虛擬化結合BIM技術在建筑工程施工管理中的應用

張 臣

(中國葛洲壩集團第二工程有限公司,四川 成都 610091)

1 定 義

建筑信息模型(Building Information Modeling，BIM)技術是利用計算機軟硬件技術，通過建筑信息模型的創建和使用，實現建筑信息有效傳遞和共享的技術，它同時也是建筑開發、建筑設計、建筑施工及建筑運維基于建筑信息模型(BIM)的過程和方法，并且貫穿與建筑的全生命周期。

BIM技術的應用，可極大的發揮其可視化、虛擬化、協同管理、成本和進度控制等優勢，將有效提升工程決策、規劃、設計、施工和運營的管理水平，減少返工浪費,縮短工期，提高工程質量和投資效益。

虛擬化(Virtualization)是一種資源管理技術，是將計算機的各種實體資源，打破實體結構間的不可切割的障礙。這些資源的虛擬部份是不受現有資源的架設方式，地域或物理組態所限制。

在實際應用環境中，虛擬化技術主要用來解決高性能的物理硬件產能過剩和老的舊的硬件產能過低的重組重用，透明化底層物理硬件，從而最大化的利用物理硬件。

虛擬化主要分為：硬件虛擬化、虛擬機、虛擬內存、虛擬存儲、網絡虛擬化、桌面虛擬化、數據庫虛擬化等。

2 BIM技術應用背景及現狀

隨著計算機、網絡、云計算技術不斷提高的今天，現行的建筑工程在規劃、設計、施工乃至運維階段，已大量使用信息化工具輔助手段，隨著項目的規模不斷的擴大、復雜程度的不斷增加，使用傳統二維圖紙的方式已不能完全滿足多專業協同高效工作的需要，從而造成很多的問題和漏洞，BIM技術的應用，可以提供3D的可視化模型，4D的進度模擬、5D的成本管理等，使建筑立體化，虛擬的預建造能夠更精確、更細致，能夠在施工前直觀的發現并解決存在的空間上的問題，同時更加節約成本。

BIM技術最早起源于美國，以Autodesk Revit為代表的三維建筑信息模型軟件在國內設計單位已逐步普及，大中型設計企業基本上組建了專業的BIM團隊，具有一定的BIN實施經驗，作為施工單位也在積極探索使用BIM技術，對BIM的認知度也在不斷的提升，很多大型施工企業也有很多的成功案例。

葛洲壩二公司一直關注著BIM技術的發展和應用，并且已經對BIM的實施進行了初步的探索，也取得了一定的成績。在當前BIM發展如火如荼的形勢下，為了緊跟BIM技術發展大潮，保持葛二公司的技術先進性，拓展新業務領域，樹立在行業中的影響力，公司統一思路，明確BIM發展戰略和路線，為公司今后的BIM應用和推廣工作奠定基礎。

3 建筑施工階段的BIM應用

3.1 虛擬化桌面平臺的應用

傳統方式進行BIM模型設計和建設過程中，BIM工作對硬件性能要求較高，每用戶需配置一臺高性能工作站，圖形工作站不僅價格昂貴，硬件資源固化，在資源空閑時無法復用，資源利用率低，從而無法讓硬件的穩定快速持續地為BIM工作提供服務。傳統模式下的硬件資源配置固化，在持續的BIM設計工作過程中無法使用動態調配的方式滿足不同用戶的需求。

利用虛擬化技術有效的解決了傳統高性能圖形工作站在BIM建模、模型維護及模型應用等方面的維護成本高、利用率低、能耗高、成本高、數據安全性低等問題。利用虛擬化技術結合BIM云組件主要實現了桌面虛擬化、服務器虛擬化、存儲虛擬化、BIM云平臺自助管理、企業統一標準族庫、企業級BIM應用知識庫，優勢體現在以下幾個方面：

(1)靈活的可擴展性。利用高性能圖形顯卡以及高速SSD卡配置的一體化服務器，可實現高可靠性和低成本的小規模使用，同時可支持縱向擴展內存、顯卡、SSD；橫向擴展進行多臺一體化服務器的堆疊使用，可輕松進行平滑擴容，以滿足企業業務的擴大和使用人員的擴展。

(2)維護自動管控，減少維護成本。傳統的工作站分布在公司總部及各個項目部，且故障率高，出現問題運維量和運維時間較長，且難度較大，遇到硬件問題將直接造成單臺工作站無法使用。使用虛擬化桌面，資源自動管控，維護方面，可快速在后臺進行虛擬機的配置和發布，所有虛擬機統一管理，只需一個管理維護人員即可管理上千臺虛擬的使用，減少運維成本，提高運維效率。

(3)數據安全可靠。在傳統桌面環境下，用戶數據都保存在本地PC，數據安全性較低，虛擬化桌面應用使終端與數據分離，本地終端只是顯示設備無本地存儲，所有的桌面數據均集中保存在企業數據中心，可方便的進行集中的數據備份和恢復，保障數據安全。

(4)便捷性。不同與傳統的工作站無法移動，工作站在哪兒，人就要到哪兒去使用，虛擬化桌面可以在任何時間、任何地點，高效的訪問個人桌面，不僅和遠程登錄虛擬桌面，同時也可以使用筆記本、IPAD、手機等進行無縫的遠程辦公，由于數據和桌面都集中運行和保存在數據中心，用戶可不中斷應用運行，進行辦公地點的切換。

(5)資源的彈性調度。傳統的工作站在進行日常使用的時候利用率非常低，只有在進行建模或者渲染的時候才能發揮性能，由于虛擬化的特點，資源的集中共享，提高了資源利用率，可以對硬件資源進行集中管控和彈性調度，在日常使用中可以調整降低各虛擬機的性能已提供更多的用戶使用，當需要使用高性能虛擬機進行作業時可集中調度資源以提高部分虛擬機性能以滿足使用需要。

(6)多用戶協同。在建模過程中需要多專業的協同作業，傳統模式下各用戶都在自己PC上進行工作，然后再數據拷貝到一起進行整合，在虛擬化桌面應用環境下，所有用戶均使用統一資源池，數據統一管理，無需進行拷貝或進行網絡傳輸就可以直接看到各專業口的模型搭建情況，及時溝通，避免不必要的重復工作。

虛擬化技術與BIM技術的結合應用，充分體現了虛擬化技術的優越性，更有利于在企業的發展過程中，創造和積累各種知識，使BIM相關的資料進行集中管理并對這些知識進行企業級的收集、分類、沉淀、授權、分享、學習和持續創新，為助推公司BIM技術應用降低了推廣難度，提供安全運行的可靠保障平臺。

3.2 BIM模型應用及信息平臺建設

在建筑施工階段，BIM應用的主要目標有: 發現施工建筑、結構、機電各專業圖紙設計之間的沖突問題，完成各專業綜合優化工作，減少返工。實現基于BIM模型的施工資料的結構化管理。建立BIM實施團隊，培養BIM人才。

改善建筑施工工作中的信息交流和傳遞方式，提高建筑施工的效率、分析制訂合理靈活的施工組織方案，節約建筑施工過程中的材料、資源和時間，解決復雜建筑空間和部位的施工問題，精細化的工程采購、庫存、人力和成本管理等。

3.2.1 模型準備

模型準備階段，建立預算BIM模型，分專業進行模型的整合，此期間形成各專業建模報告及模型整合報告；圖紙問題梳理，發現圖紙未標注或矛盾點，發現不規范圖紙部分，形成圖紙問題報告同時對模型按照報告內容進行修正。

3.2.2 模型的渲染

交互式三維投標，對模型進行三維渲染。依據施工計劃，形象地展示場地和大型設備的布置情況，復雜節點的施工方案，施工順序的選擇，與項目進度計劃進行匹配形成4D的模擬。附加材料等工程屬性，統計投標工程量，初步校驗投標設計圖紙。在后期的施工應用中實現計劃和實際雙緯度時間數據比對。建好的BIM模型可以作為二次渲染開發的模型基礎，大大提高了三維渲染效果的精度與效率，能給業主更為直觀的項目介紹，提高公司形象也是公司技術實力的展現，提升項目中標機會。

3.2.3 施工前期準備

施工前期準備包括施工場地虛擬環境構建以及輔助設施、設備選型等，為進場安排施工進度計劃提供數據支持；BIM模型維護，主要在設計變更、設計優化及方案優化方面能夠準確直觀的進行模擬和成本分析，檢查設計錯誤，減少因設計原因產生變更的影響。

3.2.4 進行三維施工交底

進行三維施工交底，對關鍵施工設施和工藝進行BIM虛擬模擬驗證，通過移動終端虛擬化桌面進行現場交底；核實施工段的工程量以及資源配置合理性(人力、材料、設備等與計劃成本的對比)；利用模型的精確算量以保障結算的準確性，提升公司精細化管理。

3.2.5 快速算量 大幅提升精度

BIM數據庫的創建，通過建立6D關聯數據庫，可以準確快速計算工程量，提升施工預算的精度與效率。由于BIM數據庫的數據粒度達到構件級，可以快速提供支撐項目各條線管理所需的數據信息，有效提升施工管理效率。通過BIM模型提取材料用料，設備統計，管控造價，預測成本造價，從而為施工單位項目投標及施工過程中的造價控制提供合理的依據。

3.2.6 精確計劃 減少浪費

施工企業精細化管理很難實現的根本原因在于海量的工程數據無法快速準確獲取以支持資源計劃，致使經驗主義盛行。而BIM的出現可以讓相關管理人員快速準確地獲得工程基礎數據，為施工企業制定精確人材計劃提供有效支撐，大大減少了資源、物流和倉儲環節的浪費，為實現限額領料、消耗控制提供技術支撐。

3.2.7 虛擬施工 有效協同

三維可視化功能再加上時間維度，可以進行虛擬施工。隨時隨地直觀快速地將施工計劃與實際進展進行對比，同時進行有效協同，施工方、監理方、甚至非工程行業出身的業主領導都對工程項目的各種問題和情況了如指掌。這樣通過BIM技術結合施工方案、施工模擬和現場視頻監測。大大減少建筑質量問題、安全問題，減少返工和整改。

3.2.8 碰撞檢查 減少返工

BIM最直觀的特點在于三維可視化，利用BIM的三維技術在前期可以進行碰撞檢查，優化工程設計，減少在建筑施工階段可能存在的錯誤損失和返工的可能性，而且優化凈空，優化管線排布方案。施工人員可以利用碰撞優化后的三維管線方案，進行施工交底、施工模擬，提高施工質量，同時也提高了與業主溝通的能力。

3.2.9 建立信息化數據平臺

建立統一的信息化數據平臺，對BIM模型數據及項目施工數據進行有效的整合和管理，以確保BIM模型數據的完整性和統一性，將BIM模型數據應用到現場管理的各個方面，對工程的進度、成本、安全、質量等進行可視化管理。

4 施工企業BIM技術應用風險

由于我國BIM技術的應用起步較晚，全面應用BIM技術的大型項目較少，應用標準化不夠。雖然眾多建筑企業己意識到BIM的作用并開展了對BIM技術的積極探索應用，但由于認識不足、管理經驗欠缺，仍面臨不少難題和風險。

4.1 傳統管理模式變革風險

將傳統的項目管理變革為以BIM模型為核心，模型數據為支撐，模型管理平臺為依托，全面覆蓋項目管理的模式。模型中的各個族信息所對應的復雜的依存管理更加的規范化和透明化，不得不改變傳統的方式，將改變傳統的進度、成本、安全、質量、竣工等諸多管理模式。

4.2 規范及數據統一性風險

由于BIM的應用目前標準及應用指南還尚不完善，部分行業出臺了實施指南，部分大型企業自己探索出了一套適合自己企業發展應用的BIM標準，但整個BIM的應用過程中充滿了個性化和不確定，對于我們公司這種跨領域較多的企業，使用一套標準和指南是無法完全適應所有領域的項目管理的，不同領域的細分差異，影響了在BIM不同的應用階段的模型數據交付也存在著很大的差異。

從業主、設計到施工對模型的信息共享度太低，通常情況下，施工方并未從設計方得到BIM模型，而是拿到傳統資料自己建立模型。三維建模過程耗時耗力，對于施工單位新成立的BIM小組或BIM中心來說需要更多時間熟悉軟件進行操作。即使是工程變更也需經過設計師二維圖紙修改簽字后，再進行BIM三維聯動修改，在設計方和施工方的溝通環節上并不能真正提高協作效率，造成BIM信息孤島。

4.3 模型數據不完整 整合不統一

BIM技術的應用需要很多的底層軟件協同配合完成，軟件之間的平臺不統一，沒有規范化的平臺，針對不同的項目不同的應用需求進行個性化的建設，應用范圍較小，無法實現復制應用，跨平臺的使用也是對模型進行輕量化的過程，移動端的模型查看不同的軟件有不同的做法，造成了數據的斷流或者數據流的不通暢，甚至在輕量化的過程中造成數據丟失。

從設計階段的模型建設到施工階段的模型應用，還存在一定的差距，主要為模型建立的標準不統一、平臺不統一、深度不統一，及時設計階段直接提供了BIM模型給施工單位，施工單位同樣需要在模型進行大量的深度優化才能使用，造成了時間和人力的重復投資。

4.4 對BIM應用的認識及實現目標不明確

目前國內已有大的軟件廠家將BIM的常規應用點整合到了平臺化的應用層面，但對于不同企業的管理花差異任然存在不適應，需要量身定制和修改，因此落地也非常困難，加之很多企業對于BIM的理解和認知度不高且實施BIM的投入較大，認為BIM只要肯投入選擇好軟件去應用可以了，從而造成了很多BIM項目僅僅只能在某個具體的項目上依靠外力實施而無法全面應用。

4.5 企業BIM人才培養及流失風險

目前，既懂BIM技術又有施工管理經驗的復合型人才缺乏，企業BIM團隊整體素質有待提高。BIM技術在中國興起時間不過幾年，鮮有學校開設相關BIM技術教育課程，能直接運用BIM技術進行三維建模等應用的人才不多。

施工企業通常做法是成立BIM中心，再從各個部門或子公司抽調人員進行BIM技術三維建模培訓。然而經驗豐富的老員工習慣用傳統方式工作，并不愿意花費時間和精力去學習新技術。進行BIM技術培訓的基本條件是剛工作不久的年輕員工，由于缺乏足夠的施工管理經驗，并不具備制訂施工方案的能力，故在實際操作中BIM中心只能單純作為三維建模、三維模擬，并不能直接與項目部進行定奪施工方案的有效溝通，且對于非復雜節點的方案進行B IM技術模擬意義不大。

施工企業里人員流動頻繁，而BIM中心需要各專業有經驗的人才，如何配備及穩定人員成為企業建立完善BIM中心函需解決的問題之一。

4.6 企業收益回報風險

BIM技術的推廣在初始期內投資大，硬件設備成本高，此外還面臨著參加BIM技術培訓的員工原工作效率降低的風險。有些項目即使承包給相關BIM技術咨詢公司進行三維建模，費用亦不少。同時，BIM技術的應用推廣是個長期的過程，需要較長投資回收期，投資收益率可能較低，不易量化，甚至也無明確保障。因此，BIM技術應用的短期應用價值不高，容易導致施工企業高層管理者缺乏持續投入下去的信心和動力。

5 降低施工企業BIM技術應用風險的應對措施

5.1 確定企業BIM技術應用發展規劃及資源保障體系

目標明確、思路清晰是企業BIM技術應用的基礎，資源保障才能持續有效的進行BIM技術應用和完善。

5.2 完善人力資源建設

與當年CAD普及相比，BIM技術的推廣阻力不小。因為BIM技術不僅僅是一套軟件和工具，其核心價值的實現需要不同專業進行團隊協作。但BIM人員配置還需進一步完善，傳統建筑、結構、水電、暖通等基層設計人員是BIM團隊的中堅力量，還需要具有豐富經驗的企業資深管理人員和技術人員的牽頭和指導。因此，應完善BIM中心相關制度和保障機制，豐富人才發展渠道，強化激勵政策，吸引更多技術和管理人員參與BIM技術理論知識的學習和軟件應用培訓。

5.3 擴展和做實BIM技術應用點

施工企業對BIM技術的應用不應局限于二維出圖、三維翻模的純設計展示。需加大軟件投入，擴展BIM技術平臺軟件接口，在材料管理、機械設備管理、成本管理和運維管理等方面擴展

BIM應用點，使管理水平精細化，為施工和后階段運維提供更完整有效的信息數據支持，建立統一管理平臺，達到數據的統一，協同的統一，模型的統一。

5.4 打造項目型BIM團隊

企業應結合自身特點尋找合適的發展路線，制定不同時期的任務規劃，打造企業的項目型BIM團隊。項目型BIM團隊并不只建立三維模型，而是立足于實際項目，使中層項目管理者和基層技術人員廣泛接觸BIM技術，利用BIM技術完成項目各階段工程任務。以項目帶動BIM技術的推廣，以實踐效益帶動更多的項目參與到BIM技術的應用和開發中來。

5.5 建立企業《施工BIM技術應用標準》

統一企業BIM技術標準，并推廣和指導施工。規范企業管理避免重復工作，提高BIM技術應用的規范性與合理性。

6 結 語

BIM是信息高速發展時代的產物，BIM應用理念如今受到越來越多的重視。項目級的BIM應用層出不窮，而企業級的BIM應用及管理模式還需進一步探索，在實施過程中依然面臨諸多困難和挑戰，使得建筑施工企業還未能很好的應用。隨著BIM技術的不斷完善和人們對BIM管理研究的不斷加深，BIM 技術也必將得到廣泛應用，最終實現施工全過程信息化、集成化、可視化和智能化的動態管理。