BIM技術在智能建筑中的應用現狀

問先奇

(蘇州科技大學，江蘇 蘇州 215009)

0 引 言

智能建筑就是綜合運用各種智能化信息，將建筑物結構、系統、服務、管理根據用戶需求進行最優化組合，從而為用戶建造一個高效、舒適、便利的人性化住宅建筑。而BIM(建筑信息模型)技術是一種數據化管理工具，它以建筑物的各項施工數據作為基礎，建立三維立體模型，通過數據仿真模擬建筑施工過程。

1 BIM技術的優勢

1.1 建筑模型的可視化

相較于傳統的CAD建筑物圖紙，BIM技術的應用改善了建筑物施工設計方案，在一定程度上推動了二維圖紙的改革：它將建筑施工圖由平面設計圖轉化為3D立體模型，通過三維動態演示，對建筑工程的施工流程與技術方案進行動畫模擬，有效地提高施工人員在后期施工的效率與安全性。

1.2 建筑信息的集成化

目前，BIM技術的優勢在于其龐大詳細的數據庫，其中不僅包含了施工建筑與施工材料的基本信息，還包括智能建筑施工方案的相關設計資料。在各個建筑施工階段，工作人員對BIM中的施工數據進行實時更新，達到模擬數據共享，并與模擬設計進行對比，以提升工程項目信息與模擬信息之間的匹配度。

1.3 建筑成本的控制

在建筑施工的過程中，通過BIM技術的4D模擬，計算出在施工過程中的混凝土方量，模板面積等各種工程量與工程材料的數量，選擇出最優的方案來指導施工，達到建筑成本控制的效果。在材料成本結算時，通過實際采購與模擬計算得到建筑材料的數量進行對比，便可分析出在施工過程中的一些不必要浪費，為以后的采購提供參照，降低成本。

1.4 建筑安全隱患的排查

施工人員對于建筑施工存在的危險只能通過自己的經驗來判斷，但是建筑施工過程是時刻變化的，危險的來源也會隨項目施工的變化而改變，這為施工安全管理帶來了許多不確定的因素。通過BIM技術，對施工過程進行三維模擬，通過智能技術檢查建筑工程的質量，并對危險源進行識別、標記與可視化施工安全管理，在減少安全隱患的同時，還能為以后的安全管理提供相應的參考價值。在后期運營階段可以進行日常緊急情況的處理模擬，如地震、火災等特殊情況的人員疏散等。

2 BIM技術的應用

2.1 設計階段——模擬施工與建筑構件

在建模方面，利于BIM技術將建筑施工方案與BIM模型進行結合，從而模擬出真實的施工過程，并且通過錄入的虛擬施工數據，進而模擬出每天的工程進度，讓管理人員能夠直觀地觀測每天的進展，控制工期。基于BIM的模擬施工，其施工本身并不需要消耗任何施工資源，但是卻可以可視化的看到并了解建筑物的施工過程，可以較大程度上降低實際施工時的管理與工程材料成本，降低施工風險，增強管理人員對施工過程的控制能力。

2.2 施工階段——土方工程與管道架構

在現階段的實際建筑工程建設中，BIM技術主要應用在土方工程與管道架設。在施工階段，為了確保各項工作的有序開展，必須要對相關方面做出精細化、信息化處理，以提高項目運營維護能力。

土方開挖是工程施工的一個重要階段，對土方工程量的計算、施工進度與填挖平衡都有著嚴格的要求。傳統的土方測量方法(橫斷面測量，方格網狀法，三角網法)由于平面地形圖可視化差異比較大以及求解方法較為繁瑣，導致計算量大且因為網格劃分會產生較大誤差。而應用BIM技術可以將二維視圖轉化為三維視圖，甚至是將一些特殊地形如山丘海域等進行賦值帶入。利用BIM在進行土方計算時，先將測量單位提供的平面地形CAD圖將其中的一些不必要圖層去除，保留等高線與地形散點，再用BIM軟件Revit將CAD圖轉化為三維視圖模型，即原始地貌模型，最后用軟件計算與人工排除異常點得到最后的挖土方量。相較于以前的可視化，即通過借助于第三方公司的協助建模、渲染輸出圖片或視頻來展現出設計內容，不僅耗時又耗財，BIM的可視化讓設計者在初期就能直觀、便捷地參與項目溝通與討論，在項目進行中更能直觀了解自己的作品，還能及時規避一些不必要的錯誤。

在復雜的建筑施工管理中，管道架設的布局一直是困擾技術人員的一大重點難題。管道架設的困難主要是因為建筑結構形勢復雜，樓層結構不規則，且存在高低差；其次，管道工程多種多樣，包含有生活給水、消防系統、照明系統、供配電系統、廣播系統、火災報警系統等多種系統，這些管道線路混合在一起，導致施工管線雜亂，并且因為施工方法各異導致協調管理難度大。使用BIM技術解決管道鋪設，是施工單位使用BIM最主要的功能，在現階段的建筑施工中，首先是各個部門設計好建筑圖，在BIM中模擬各自的管道布置，最后在合成管道分支的過程中檢測問題。在管線綜合布置時，傳統項目的管道建設，由于管線眾多、穿插頻繁，在調整管線時容易引發連鎖反應，往往需要施工方耗費大量時間去修理、改善因為線路帶來的返工、浪費等問題。而應用BIM技術，在模擬管道鋪設的現場，對施工節點進行三維化交底，結合施工動畫，虛擬現實，三維模型等，將復雜的管道線路以三維可視化的方式進行展示，并利用三維動態模擬對各個管道進行模擬碰撞，將檢測結果反饋給設計人員，以便他們能做出及時調整，可大幅度提高綜合布線的效率，并有效減少管線碰撞以及降低鋪設成本。

2.3 運營維護——成本管理與信息平臺建立

通過BIM技術對各施工階段的勞務、材料、設備等資源的需用量進行計算、模擬與優化，得出對施工過程的勞動力與材料需求，以此形成建筑工程的成本計劃清單。結算人員將實際成本統計、歸納，并與模擬預算成本進行對比分析，掌握項目工程盈虧，實現動態成本控制。同時項目負責人還可以針對超支的部分找出原因，采取針對性的成本控制措施，合理安排人員、機械與工程材料，從而達到降低成本的目的。

基于BIM技術建立信息交互平臺。通過BIM集成技術對不同的建筑專業進行平臺整合，將不同建筑專業的設計圖紙、文檔、合同等資料信息進行相互關聯，并結合云技術保存云端，并通過精細化與協調化處理，使工程文檔能夠快速、便捷地在各個項目中流通與共享。同時還能夠讓工程師通過平臺進行相關文檔查詢與溝通，這為從業人員的現場辦公與跨專業協作提供了極大便利。

3 BIM技術在應用中的不足

3.1 專業化人才不足

由國家人社部發布的報道指出，我國未來五年內各企業對BIM人才需求量達到130萬人，但是BIM技術人才缺口達到60萬。巨大的人才缺口，使得BIM技術工程師成為企業爭搶型人才，目前社會的認可度不足及人才需求的增多，我國具備知識管理的人才匱乏。BIM人才分為3類即BIM建模人才、BIM實施人才(信息化實施)、BIM高層次復合型人才。復合型人才是企業發展中最為稀缺的，他們能應用BIM系統對企業的組織形態、崗位職責、工作流程進行再造與優化。同時高層次的復合型人才對于建筑行業的生產力提升與生產關系的改造有著至關重要的推動作用。由于BIM行業才剛剛興起，不少企業對于BIM專業的培訓還沒有完整專業課程，教學所需硬件投資資源不足。此外，BIM人才培訓主要以軟件操作為主，以提升自己的操作技能為主，對于正確合理地選擇軟件，整合工程數據、施工環境方面的培訓較少，缺乏對BIM認知的系統性、策略性的培訓流程。由于BIM實業才剛剛起步，業界沒有明確的認知，再加上BIM人才的良莠不齊等，致使BIM人員的薪資待遇被明顯低估。

3.2 缺乏統籌管理

BIM技術最初是從國外引進，由于國外對于工程建設的長期發展較為注重，建筑行業市場化、專業化、標準化、規范化程度很高，對建筑項目的規劃有著成熟的機制，項目整合交付模式為IPD模與BIM技術結合的建筑項目執行模式，施工項目一旦啟動，就會進行到底，建筑施工的集成化與專業化高。而國內的工程管理模式尚未成熟，在建筑施工時，時常會有趕設計、搶工期、臨時變卦的事發生。同時，BIM模型需要實時變更，給技術人員造成極大困擾。

3.3 宣傳推行不力

國外對于BIM的標準建立與資金支持力度不斷加大，美國早在2003年就由美國總務署(GAS)推出全國3D-4D-BIM計劃，而GAS下屬部門公共建筑服務部門也為100多個功能不同建筑項目提供獨特的戰略建議與技術支持。GAS更是要求，從2007年起，所有大型項目必須應用BIM，最低要求是對空間規劃與最后模型展示必須提交BIM模型，并且對于采用這些技術的項目承包商給予不同技術與資金支持。此外，美國還對項目合同進行研究，制定合適的合同模板與條款來促使承包商使用BIM技術，在政策的扶持下，到2012年，美國建筑行業使用BIM的比例已達到71 %。同樣地，BIM在其他國家也得到了大力推廣，英國政府對BIM給與高度重視，更是強制推廣BIM技術。

然而，國內對于建筑信息技術的推廣較慢，信息化比例低于發達國家，2020年，我國建筑行業總產值達到26.4萬億，但是建筑信息化僅占0.1 %，遠低于發達國家的1 %。我國在BIM應用起步相對較晚，初期只有一些大型建筑設計企業或房地產將這一理念引入到公司的提議中，且只是停留在表面。近些年，BIM技術在國內繁榮發展，但對于BIM技術的探索在深度與廣度上依然比較有限。我國目前的現狀是：一線城市對BIM技術推行度較高，但是二三線城市較低；大型企業對于BIM推行與應用較為普及，但是內部BIM人才稀缺，普及率較低；而小型企業甚至對BIM都不了解。雖然政府與大型項目開始關注BIM，要求在設計與施工中使用BIM，并且已經有不少項目取得突破性進展，但是，仍然需要大量的應用實踐。

3.4 軟件設備不完善

目前，由于我國施工信息化水平與傳統建筑行業發展還處于初期階段，使用的BIM軟件大部分都是與AUTOCAD相結合，即現階段BIM技術仍與傳統2D技術相結合應用，獨立的BIM系統軟件并沒有完善，軟件兼容性不佳，致使BIM的信息庫過于龐大，信息冗余。BIM的建筑設計資料的內存可以達到幾十甚至上百GB，每個BIM用戶必須配備有高性能的計算機才能使用，當用戶在網絡信號不好的工地進行操作時，難以與移動端相結合，基于BIM模型進行溝通與協作較難。BIM應用是為了提高智能建筑的信息化水平，雖然BIM的5D模型、施工模擬動畫極為真實精確，但是其中的數據都是BIM建模與業務人員用手錄進去的，如每天的實際施工進度，而安全、質量、技術等檢查問題都需要人工錄入，這在一定程度上增加了施工人員的負擔。

4 結 語

BIM將成為下一代主流技術，對于BIM應用的推廣將日益成熟。建筑信息模型(BIM)的數字理念在風靡全球時，也在深深影響著中國。隨著BIM技術在國內的應用日漸增多，有越來越多的企業、學者、行業都會對BIM各方面進行研究，以拓寬BIM技術的應用領域，創新BIM技術的管理模式，而BIM除了在智能化建筑的應用之外，它會在諸如歷史文物修復、綠色建筑等大放異彩。同樣地，BIM技術的應用將會給建筑施工企業帶來巨大的挑戰，BIM的推廣將會建立一個新的行業標準，設立一個新的規范，將會有效提升建筑行業的信息化與標準化，而建筑企業是在BIM革新熱潮中迅猛發展還是不能適應新生而日漸衰弱。推廣BIM技術，對于我國建筑信息化與現代化的建設有著重大意義。