價分析

針對以上分析的兩種情況，按照B=AR，得出建筑施工實施BIM前后最終模糊綜合評價結果(表1)。

表1 建筑施工實施BIM前后模糊綜合評價結果

由表1可知，建筑施工實施BIM之后評價良好以上的達到82.5%，說明其占有絕對優勢，這是因為建筑施工采用BIM技術之后，通過數碼攝像方面的信息技術采集建筑施工現場的相關數據，可以實時控制施工的質量、安全、環境并確保文明施工。將BIM技術與互聯網+技術有機融合，可以實現遠距離傳輸現場數據，與傳統的數據傳輸方式相比，極大地提高了效率，確保了信息傳遞的準確性，采用BIM技術可以對建設項目進行柔性管理，因此建筑施工過程中需大力推廣應用BIM技術。

5 結語

BIM技術可以直觀地表達建筑物的施工過程，施工技術人員可以詳細地了解施工工序安排，在施工之前可進行碰撞檢測，查找問題所在，及時對施工方案做出修改和調整，以便降低返工率，縮短工期，節約成本。同時，BIM技術的應用，將管道、機電管線以及結構設計等轉化為數字化信息，有效提高施工管理水平，控制施工風險。因此，作為施工企業要將BIM技術運用到建筑施工案例中，提高企業自身對建筑工程項目的質量管理水平。

[1]石韻,劉軍生,韓大富,等.BIM技術在某超高層項目施工中的應用研究[J].土木建筑工程信息技術,2015,7(3):67-70.

[2]楊震卿,張紅,張莉莉,等.BIM技術在機電施工中的應用研究[J].建筑技術,2015,46(2):132-134.

[3]王楠楠,王慶春,王豐,等.施工BIM模型建立與應用過程關鍵技術[J].大連民族學院學報,2015,17(5):495-499.

[4]李立,高龔,楊震卿,等.BIM在施工階段工程管理的應用價值[J].建筑技術,2016,47(8):698-700.

[5]謝斌.BIM技術在房建工程施工中的研究及應用[D].成都:西南交通大學,2015.

[6]魏天云.應用模糊綜合評價法優選住宅供水方式[J].安陽工學院學報,2017,16(2):39-41,53.

[7]劉曉東,田林,高子鈺.BIM對建筑工程施工技術影響研究[J].哈爾濱理工大學學報,2015,20(3):117-120.

OptimizationDesignofConstructionBasedonBIMTechnology

WEI Tian-yun

(Department of Road Engineering, Fujian Chuanzheng Communications College,Fuzhou Fujian 350007,China)

Through BIM (Building Information Model) technology, information data among the construction profession can be shared. The construction model was created directly using the BIM technology by the construction unit. The digital construction and virtual construction process with a strong intuitive and comprehensive were achieved. The problems can be found in advance and measures were taken to ensure the quality of construction and improve construction efficiency. The application and implementation process of BIM technology in construction were introduced. The effect of the implementation of BIM technology has been analyzed by the fuzzy comprehensive evaluation method, it shows that the safety rate and quality defects rate of the construction have been significantly improved by the BIM technology. Therefore, the application of BIM technology must be vigorously promoted in the construction enterprises.

BIM technology; the construction mode; virtual construction; fuzzy comprehensive evaluation method

TU712.1

A

2095-7602(2017)12-0089-04

2017-06-20

福建省教育廳科技項目“建筑室內排水系統的優化研究”(JB12356)；福建省教育廳科技項目“建筑生活給水系統能耗分析與節能優化研究”(JA15655)。

魏天云(1979- )，女，副教授，高級工程師，碩士，從事市政工程與給排水技術研究。