BIM技術在建筑工程施工領域應用探索

刁鐵城

摘 ? ?要：BIM的含義為“建筑工程信息模型”，在建設項目的應用中得到初步應用，并嶄露頭角。本文從BIM的定義及應用機制、建設項目中如何應用BIM（三大理念和四大工具）、BIM在建筑工程施工中的技術應用探索、BIM應用存在的制約因素及BIM發(fā)展展望等五方面，概括地介紹了BIM的應用場景，對應用、存在的問題及未來的發(fā)展提出了自己的建議和思考。

關鍵詞：BIM ?建筑信息模型 建筑工程

1 ?BIM定義及應用機制

1.1 ?BIM是什么

BIM是英文Building Information Modeling的縮寫，中文最常見的叫法是“建筑信息模型”。美國國家BIM標準對BIM的定義為：“BIM是一個共享的知識資源，是一個分享有關這個設施的信息，為該設施從概念到拆除的全生命周期中的所有決策提供可靠依據(jù)的過程;在項目不同階段，不同利益相關方通過在BIM中插入、提取、更新和修改信息，以提供和反映其各自職責的協(xié)同作業(yè)”。

1.2 ?BIM的運行機制是什么

在國內(nèi)，很多人把BIM視為“三維模型”，其最大的功能是“可視化”。但 “可視化”是BIM其中的一項功能，并不是全部功能，甚至不是最主要的功能。那么BIM到底是什么？BIM本質(zhì)上是一個機制：把數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為信息，從而獲得知識，讓我們智慧的行動。BIM最大的價值是“標準化的數(shù)據(jù)準確無衰減地在項目實施過程中的傳輸”，所以“I”（信息）的價值要大于“M”的價值，盡管“模型”是現(xiàn)階段BIM的主要表達方式。

1.3 ?在建設項目中，BIM能發(fā)揮什么價值

建設項目中，由于其“復雜性、體量大”，參與方眾多、合同關系眾多，利益糾葛復雜。建設項目的效率偏低，超預算經(jīng)常發(fā)生。Rex Mliler在2009年出版的名為“商業(yè)房地產(chǎn)革命”的專著找中列舉一組數(shù)據(jù)：現(xiàn)有模式生產(chǎn)的建筑成本差不多是應該花費的兩倍。72%的項目超預算。70%的項目超工期。75%的不能按時完工的項目至少超出初始合同50%。

而造成這一起的根本原因就是“信息的有障礙傳輸”：參建各方不能“及時、準確獲得完全相同的信息”，信息的延遲、失真，造成了設計失誤、決策延期等，最后進度延遲、預算失控。

在一個典型的BIM過程中，BIM模型將作為所有項目參與方不同建設活動之間進行溝通的方式，當BIM完全實施以后，將發(fā)揮如下價值：（1）提高設計成果的重復利用（減少重復設計）;（2）改善信息轉(zhuǎn)化的速度和精度;（3）避免數(shù)據(jù)互用不適當?shù)某杀?（4）實現(xiàn)設計、成本預算、提交成果檢查和施工的自動化。

2 ?建設項目中如何應用BIM？

2.1 ?BIM應用的“三大理念”和“四大工具”

2.1.1 ?三大理念

任何技術和管理工具的應用，都應該立足于解決工作中的實際問題，同樣，BIM也不應該成為建設工程中的旁觀者，而應該成為深度的參與者。所以，BIM在實際應用中應秉承三大理念。

（1）重信息、輕模型。BIM最大的意義是“I”，而不是“M”，盡管“M”也很重要，“M”是“I”的具體化、形象化，但沒有信息的三維模型并不是BIM。

（2）BIM不是個人的玩具，而要成為每個人的工具。如果廣大建設管理人員、技術人員只能看，不能做，不能用，將不能發(fā)揮BIM的強大的分析功能。應該讓項目參建的各方、主要的技術人員都懂BIM，像CAD一樣成為工程人員的必備技能。

（3）要解決工作當中的痛點。這是BIM應用的出發(fā)點，初步的應用就要從目前工作中痛點入手，逐步推進、逐步解決。

2.1.2 ?四大工具

“四大工具”指BIM要做到“大”BIM、集成項目實施、基于信任的合同和客戶為中心的激勵、非現(xiàn)場制造。由于BIM目前仍處于起始階段，后三個工具距離落地實施還有相當?shù)木嚯x，目前我們只談第一個工具，即“大”BIM。成熟的BIM應能實現(xiàn)的功能：

（1）建模。（2）碰撞檢查/協(xié)調(diào)。（3）工作計劃和階段。（4）工程量統(tǒng)計和造價。（5）能量性能模擬。（6）非現(xiàn)場制造。（7）可持續(xù)性模擬。（8）生命周期管理。

2.2 ?BIM實施策略研究

2.2.1 ?BIM軟件

BIM技術的發(fā)展，離不開軟件的支持。由于建設項目設計不同應用方、不同專業(yè)、不同項目階段，需要各類軟件。按照軟件功能不同，大約可以分為十幾種。這里介紹幾類主要應用軟件。

（1）BIM核心建模軟件。它是處于整個BIM軟件群的中心位置，它負責創(chuàng)建BIM這種結(jié)構(gòu)化信息，提供BIM應用基礎。選擇可考慮如下原則：民用建筑用Autodesk Revit。工廠設計和基礎設施用Bentley。單專業(yè)選擇ArchiCAD、Revit 等。

（2）BIM機電分析軟件。水、電、暖等設備和分析軟件有鴻業(yè)、博超等。

（3）BIM可視化軟件。BIM模型可以導入到可視化軟件進行視覺效果分析，高度逼真的渲染及特殊動畫效果，可以有效的進行方案論證和外部溝通。常見的軟件如3D Max、廣聯(lián)達。

（4）BIM深化設計軟件。雖然BIM核心建模軟件本身有一定的深化設計功能，但在很多專業(yè)領域都會有專業(yè)的深化設計軟件。比如在鋼結(jié)構(gòu)領域，Xsteel就是最有影響力的深化設計軟件，可以進行鋼結(jié)構(gòu)加工、安裝的詳細設計。

（5）BIM模型綜合碰撞檢查軟件。不同專業(yè)使用各自的BIM核心建模軟件建立自己專業(yè)相關的BIM模型，然后在綜合碰撞軟件中集成，形成整個項目的設計、分析、模擬。常見的軟件如Autodesk Navisworks 等。

（6）BIM造價管理軟件。造價管理軟件利用BIM模型提供的信息進行工程量統(tǒng)計和造價分析，由于BIM模型結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)支持，造價管理軟件可以根據(jù)工程施工計劃動態(tài)提供造價管理需要的數(shù)據(jù)。國內(nèi)的BIM造價軟有：廣聯(lián)達、魯班等。

除了以上6類BIM軟件，還有BIM方案設計軟件、和BIM接口的幾何造型軟件、BIM可持續(xù)分析軟件、BIM結(jié)構(gòu)分析軟件、BIM模型檢查軟件、BIM運營管理軟件、BIM發(fā)布審核軟件等不同的類型，可以根據(jù)不同參加方的需求進行選擇。

2.2.2 ?BIM應用團隊

對于BIM團隊，要進行頂端設計，利用BIM技術代替?zhèn)鹘y(tǒng)工作，用BIM作為各協(xié)作方之間的工作語言和流程。在工作強度上做減法，在工作效率上做乘法。尤其是要避免的是，原來的業(yè)務團隊仍然是傳統(tǒng)的工作語言，在此之外，又增加了一個BIM人員。

3 ?建筑工程施工領域應用探索

在建設項目的建設工程中，以建筑工程的施工階段的BIM應用相對較早，積累了初步的經(jīng)驗。目前已經(jīng)應用相對成熟或進入探索使用的主要方向有。

3.1 ?各專業(yè)基礎建模

建筑模型是建筑信息的載體，通過基礎建模將各專業(yè)圖紙所表達的構(gòu)件位置、材料屬性、幾何參數(shù)等信息集成到三維模型中，既可以生成三維信息模型，直觀展示設計意圖，也可通過模型檢查設計圖紙存在的設計沖突、數(shù)據(jù)缺失、信息錯誤等問題。

3.2 ?三維漫游

利用BIM軟件模擬建筑物的三維空間，通過漫游動畫的形式提供直觀視覺、空間感受，為各參建方提供交流溝通平臺，及時發(fā)現(xiàn)不易察覺的設計缺陷或問題，減少由于事先規(guī)劃不周而造成的損失，有利于設計與管理人員對設計方案進行輔助設計與方案評審，促進工程項目的規(guī)劃、設計、投標、報批與管理。

3.3 ?三維場地布置

依照施工場地的布設方案，對場地臨時設施、臨時用水、用電、道路進行模擬布置，形成直觀的三維現(xiàn)場布置，提高現(xiàn)場布置的合理性和科學性。

3.4 ?模板腳手架方案優(yōu)化

應用BIM模板腳手架設計軟件，實現(xiàn)對項目的自動拼模和腳手架搭設，提供最優(yōu)的模板、腳手架設計方案，可按樓層、結(jié)構(gòu)類別生成模板、鋼管、方木、扣件、托座等材料用量表，并生成詳細的力學計算書和節(jié)點詳圖，為材料統(tǒng)計、材料周轉(zhuǎn)、模板下料提供依據(jù)。

3.5 ?碰撞檢查

整合各專業(yè)模型，檢查施工圖設計階段的碰撞，生成碰撞報告，并可在模型中查看碰撞情況，便于及時合理地調(diào)整方案，避免各種管線布設與建筑、結(jié)構(gòu)與裝飾裝修空間沖突。BIM碰撞檢查功能有利于發(fā)現(xiàn)和定位不同專業(yè)之間或不同系統(tǒng)之間的沖突和錯誤，減少錯漏碰缺，避免工程頻繁變更等問題，是BIM技術在施工階段最為基礎與成熟的應用之一。

3.6 ?管線綜合優(yōu)化

利用搭建好的模型，將主管廊及設備間的水、電、暖、通風等各專業(yè)管線和設備進行綜合排布，優(yōu)化成果可用作指導現(xiàn)場施工，避免因返工造成的工期拖延和資金浪費，同時可以作為質(zhì)量檢查和工程量統(tǒng)計的依據(jù)。

3.7 ?工藝流程模擬

對項目中的關鍵工序、技術復雜節(jié)點等進行模擬，輸出工藝流程模擬動畫，并對施工管理人員及操作人員進行動畫交底，有效提高技術交底的質(zhì)量和效率。

3.8 ?施工方案模擬

在BIM模型的基礎上，結(jié)合現(xiàn)場的施工環(huán)境以及現(xiàn)場施工工藝流程，通過模型的立體剖切、動畫漫游及施工模擬等可視化手段，充分了解每步施工工藝流程、施工方法和順序，制定出高質(zhì)量的施工方案。

3.9 ?智能排磚

利用BIM技術一鍵排磚的技術能力，提前對砌筑墻體的排磚、構(gòu)造柱、灰縫等進行方案設計、優(yōu)化，精準統(tǒng)計材料用量，可提高殘磚、碎磚的利用率，節(jié)省材料轉(zhuǎn)運過程因多運、少運造成的時間、人工成本。

3.10 ?工程量統(tǒng)計

通過BIM技術對模型信息的匯總，可以實現(xiàn)對各專業(yè)、多維度（時間、空間、WBS）快速、準確的工程量統(tǒng)計，為材料采購、限額領料、勞動力入場計劃等提供參照，加強對項目動態(tài)管理和成本控制。廣聯(lián)達算量、計價軟件。

3.11 ?樣板工程

利用BIM虛擬可視功能，在充分吸收各參建方意見和建議的基礎上，制作樣板模型，提前展示樣板效果，提高樣板一次成功率，減少或取代實物樣板，加快施工進度，減少樣板工程投入。

3.12 ?5D施工進度模擬

在基礎模型的基礎上，將時間信息掛接到模型構(gòu)件上生成5D模型，進行5D動態(tài)施工模擬，編制出最優(yōu)施工進度計劃。在施工過程中，通過對比實際進度與計劃進度，及時發(fā)現(xiàn)進度偏差，提出進度預警，調(diào)整進度計劃，實現(xiàn)三維可視的進度管理。此項技術屬BIM技術深度應用之一。

4 ?目前BIM應用存在的制約因素

4.1 ?軟件性能和應用需求不匹配

軟件的開發(fā)深度不能滿足現(xiàn)實的需求，導致BIM的需求不能落地，無法產(chǎn)生有效的信息。

4.2 ?BIM人員的缺少

BIM應用的特點決定在工程開工前或前期，需要集中投入較多的BIM人員解決建模、碰撞查找、優(yōu)化、模板方案（因為要定尺采購）、腳手架等問題。如果工程開工前或前期不能解決，BIM的價值將極大的降低。BI將從“以模型到實體的預控”變?yōu)椤坝蓪嶓w到模型的匯報”，失去了BIM真正的意義。目前BIM人員儲備不足，也是造成BIM落地難的原因。

4.3 ?對于BIM認知的誤區(qū)

過于重視BIM的外在效果，而忽略它的核心價值——信息，重模型、輕信息的情況大有存在。

5 ?BIM發(fā)展展望

從BIM“及時、準確獲得完全相同的信息”的使命來看，目前的應用僅僅是冰山一角。未來BIM發(fā)展和應用的空間還有很大。為了其健康發(fā)展，未來的BIM之路應該堅持以下三點。

（1）加強BIM標準的制定，加強BIM核心軟件和功能軟件的標準化建設，要預留接口，便于數(shù)據(jù)的互聯(lián)互通。由于BIM的良好的應用前景，很多軟件開發(fā)商跑馬圈地，紛紛制定自己的BIM標準并互相設置壁壘，這些標準不統(tǒng)一，互相不能銜接，數(shù)據(jù)不能共享。往往每個軟件都要單獨建模，大大影響了BIM數(shù)據(jù)的應用效率。建立國家統(tǒng)一甚至世界統(tǒng)一的BIM標準顯得非常重要和緊迫。

（2）加強從設計方的正向設計直到到運營方的使用程序。目前的應用仍以施工方為主，往往只能起彌補和改良作用，對成本、工期影響最為關鍵的是設計階段。未來應從設計方進行正向設計，建模、碰撞、優(yōu)化均在設計階段完成，以成熟的BIM模型作為設計、建設、施工、運營的通用語言，便于成本控制、施工管理、運營管理。

（3）加快BIM人員的培養(yǎng)。目前來看BIM人員在整個技術人員中占比太低，大部分技術人員還沒有BIM概念或者不掌握BIM技能，距離CAD的普及程度相差甚遠。這大大限制了BIM的應用，未來必須加快BIM人員的培養(yǎng)，讓BIM概念和技能成為每個技術人員、管理人員的必備技能。

總之，BIM作為工程信息化的重要工具，未來和VR、AR、AI、3D打印、智慧建筑等一系列的技術，有非常好的合作空間，對于提升建筑工程、工業(yè)制造等具有非常重要的作用，有非常廣闊的前景，值得持續(xù)關注！

參考文獻：

[1] 何關培.BIM總論[M].中國建筑工業(yè)出版社，2011.

[2] 人力資源和社會保障部職業(yè)技能鑒定中心，工業(yè)和信息化部電子行業(yè)職業(yè)技能鑒定指導中心，北京綠色建筑產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟BIM技術研究與推廣應用委員會.BIM應用與項目管理[M].中國建筑工業(yè)出版社，2016.