BIM技術在建筑工程中的應用研究綜述

付立斌FU Li-bin；屈敏杰QU Min-jie

（河北科技大學經濟管理學院，石家莊 050018）

0 引言

BIM（Building Information Model），即建筑信息模型，是指在建筑工程過程和裝備的整個生命周期中，對其物理結構和功能特征實現可視化描述，并按其設計、實施、運行管理的技術與成果的統稱，指在建筑工程的策劃、設計、實施與運維過程中實現數據共享、優化、協調和控制的技術與手段。BIM系統是一個綜合三維空間、四維時間和五維成本的多維信息系統模式。它以三維數字化信息技術為研究前提，通過集成建設項目的工程數據，并采用數字化的方法展示了建設項目的施工主體結構和功能特征。

BIM技術整合了建設項目生命周期不同階段的數據和資源，完整、系統地描述了項目，并提供了實時的項目數據信息，如查詢、自動計算等，為項目參與方提供一定的參考和借鑒價值。由于建設項目參與方人數較多，多工種、多部門覆蓋，項目周期長，涵蓋信息范圍廣，交流量大。因此，施工單位通過建立統一的建筑信息化的標準體系，才能實現工程數據于整個項目實施中的流暢度，真正實現工程數據共享，BIM技術主流的軟件如表1所示。

表1 BIM主流軟件表

1 國內外文獻綜述

1.1 國外文獻綜述

BIM理念起初由美國喬治亞理工大學教授Chuck Eastman在1974年第一次提出。21世紀初，全球開啟BIM時代，基于其理論的建筑元素已成為建筑行業的基礎，并得到美國、德國等發達國家的認可，也應用推廣到實踐過程中。目前，美國和德國是使用BIM技術最多的國家。同時，BIM技術的研究和應用已滲透到國內多個行業領域，覆蓋范圍不斷擴大。Sheryl和Fischer（2019）提出一種幫助項目經理高效精確地預算項目成本并縮小計劃與實際成本之間偏差的項目成本預算模型[1]。Sheryl（2020）基于標準產品模型，增加一種項目在準備期便提前預估實施過程中會遇到的問題并做好解決方案的作用，進而原模型的降低負效應[2]。Ali Murat Tanyer和Ghassan Aouad（2020）開發了一款協助項目負責人構建快速預算施工成本的BIM 4D模型的4D進度計劃施工軟件[3]。基于ADT平臺原型系統，Charlie Fu和Ghassan（2019）從建筑設計成果中提取工程造價的相關數據，并將數據導入造價評估系統進行評估計算[4]。Halfawy and Mahmound M.R.（2019）建立了基于BIM技術的施工項目信息平臺，實現了施工結構實物編輯、結構施工項目統計、施工成本預算、工程管理等功能[5]。Lee等人（2020）通過結合BIM技術和施工單位，并基于具體工程項目的整體要求估計項目成本，在項目初端對項目工程造價進行可行性控制，降低人為估算主觀性產生的偏差，高效預估工程的實施項目成本[6]。

1.2 國內文獻綜述

國內對BIM技術的研究起步較晚，研究的成果也是相對較少的。清華大學早在2010年便制定了IFC、IFD和IDM即BIM技術所需的三大標準。其研究內容包括標準的標準化使用、標準使用功能和標準資源三個部門[7]。

倪澤帆（2022）簡要介紹了BIM技術，并闡釋了BIM技術對建筑工程造價管理的影響，著重探討其具體的應用策略[8]。李鳳芝（2021）闡述了BIM技術的內涵與特點，深入分析BIM技術的實際應用效果，為相關人員提供參考[9]。高定剛（2020）認為，BIM技術的實際應用有很多，尤其在建筑工程施工管理中發揮著極其重要的作用，不僅可以有效提高管理的效率和質量，也可以對整個建筑行業的穩定健康發展起到積極的促進作用[10]。劉文秀和賈曉田（2020）通過詳細分析了BIM技術在施工項目管理中的應用，例如項目決策規劃、項目施工管理、項目運營管理等等，隨后整合項目的所有信息，使BIM技術在建筑工程中得到了廣泛地應用[11]。

田志芳（2020）通過闡述分析BIM技術的基本內涵和優勢，并結合具體的建設項目案例，對BIM技術在建設項目組織管理中的實際應用進行了分析研究[12]。劉世豪（2020）嘗試將BIM技術應用于建設項目管理的過程中，通過虛擬建模的試驗工作，從而及時發現在實際施工過程中存在的不足，還可以有效避免在施工過程中的資源浪費，從整體上有利于施工項目的順利開展[13]。盧靜雅（2020）為了能夠充分體現BIM技術在裝配式建筑工程施工中的重要性和必要性，從而從裝配式建筑的前期施工、施工過程和后期施工三個方面詳細論述了BIM技術的應用[14]。

BIM技術標志著建筑工程的第二次革命。當前，BIM技術應用于眾多發達國家等超過一半的建工設計企業。我國BIM技術的深研推廣使用也受到其多方面理論方法的影響，包括在項目實施各階段中的使用技術、方式特點和適用范圍等。

2 主要內容

2.1 BIM技術定義

本文對BIM進行定義如下：

①BIM都是基礎設施（包括建設項目）有關物理和化學功能結構特性的重要數字化基礎信息；②BIM是一種資源共享的商業知識產權資源。它是通過共享獲取有關該基礎設施的相關信息的過程，并為從設施開始建設到拆除整個生命周期中的所有國家決策權提供可靠的理論依據；③在項目開發的不同階段，不同的項目干系人可以插入、提取、更新和編輯修改項目信息的方式，共同支持和開展體現各自共同責任的項目協同管理運作。

2.2 BIM技術在建筑工程中的應用領域

①施工平面布置。在現代建筑施工的應用過程中，不同的建筑施工方案也具有不同的應用特點。房屋建筑主體工程分為主體基礎設計項目、主體建筑結構設計項目和后期建筑裝飾裝修設計項目。應用新的BIM設計技術可以輕松實現建筑平面不同位置上三個不同建筑施工設計階段的專業平面布置解決方案設計，實現各種布置設計方案的功能優化和系統集成，從而可以得到一套最佳的有利于建筑工程施工的專業平面布置設計方案。如圖1所示便是與BIM技術在建筑工程中具體應用相關的主要內容。

②施工質量控制。建筑工程中經常應用到的BIM技術設備可以有效地幫助解決這些技術問題，提高建筑工程施工管理效率，保證建筑工程建設工作質量。在建筑材料存儲方面，BIM應用技術模塊可以將各種建筑材料和機械設備使用相關的材料信息通過模塊直接存儲在各種平面建筑布局中，并通過移動互聯網信息技術的廣泛應用，促進建筑項目工程管理者及相關技術人員在項目第一時間快速查詢掌握所需建筑材料和使用機械設備的相關信息，并能比較和在施工現場檢查所需建筑材料與使用機械設備質量是否一致，并能在短的時間內準確控制和有效控制不同的合格使用材料在建筑工程設計中的綜合應用，保證各種建筑材料和機械設備的合理搭配使用。在作業施工工藝流程質量監控方面，BIM作業技術人員可以自動模擬實際施工工藝質量流程，從而自動制定質量標準，使作業員工完全能夠按照實際相關的流程工藝質量標準進行作業，從而真正達到施工計劃與實際工藝施工的有效相互契合，BIM的管理架構如圖2所示。

③進度控制。建設項目的主體建設有一定的施工期限。在所有施工執行過程中，都需要對所有施工執行過程進行實時遠程控制。在以往的施工管理實施辦法中，雖然制定了較為詳細的具體施工進度計劃管理方案，但在實際施工管理過程中，由于受各種因素的直接影響，不能按照已經制定和實現的具體施工進度計劃順利完成施工任務的不良現象時有發生。由于一些所謂的施工計劃進度跟不上市場變化，建設項目過程中的許多不利因素往往都會直接導致項目施工進度根本無法控制。在目前傳統的圖形設計表示圖紙中，采用二維平面圖像表示的設計方法，遠不如目前的三維矩形圖像表示設計圖紙方法更加直觀。

BIM該技術主要利用三維矩形圖像的表現原理，與目前傳統的工程進度管理計劃技術相比，可以大大減少部分工作量，保證工作精度，同時它還具有很大的圖像可視和調整性，能夠有效實現對工程施工進行過程中可能出現的各種問題及時進行準確識別和及時進行調整。在施工設計過程中，一旦設計中出現工程施工與設計圖紙之間的矛盾，可以及時更改，對保證工程進度安全不會產生很大的不利影響，從而保證項目進度的安全可控性和進度控制。BIM數據庫也將業主、施工單位、設計單位、運營單位和構建制造緊密結合起來提高了效率，減少了信息溝通的障礙，加強了對于進度的控制，如圖3所示。

以上通過BIM的技術整合實現的產品價值將大大提高產品技術含量和市場競爭力。但BIM在項目招投標過程中并不是噱頭，業主希望通過投標BIM實現自身價值。此外，BIM工程技術的多項現有研發能力為專業施工單位、設計單位對運營單位的生產全過程實施精細化質量管理工作帶來了巨大的經濟效益，同時也對運營單位節約過程工期、提高運營單位工程質量、大幅度提高運營單位客戶服務價值等等起到了一定的促進作用。

3 BIM技術發展趨勢

3.1 與通信和計算機技術結合

BIM信息技術在未來的工業發展中必須與先進的無線通信網絡技術和現代計算機技術相結合，才能大大提高現代建筑業的生產效率。預計將繼續有以下發展趨勢。①移動終端的應用。在整個建筑設計行業領域，我們會經常看到許多建筑承包商都為自己的專業員工內部配備了這些新的移動通訊設備，便于他們能夠在各個工作現場進行建筑設計。②無線傳感器網絡的普及。監視器和濕度傳感器可以放置在整個建筑物內的任何一個地方，以便于監測整個建筑物內的相對溫度、空氣質量和相對濕度。然后，添加新的加熱溫度信息和關閉通風。信息，供水系統信息和其他供水控制系統信息。通過無線視頻傳感器以及網絡系統收集相關信息后，工程師不僅可以全面地深入了解我國建筑的發展現狀，從而為工程設計和建筑施工解決方案制定提供有效的決策依據。③云計算技術的應用。無論是數據能耗還是數據結構化的分析，對一些復雜信息的綜合處理和數據分析都非常需要充分利用云計算強大的數據計算分析能力。甚至，我們的產品渲染和數據分析工作過程中還可以同時實現各種實時數據計算，幫助產品設計師盡快比較不同的產品設計和尋求解決問題方案。④數字化現實捕捉。這項監測技術主要通過自動激光無線掃描，可以同時掃描多座橋梁、公路、鐵路等，獲取早期監測數據。建筑師們將可以用這種身臨其境、互動的設計方式在3D空間中開展工作，直觀地對外展示自己產品開發的技術。

3.2 將建筑信息組織成整體

BIM質量技術中心作為我國實現工程建設項目全方位生命周期質量管理系統BIM的一項核心技術，正是它引領著中國建筑業前所未有的徹底產業變革。BIM信息技術主要利用各種數字模型將處于建筑全生命周期內的各種類型建筑項目信息進行組織并形成一個信息整體，對建筑項目的規劃設計、施工和生產運營過程進行有效管理。BIM該項技術將徹底改變傳統建筑行業公司傳統的經營思維管理模式和行業運作管理模式，在工程設計、施工、運營各個過程中加快建立新的行業組織管理模式和新的行業管理規則，從根本上有效解決了各項目工程規劃、設計、施工、運營各個周期階段的設計信息數據丟失安全問題，實現了建筑工程設計信息在整個生命周期過程中的有效綜合利用和規范管理，提高建筑工程質量和項目運行管理效率，帶來了巨大的經濟效益。

4 結論

我國關于如何將BIM技術應用于建設項目的施工階段，仍有許多研究。本文選取了國內外代表性和前沿的論文作為范例，對BIM的標準與定義、優勢、國內現存問題、應對策略、運用流程和BIM技術在建筑工程中的具體應用領域進行了詳細的分析。并依據現狀推測BIM技術的發展趨勢。綜上所述，本文對BIM技術在建筑工程中的應用進行詳細分析，為想要在該領域深入研究的學者提供了清晰的信息，根據文獻綜述可以得出結論，隨著時代的發展，BIM技術在未來的應用將更加廣泛。BIM系統給我們帶來的不僅是一種高效的工具，更是一種全新的建設理念。BIM系統在建設項目管理中的作用將逐步提高，最終成為建筑業的發展趨勢，并逐步改變建筑業傳統的工作模式。