BIM技術(shù)的發(fā)展簡介與前景展望

劉子寒 白博陽 高鵬 劉亦白

摘?要：這些年來，BIM在國內(nèi)的運(yùn)用越來越多，將建筑工程立體可視化已經(jīng)成為國內(nèi)建筑業(yè)發(fā)展的新方向。看到BIM技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀和未來發(fā)展的潛力，同時(shí)對BIM軟件應(yīng)該進(jìn)行不斷的學(xué)習(xí)，這將更好地服務(wù)于建筑行業(yè)。而BIM作為一種可以應(yīng)用在建筑工程全過程的軟件，從BIM的概念與BIM的技術(shù)概念出發(fā)，了解到BIM的五大特性并在工程行業(yè)的應(yīng)用，得出BIM學(xué)習(xí)的重要性。

關(guān)鍵詞：BIM；一體化；設(shè)計(jì)；施工

一、BIM技術(shù)在建筑工程中的重要性

隨著我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展進(jìn)入新的階段，經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式已經(jīng)從高速發(fā)展轉(zhuǎn)變?yōu)楦哔|(zhì)量發(fā)展穩(wěn)步增長階段，作為經(jīng)濟(jì)發(fā)展支柱之一的土木工程同樣如此。在新的形勢下，傳統(tǒng)的建造模式已不能滿足木工工程新的需求了，建筑企業(yè)必須要改變傳統(tǒng)粗獷的生產(chǎn)方式，追求更加精益、集約、智能的生產(chǎn)方式。

BIM是以建筑工程項(xiàng)目的設(shè)計(jì)圖紙為基礎(chǔ)，將設(shè)計(jì)圖紙中的相關(guān)數(shù)字信息錄入軟件中，用以建立三維立體建筑模型。BIM建模不是將數(shù)字信息進(jìn)行簡單的集成，而是一種對數(shù)字信息的應(yīng)用，它是一種可以用于設(shè)計(jì)、建造、管理的數(shù)字化方法。BIM技術(shù)的應(yīng)用涉及建設(shè)項(xiàng)目的投資決策、設(shè)計(jì)、招投標(biāo)、施工以及竣工結(jié)算等各方面，使建筑工程在整個過程都能顯著地提升生產(chǎn)效率、提高工程質(zhì)量、縮短工期、降低工程成本。BIM憑借其獨(dú)有的技術(shù)優(yōu)勢逐步興起，為建筑業(yè)成本管理帶來了革命性的變化。

從BIM的概念以及技術(shù)概念出發(fā)，得出BIM技術(shù)的四大特點(diǎn)：（1）信息的完備性。（2）信息的協(xié)調(diào)性。（3）操作的可視化性。（4）信息的互用性［1］，結(jié)合補(bǔ)充的資料顯示，BIM技術(shù)還有可出圖性的特點(diǎn)。

二、BIM在工程建設(shè)領(lǐng)域中的應(yīng)用分析

其實(shí)在一些發(fā)達(dá)國家中，BIM已經(jīng)是一種常見的信息化運(yùn)用工具。在日本工程建設(shè)領(lǐng)域是取得了較大的發(fā)展，其對建筑工程有著更為細(xì)致的要求，日本建筑以低樓層房屋為主，主要運(yùn)用的建筑材料也是木材。與之相比，我國的房屋建筑越來越趨向于高層，超高層建筑，所以主要建筑材料也是屬于鋼材，混凝土這種強(qiáng)度較高的材料。針對不同國家的建筑行業(yè)發(fā)展?fàn)顩r，BIM技術(shù)需要進(jìn)行更為準(zhǔn)確的因地制宜的運(yùn)用。它將裝配式建筑建造方式與信息化施工結(jié)合起來，與此同時(shí)，它也克服了傳統(tǒng)CAD的一些弊端，3D立體模型的立體感，直接性等特性是平面圖紙無論如何都無法達(dá)到的，平面圖紙?jiān)谑┕み^程中因其不直觀的弊端，常常會增加施工人員理解項(xiàng)目細(xì)化的困難度。而BIM可以突破這種弊端，實(shí)現(xiàn)了構(gòu)件工廠化生產(chǎn)，改善勞動強(qiáng)度和勞動環(huán)境，減少勞動力。也正是因?yàn)锽IM在構(gòu)件安裝上的細(xì)致化處理，這不僅可以大幅提高工程的質(zhì)量安全保證，同時(shí)也可以減少產(chǎn)品的成本，將工期大大縮短。

三、BIM技術(shù)在施工與使用階段的優(yōu)勢

傳統(tǒng)土木所無法避免的現(xiàn)場施工環(huán)境差、污染多、能耗大、浪費(fèi)多。在BIM技術(shù)的應(yīng)用下，大部分采用機(jī)械化施工生產(chǎn)，將現(xiàn)場的工作量大大減少，同時(shí)也可以減少現(xiàn)場施工人員的數(shù)量，降低了勞動力的成本，同時(shí)也更好地保障了工人的人身安全。不僅僅是在施工階段，在后續(xù)的使用階段中，采用BIM的信息化管理，讓現(xiàn)場的環(huán)境進(jìn)行改善，后續(xù)監(jiān)測，維護(hù)工作可以更加有條理地實(shí)施，也可以在后續(xù)精細(xì)化改善的相關(guān)的工作中，可以更加便捷、快速、有效。這就充分說明BIM技術(shù)對于建筑工程是非常有利，可以在整個工程時(shí)期，都可以將BIM技術(shù)運(yùn)用到實(shí)地中去。［2］

四、培養(yǎng)BIM技術(shù)型人才的重要性

我國在基建施工速度方面有優(yōu)勢，這是由于建設(shè)者們吃苦耐勞的優(yōu)秀品質(zhì)，但是對于建筑行業(yè)的發(fā)展來說，核心競爭力還是先進(jìn)技術(shù)的發(fā)展，在這一點(diǎn)上，我國還是離西方發(fā)達(dá)國家有一段距離。基于歷史原因，我國對BIM技術(shù)的了解和應(yīng)用的水平在初步發(fā)展階段，目前主流的方式還是采用CAD等軟件來進(jìn)行設(shè)計(jì)，以及運(yùn)用大量施工經(jīng)驗(yàn)來指導(dǎo)施工，后期的監(jiān)測養(yǎng)護(hù)工作也是時(shí)常被忽略。所以有關(guān)部門要重視對建筑行業(yè)的產(chǎn)業(yè)升級，其中大力發(fā)展BIM技術(shù)在實(shí)際工程中的運(yùn)用就是很重要的一環(huán)。更多的企業(yè)開始重視BIM人才的培養(yǎng)，逐步開始實(shí)現(xiàn)CAD到BIM的轉(zhuǎn)型，但是改變不是一蹴而就的，尤其是需要對整個工期中各環(huán)節(jié)的巨大改變，在政府的大力扶持下，企業(yè)將會克服當(dāng)前市場困難，在不斷的實(shí)踐中探索出BIM技術(shù)最適合我國的發(fā)展趨勢。甚至不限于只是運(yùn)用BIM技術(shù)，還要在BIM的基礎(chǔ)上，二次開發(fā)出適合我們自己國情和市場情況的更加先進(jìn)的技術(shù)。所以對BIM技術(shù)的開發(fā)與投資是可以帶給國家、社會和企業(yè)不可限量的回報(bào)。

我國基于BIM技術(shù)應(yīng)用的裝配式建筑方式還在發(fā)展的初期階段，因?yàn)檠b配式建筑模式需要在前期投入大量資金將各構(gòu)件在工廠生產(chǎn)完畢，再運(yùn)輸至施工場地完成建筑裝配。［3］但是裝配式建筑產(chǎn)業(yè)鏈結(jié)構(gòu)復(fù)雜，需要大量的前期投入，收益曲線較長。并且在這方面的相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范不完善，種種原因?qū)е铝撕芏嗥髽I(yè)現(xiàn)在是處于觀望狀態(tài)，由于全球經(jīng)濟(jì)影響，也就導(dǎo)致企業(yè)對大額投資更加謹(jǐn)慎，這也令建筑行業(yè)的產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型更加艱難，在這種情況下，只能是央企和國企充分起到帶頭作用。需要從負(fù)責(zé)人到設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)，再到施工團(tuán)隊(duì)，監(jiān)測團(tuán)隊(duì)等，全體人員都需要對BIM技術(shù)足夠熟悉且善于應(yīng)用，而不是企業(yè)都不明晰其本質(zhì)，盲目地就想著運(yùn)用，不明白其核心理念，只是生搬硬套之前的模式，這是需要我們所有建筑行業(yè)相關(guān)人員共同學(xué)習(xí)的新技術(shù)，要學(xué)會將BIM技術(shù)用好、用活，這樣才能為BIM技術(shù)的改革提供原始動力。

我們國家從2003年開始引進(jìn)BIM技術(shù)，也正是因?yàn)閲摇笆晃濉笨萍贾斡?jì)劃、“十二五”建筑信息化發(fā)展綱要等文件的誕生，［4］在近二十年來，BIM技術(shù)是在我國持續(xù)發(fā)展的，但是發(fā)展?fàn)顩r不容樂觀。技術(shù)升級了，但是模式?jīng)]有升級，就比如說各級建設(shè)行政主管部門、質(zhì)安站、備案部門等相關(guān)建筑領(lǐng)域人員早已適應(yīng)了傳統(tǒng)建造方式，對新技術(shù)上手難甚至不太接受。因?yàn)锽IM技術(shù)的熟悉是需要相關(guān)專業(yè)背景基礎(chǔ)的，其中就包括“高等數(shù)學(xué)”“理論力學(xué)”“材料力學(xué)”“結(jié)構(gòu)力學(xué)”“計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)”等相關(guān)專業(yè)課程。所以對于沒有經(jīng)過系統(tǒng)的土木工程專業(yè)學(xué)習(xí)的人來說，了解并熟悉BIM技術(shù)是一件相當(dāng)困難的事情。而現(xiàn)在正處于轉(zhuǎn)型期，BIM技術(shù)及應(yīng)用管理團(tuán)隊(duì)的建設(shè)還有很長的路要走。讓一種新型的建造理念被大多數(shù)人接受并適應(yīng)本就是一件需要長期磨合的事情，這是需要全社會的共同努力。

五、BIM技術(shù)在工程建筑領(lǐng)域的必要性

我國對于建立BIM模型的相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)還處于初步制定的階段，因?yàn)閷?shí)際的工程案例還比較少，對于其裝配式建筑的各方面性能還需要進(jìn)一步的研究。又因?yàn)樵趯?shí)踐中，BIM技術(shù)的應(yīng)用還是存在著很多的爭議，這不僅會阻礙著BIM技術(shù)在工程建筑領(lǐng)域的發(fā)展。［5］有關(guān)于BIM模型建立，應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)化的各個方面，都是需要對其進(jìn)行合理的規(guī)范引領(lǐng)。目前BIM技術(shù)應(yīng)用在建筑行業(yè)市場上還需要尋找新的發(fā)展方向，因?yàn)榻?jīng)濟(jì)形勢的影響，企業(yè)也不敢大力發(fā)展BIM技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用。可以說，BIM技術(shù)的運(yùn)用沒有相關(guān)明確的政策，就沒有BIM技術(shù)的健康發(fā)展和應(yīng)用，BIM技術(shù)發(fā)展的阻礙性還體現(xiàn)在設(shè)計(jì)、施工、工程款支付這三個方面上。

（一）設(shè)計(jì)方面

在之前的設(shè)計(jì)單位模式是，在設(shè)計(jì)上，對房屋建筑設(shè)計(jì)是用類似項(xiàng)目模板進(jìn)行套用的方式，所以各個項(xiàng)目的設(shè)計(jì)狀況是高度相似的，且在這樣一套模板下，大大減少了設(shè)計(jì)所需花費(fèi)的時(shí)間成本，所以其采用快速模板化得出設(shè)計(jì)圖紙，以項(xiàng)目數(shù)量來獲得最大利潤。所以此類單位很少會投入大量時(shí)間和資金來使用BIM技術(shù)建設(shè)新的設(shè)計(jì)方案，并且培養(yǎng)可熟練使用BIM技術(shù)的設(shè)計(jì)人員，配備大量設(shè)備，這都是需要單位大量投入的，但是因?yàn)榱?xí)慣于之前的設(shè)計(jì)模式，設(shè)計(jì)人員的設(shè)計(jì)水平相關(guān)職業(yè)能力較為有限，而且在傳統(tǒng)的建筑模式中設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)理是完全分離開的三個板塊，但是BIM技術(shù)一體化要求三方高度協(xié)作配合，這完全顛覆了之前的模式，需要改變?nèi)w人員原先的理念。

（二）施工方面

施工組織結(jié)構(gòu)薄弱，長期以來，各工程項(xiàng)目的誕生，利益相關(guān)者經(jīng)常是臨時(shí)聘用部分較有文化和經(jīng)驗(yàn)的所謂“農(nóng)民工”組建項(xiàng)目管理班子，整體技術(shù)力量差，科學(xué)施工理念差，更別說他們應(yīng)用BlM這一新的理念，不妨試試，很多企業(yè)的項(xiàng)目管理班子，他們對BIM究竟是什么都無從所知，更別說應(yīng)用于管理了。傳統(tǒng)施工模式長期運(yùn)行的過程中，不可避免地產(chǎn)生社會亂象，致使工程沒有按規(guī)定落實(shí)，如何讓BIM技術(shù)應(yīng)用落地，這是需要考慮的問題。

（三）工程款支付方面

筆者曾做過一個項(xiàng)目，EPC總包模式，在2015年底組織了竣工驗(yàn)收，然后在辦理決算過程中經(jīng)過審計(jì)、設(shè)計(jì)單位核實(shí)變更事項(xiàng)、甲方現(xiàn)場再次核量等一系列問題，決算辦理完畢已經(jīng)到了2018年底，2019年底工程欠款才完全到位。近幾年，國家規(guī)定不能拖欠施工單位員工工資，業(yè)主不能按時(shí)支付工程款，施工單位墊資施工成為一種常態(tài)。

基于上述原因，對于施工企業(yè)怎么會意愿性、主動地投入BIM應(yīng)用技術(shù)建造理念中去呢。一個建造方式的變革，前期要投入大量的設(shè)施、人力，增加成本。故此，上述因素阻礙了BIM推進(jìn)的進(jìn)程。

六、BIM技術(shù)在建筑行業(yè)施工中的重要性

BIM包含了不同專業(yè)的所有信息，建筑的外形、結(jié)構(gòu)和水電暖通設(shè)施都可以在建筑信息模型中一目了然，而且方便查找、使用和修改，避免了設(shè)計(jì)和設(shè)計(jì)、設(shè)計(jì)和施工之間的矛盾，是一項(xiàng)革命性的技術(shù)。目前我國普遍使用AutoCAD、天正建筑和PKPM，建筑、結(jié)構(gòu)和水電暖通分別使用不同軟件、各行其是，總會出現(xiàn)管線沖突甚至無法施工的情況，需要設(shè)計(jì)師之間協(xié)商，還需要達(dá)到施工現(xiàn)場實(shí)地考察來修改圖紙，一方面效率較低，另一方面返工會導(dǎo)致工期延長、預(yù)算增加。BIM的出現(xiàn)解決了種種問題，結(jié)構(gòu)和水電暖通可以在同一個模型顯示，利用三維模型進(jìn)行碰撞檢測在設(shè)計(jì)勘測階段即可以解決管線沖突的問題，結(jié)構(gòu)監(jiān)測可以保障施工順利進(jìn)行，施工方和設(shè)計(jì)單位不用再在圖紙問題上爭得面紅耳赤。項(xiàng)目進(jìn)度控制功能可以使施工單位經(jīng)常檢查實(shí)際進(jìn)度是否按計(jì)劃要求進(jìn)行，對比模型進(jìn)度和施工現(xiàn)狀就可以了解出現(xiàn)的情況，及時(shí)進(jìn)行彌補(bǔ)，確保工程按時(shí)交付。

BIM技術(shù)早已在歐美國家廣泛應(yīng)用，在我國BIM已經(jīng)被越來越多人熟知，發(fā)展迅速，很多項(xiàng)目開始采用BIM技術(shù)，在設(shè)計(jì)單位BIM的使用率顯著提高。金虹橋國際中心的施工就使用了BIM技術(shù)，占地面積大、時(shí)間緊、安全要求高和管線多且復(fù)雜等要求向傳統(tǒng)設(shè)計(jì)施工提出巨大挑戰(zhàn)，BIM技術(shù)不僅應(yīng)對自如，在施工前就檢查出31370處碰撞點(diǎn)，重新調(diào)整了設(shè)計(jì)標(biāo)高，避免了拆除重新安裝和安全方面的問題，還能達(dá)到業(yè)主的期望，呈現(xiàn)出復(fù)雜部分的三維效果、控制預(yù)算和施工周期以及減少施工時(shí)的低級失誤。［6］BIM在工程行業(yè)的應(yīng)用廣泛，包括建筑結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)、設(shè)備、橋梁、地鐵、幕墻、異形造型、景觀市政以及室內(nèi)精裝修;使用BIM技術(shù)可以更好地設(shè)計(jì)和施工，還可以協(xié)助業(yè)主方和總包方進(jìn)行后期運(yùn)維，可以說BIM技術(shù)覆蓋了整個建筑行業(yè)。BIM技術(shù)可以進(jìn)行快速量算，用電算化的操作代替手算，提高了管理效率，且數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、可回溯。相比于用平面圖紙向作業(yè)人員交底，BIM軟件建立了三維模型，在復(fù)雜區(qū)域所呈現(xiàn)的效果更直觀、更通俗易懂，作業(yè)人員容易施工。BIM技術(shù)還能對施工方案進(jìn)行優(yōu)化，省略了施工現(xiàn)場拆裝的麻煩，降低了成本。著眼未來，BIM的發(fā)展不可估量，結(jié)合BIM技術(shù)和3D打印技術(shù)讓精準(zhǔn)化復(fù)原損毀的建筑成為可能。

在住建部的指導(dǎo)和推動下，學(xué)習(xí)BIM變得觸手可及，廣聯(lián)達(dá)積極招募人才學(xué)習(xí)深造，設(shè)計(jì)單位也要求掌握BIM技術(shù)。對于我們土木工作人員，不僅可以參加相關(guān)培訓(xùn)、學(xué)習(xí)BIM課程，還可以上網(wǎng)尋找資源自學(xué)。常用的BIM設(shè)計(jì)工具有Revit系列、Tekla系列、Bentley系列、CATIA系列、Rhino系列，等等，其中在民用市場借助AutoCAD天然優(yōu)勢的Revit建筑、結(jié)構(gòu)和機(jī)電系列有相當(dāng)不錯的市場表現(xiàn)。

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作者簡介：劉子寒（2002—?），男，漢族，遼寧錦州人，大學(xué)在讀，研究方向：結(jié)構(gòu)工程。