BIM技术在工程施工中的应用探究

于庆涛

摘要： BIM技术中包含的信息通过协同工作的模式实现资源共享，是建设行业信息化管理的一个全新突破手段。借用BIM模型中丰富的几何信息和非几何信息整合工程全生命周期中项目各参与方间的信息协同、共享集成与应用。

Abstract： The information contained in BIM technology realizes resource sharing through the mode of collaborative work. It is a brand-new breakthrough method for information management of construction industry. Using the rich geometric information and non-geometric information in the BIM model to integrate information cooperation， sharing， integration and application among project participants in the entire project life cycle.

关键词： BIM技术；BIM应用；BIM内涵；载体维度；碰撞检测；施工模拟

Key words： BIM technology；BIM application；BIM content；carrier dimension；collision detection；construction simulation

中图分类号：TU17 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2018）26-0241-04

0 引言

BIM技术引入国内工程施工领域后，被视为继CAD后又一次重大变革，引起了行业内的高度关注，应用阶段涵盖了规划、设计、施工、运维。通过应用，行业内积累了大量应用经验，也存在着对BIM技术认识不统一、BIM技术人员储备不足、BIM技术流程和成果不规范等因素，以至于很多项目出现BIM技术与项目管理结合度不够的现象。

住房和城乡建设部于2015年6月16日发布了《关于印发推进建筑信息模型应用指导意见的通知》（建质函[2015]159号），要求到2020年末，建筑行业甲级勘察、设计单位以及特级、一级房屋建筑工程施工企业应掌握并实现BIM与企业管理系统和其他信息技术的一体化集成应用；到2020年末，以下新立项项目勘察设计、施工、运营维护中集成应用BIM的项目比率达到90%；以国有资金投资为主的大中型建筑；申报绿色建筑的公共建筑和绿色生态示范小区。

1 BIM基本概念及特征

1.1 BIM基本概念

BIM（Building Information Modeling）即建筑信息模型，是在建設工程及设施全生命周期内，对其物理和功能特性进行数字化表达，并依此设计、施工、运维的过程和结果的总称。

1.1.1 Building

Building指建设工程，是一个建设项目从初期规划，到过程设计、施工乃至运行维护全生命周期的过程。

1.1.2 Information

Information意为信息，是BIM技术中的基础和关键，具有重要意义，承载着建设工程产生的庞大的信息与数据，体现了BIM出现的根本意义。

1.1.3 Modeling

Modeling即为模型，BIM是以模型为载体，通过模型传递信息，是整个BIM技术应用的基础。

1.2 BIM内涵

1.2.1 工程项目的全生命周期应用

BIM的作用是可以通过信息的协同传递，提供信息管理与共享的有效方法。可以贯穿整个项目从概念提出到拆除的全过程，减少建设工程“错、缺、漏、碰”现象的产生，减少浪费，降低材料、人工消耗。

1.2.2 BIM的信息载体维度（nD）

BIM技术的出现实现了从传统二维到三维绘图，甚至n维的转变。是建设工程通过3D可视化、4D进度管控、5D造价管理、6D性能分析直至与物联网、移动应用、云端、虚拟现实的基于网络的多维协同方式与集成应用，为建设工程不同参与者之间实现信息协同与共享起到显著作用。

2 BIM技术国内外应用现状

2.1 国外BIM技术应用现状

BIM技术在国外的应用起步较早，从提出到完善，历经三十余载，逐步被新加坡、英国、美国等几个主导国家所普遍接受并经过长期的酝酿，从政府层面对于工程项目的BIM应用制定了相应的政策支撑。

新加坡1995年启动了一个名为CORENETIT的IT 项目采用先进的信息技术实现建筑房地产业的参与方间实现高效、无缝地沟通和信息交流；英国政府要求强制使用BIM，到2016年，政府要求全面协同3D-BIM.并将全部的文件以信息化管理；2003年起，美国总务管理局（GSA）通过其下属的公共建筑服务处（Public Buildings Service，PBS）开始实施一项被称为国家3D-4D-BIM计划的项目，为了保证计划的顺利实施，GSA制定了一系列的策略进行支持和引导，BIM在美国逐渐成为主流，并对包括中国在内的其他国家的BIM实践产生影响。

2.2 国内BIM技术应用现状

我国未来建设领域将是以现代化、工业化、信息化为主导的三个发展方向，而BIM技术将成为建设行业信息化发展的主旋律。无论从降低建设成本或是减少人材机的消耗方面，BIM技术的广泛应用无疑对我国建设领域产业结构调整和绿色建造等产生了深远的影响。

2.2.1 我国现行各类BIM标准、政策

自2011年至今，住房和城乡建设部相继发布了《2011～2015年建筑业信息化发展纲要》、《关于推进建筑信息模型应用的指导意见》（建质函[2015]159号）、《2016～2020年建筑业信息化发展纲要》（建质函[2016]183号）等政策性文件，对建设单位、勘察设计单位、施工单位的BIM实施起到积极地引导作用，指明了BIM技术实施方向。

住房和城乡建设部相继发布了6项BIM国家标准的编制计划，分别是：《建筑工程信息模型应用统一标准》、《建筑工程信息模型存储标准》、《建筑工程信息模型编码标准》、《建筑工程设计信息模型交付标准》、《制造工业工程设计信息模型应用标准》和《建筑工程信息模型应用标准》。目前《建筑工程信息模型应用统一标准》GB/T 51212-2016和《建筑工程信息模型应用标准》GB/T 51235-2017已经编制完成并发布实施。

2.2.2 国内各类工程项目BIM应用情况

国内项目最初使用BIM技术辅助工程建设主要以大型公建、超高层项目为主，如国家体育场、银河SOHO、深圳平安中心、上海中心、“中国尊”、新机场航站楼以及万达系列项目中广泛应用。建设单位通过BIM技术对一些复杂节点、异形钢结构和幕墙以及超大规模的机电设备和管线安装等工作进行预排模拟，提前发现一些以往常规做法不易管控、不易发现的设计错误，通过各专业三维模型的协同管理解决“错、漏、碰、缺”等诸多问题，降低工程建造成本，产生更为直接的经济利益。

近几年来，越来越多的工程项目在招标之初即明确使用BIM技术，施工单位为了适应新时期的工程管理模式的变革，也逐步开始推动BIM技术的应用发展。施工单位中BIM技术应用较为成功的以中国建筑、北京城建、上海建工、湖南建工等企业为代表，经过多年工程项目中的BIM实施，已逐步完善了自身BIM体系并在相关涉及BIM技术的工程投标中占据有利位置。

3 BIM技术在施工管理中的应用

施工单位是工程建设最直接的实施完成者，对工程项目施工中的管理亦深有体会。目前，国内BIM发展程度最完善和最能体现BIM技术水平的也是施工单位。

3.1 施工管理的BIM应用特点

建造过程中，质量、进度、成本被称为工程项目建设的三大目标，是建设工程施工阶段管理的主要工作内容。充分运用BIM的可视化、协同性、模拟和分析、优化性、可出图性等特点实现施工阶段的数字化管理。

3.2 工程项目BIM应用价值与案例

中铁北京工程局建筑工程分公司充分运用BIM技术的五大特点，积极在各工程项目上推广，产生了一些实际效益，主要体现在以下几个方面：

3.2.1 基于BIM技术的三维可视化交底

按照图集规范、2D设计图纸，利用Autodesk Revit、Trimble Sketchup、Autodesk 3dsMax等系列軟件创建建筑、结构、机电、装饰BIM模型，对主要节点做法、施工工艺通过PC、移动端等设备及纸质交底进行可视化展示，使项目管理人员、作业人员更直观地理解交底内容，规范地进行施工生产工作。

三维可视化交底在合肥市轨道交通1号线装修5标工程、北京市轨道交通昌平线南延工程三标、贵阳小碧新城二期（安置点）项目的技术交底中均得到了应用。以北京市轨道交通昌平线南延工程三标为例，在前期临时设施的建设过程中，项目按照图集规范自行制作了“不上人吊顶做法”、“地砖铺贴做法”、“砖墙乳胶漆做法”、“砖墙贴壁纸做法”、“厨房屋面做法”等三维模型，通过输出多角度图片进行打印或传输至手机移动端、PC端等等方式对现场管理人员和作业人员进行技术交底。通过这种方式使施工现场的不规范的做法大幅减少，质量问题得到有效控制。

3.2.2 基于BIM技术的碰撞检测与施工模拟

将建立完成的各专业BIM模型，经过检查审核后导出为国际通用标准BIM格式IFC文件后，使用专业的碰撞检测与模拟软件对结构构件、建筑、管线综合各专业之间进行碰撞检测和分析，提前发现设计中存在的问题，优化施工方案和资源配置。

中铁北京工程局建筑工程分公司在北京曹妃甸职教城北京职业技术师范高等专科学校项目-校级办公楼工程中采用Autodesk Revit进行建筑、结构、机电安装（给排水、暖通、电气）等专业分别建模，转换为Naivsworks能够识别的.nwc格式文件，对模型进行逐一整合。通过对各专业间的相互冲突检测，检测出机电各专业与结构模型的碰撞5处，机电各专业与建筑模型的碰撞53处，机电各专业之间的碰撞53处（图2）。贵阳小碧新城二期（安置点）项目也通过对中小学工程的管线综合碰撞检测发现39处水、电专业冲突，并提前做出优化。

3.2.3 基于BIM技术的工程进度管理

进度控制是建设项目管理三大目标之一。随着建设项目的大型化和复杂化，进度与承包、质量的多方面协调仅依靠传统进度控制方法已很难兼顾，应用信息化技术实现对进度的控制已成为发展趋势。BIM技术在进度管理中有其自身的优越性，具体表现如下：

①BIM基于立体模型，具有很强的可视性和操作性。

BIM的成果是高仿真三维模型，可以对建筑内外部进行细致地检查；可以对某个建筑构件的空间位置、三维尺寸和材质颜色等特质进行精细化地修改，降低因设计错误对施工进度造成的影响。

②BIM包含了完整的建筑数据信息。

BIM模型包含了完整的建筑信息，从构件的材质到尺寸数量，从项目位置到周围环境，甚至可以精确到材料等级、出厂日期等数据。将建筑模型附加进度计划的虚拟建造，可以间接产生材料和资金供应计划，并与施工进度的变化同步自动更新，保证施工过程的资金和材料充分供应。

基于BIM的进度管理以贵阳小碧新城二期（安置点）项目为例，该项目对中小学工程建立了建筑、结构、机电Revit模型，并将模型输出至Navisworks与Project施工进度计划进行了对应的匹配；再为实际进度进行相应的匹配，通过软件的自动模拟，查找实际进度与计划进度之间存在的差异，并通过模拟找到问题根本所在。

3.2.4 基于BIM的现场布置与模拟

施工现场环境的布置与模拟按照以往传统图纸的方式很难表现完整，且各种构筑物、植物、周边环境、交通情况复杂，容易在设计布置前期产生各种问题，出现返工现象。因此，发挥BIM三维可视化的特点，对施工现场的布局提前预判，以达到减少材料的浪费及返工影响工期的目的。（图3）

3.2.5 基于BIM的工程量计算

由BIM平台创建的三维模型，包含了各种与构件相关的属性，并進行了匹配，并录入附带几何信息和非几何信息，可以便捷的统计任意部位的工程量。

通过合肥市轨道交通1号线装修5标工程、北京市轨道交通昌平线南延工程三标、贵阳小碧新城二期（安置点）项目的摸索。已经可以通过Auto Revit按照相应规范规则创建模型自动计算工程量或导出至广联达算量软件中生成工程量清单。（图4）

以合肥市轨道交通1号线装修5标工程为例，Revit本身缺少大量模型，如果需要得出准确的工程量，绘制各种类型的族文件就成为最紧迫、最重要的环节。如搪瓷钢板，由于颜色不同、工艺不同、形状不同等因素，需要创建带有参数变化的族库。创建的有石材踢脚、盲道、各种规格的搪瓷钢板、材料伸缩缝、导向标识、铝圆通、折边铝板等十几种专用族。

通过对应的模型建立及信息录入，软件自动汇总数据，在生成报表之前只需简单设置所需条目，即可对工程数量进行快捷的汇总统计。

3.2.6 BIM与装配式建筑施工

装配式建筑与BIM结合应用能够发挥的作用除了工程质量进度控制、5D动态成本控制、和可视化技术交底等BIM价值外，最重要的就是对于预制构件入场和存储的管理。

通过BIM信息共享与RFID（无线射频识别）的有效结合，对构件实施追踪控制。RFID是一种非接触的自动识别技术，通过射频信号自动识别并获取数据，BIM与RFID相结合的优点就是信息读取准确，传递速度快，减少人工录入信息可能造成的错误。

未来装配式建筑也是公司工程施工项目的主要发展方向，装配式建筑与BIM技术也必然成为项目施工管理的重要措施之一。研究BIM技术与装配式建筑的有效结合，解决过程中出现的问题，制定相应的装配式BIM业务流程与规则是今后的重点研究方向。

3.3 BIM技术的未来展望

BIM技术除了自身的特点与价值，还应与各类其他新兴技术有机结合，现在行业内运用比较成功的BIM拓展应用主要是与物联网、云计算、数字化加工、智能全站仪、GIS、3D扫描、虚拟现实、3D打印等的技术融合。其根本均是以BIM模型为基础，利用BIM模型的信息共享，实现各阶段的协同工作，这样才能充分发挥BIM技术的自身特性，科学有效的提高工程项目施工管理水平。

4 BIM技术对于建筑行业的重要性

在过去的30年中，随着社会的发展和生活观念的变迁，城市建设进入了空前发展的黄金时期，建筑行业经历了粗放式的增长形态。如今经济进入了常态化，以前在建设行业里有这样一个规律，只要能接到项目，怎么干都能挣钱！这导致建筑行业一直是粗放型的管理模式。而现在企业面临着激烈的竞争，我们不得不提高管理水平。BIM技术的出现就成了促进项目的精细化管理，增加企业竞核心争力的有效途径之一。

BIM技术是一项颠覆设计、施工管理的新技术，彻底改变了相关人员的工作和管理方式。无论从现阶段BIM工具出发，还是基于未来协同管理模式创新来看，BIM的应用推广趋势已不可阻挡。就如同10年前的互联网一样，基于BIM所引领的技术变革、管理变革，也势必会创造出新的商业机会、商业模式和新的工作岗位。无论是对施工企业与施工管理人员，将会产生重要的影响，它将直接决定施工企业的施工技术与管理水平和相关从业人员的素质。

5 BIM技术应用总结

BIM 的提出和发展，对工程建设行业的技术进步产生了重大影响。应用BIM 技术可大幅度提高工程建设的集成化程度，促进工程建设行业生产方式的转变，提高投资、设计、施工、运维乃至整个工程生命期的质量和效率，提升科学决策和管理水平。

参考文献：

[1]桑培东，肖立周，李春燕.BIM在设计-施工一体化中的应用[J].施工技术，2012（16）：25-26，106.

[2]张建平，李丁，林佳瑞，等.BIM在工程施工中的应用[J].施工技术，2012（16）：10-17.

[3]王雪青，张康照，谢银.基于BIM实时施工模型的4D模拟[J].广西大学学报（自然科学版），2012（4）.