BIM技術在建筑工程施工中的應用

文／楊麗芳 浙江新華建設集團有限公司 浙江永康 321300

引言：

工程建設是一項非常復雜和全面的工作，需要設計、施工和其他學科的密切合作。傳統的合作模式主要通過提供二維圖紙、文字等信息來實現。然而，由于各專業的分工相對獨立，因此必須在施工過程中直接檢查其各自信息的準確性。因此，在建筑施工過程中，我們經常會遇到：建筑結構設計與機電結構設計之間的矛盾；原設計與施工沖突的客觀現狀；由于施工過程中不斷發生設計變更，變更量差異較大，后續沉降工作量巨大。這些問題將在BIM廣泛使用后得到解決。BIM技術在建筑業的先進技術和廣泛應用，只能滿足現階段建筑業的發展要求。

1、BIM技術概述

BIM技術是以計算機為基礎的。通過信息技術建立和創建建筑工程施工數據庫，實現建筑工程施工數據的同步管理，幫助施工管理人員做出正確決策，進而實現施工管理目標，降低施工成本，實現建設工程施工全過程監理，合理控制工程施工進度，避免資源浪費，提高工程施工效率。

BIM技術最早是在美國提出的。BIM技術的應用范圍仍在擴大。西方國家應用BIM技術較早，經驗豐富。此外，西方國家還頒布了有關BIM技術應用的法律法規，以確保BIM技術應用的合理性。我國建筑業正處于BIM技術的推廣應用階段。施工企業在這一領域的人才不夠突出，企業投資非常謹慎。因此，在實際施工中，建模的廣度和深度不夠深，BIM技術的應用效率無法充分發揮。一些大型企業或一些大型項目的應用范圍比較廣。通過數據建模，可以很方便地控制工程損失，合理調整施工工藝，解決基礎結構復雜的工程問題。許多企業和項目僅處于BIM技術應用的試驗階段，如一些鋼結構工程的建模控制施工模型、節點施工模式、組裝順序等；一些安裝工程建模控制著管道的布置位置、布置順序和精度。要充分發揮BIM技術在建筑領域的效率，建筑業還有很長的路要走。

2、BIM的技術特點

通過對相關文獻的理解和總結，BIM技術是一種包含建筑信息的多維參數模型，BIM技術適用于項目的方方面面，建立各專業之間的協作關系，通過BIM在項目全生命周期的應用，幫助施工方規劃項目目標，實現項目價值。BIM有以下五個特點：

2.1 可視化

可視化是指虛擬仿真，它允許我們在項目開始之前通過三維模型看到項目完成后的真實對象。與基于直線的二維CAD繪圖相比，BIM技術的設計結果更加直觀。與傳統渲染相比，BIM模型使用了參數化的智能對象。所有視圖都來自同一個模型。對任何視圖的更改都將實時反饋給其他視圖。此外，它還具有項目全過程可視化的特點。可視化效果不僅可以代替渲染顯示，還可以用于項目溝通和決策。

2.2 協調性

工程項目通常涉及許多參與者和廣泛的學科。因此，協調是該項目的一個主要問題。通過使用BIM技術，在統一的平臺上進行設計，在設計過程中實現多學科的協調。這樣可以在施工前解決專業之間的設計沖突，通過可視化的三維模型和統一的信息數據庫，提高多方溝通和數據傳輸的質量和效率，減少工程返工和資源浪費。

2.3 模擬性

隨著大數據的發展，BIM模型及其帶來的信息可以直接用于必要的分析和仿真，使分析工作更加方便，項目的分析和仿真工作更加全面。

2.4 優化性

與傳統的二維圖形表達相比，三維模型更符合實體結構的性能要求。只有通過BIM技術的應用，才能實現更精細的設計和施工。三維BIM模型可以減少設計過程中因圖紙變更、設計遺漏、施工軟碰撞等引起的錯誤、遺漏和碰撞等問題，從而有利于深化設計，優化設計方案。借助三維BIM模型，可以方便地模擬復雜節點的施工，提高施工方案的可行性，并用于施工交底，提高施工質量。

2.5 可出圖性

在這個階段，工程表現形式仍然基于二維CAD圖紙。由于BIM模型能夠真實反映設計結果，與二維圖紙的獨立繪制方法相比，通過BIM模型得到的二維圖紙具有一定的相關性。設計方案一旦改變，所有視圖都會統一改變，減少了改變的工作量。同時，由三維模型得到的二維圖紙將更接近實際工程，減少人為因素造成的圖紙誤差。

3、BIM技術的應用優勢

BIM技術具有可視性、模擬性、協調性、優化性和繪圖性等應用特點。建筑施工中的實際應用范圍應根據信息數據庫和信息模型的廣度和深度來確定。我們可以用它來深化設計，也可以用它來進行多學科的協調，優化現場布局，圖形數據管理，進度安全和質量管理等。可以說，信息數據庫和信息模型的廣度和深度越深，在建設中的應用范圍就越廣。

3.1 深化設計優勢

3.1.1 機電深化設計

一些大型建設項目中，由于空間布局復雜、系統多樣，對設備和管道的布置要求較高。設備管道或管線與結構構件之間容易發生碰撞，施工難度大，無法滿足建筑物內部的凈高，導致二次施工，增加工程造價。基于BIM技術，可以集成建筑、結構、機電等領域的專業模型，然后根據不同領域的要求和凈高要求，將綜合模型引入相關碰撞檢測軟件。根據碰撞調查的結果，可以調整和避免管道，在實際項目開始之前，可以綜合安排設備和管道，以識別問題。

3.1.2 鋼結構深化設計

在鋼結構深化中，利用BIM技術的三維建模，直觀模擬鋼結構構件的空間三維布置。通過早期碰撞檢查，可以優化方案，有效解決設計圖紙中的設計錯誤，提高施工質量，減少后期變更和變更，避免人力物力的浪費，達到降低成本、提高效率的效果。特別是利用鋼結構BIM模型，在鋼結構加工前對某些鋼構件和節點的結構模式、工藝方法和工藝安排進行優化調整，有效地指導制造廠的工人，采用合理有效的工藝流程，提高施工質量和效率，降低設計難度和風險。此外，在施工現場安裝鋼構件時，通過鋼結構的BIM模型數據，準確檢查和定位每個鋼構件的承載能力和安裝操作空間，為復雜和特殊環境下的吊裝結構創造實用價值。

3.2 多專業協調優勢

專業分包之間的組織協調是結構施工順利實施的關鍵，是提高施工進度的保證。它們的重要性是毋庸置疑的。目前由于受施工現場、專業協調和技術差異、暖通空調、給排水、消防、強弱電等專業的影響，缺乏協調配合，不可避免地存在許多地方性問題，隱藏和不可預測的問題。在建筑物的某些標高和立面位置，很容易造成不同專業的重疊和重疊，因此不可能按照施工圖紙施工。通過BIM技術的可視化、參數化和智能化特點，多學科碰撞檢測、清晰的高度控制檢測、精確的預留和嵌入，或基于BIM技術的4D設計管理，對施工過程進行預模擬，并根據問題協調不同專業，減少因技術錯誤和溝通錯誤引起的協調問題，顯著減少返工，節約建設成本。

3.3 現場布置優化

隨著建筑業的發展，對項目組織協調的要求越來越高。很多工程環境復雜，經常存在施工場地狹窄、基坑深度大、與周圍建筑物距離遠、綠色施工要求高、安全文明施工等問題。此外，有時施工現場工作面積大，各分區高差大，施工現場復雜多變，容易不斷改變現場布局，變化頻率越來越高，這給項目現場的合理布局帶來了困難。BIM技術的出現為防水布的布局提供了一種很好的方法。利用項目現場的設備和設備資源，在創建項目現場模型和建筑模型后，以數據信息的形式將項目和現場周圍的實際環境與模型連接起來，并參考項目進度建立三維現場布局，能夠生動直觀地模擬各階段的選址情況，靈活進行選址布局，實現合理高效的選址布局。

3.4 進度優勢

施工項目計劃管理在項目管理中占有重要地位，進度優化是進度控制的關鍵。基于BIM技術，可以實現進度計劃與工程構件之間的動態連接，以甘特圖、網絡圖、三維動畫等多種形式直觀地表達進度計劃和施工過程，為施工方等不同參與者提供方便的工具，讓監理和業主直觀地了解項目情況。可視化動態模擬施工階段流程和關鍵連接技術，比較不同施工方案和工藝方案的可執行性，支持方案優化的最終決策。基于BIM技術，可以準確規劃、跟蹤和控制施工進度，動態分配不同的施工資源和地點，實時跟蹤項目的實際進度。通過計劃進度與實際進度的對比，及時分析偏離工期的效率和原因，采取有效措施控制工程進度，確保工程按期完工。

3.5 現場質量管理優勢

在施工過程中，現場誤差是不可避免的。如果能夠盡快發現并修復錯誤，那么減少返工和成本是非常重要和有價值的。通過將BIM模型與現場設計結果進行比較，可以有效且迅速地避免錯誤。在傳統的現場質量檢查中，質量人員一般采用目測、實測等方法。對于需要與設計數據核對的內容，他們通常需要找到相關圖紙或文件，這使得現場工作非常繁瑣。同時，質量控制協議通常以表格或文本的形式存在，這也給后續的管理過程（如審計、歸檔和檢索）帶來了極大的不便。BIM技術的出現豐富了工程質量控制和管理的方式，將質量信息與BIM模型聯系起來，通過模型瀏覽實現了各級質量問題的高效流動。與傳統的文檔捕獲方法相比，該方法可以擺脫文本的抽象，促進質量問題的協調。同時，BIM技術與現代新技術的結合可以進一步優化質量識別和控制手段。

3.6 資源計劃及成本管理

資源和成本計劃控制是項目管理的重要組成部分。基于BIM技術的成本控制的基礎是建立一個5D建筑信息模型，將進度信息和成本信息與一個三維模型聯系和集成。該模型計算、模擬和優化工作、材料和設備需求，制定工作計劃、材料需求計劃和機器計劃，并在此基礎上形成項目成本計劃。物料需求計劃的準確性和準時性對于實現精細化的成本管理和控制非常重要。通過5D模型自動提取需求計劃，作為采購管理的依據，避免物資資源的積累和超支。

4、工程案例

4.1 工程概況

某建筑工程三期二標段工程，包括35#36#42#43#樓，及商業S1～S3、S9～S11，總建筑面積約95萬平米，施工單位公司成立BIM中心，統一BIM實施標準，建立各專業項目樣板及族庫，本項目建立BIM應用小組，分工協作，根據施工設計圖紙，構建出各專業BIM模型并附加相應設計信息，通過三維模型真實反映各專業的空間分布和交叉關系，發現圖紙中存在的設計問題并及時解決，為后續BIM應用打下基礎。

4.1.1 施工策劃及總平面布置

工程場地緊湊，合理布局動態的施工現場是一大難點，施工前通過BIM技術進行虛擬建造，優化布置辦公區域和施工場區，模擬布置加工場地和材料堆放場地、主要施工機械定位等，也有進行動態分析充分合理地利用場地空間，減少場地狹小等原因而產生的二次搬運費用。

4.1.2 全專業碰撞檢查

通過收集和校核，各專業BIM模型完成匯總整合，利用突出檢測工具進行突出檢查，找出這碰撞點的位置和信息。同時為滿足工程的竣工要求，利用BIM技術對各個專業管線的凈高進行分析，為現場安裝提供數據支持，提高施工效率。

4.1.3 管線綜合優化

本項目綜合管線較多且交錯復雜，我們基于檢測分析報告，對管線間存在的沖突部位提前進行BIM模型的優化調整，對管線在穿過墻、梁、板等構件位置處預先做出了相應孔洞預留及封堵，并形成三維交底施工圖，指導現場安裝施工。

4.1.4 設計施工動畫模擬

通過將BIM模型與時間維度結合，進行4D施工模擬直觀的顯示施工進度，以便檢查施工計劃制定中的矛盾和不合理之處。及時糾正提高施工計劃的精準性。

4.1.5 現場二維碼應用

在砼構件上標示二維碼，通過手機掃碼顯示該部位砼構件尺寸、垂直度、平整度及責任人等25項信息，應用二維碼技術方式新穎、制作快捷，可替代傳統的標識、標牌及紙質資料。

4.1.6 砌體智能排布

項目采用BIM5D軟件進行三維可視化砌體排布，通過設置砌塊規格、尺寸、灰縫厚度等信息，軟件自動將所有砌體的排布情況呈現出來，對非整塊的砌體，按圖示尺寸切割，快速對二次結構進行智能排布，輸出排磚圖，優化現場施工，節約成本提高功效。

4.1.7 可視化交底

通過建立工藝BIM模型，對關鍵施工節點進行三維展示及動態分析，針對外墻裝飾通過BIM軟件可對真實情況進行三維效果，對機電設備安裝、砌體施工等進行可視化的工序演示，方便技術交底、確保施工質量。

4.2 工地建設

本項目采用廣聯達智慧工地平臺，該平臺由多個應用子系統和一個集成平臺組成，匯集了地各應用系統和智能設備的海量數據，通過數據的整理、匯總，分析，結合BIM模型為項目管理者提供了直觀、實時、真實的管理依據。勞動管理人員進場報到時勞務管理人員通過手持設備自動讀取人員身份信息，相關信息自動同步至系統，勞務人員全部實名制管理，管理更加規范，人員通過施工現場閘機時，可通過人臉識別方式進出廠，系統自動統計考勒，避免無關人進入施工現場，使出勤管理更規范。

4.2.1 質量安全

現場安全巡檢采用云+手機移動端的模式，及時發現現場隱患，手機上直接拍照并選擇系統內置的管理庫，指定整改人，發送給勞務班組整改，做到信息及時傳遞，數據及時積累，對未整改情況實時發現并采取措施，提升現場管理人員的工作效率。

4.2.2 視頻監控

現場共設置六組高清攝像機，并關聯到智慧工地平臺，可對施工現場全線監控，可隨時調取施工區、辦公區、加工棚、項目大門等相關部位的實時監控畫面，實現建設工程監管模式的創新，加強了建設工地的治安安全。

4.2.3 塔機監測

它能夠在塔機接近危險位置時自動發出提示或控制信號，輔助操作人員合理操作，避免安全事故，吊鉤可視化能實時以高清晰圖像向塔吊司機展示吊鉤周圍的實時視頻、圖像，使司機能夠快速準確地做出正確的操作和判斷，能夠有效避免事故的發生。

4.2.4 環境監測

利用互聯網技術可將現場的各類硬件設備接入智慧工地平臺，實現數據自動采集、硬件遠程控制、智能化應用等，當現場環境監測指標超標時，可自動關聯啟動噴淋設備自動降塵。

4.2.5 塔機監測

它能夠在塔機接近危險位置時自動發出提示或控制信號，輔助操作人員合理操作，避免安全事故，吊鉤可視化能實時以高清晰圖像向塔吊司機展示吊鉤周圍的實時視頻、圖像，使司機能夠快速準確地做出正確的操作和判斷，能夠有效避免事故的發生。

4.2.6 環境監測

利用互聯網技術可將現場的各類硬件設備接入智慧工地平臺，實現數據自動采集、硬件遠程控制、智能化應用等，當現場環境監測指標超標時，可自動關聯啟動噴淋設備自動降塵。

4.2.7 智能用電

能夠實現施工現場斷電漏電、電氣火災，過載及線纜斷開等用電故障及時預報警，還可實現電量統計等功能，大大提高施工現場臨時用電安全管理的效率。

結語：

通過對工程案例及BIM技術的五個特點進行結合分析，得出結論：在施工管理過程中，使用BIM技術有利于項目溝通和決策，從而有效減少工程返工和資源浪費，提高施工質量，從而減少人為因素造成的繪圖誤差。隨著BIM的逐步推廣和BIM系統發展的逐步完善，建筑工程的信息化管理、過程管理和精細化管理將在工程實踐中逐步實現和完善，這是綠色工程發展的必然趨勢。