基于BIM技術(shù)的建筑工程施工可視化應(yīng)用研究

李曉夢(mèng) 張慧婕 婁虎威

摘 要：近年來，建筑信息模型在我國的發(fā)展不斷深入，被廣泛應(yīng)用于工程建筑業(yè)。本文首先對(duì)建筑信息模型進(jìn)行簡(jiǎn)要分析，然后以某幼兒園工程為例，從三維建筑信息模型創(chuàng)建、網(wǎng)絡(luò)進(jìn)度計(jì)劃編制、施工現(xiàn)場(chǎng)布置、施工模擬四個(gè)方面分析BIM在建筑工程施工中的可視化應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：建筑信息模型;進(jìn)度計(jì)劃;施工模擬

中圖分類號(hào)：TU17文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1003-5168（2021）01-0086-03

Abstract： In recent years， with the development of building information model in China， it is widely used in engineering construction industry. This paper first briefly analyzed the building information model， and then took a kindergarten project as an example to analyze the visual application of BIM in construction from four aspects： the creation of 3D building information model， the preparation of network schedule， the layout of construction site， and the construction simulation.

Keywords： building information modeling;schedule;construction simulation

在我國經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展和城市化進(jìn)程不斷推進(jìn)的背景下，建筑工程設(shè)計(jì)與施工過程中對(duì)工期、質(zhì)量和技術(shù)的要求也越來越高。施工過程是將建筑圖紙轉(zhuǎn)變?yōu)楣こ虒?shí)體的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，直接影響建筑產(chǎn)品的好壞[1-3]。在傳統(tǒng)建筑工程施工過程中，施工項(xiàng)目管理者憑借經(jīng)驗(yàn)，并借助二維施工圖紙描述的工程信息，對(duì)施工項(xiàng)目進(jìn)行具體工作分解，并以此指導(dǎo)工程實(shí)際施工。由于這種模式存在先天性的缺陷，導(dǎo)致工程施工過程中存在返工、延期、質(zhì)量不高、效益低下等問題。

建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）作為一項(xiàng)嶄新的數(shù)字化手段，正在引動(dòng)工程建設(shè)各領(lǐng)域的變革。我國建筑業(yè)中信息化技術(shù)覆蓋率遠(yuǎn)低于發(fā)達(dá)國家，如何將信息化技術(shù)廣泛并有效地應(yīng)用在整個(gè)建筑行業(yè)，科學(xué)合理地利用信息化技術(shù)促進(jìn)建筑施工的良性發(fā)展，已經(jīng)成為建筑行業(yè)發(fā)展過程中需要解決的重要問題。

1 BIM技術(shù)概述

建筑信息模型（BIM）是以建筑工程項(xiàng)目的各項(xiàng)相關(guān)信息數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)而建立的建筑模型。通過數(shù)字信息仿真，模擬建筑物所具有的真實(shí)信息[4]。CAD繪圖軟件的出現(xiàn)是建筑信息化領(lǐng)域的第一次革命，結(jié)束了手繪圖紙時(shí)代;BIM技術(shù)的出現(xiàn)，拉開了建筑信息化領(lǐng)域的第二次革命，建筑信息化技術(shù)從CAD二維時(shí)代邁入BIM三維時(shí)代。BIM技術(shù)是目前建筑工程領(lǐng)域大力推廣的一項(xiàng)新技術(shù)，是未來計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢(shì)。

BIM是以三維數(shù)字技術(shù)為基礎(chǔ)，集成了建筑工程項(xiàng)目各種相關(guān)信息的工程數(shù)據(jù)模型，是對(duì)工程項(xiàng)目設(shè)施實(shí)體與功能特性的數(shù)字化表達(dá)[5]。BIM技術(shù)具有參數(shù)化、信息化、協(xié)同化、仿真化的特點(diǎn)。BIM技術(shù)在建筑工程可視化的應(yīng)用過程中，通過計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)建筑施工的全過程進(jìn)行三維參數(shù)化的虛擬建造與分析，有利于提高對(duì)建筑施工過程的事前預(yù)測(cè)和事中動(dòng)態(tài)管理，為改進(jìn)和優(yōu)化施工組織設(shè)計(jì)提供決策依據(jù)，為提升建筑行業(yè)的整體效益提供支撐。

2 基于BIM技術(shù)的建筑工程施工可視化應(yīng)用

本文結(jié)合某幼兒園工程，從三維建筑信息模型創(chuàng)建、網(wǎng)絡(luò)進(jìn)度計(jì)劃編制、施工現(xiàn)場(chǎng)布置、施工模擬四個(gè)方面分析BIM在建筑工程施工中的可視化應(yīng)用。在應(yīng)用過程中，以三維數(shù)字技術(shù)和工程軟件作為BIM實(shí)施的技術(shù)支撐。

2.1 項(xiàng)目概況

某幼兒園項(xiàng)目位于鄭州市長(zhǎng)青路南、鄭新大道西，總建筑面積3 929.58 m2，基底面積1 387.77 m2，結(jié)構(gòu)形式為框架結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)為天然地基+獨(dú)立基礎(chǔ)/柱下條形基礎(chǔ)。層高3.9 m（音體活動(dòng)室4.8 m），建筑高度為12.6 m，地上3層，抗震設(shè)防烈度為7度，安全等級(jí)為一級(jí)，結(jié)構(gòu)抗震等級(jí)二級(jí)，設(shè)計(jì)合理使用年限50年，室內(nèi)外高差300 mm。

2.2 基于BIM技術(shù)的工程項(xiàng)目三維建筑信息模型創(chuàng)建

2.2.1 基于Revit的工程項(xiàng)目建筑結(jié)構(gòu)三維信息模型創(chuàng)建。Revit軟件是目前國內(nèi)主流的BIM軟件之一。三維建筑信息模型是后續(xù)工程項(xiàng)目三維可視化應(yīng)用的基礎(chǔ)，為施工過程可視化應(yīng)用提供了原始模型。根據(jù)已有工程項(xiàng)目建筑與結(jié)構(gòu)施工圖，利用Revit軟件，進(jìn)行軸網(wǎng)、標(biāo)高、梁、板、柱、外墻、內(nèi)墻、門窗、樓梯、臺(tái)階等構(gòu)件的創(chuàng)建以及族的創(chuàng)建，最終完成的某幼兒園三維建筑與結(jié)構(gòu)模型見圖1與圖2。

2.2.2 基于MagiCAD的工程項(xiàng)目安裝工程三維信息模型創(chuàng)建。在MagiCAD中新建安裝項(xiàng)目樣板文件，利用項(xiàng)目給排水、暖通、消防、電氣等專業(yè)的施工圖紙，依次進(jìn)行管道建模、設(shè)備布置、附件連接等操作。在進(jìn)行管線繪制時(shí)，始終堅(jiān)持管線排布的基本原則，充分利用可用空間，對(duì)各類管線進(jìn)行綜合協(xié)調(diào)，完成工程項(xiàng)目給排水、消防、暖通、噴淋等系統(tǒng)模型的創(chuàng)建，最終創(chuàng)建完成的安裝工程模型如圖3所示。

2.2.3 基于Lumion的工程項(xiàng)目三維效果圖創(chuàng)建。Lumion作為一款實(shí)時(shí)的3D可視化軟件工具，可用于建筑、規(guī)劃設(shè)計(jì)、園林設(shè)計(jì)等領(lǐng)域，能夠快速高效地提供優(yōu)秀的三維虛擬現(xiàn)實(shí)圖像與現(xiàn)場(chǎng)演示視頻。利用Lumion對(duì)工程項(xiàng)目三維建筑信息模型進(jìn)行渲染與漫游動(dòng)畫制作，可以直觀真實(shí)地通過虛擬現(xiàn)實(shí)的方式展現(xiàn)工程項(xiàng)目建設(shè)完成的效果，渲染完成的某幼兒園工程效果圖見圖4。

2.3 基于Microsoft Project的施工網(wǎng)絡(luò)進(jìn)度計(jì)劃編制

Microsoft Project是一款功能強(qiáng)大且使用靈活的項(xiàng)目管理工具，對(duì)于簡(jiǎn)單或者復(fù)雜的項(xiàng)目均適用，能幫助用戶高效安排和追蹤所有工作任務(wù)。Microsoft Project的三大核心功能是進(jìn)度管理、資源管理與成本管理，適用于工程、建筑、制造業(yè)、軟件、房地產(chǎn)、汽車等各種行業(yè)。在利用Microsoft Project編制網(wǎng)絡(luò)進(jìn)度計(jì)劃時(shí)，按照工程項(xiàng)目工序劃分、任務(wù)名稱確定、工作時(shí)間設(shè)定、開始和結(jié)束工作時(shí)間設(shè)定、工期確定、任務(wù)之間關(guān)系調(diào)整、項(xiàng)目計(jì)劃優(yōu)化的操作順序進(jìn)行編制，最終完成實(shí)際工程項(xiàng)目的施工網(wǎng)絡(luò)進(jìn)度計(jì)劃編制。

2.4 基于BIM技術(shù)的施工現(xiàn)場(chǎng)三維場(chǎng)地布置

施工場(chǎng)地布置是工程項(xiàng)目施工前重要的準(zhǔn)備工作之一。施工現(xiàn)場(chǎng)布置圖是安排與布置施工場(chǎng)地的依據(jù)，是保障施工現(xiàn)場(chǎng)有組織、有計(jì)劃、按順序進(jìn)行施工的重要條件，也是保證施工現(xiàn)場(chǎng)文明施工的重要保證。通過三維施工場(chǎng)地布置，可以直觀、真實(shí)地展示施工現(xiàn)場(chǎng)材料堆放、起重機(jī)械布置、場(chǎng)地道路布置等情況，并能結(jié)合動(dòng)畫動(dòng)態(tài)展示施工場(chǎng)地布置情況，有效避免了目前傳統(tǒng)二維靜態(tài)平面施工布置圖存在的視覺枯燥抽象、圖紙線條繁多、缺乏動(dòng)態(tài)演示、易產(chǎn)生資源浪費(fèi)等問題。

2.5 基于BIM技術(shù)的工程項(xiàng)目施工可視化綜合運(yùn)用

Autodesk Navisworks是一款綜合性的項(xiàng)目審閱解決方案軟件，支持施工模擬、協(xié)調(diào)、分析及設(shè)計(jì)交流等操作，擁有可升級(jí)的、靈活的和可設(shè)計(jì)編程的用戶界面，支持dwg、3ds、nwc、fbx、dwf、ifc等多種數(shù)據(jù)格式的導(dǎo)入，可以將建筑工程多領(lǐng)域的相關(guān)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)集成整合到一個(gè)統(tǒng)一的項(xiàng)目模型中，從而滿足項(xiàng)目審查、沖突管理、碰撞檢測(cè)、施工模擬、漫游動(dòng)畫等的使用。同時(shí)，其還能幫助設(shè)計(jì)和施工專家在工程項(xiàng)目施工之前預(yù)測(cè)和避免潛在的施工沖突、組織不協(xié)調(diào)等問題，顯著提高工作效率，減少施工返工，從而節(jié)省成本、縮短工期。

將利用Revit創(chuàng)建的建筑結(jié)構(gòu)模型、利用MagiCAD創(chuàng)建的安裝工程模型進(jìn)行模型整合，以fbx格式導(dǎo)入Autodesk Navisworks，進(jìn)行多專業(yè)碰撞檢測(cè)與漫游，提前進(jìn)行沖突管理與碰撞優(yōu)化，避免在施工過程中出現(xiàn)返工與資源浪費(fèi)，然后鏈接編制的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)度計(jì)劃，對(duì)建筑工程的施工過程進(jìn)行施工模擬，可以直觀形象地查看具體施工過程，在施工前預(yù)判施工組織的合理與否，可以反復(fù)優(yōu)化調(diào)整直至達(dá)到最優(yōu)施工組織，某幼兒園的施工模擬過程展示見圖5。

3 結(jié)語

本文以BIM技術(shù)的發(fā)展為背景，以建筑信息模型創(chuàng)建、網(wǎng)絡(luò)進(jìn)度計(jì)劃編制、施工模擬為主線進(jìn)行了建筑工程施工可視化應(yīng)用研究，利用Revit軟件進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)三維模型創(chuàng)建，利用MagiCAD進(jìn)行安裝工程三維模型創(chuàng)建，采用Microsoft Projectt編制網(wǎng)絡(luò)進(jìn)度計(jì)劃，進(jìn)行施工現(xiàn)場(chǎng)三維場(chǎng)地布置，將創(chuàng)建的建筑結(jié)構(gòu)模型、安裝工程模型整合到Autodesk Navisworks中進(jìn)行集成運(yùn)用，加載編制完成的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)度計(jì)劃，進(jìn)行實(shí)際工程項(xiàng)目施工模擬，提前判斷施工的合理與否，并進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整。這能夠科學(xué)合理地組織施工過程，減少返工，避免浪費(fèi)，節(jié)省工期與成本。

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