李昭夏 卞 貝 劉潔凝 劉旭斌 劉源延 陳 杰

(1.華北電力大學(xué)，北京 102206； 2.中鐵建大橋工程局集團(tuán)第三工程有限公司，遼寧 沈陽 110043)

BIM在工程施工管理中的應(yīng)用

李昭夏1卞 貝1劉潔凝1劉旭斌1劉源延1陳 杰2*

(1.華北電力大學(xué)，北京 102206； 2.中鐵建大橋工程局集團(tuán)第三工程有限公司，遼寧 沈陽 110043)

以BIM在工程施工管理中的應(yīng)用為研究對(duì)象，以目前BIM技術(shù)應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)及其在國(guó)內(nèi)外應(yīng)用現(xiàn)狀為背景，對(duì)BIM技術(shù)在工程施工管理中的具體應(yīng)用進(jìn)行了論述，并對(duì)其應(yīng)用的效益和前景進(jìn)行了分析。

建筑信息模型，工程施工管理，應(yīng)用效益，前景

1 研究背景

美國(guó)對(duì)于建筑信息模型的研究和應(yīng)用處于世界領(lǐng)先地位，隨著BIM的發(fā)展，產(chǎn)生了各種BIM協(xié)會(huì)并出臺(tái)了各種標(biāo)準(zhǔn)，甚至在某些高校開設(shè)了BIM課程；新加坡則從政府到企業(yè)都大力推廣BIM技術(shù)，政府致力于使得建筑業(yè)企業(yè)把BIM應(yīng)用于建筑全過程；英國(guó)政府要求強(qiáng)制使用BIM；北歐國(guó)家挪威等則擁有主要建筑信息模型軟件的廠商；日本建筑學(xué)會(huì)則發(fā)布了BIM指南，為BIM技術(shù)在日本建筑行業(yè)內(nèi)的應(yīng)用和發(fā)展提供了指導(dǎo)[1]。

近幾十年我國(guó)建筑行業(yè)有了飛速的發(fā)展，但是在整個(gè)建筑工程管理上還存在著管理粗放、專業(yè)協(xié)調(diào)能力不夠等諸多缺陷，而BIM技術(shù)的應(yīng)用可以在很大程度上改善這些缺陷，使得我國(guó)的建筑行業(yè)向現(xiàn)代化、精細(xì)化的方向發(fā)展，實(shí)現(xiàn)建筑業(yè)的革新。我國(guó)使用BIM技術(shù)比較晚，技術(shù)推廣較為緩慢。但是隨著BIM技術(shù)在行業(yè)盛行，相關(guān)深入研究以及軟件運(yùn)用等人才培訓(xùn)都在進(jìn)行，加上國(guó)家的政策扶持促進(jìn)BIM在國(guó)內(nèi)的推廣和發(fā)展，BIM技術(shù)的成熟廣泛運(yùn)用只是時(shí)間上的問題[2]。

2 BIM概述

BIM即建筑信息模型。目前被行業(yè)廣泛接受的BIM定義來自于美國(guó)國(guó)家BIM標(biāo)準(zhǔn)(NBIMS)，該定義規(guī)定：BIM可以把一個(gè)建筑或設(shè)施的物理結(jié)構(gòu)、功能、材料、價(jià)格等各種信息用數(shù)字表示出來，并形成該建筑或結(jié)構(gòu)的一個(gè)數(shù)據(jù)庫。該數(shù)據(jù)庫可以實(shí)現(xiàn)信息的共享，在項(xiàng)目的各個(gè)階段，項(xiàng)目利益各方可以隨時(shí)在該數(shù)據(jù)庫中添加、提取、修改建筑信息，以保證項(xiàng)目的順利實(shí)施和項(xiàng)目利益各方實(shí)現(xiàn)利益。

BIM技術(shù)在工程施工管理中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)主要表現(xiàn)在：

1)可視化，即運(yùn)用BIM技術(shù)建立3D模型形象直觀地將工程效果呈現(xiàn)出來，便于管理和施工人員理解工程細(xì)節(jié)，確?，F(xiàn)場(chǎng)作業(yè)的準(zhǔn)確和高效。

2)協(xié)調(diào)性，即利用BIM技術(shù)使各個(gè)施工單位和管理人員之間形成良好的溝通和互動(dòng)，以促使工作保持高度的協(xié)調(diào)性，強(qiáng)化了項(xiàng)目整體利益的經(jīng)營(yíng)原則。

3)模擬性，即通過BIM信息模型模擬建筑模型和施工程序、日常緊急情況的處理方法等，達(dá)到對(duì)三維圖紙進(jìn)行審核糾錯(cuò)、確定合理的施工方案來指導(dǎo)施工的目的。

4)優(yōu)化性，即通過3D建筑模型集成建筑工程項(xiàng)目各個(gè)工程數(shù)據(jù)，通過整合分析幫助設(shè)計(jì)施工人員提供可靠的參考，找到問題，優(yōu)化項(xiàng)目。

5)可出圖性，即BIM信息模型可以根據(jù)實(shí)際需要將精確三維信息模型轉(zhuǎn)化為質(zhì)量更高、更全面的二維圖紙。如綜合管線圖、綜合結(jié)構(gòu)留洞圖(預(yù)埋套管圖)等[3]。

3 BIM在施工管理中的具體應(yīng)用

3.1設(shè)計(jì)階段——三維設(shè)計(jì)與施工圖繪制

1)三維設(shè)計(jì)：通過三維協(xié)調(diào)效果圖、渲染圖和三維實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)漫游形象直觀地表現(xiàn)設(shè)計(jì)效果。并且三維模型所建立的數(shù)據(jù)庫可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享和重復(fù)利用，節(jié)省重新收集數(shù)據(jù)和創(chuàng)建模型的時(shí)間和成本。在施工前確定設(shè)計(jì)中存在的問題與沖突，確保設(shè)計(jì)的可施工性[4]。如西安地鐵五號(hào)線工程，利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)增強(qiáng)BIM模型的互動(dòng)性和二次利用價(jià)值。

2)施工圖繪制：利用3D模型完成結(jié)構(gòu)條件圖，對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析從而得出合理的結(jié)構(gòu)施工圖，可以實(shí)現(xiàn)協(xié)同設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)聯(lián)動(dòng)，避免返工。并可以用3D模型直觀展現(xiàn)一些用二維難以表達(dá)清楚的特殊的、復(fù)雜的工程。例如2008年北京奧運(yùn)會(huì)主體育場(chǎng)“鳥巢”，其曲線外殼的尺寸、形狀等用二維圖來表達(dá)非常困難，而使用BIM技術(shù)創(chuàng)建的三維模型可以直觀展現(xiàn)出“鳥巢”曲線鋼的3D模型，甚至可以使3D模型和計(jì)算機(jī)相關(guān)聯(lián)直接加工異型鋼構(gòu)件，實(shí)現(xiàn)無紙化建造[5]。

3.2組織階段——總場(chǎng)平的布置與工藝模擬

1)總場(chǎng)平的布置：應(yīng)用BIM軟件創(chuàng)建施工現(xiàn)場(chǎng)相應(yīng)設(shè)備、資源的模型，區(qū)分施工現(xiàn)場(chǎng)的不同區(qū)域，如生活區(qū)、作業(yè)區(qū)、原材料設(shè)備加工區(qū)，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行模擬，方便總場(chǎng)平的布置和可視施工方案的編制。

2)工藝模擬和施工安排：BIM技術(shù)可以在施工之前就能夠?qū)Ω鱾€(gè)施工工藝做出模擬展示，形象直觀地展示出工程實(shí)況。提高施工各個(gè)部門之間的溝通效率并結(jié)合工作面情況和資源供應(yīng)情況分析后以精確地組織施工資源進(jìn)行實(shí)體的修建。

3.3生產(chǎn)階段——成本、進(jìn)度、質(zhì)量和安全管理

1)成本管理：建筑所需材料的數(shù)量、種類和價(jià)格等信息都可以在BIM模型中直接生成，而且BIM數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)會(huì)隨著設(shè)計(jì)的變更而自動(dòng)變更，省去了人工變更數(shù)據(jù)的麻煩，而預(yù)算員可以根據(jù)變更后的建筑信息模型估價(jià)、評(píng)估風(fēng)險(xiǎn)等。另外，基于BIM技術(shù)可以進(jìn)行“框圖出價(jià)”，即根據(jù)三維模型分樓層、區(qū)域、構(gòu)件類型、時(shí)間節(jié)點(diǎn)等進(jìn)行造價(jià)估算，工程造價(jià)管理人員可及時(shí)、準(zhǔn)確地篩選和調(diào)用工程基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

2)進(jìn)度管理：利用BIM技術(shù)建立模型，把合同和圖紙的要求關(guān)聯(lián)到數(shù)據(jù)庫中，設(shè)定相應(yīng)參數(shù)，快速、準(zhǔn)確獲得進(jìn)度工程量，實(shí)現(xiàn)進(jìn)度節(jié)點(diǎn)控制。同時(shí)可以基于BIM模擬動(dòng)畫施工，更好地了解施工過程中的難點(diǎn)，合理安排工期。

3)質(zhì)量管理：

a.技術(shù)交底，即應(yīng)用BIM技術(shù)建立模型，形象直觀地使工人知道自己將要完成部分的技術(shù)要求、完成效果，避免不必要的材料和人工浪費(fèi)，大大提高施工效率。例如長(zhǎng)沙地鐵5號(hào)線在進(jìn)行技術(shù)交底時(shí)使用BIM技術(shù)創(chuàng)建的三維模型，用三維動(dòng)畫配以文字和語音說明，直觀展現(xiàn)工程各部分施工要點(diǎn)和技術(shù)規(guī)范要求，形成了一整套可視化交底視頻合集使得工人節(jié)約了理解施工要點(diǎn)所需的時(shí)間，減少了錯(cuò)誤的發(fā)生[7]。

b.質(zhì)量控制，即直觀了解施工質(zhì)量控制關(guān)鍵點(diǎn)，在施工現(xiàn)場(chǎng)將BIM模型與實(shí)際作業(yè)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，及時(shí)把發(fā)生工程質(zhì)量問題的部位相關(guān)情況錄入到BIM模型中，有效地避免錯(cuò)誤的發(fā)生。同時(shí)，將BIM技術(shù)與現(xiàn)代化新技術(shù)相結(jié)合，例如使用3D激光掃描技術(shù)對(duì)構(gòu)件進(jìn)行質(zhì)量驗(yàn)收，可以進(jìn)一步優(yōu)化質(zhì)量檢查和控制手段。

c.提供生動(dòng)全面圖紙，即利用BIM技術(shù)提供的生動(dòng)圖紙使施工人員預(yù)見到建筑的最終效果，及早解決設(shè)計(jì)施工和圖紙?jiān)O(shè)計(jì)有沖突的地方，進(jìn)而保證產(chǎn)品質(zhì)量。

4)安全管理：基于BIM技術(shù)的全真模擬達(dá)到對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的可視化管理，通過這樣的方法使項(xiàng)目管理人員在模型中看見臨邊洞口及多作業(yè)交叉危險(xiǎn)區(qū)域，提前對(duì)臨邊洞口做好安全防護(hù)并隔離多作業(yè)危險(xiǎn)區(qū)域。同時(shí)BIM數(shù)據(jù)庫聯(lián)動(dòng)可以對(duì)整個(gè)施工現(xiàn)場(chǎng)的危險(xiǎn)區(qū)域做到動(dòng)態(tài)更新，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)安全控制。

4 BIM應(yīng)用在施工管理中的效益及前景分析

美國(guó)斯坦福大學(xué)綜合設(shè)施工程中心(CIEF)根據(jù)32個(gè)采用BIM的項(xiàng)目總結(jié)了使用建筑信息模型產(chǎn)生的效益初步評(píng)估：

1)減少40%變更設(shè)計(jì)預(yù)算；

2)造價(jià)估算誤差在3%精確度范圍內(nèi)；

3)成本估算耗費(fèi)的時(shí)間縮短80%以上；

4)通過檢查管線沖突碰撞，將合同價(jià)格降低10%；

5)項(xiàng)目時(shí)限縮短7%，及早實(shí)現(xiàn)投資回報(bào)[8]。

BIM技術(shù)所產(chǎn)生的效益十分誘人，但其發(fā)展也面臨許多問題：首先，由于BIM的應(yīng)用在我國(guó)起步較晚，很多人不了解BIM，市場(chǎng)需求不足；其次，由于BIM軟件對(duì)操作人員要求較高，而重新學(xué)習(xí)BIM的高昂成本致使很多設(shè)計(jì)師放棄使用BIM軟件；第三，BIM整體市場(chǎng)沒有相應(yīng)的指導(dǎo)規(guī)范，BIM市場(chǎng)魚龍混雜，難以管理；第四，涉及參與方雜、現(xiàn)存可借鑒經(jīng)驗(yàn)少使得BIM的應(yīng)用在運(yùn)維階段難以實(shí)現(xiàn)。我國(guó)應(yīng)加快推出基于BIM技術(shù)的一系列應(yīng)用軟件，并加快編制中國(guó)BIM標(biāo)準(zhǔn)；而企業(yè)層面也應(yīng)建立BIM中心、培養(yǎng)相關(guān)人才，嘗試將BIM應(yīng)用于實(shí)際工程項(xiàng)目上。

[1] 賀靈童.BIM在全球的應(yīng)用現(xiàn)狀[J].工程質(zhì)量,2013(3)：88-90.

[2] 尹 航.基于BIM的建筑工程設(shè)計(jì)管理初步研究[D].重慶:重慶大學(xué),2013.

[3] 程建華,王 輝.項(xiàng)目管理中BIM技術(shù)的應(yīng)用與推廣[J].工程質(zhì)量,2012(8)：156-159.

[4] Reijo Miettinen,Sami Paavola. Beyond the BIM utopia: Approaches to the development and implementation of building information modeling[J]. Automation in Construction,2014(8)：51.

[5] 李久林,王 勇.大型施工總承包工程的BIM應(yīng)用探索[J].土木建筑工程信息技術(shù),2014(10)：181-183.

[6] 馬筠強(qiáng).基于BIM的施工現(xiàn)場(chǎng)布置優(yōu)化研究[D].哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學(xué),2016.

[7] 李祥進(jìn).BIM技術(shù)在地鐵項(xiàng)目施工管理中的應(yīng)用[D].長(zhǎng)春:長(zhǎng)春工程學(xué)院,2016.

[8] Brad Hardin. BIM and Construction Management: Proven Tools, Methods, and Workflows [M]. SYBEX INC，2009.

ApplicationofBIMinengineeringconstructionmanagement

LiZhaoxia1BianBei1LiuJiening1LiuXubin1LiuYuanyan1ChenJie2*

(1.NorthChinaElectricPowerUniversity,Beijing102206,China;2.ChinaRailwayConstructionBridgeEngineeringBureauGroupThirdEngineeringCo.,Ltd,Shenyang110043,China)

The article takes the advantages of current BIM technology and its application status at home and abroad as background. All aspects of BIM technology’s application in engineering construction management and the efficiency and prospect of the application are discussed based on the application of BIM in engineering construction management.

Building Information Modeling, engineering construction management, application benefic, prospect

TU712

A

1009-6825(2017)27-0255-03

2017-07-15

李昭夏(1996- )，女，在讀本科生; 卞 貝(1996- )，女，在讀本科生; 劉潔凝(1997- )，女，在讀本科生;劉旭斌(1996- )，男，在讀本科生; 劉源延(1997- )，男，在讀本科生

陳 杰