BIM技术在建筑工程施工领域应用探索

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　　摘    要：BIM的含义为“建筑工程信息模型”，在建设项目的应用中得到初步应用，并崭露头角。本文从BIM的定义及应用机制、建设项目中如何应用BIM（三大理念和四大工具）、BIM在建筑工程施工中的技术应用探索、BIM应用存在的制约因素及BIM发展展望等五方面，概括地介绍了BIM的应用场景，对应用、存在的问题及未来的发展提出了自己的建议和思考。
　　关键词：BIM  建筑信息模型 建筑工程
　　1  BIM定义及应用机制
　　1.1  BIM是什么
　　BIM是英文Building Information Modeling的缩写，中文最常见的叫法是“建筑信息模型”。美国国家BIM标准对BIM的定义为：“BIM是一个共享的知识资源，是一个分享有关这个设施的信息，为该设施从概念到拆除的全生命周期中的所有决策提供可靠依据的过程;在项目不同阶段，不同利益相关方通过在BIM中插入、提取、更新和修改信息，以提供和反映其各自职责的协同作业”。
　　1.2  BIM的运行机制是什么
　　在国内，很多人把BIM视为“三维模型”，其最大的功能是“可视化”。但 “可视化”是BIM其中的一项功能，并不是全部功能，甚至不是最主要的功能。那么BIM到底是什么？BIM本质上是一个机制：把数据转化为信息，从而获得知识，让我们智慧的行动。BIM最大的价值是“标准化的数据准确无衰减地在项目实施过程中的传输”，所以“I”（信息）的价值要大于“M”的价值，尽管“模型”是现阶段BIM的主要表达方式。
　　1.3  在建设项目中，BIM能发挥什么价值
　　建设项目中，由于其“复杂性、体量大”，参与方众多、合同關系众多，利益纠葛复杂。建设项目的效率偏低，超预算经常发生。Rex Mliler在2009年出版的名为“商业房地产革命”的专著找中列举一组数据：现有模式生产的建筑成本差不多是应该花费的两倍。72%的项目超预算。70%的项目超工期。75%的不能按时完工的项目至少超出初始合同50%。
　　而造成这一起的根本原因就是“信息的有障碍传输”：参建各方不能“及时、准确获得完全相同的信息”，信息的延迟、失真，造成了设计失误、决策延期等，最后进度延迟、预算失控。
　　在一个典型的BIM过程中，BIM模型将作为所有项目参与方不同建设活动之间进行沟通的方式，当BIM完全实施以后，将发挥如下价值：（1）提高设计成果的重复利用（减少重复设计）;（2）改善信息转化的速度和精度;（3）避免数据互用不适当的成本;（4）实现设计、成本预算、提交成果检查和施工的自动化。
　　2  建设项目中如何应用BIM？
　　2.1  BIM应用的“三大理念”和“四大工具”
　　2.1.1  三大理念
　　任何技术和管理工具的应用，都应该立足于解决工作中的实际问题，同样，BIM也不应该成为建设工程中的旁观者，而应该成为深度的参与者。所以，BIM在实际应用中应秉承三大理念。
　　（1）重信息、轻模型。BIM最大的意义是“I”，而不是“M”，尽管“M”也很重要，“M”是“I”的具体化、形象化，但没有信息的三维模型并不是BIM。
　　（2）BIM不是个人的玩具，而要成为每个人的工具。如果广大建设管理人员、技术人员只能看，不能做，不能用，将不能发挥BIM的强大的分析功能。应该让项目参建的各方、主要的技术人员都懂BIM，像CAD一样成为工程人员的必备技能。
　　（3）要解决工作当中的痛点。这是BIM应用的出发点，初步的应用就要从目前工作中痛点入手，逐步推进、逐步解决。
　　2.1.2  四大工具
　　“四大工具”指BIM要做到“大”BIM、集成项目实施、基于信任的合同和客户为中心的激励、非现场制造。由于BIM目前仍处于起始阶段，后三个工具距离落地实施还有相当的距离，目前我们只谈第一个工具，即“大”BIM。成熟的BIM应能实现的功能：
　　（1）建模。（2）碰撞检查/协调。（3）工作计划和阶段。（4）工程量统计和造价。（5）能量性能模拟。（6）非现场制造。（7）可持续性模拟。（8）生命周期管理。
　　2.2  BIM实施策略研究
　　2.2.1  BIM软件
　　BIM技术的发展，离不开软件的支持。由于建设项目设计不同应用方、不同专业、不同项目阶段，需要各类软件。按照软件功能不同，大约可以分为十几种。这里介绍几类主要应用软件。
　　（1）BIM核心建模软件。它是处于整个BIM软件群的中心位置，它负责创建BIM这种结构化信息，提供BIM应用基础。选择可考虑如下原则：民用建筑用Autodesk Revit。工厂设计和基础设施用Bentley。单专业选择ArchiCAD、Revit 等。
　　（2）BIM机电分析软件。水、电、暖等设备和分析软件有鸿业、博超等。
　　（3）BIM可视化软件。BIM模型可以导入到可视化软件进行视觉效果分析，高度逼真的渲染及特殊动画效果，可以有效的进行方案论证和外部沟通。常见的软件如3D Max、广联达。
　　（4）BIM深化设计软件。虽然BIM核心建模软件本身有一定的深化设计功能，但在很多专业领域都会有专业的深化设计软件。比如在钢结构领域，Xsteel就是最有影响力的深化设计软件，可以进行钢结构加工、安装的详细设计。
　　（5）BIM模型综合碰撞检查软件。不同专业使用各自的BIM核心建模软件建立自己专业相关的BIM模型，然后在综合碰撞软件中集成，形成整个项目的设计、分析、模拟。常见的软件如Autodesk Navisworks 等。 　　（6）BIM造价管理软件。造价管理软件利用BIM模型提供的信息进行工程量统计和造价分析，由于BIM模型结构化数据支持，造价管理软件可以根据工程施工计划动态提供造价管理需要的数据。国内的BIM造价软有：广联达、鲁班等。
　　除了以上6类BIM软件，还有BIM方案设计软件、和BIM接口的几何造型软件、BIM可持续分析软件、BIM结构分析软件、BIM模型检查软件、BIM运营管理软件、BIM发布审核软件等不同的类型，可以根据不同参加方的需求进行选择。
　　2.2.2  BIM应用团队
　　对于BIM团队，要进行顶端设计，利用BIM技术代替传统工作，用BIM作为各协作方之间的工作语言和流程。在工作强度上做减法，在工作效率上做乘法。尤其是要避免的是，原来的业务团队仍然是传统的工作语言，在此之外，又增加了一个BIM人员。
　　3  建筑工程施工领域应用探索
　　在建设项目的建设工程中，以建筑工程的施工阶段的BIM应用相对较早，积累了初步的经验。目前已经应用相对成熟或进入探索使用的主要方向有。
　　3.1  各专业基础建模
　　建筑模型是建筑信息的载体，通过基础建模将各专业图纸所表达的构件位置、材料属性、几何参数等信息集成到三维模型中，既可以生成三维信息模型，直观展示设计意图，也可通过模型检查设计图纸存在的设计冲突、数据缺失、信息错误等问题。
　　3.2  三维漫游
　　利用BIM软件模拟建筑物的三维空间，通过漫游动画的形式提供直观视觉、空间感受，为各参建方提供交流沟通平台，及时发现不易察觉的设计缺陷或问题，减少由于事先规划不周而造成的损失，有利于设计与管理人员对设计方案进行辅助设计与方案评审，促进工程项目的规划、设计、投标、报批与管理。
　　3.3  三维场地布置
　　依照施工场地的布设方案，对场地临时设施、临时用水、用电、道路进行模拟布置，形成直观的三维现场布置，提高现场布置的合理性和科学性。
　　3.4  模板脚手架方案优化
　　应用BIM模板脚手架设计软件，实现对项目的自动拼模和脚手架搭设，提供最优的模板、脚手架设计方案，可按楼层、结构类别生成模板、钢管、方木、扣件、托座等材料用量表，并生成详细的力学计算书和节点详图，为材料统计、材料周转、模板下料提供依据。
　　3.5  碰撞檢查
　　整合各专业模型，检查施工图设计阶段的碰撞，生成碰撞报告，并可在模型中查看碰撞情况，便于及时合理地调整方案，避免各种管线布设与建筑、结构与装饰装修空间冲突。BIM碰撞检查功能有利于发现和定位不同专业之间或不同系统之间的冲突和错误，减少错漏碰缺，避免工程频繁变更等问题，是BIM技术在施工阶段最为基础与成熟的应用之一。
　　3.6  管线综合优化
　　利用搭建好的模型，将主管廊及设备间的水、电、暖、通风等各专业管线和设备进行综合排布，优化成果可用作指导现场施工，避免因返工造成的工期拖延和资金浪费，同时可以作为质量检查和工程量统计的依据。
　　3.7  工艺流程模拟
　　对项目中的关键工序、技术复杂节点等进行模拟，输出工艺流程模拟动画，并对施工管理人员及操作人员进行动画交底，有效提高技术交底的质量和效率。
　　3.8  施工方案模拟
　　在BIM模型的基础上，结合现场的施工环境以及现场施工工艺流程，通过模型的立体剖切、动画漫游及施工模拟等可视化手段，充分了解每步施工工艺流程、施工方法和顺序，制定出高质量的施工方案。
　　3.9  智能排砖
　　利用BIM技术一键排砖的技术能力，提前对砌筑墙体的排砖、构造柱、灰缝等进行方案设计、优化，精准统计材料用量，可提高残砖、碎砖的利用率，节省材料转运过程因多运、少运造成的时间、人工成本。
　　3.10  工程量统计
　　通过BIM技术对模型信息的汇总，可以实现对各专业、多维度（时间、空间、WBS）快速、准确的工程量统计，为材料采购、限额领料、劳动力入场计划等提供参照，加强对项目动态管理和成本控制。广联达算量、计价软件。
　　3.11  样板工程
　　利用BIM虚拟可视功能，在充分吸收各参建方意见和建议的基础上，制作样板模型，提前展示样板效果，提高样板一次成功率，减少或取代实物样板，加快施工进度，减少样板工程投入。
　　3.12  5D施工进度模拟
　　在基础模型的基础上，将时间信息挂接到模型构件上生成5D模型，进行5D动态施工模拟，编制出最优施工进度计划。在施工过程中，通过对比实际进度与计划进度，及时发现进度偏差，提出进度预警，调整进度计划，实现三维可视的进度管理。此项技术属BIM技术深度应用之一。
　　4  目前BIM应用存在的制约因素
　　4.1  软件性能和应用需求不匹配
　　软件的开发深度不能满足现实的需求，导致BIM的需求不能落地，无法产生有效的信息。
　　4.2  BIM人员的缺少
　　BIM应用的特点决定在工程开工前或前期，需要集中投入较多的BIM人员解决建模、碰撞查找、优化、模板方案（因为要定尺采购）、脚手架等问题。如果工程开工前或前期不能解决，BIM的价值将极大的降低。BI将从“以模型到实体的预控”变为“由实体到模型的汇报”，失去了BIM真正的意义。目前BIM人员储备不足，也是造成BIM落地难的原因。
　　4.3  对于BIM认知的误区
　　过于重视BIM的外在效果，而忽略它的核心价值——信息，重模型、轻信息的情况大有存在。
　　5  BIM发展展望
　　从BIM“及时、准确获得完全相同的信息”的使命来看，目前的应用仅仅是冰山一角。未来BIM发展和应用的空间还有很大。为了其健康发展，未来的BIM之路应该坚持以下三点。
　　（1）加强BIM标准的制定，加强BIM核心软件和功能软件的标准化建设，要预留接口，便于数据的互联互通。由于BIM的良好的应用前景，很多软件开发商跑马圈地，纷纷制定自己的BIM标准并互相设置壁垒，这些标准不统一，互相不能衔接，数据不能共享。往往每个软件都要单独建模，大大影响了BIM数据的应用效率。建立国家统一甚至世界统一的BIM标准显得非常重要和紧迫。
　　（2）加强从设计方的正向设计直到到运营方的使用程序。目前的应用仍以施工方为主，往往只能起弥补和改良作用，对成本、工期影响最为关键的是设计阶段。未来应从设计方进行正向设计，建模、碰撞、优化均在设计阶段完成，以成熟的BIM模型作为设计、建设、施工、运营的通用语言，便于成本控制、施工管理、运营管理。
　　（3）加快BIM人员的培养。目前来看BIM人员在整个技术人员中占比太低，大部分技术人员还没有BIM概念或者不掌握BIM技能，距离CAD的普及程度相差甚远。这大大限制了BIM的应用，未来必须加快BIM人员的培养，让BIM概念和技能成为每个技术人员、管理人员的必备技能。
　　总之，BIM作为工程信息化的重要工具，未来和VR、AR、AI、3D打印、智慧建筑等一系列的技术，有非常好的合作空间，对于提升建筑工程、工业制造等具有非常重要的作用，有非常广阔的前景，值得持续关注！
　　参考文献：
　　[1] 何关培.BIM总论[M].中国建筑工业出版社，2011.
　　[2] 人力资源和社会保障部职业技能鉴定中心，工业和信息化部电子行业职业技能鉴定指导中心，北京绿色建筑产业联盟BIM技术研究与推广应用委员会.BIM应用与项目管理[M].中国建筑工业出版社，2016.
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