BIM技術在建筑工程中的應用研究

李景梅 東營市墾利區住房和城鄉建設局

1 前言

BIM 技術，也稱為建筑信息模型，可以通過三維模型展示各個施工階段的工程信息，為制定施工方案打下堅實的基礎，減少設計誤差的情況，加強施工部門之間的溝通與合作，從而完成更加科學合理的施工效果。BIM技術所呈現的諸多優點，已廣泛運用在建筑項目施工中。在建筑項目工程中運用BIM 技術，進一步升級完善以往施工設計及施工管理方法，有效提升建筑項目工程施工的質量與效率，是現階段建筑項目工程行業研究的熱門課題。

2 BIM技術

建筑信息模型（BIM）以數據模型為信息集成體，以模型為核心體，表達和呈現建設項目中的各種數據信息，使工作人員在項目推廣中明確各種數據參數。例如，工程設計方案、現場施工管理、成本消耗管理等，通過可視化和仿真的特點，對一系列數據進行多維解讀和列舉。BIM 與原有的建筑CAD 模型相比，可依據數據信息呈現出的屬性更形象，直觀地進行三維立體化、四維動態化的陳列，且可依據程序內參數的調整，實時更新整個系統下的操控框架，確保工程項目推進的持續性與協同性。從技術原理角度而言，BIM 技術的實現是通過數字化方法，對工程項目開展中涉獵的數據信息進行采集、存儲管理等，在不同部門專業規控下，將數據信息與系統作為一個數據處理節點，全過程滲透各個管理單元，增強系統運行的集成性。同時，BIM軟件可實現數據信息的共享化、同步化處理，在建筑信息系統中利用數據共享及交換，構設完整的數據融通體系，為后續建筑施工管理工作的落實提供數據支撐（見圖1）。

圖1 BIM技術的實現過程

3 BIM技術特點

3.1 系統性

系統化應用的特點是，在BIM 技術系統中，可以根據具體的技術應用要求，對系統中的技術申請單進行模塊化管理。模塊化管理的過程在BIM 技術應用平臺中并不是孤立的，但在系統層面上有比較明顯的聯合應用特征，這也是BIM技術的突出應用特征之一。從系統化的實際表現來看，系統化分為管理資源的應用水平和管理數據的維護水平。從管理資源應用層面的系統性角度來看，借助BIM 技術，各級管理部門和工作人員可以結合項目建設的具體要求，對各部分、各環節的管理內容實施資源化管理，也可在這種資源化管理的過程中實現相對有效的管理系統性。從管理數據維護層面的系統性角度來看，這種數據維護層面的系統性是BIM技術的突出應用優勢。在實際的項目管理過程中，結合具體的管理要求及項目建設過程中的設計變更要求，工作人員可以對其中相關的數據模型進行參數層面的數字化調整，從而呈現出更為有效的系統性管理流程，相應的數據管理效果也會更好。

3.2 協調性

在工程項目建設前期，各項目參與方均需要溝通、交流、優化決策。如勘察設計階段，設計人員和施工作業人員可基于BIM 技術進行溝通、交流，解決設計與施工存在的矛盾問題，即可以基于數據模型進行各專業的協調，減少設計圖紙難施工、易錯漏的問題，提高建造效率。BIM 技術提供項目的形象進度，可為調配資源、優化決策創造條件，同時，在條件復雜、制約因素不明確的情況下，BIM技術依據建、構筑物物理特性、幾何尺寸和規劃方案等復雜信息，進行工程項目操作。

3.3 模擬性

在傳統思維中，模擬是指展示建筑的三維圖像和內部空間，但BIM 技術的模擬不僅僅指“形”，BIM技術可以模擬真實模型的設計，還可以模擬現實世界中無法操作的事物。BIM 技術還能模擬正常的實際施工，對前期規劃設計和后期施工方案選擇具有重要意義。BIM 技術可以通過數字技術呈現理想模型，同時，技術人員可以開展模擬實驗，直接演示三維可視化演示的結果。通過模擬實際施工的施工組織設計，可以合理指導施工方案。

3.4 可視性

工程施工設計是工程施工管理的重要組成部分，對工程施工的安全、進度和質量有著關鍵性的影響。在應用BIM技術平臺時，項目施工經理需要基于可視化技術應用的優勢，建立完善的項目施工設計數據模型，并將材料選擇、結構設計和施工技術添加到BIM數據平臺中。針對二維的項目施工建設圖紙，項目管理單位可利用二維圖紙生成三維數據模型，借助BIM 數據分析系統，分析初期設計模型的合理性，尤其要關注設計模型的應力承載問題及結構設計問題，此類問題是項目建設過程中的關鍵。項目建設管理單位一定要注意BIM 技術應用的互動性及反饋性，在互動性的支持下，設計人員應明確各類設計構件之間的連接關系，并以此為基礎，觀察結構設計的實際反饋信息，促使項目建設設計管理工作細節化，并為后續的施工決策過程提供有效的數據支持。

3.5 圖形化

BIM 技術還具有參數化和圖形化功能。BIM 模型中的每個組件都是根據輸入參數實現的，這有利于成本數據共享。模型校核無誤后，可直接輸出平面圖紙，快捷方便。BIM技術的繪圖能力能夠幫助業主發布綜合管線圖、碰撞檢測調試報告、改進建議等。

通過BIM 技術，設計師可以優化原有的設計方案，確保項目中的整體管線圖更加合理。另外，BIM技術具有良好的集成度，能夠為設計師提供有效的建議，減少了施工資源的浪費。BIM生成的圖紙更具可操作性，降低了施工成本和工作周期。

4 BIM技術在建筑工程中的應用

4.1 優化設計

建設項目工程設計與規劃是建設項目中尤為重要的環節，在建設項目成本投資、周期控制、質量管理等方面發揮著至關重要的作用。過去，建筑項目的設計主要基于CAD。在建設項目設計過程中，主要人員包括設計和施工方面的專業技術人才，項目設計方案的主要形式是二維CAD 工程圖。BIM 技術應用于建筑項目設計規劃層面，可迅速對建筑項目進行建模，繼而使得業主可全面掌握建筑項目設計環節的實際情況，其對建筑項目設計規劃的科學完善及精準定位起到至關重要的作用。其次，BIM技術應用于建立建筑項目模型上，建筑項目工程的設計可讓PKPM等軟件對項目成本進行較為精準的評估，有效防止傳統計算模式中的人為操作失誤，有效提高建筑項目設計規劃環節成本把控工作效率。

4.2 碰撞檢查

BIM技術的核心功能是建立三維數字模型，并在相應模型上實現碰撞檢測。由于建設項目管理過程中參與建設的主體單位較多，各主體單位的工作職責差異較大，而要實現各主體單位在規定時間內完成相應的工作，任務缺乏科學、合理的規劃是不可能達成相應的目標，并且各專業之間在施工過程中也會存在強烈的碰撞現象。而所謂的碰撞現象是指各施工團隊在特定的施工期間可能會存在施工干涉的現象，以至于施工作業無法穩定、高效地進行，從而產生大量的人力浪費和材料浪費。如果在施工過程中出現此類狀況，則需要對現有的施工方案進行變更管理，因此勢必會增加工程項目建設的成本，降低相應的質量。

4.3 虛擬施工

隨著三維模型的發展，BIM技術的應用可以更方便地實現虛擬施工。技術人員可以在軟件中設置相應的參數，然后通過BIM 技術的動態和可視化功能，模擬和反映建筑工程施工階段可能出現的情況和相應的條件。當下BIM 技術已經在建筑工程當中得到了十分廣泛的應用，同時已經構建了相對完善的管理機制，尤其是在工程進度控制、成本計算等方面，都能夠展現出十分優質的應用效果。利用BIM 技術將工程施工操作賦予新的建筑專業項目，能夠更好地掌握每個項目施工階段的項目進度，也可以改進施工過程。傳統建筑專業設計制圖的關鍵是二維圖像法，一個新項目通常需要匹配前視圖、立面圖和側視圖以反映整體結構，必須不斷檢查各個角度的平面圖和工程圖，最終得到項目建設方案。這個驗證的整個過程非常繁雜，設計人員稍有不慎，就有可能導致項目施工方案出現錯誤。將BIM 關鍵技術應用于建筑專業設計的工程施工管理，利用BIM技術為建筑專業構建三維可視化工程項目實體模型，設計人員只需觀看三維模型就能夠掌握所有工程項目的結構，這樣既改進了項目施工方案的設計流程，也減少了設計的誤差。

4.4 場地布置

施工現場的總平面布置通常由技術總監根據CAD 圖紙及其施工經驗實施，現場技術總監通常依靠個人實踐經驗和感受進行現場布局。因此，很難有效地發現場地布置過程中可能出現的問題，也沒有科學優化場地布置方案的依據。如果依靠BIM 技術對現場布置工作實施預演，借助3D 可視化的參數模型，能夠有效規避作業過程中發生的設備碰撞、臨時設施布置問題、建筑原材料搬運距離過遠等問題，有效促進文明施工，確保工程計劃順利實施，有效把控現場預算。經過初步場地布置，生成施工設施的構件庫，對于現場設施實施一比一模式的建模操作，賦予其相應的材料屬性、型號等信息，這樣就能夠為場地模型的生成提供準確的族文件，進行現場3S 模型生成的時候，可將族文件批量導入相關模型中，這樣就能顯著提升3S 場地模型生成速度以及精準程度。

4.5 進度控制

BIM 技術支持的進度控制利用集成功能對整個建設項目中的數據進行集成和處理。通過網絡節點的構建，空間結構信息和時間結構信息相互重疊。在資源的有效整合下，根據數據的邏輯關系確定相應的任務，最終在可視化的數據陳列及表達下，使工程管理人員能及時了解不同項目的施工進度是否達到預期設計需求。

BIM技術在驅動過程中，可針對既有的數據框架進行數據羅列，自動化、智能化的操控模式，不再局限于人工審計范疇內。例如，通過數據模型可以分析出不同網絡圖、橫道圖之間的數據明晰條件，利用數據代號代表相應的數據功能，真正全過程跟蹤進度控制，增強建筑施工質量。

4.6 質量安全管理

近年來，雖然我國建筑業發展穩定，但安全事故的發生率仍然居高不下，利用BIM技術構建的三維信息模型預測施工過程中潛在的安全和質量問題已成為建筑工程行業的研究熱點。BIM 模型還可以用于仿真模擬建筑工程項目中關鍵節點的施工過程，從而論證施工組織方案的可行性，將很大程度上避免了施工過程中的質量安全隱患。建筑工程質量安全管理中應用BIM 技術的相關研究成果和實際工程案例較少，僅局限于工程領域的安全信息化管理的基礎研究，絕大多數研究僅僅將信息化需求提出，未從施工安全管理現狀出發提出加強工程安全管理中使用BIM技術、構建工程安全管理體系的要求。

4.7 運營維護

建設項目進入運維環節后，竣工圖是項目維護的重要依據。因此，項目運維人員應充分掌握竣工圖的內容，項目運維部應盡量防止人員流失等變化造成資金拖欠和索賠。在應用BIM技術的條件下，不論是建筑項目工程中的竣工圖紙信息還是工作人員管理信息等，均可完成實時查詢操作，這就給建筑項目工程運營管理部門和運營管理工作者提供了信息支持，且可在此基礎上掌握建筑項目工程運營維護質量、效率及管理等，有助于促進建筑項目工程運營維護工作往精細化方向發展，且可在建筑項目工程運營維護水準的基礎上提高建筑項目主體的使用年限。

5 結束語

綜上所述，隨著國內建筑業的持續高速、穩定發展和進步，建筑業相關工程技術人員使用BIM相關技術，能夠顯著提高國內建筑領域的施工技術和水平。建筑行業的相關工程師和技術人員可以借助BIM 相關技術，高質量地完成施工過程中工藝優化的規劃和設計。BIM相關技術將工期周期合理縮短、顯著提升項目工程管理工作效率以及大量節約成本等技術優勢，在進行施工作業場地布置的過程中能夠起到非常具體生動的技術指引作用，施工作業階段針對三維模型實施全方位可視化的模擬仿真操作，這種操作能夠將總體規劃設計技術方案變得非常便捷易懂，進而也能夠最大限度地減少建筑行業相關工程技術人員出現工作失誤的概率。