尹曉娟

(山西建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山西 太原 030006)

BIM(building information modeling)技術(shù)本質(zhì)上而言是一種建筑信息化模型,是近年來伴隨著計算機技術(shù)及建筑行業(yè)的發(fā)展、進步而興起的一種計算機輔助建筑設(shè)計新技術(shù)。綜合建筑工程相關(guān)數(shù)據(jù)信息，能夠借助計算機BIM三維仿真軟件，構(gòu)建三維立體化仿真模型，其高度集成了建筑信息及相關(guān)設(shè)計、施工、運營管理信息，可通過模擬參數(shù)設(shè)置、調(diào)整優(yōu)化及模型渲染等，提高項目建設(shè)質(zhì)量和數(shù)字化水平[1]。

1 BIM技術(shù)在建筑項目設(shè)計中的應(yīng)用

在建筑項目設(shè)計中，BIM技術(shù)不僅僅是一種制圖軟件工具，而且是一種現(xiàn)代信息化設(shè)計理念。在具體項目設(shè)計過程中，采用BIM技術(shù)設(shè)計首先需要將建筑項目實體構(gòu)件及相關(guān)參數(shù)要求作為基本設(shè)計元素，利用BIM數(shù)據(jù)庫中的“單元”和“族庫”模塊，即可創(chuàng)建具有相應(yīng)綠色化、智能化與信息化特征的虛擬建筑仿真三維模型。通過參數(shù)計算、優(yōu)化，還能準確反映這些不同設(shè)計元素之間的功能聯(lián)系和空間結(jié)構(gòu)幾何對應(yīng)關(guān)系等，由此可為建筑設(shè)計師協(xié)調(diào)設(shè)計、效果圖分析檢查及動畫渲染創(chuàng)造良好技術(shù)條件[2]。

1.1 基于BIM技術(shù)進行建筑項目協(xié)同設(shè)計

當前實體建筑項目結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜，在傳統(tǒng)二維時代，基于CAD設(shè)計制圖具有諸多弊端，如無法實現(xiàn)不同專業(yè)間相關(guān)數(shù)據(jù)、資源的共享，且缺乏協(xié)同設(shè)計平臺，還比如PKPM等系列設(shè)計軟件無法解決各專業(yè)間的碰撞問題。因此，將BIM技術(shù)引入到建筑項目協(xié)同設(shè)計中，可借助三維集成信息化模型，使建筑給排水、結(jié)構(gòu)設(shè)計、建筑主體設(shè)計、電氣專業(yè)、暖通工程等不同專業(yè)項目在同一模型中進行。例如，基于BIM信息化模型，建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計專業(yè)人員直接提取建筑結(jié)構(gòu)信息及對相關(guān)節(jié)點設(shè)計參數(shù)進行計算與分析；而建筑工程項目設(shè)備專業(yè)人員則可采用BIM仿真模型分析建筑物中的暖通負荷等，同時還可根據(jù)BIM中間模型處理器，對建筑結(jié)構(gòu)整體設(shè)計模型進行構(gòu)造、注釋、修改等，由此可使設(shè)計信息得到實時互通傳遞及信息資源共享，更好地解決不同專業(yè)之間的設(shè)計協(xié)調(diào)難題，提高建筑工程項目設(shè)計質(zhì)量與效率。

1.2 基于BIM技術(shù)進行建筑項目設(shè)計成果動化效果展示

BIM信息化模型最大的技術(shù)優(yōu)勢就是“可視化”效果好，而且其具有強大的建模、渲染以及動化可視化展示功能。在建筑工程項目設(shè)計時，采用BIM系列軟件進行設(shè)計，技術(shù)人員可將抽象、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的建筑二維模型，通過直觀的三維可視化模型進行通俗化表示，由此為建筑工程非專業(yè)人員及業(yè)主的功能判斷及設(shè)計決策提供了更為高效和明確的依據(jù)。

與此同時，在項目方案設(shè)計階段，若建筑使用功能或者設(shè)計意圖發(fā)生變化，基于已有BIM信息化交互模型，可在短時間內(nèi)實現(xiàn)效果圖和設(shè)計動化成果的更新與修改，且利用BIM模型的附加動化展示功能，可供設(shè)計人員在短時間內(nèi)制作項目后期整體效果圖，不僅能夠降低設(shè)計難度，還可節(jié)省設(shè)計變更成本。圖1所示即為太原金融中心工程BIM建筑模型示意圖。

圖1 太原金融中心工程BIM信息化模型示意圖

1.3 基于BIM技術(shù)進行建筑項目設(shè)計過程協(xié)調(diào)

除了協(xié)同設(shè)計與動化效果展示之外，在以往建筑工程項目設(shè)計全過程中，可能同時存在多個不同項目之間的分項結(jié)構(gòu)設(shè)計。比如，常見的大型建筑工程中有建筑消防設(shè)計、建筑主體結(jié)構(gòu)設(shè)計、建筑機械模塊安裝設(shè)計、暖通工程設(shè)計、電氣化系統(tǒng)設(shè)計及通信網(wǎng)絡(luò)工程設(shè)計等，而在傳統(tǒng)設(shè)計模式中，上述不同分項工程設(shè)計之間的矛盾和糾紛不可避免，且難以協(xié)調(diào)，同時需要耗費大量人力和物力資源[3]。

若基于BIM技術(shù)模型進行可視化、集成化設(shè)計，可同時在一個三維模型中實現(xiàn)不同項目、專業(yè)之間的設(shè)計分工協(xié)調(diào)與系統(tǒng)優(yōu)化。對于很多設(shè)計人員而言，其普遍缺乏施工經(jīng)驗，所以其在項目分項工程設(shè)計中，往往只注重本專業(yè)內(nèi)的項目設(shè)計內(nèi)容，而容易忽視與其它專業(yè)之間的協(xié)調(diào)，這樣不僅會增加設(shè)計難度，還可能產(chǎn)生后期設(shè)計變更等問題。因此，為了提高項目后期施工可行性，采用BIM技術(shù)進行輔助協(xié)調(diào)設(shè)計，可加強不同專業(yè)技術(shù)人員之間的交流與溝通，從而能夠減少設(shè)計差錯與漏洞，縮短設(shè)計時間，進而有效消除或避免設(shè)計沖突與矛盾。

2 BIM技術(shù)在建筑項目施工中的應(yīng)用

據(jù)以往施工經(jīng)驗及結(jié)合美國建筑行業(yè)研究院研究結(jié)果可知，當今80%以上的建筑施工企業(yè)均存在施工效率不高的問題，除了返工之外，有近50%的勞動力資源被浪費，還有10%左右的施工材料被耗損，這與建筑信息化與綠色建筑要求相距甚遠。若遇到結(jié)構(gòu)復(fù)雜而體系龐大的建筑工程，建筑信息的分離、施工過程的反復(fù)肢解以及施工變更等均會延長施工周期，增加施工成本，而BIM技術(shù)的出現(xiàn)，其通過虛擬建筑信息模型和數(shù)據(jù)庫，可包含大量信息數(shù)據(jù)，所以能夠?qū)⒔ㄖ畔?D模型優(yōu)化、成本管理、施工時間進度控制結(jié)合起來，實現(xiàn)對建筑項目施工過程進行直觀管理。具體而言，基于BIM的建筑施工主要包含三維碰撞檢查、算量技術(shù)以及虛擬建造和4D施工技術(shù)模擬等，應(yīng)用體現(xiàn)如下：

2.1 基于BIM技術(shù)進行建筑項目施工碰撞檢查

在傳統(tǒng)二維平面設(shè)計中，建筑項目設(shè)計人員在匯總建筑水、電、暖以及結(jié)構(gòu)設(shè)計專業(yè)圖紙后，需由總圖工程設(shè)計師發(fā)現(xiàn)并解決其中存在的沖突問題，這不僅會增加設(shè)計工作量，而且耗費大量時間，還可能延誤后期施工。目前，國內(nèi)外對于BIM技術(shù)在建筑施工三維碰撞中的應(yīng)用已經(jīng)相對成熟，常見的碰撞施工檢查軟件有Navisworks和魯班虛擬碰撞軟件，這些具有可視化特點的技術(shù)在工程項目施工建設(shè)前就能夠提前對管線、土建以及工藝設(shè)備等進行綜合管線碰撞檢查，通過硬碰撞與軟碰撞能夠徹底消除后期施工差錯，經(jīng)過工程項目交叉節(jié)點優(yōu)化，即可減少返工，消除施工偏差，以更為合理的設(shè)計方案進行管線綜合施工。在建筑工程碰撞檢查施工時，需要經(jīng)過圖2所示流程[4]。

圖2 建筑工程項目BIM碰撞檢查施工流程圖

基于上述流程內(nèi)容在施工過程中，可基于BIM軟件直接將二維圖紙變成三維模型并整合所有專業(yè)，如門和梁打架，通過BIM軟件內(nèi)置邏輯關(guān)系即可準確查找模型中的碰撞點，最后施工技術(shù)人員可根據(jù)施工碰撞優(yōu)化后的工程建設(shè)方案和節(jié)點布設(shè)方案進行施工模擬、技術(shù)交底作業(yè)，由此便可有效提高建筑工程項目施工質(zhì)量，圖3所示為太原金融中心建筑工程項目BIM施工碰撞檢查報告范例：

圖3 太原金融中心施工BIM碰撞報告示例

2.2 基于BIM技術(shù)進行建筑項目施工參數(shù)算量分析

BIM信息化模型還有一項關(guān)鍵技術(shù)功能，即“算量技術(shù)”，其能夠針對建筑工程BIM構(gòu)件信息進行計算、分析，計算機系統(tǒng)借助這些有效信息，可準確識別整個建筑工程中的關(guān)鍵構(gòu)件，且能夠同時依據(jù)構(gòu)件幾何、物理信息和BIM模型內(nèi)嵌的相關(guān)節(jié)點參數(shù)，整合、統(tǒng)計建筑構(gòu)件數(shù)量。通過BIM信息模型，即可直接、自動生成準確的算量信息，比如建筑工程材料名稱、實際尺寸、所需數(shù)量等，這些信息的整合、統(tǒng)計與顯示，都可通過BIM算量技術(shù)來實現(xiàn)，其不僅能夠取代圖紙，且其與圖紙實際設(shè)計相關(guān)信息都始終保持一致。當建筑工程整個設(shè)計方案發(fā)生變更時，BIM信息模型中的這些算量信息也同時發(fā)生相應(yīng)變化，并將變化量及時反映到所有的材料明細統(tǒng)計表中。而在此過程中，建筑工程造價工程師的相關(guān)構(gòu)件信息也會隨之而發(fā)生變化，有利于后期竣工驗收及質(zhì)量問題追溯[5]。

2.3 基于BIM技術(shù)進行建筑項目施工虛擬建造

虛擬建造是實現(xiàn)建筑工程概念化施工的重要基礎(chǔ)?；贐IM技術(shù)的虛擬現(xiàn)實手段和可視化、可出圖性、交互性優(yōu)勢，能夠在整個施工階段，事先對建筑工程的外觀、重要施工節(jié)點布置、環(huán)境營造、功能設(shè)施的配置等進行施工模擬和仿真。通過BIM建模分析，建筑工程師和施工技術(shù)人員能夠事先掌握和充分了解整個建筑工程施工時的具體空間關(guān)系、力學(xué)性質(zhì)等，同時用戶也能夠通過對BIM仿真模型操控，結(jié)合相關(guān)功能模塊觀察虛擬建筑模型。圖4和圖5是太原金融中心建筑工程虛擬管線布置模型仿真效果圖與實際施工效果圖對比。

圖4 太原金融中心工程BIM虛擬管線布置效果圖

圖5 太原金融中心工程管線實際安裝施工效果圖

通過上述兩幅圖的對比可知，BIM技術(shù)能夠通過其虛擬建筑模型，更好地優(yōu)化施工節(jié)點、施工方案及施工過程。通過“先試后建”的模式，可排查正式施工過程中可能出現(xiàn)的技術(shù)風險等，從而可以具體化施工預(yù)案，有效避免了后期施工變更情況出現(xiàn)[6]。

2.4 基于BIM技術(shù)進行建筑項目施工4D模擬

在整個建筑工程施工過程中，在保證建筑施工質(zhì)量前提下，還必須控制施工總體進度。所以，針對施工技術(shù)力量、資源、計劃方案及建材運輸?shù)冗M行合理組織，能夠提高施工效益，加快施工進度。

但受實際天氣因素等影響，具體施工進度可能與計劃存在偏差。因此，采用BIM技術(shù)，可實現(xiàn)4D施工模擬，將其與3D模型、施工過程相結(jié)合，能夠以時間為維度，構(gòu)建4D施工模擬示意圖，可直觀地對整個建筑工程施工界面、順序及進度等進行掌控，從而使項目總承包方能夠更便捷地與各施工分包方進行協(xié)調(diào)配合，同時，將4D模型與施工組織方案相結(jié)合，還可對整個施工過程中的勞動力配置、材料進場、施工進度計劃、機械安排等進行全過程跟蹤，及時辨別施工進度計劃是否提前或滯后，從而更好地保證施工質(zhì)量和進度效益。

3 BIM技術(shù)在建筑管理中的應(yīng)用及作用

3.1 數(shù)據(jù)資源共享與全過程協(xié)調(diào)管理

對于很多大型建筑工程而言，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體系龐大，功能要求多樣。所以，在整個施工項目管理過程中，對于各單位及組織管理部門之間的配合、溝通要求就較高。但基于BIM技術(shù)，可為不同項目管理方，如顧問公司、設(shè)計院、業(yè)主、施工總承包方和專業(yè)分包方等，提供可以實時共享的多樣化數(shù)據(jù)信息，多方通過在同一個BIM信息化交互平臺中進行交流、協(xié)作和溝通，能夠及時調(diào)用或共享有關(guān)數(shù)據(jù)資源，可使協(xié)作更方便，溝通更有效和快捷，管理更順暢。比如，基于BIM模型中直接導(dǎo)出的數(shù)據(jù)，可減少建筑工程現(xiàn)場測繪量，從而使項目原本分散性以及粗放性的施工模式變?yōu)槟K化、集成化與專業(yè)化的全過程施工管理體系[7]。

3.2 項目精細化管理

目前，我國只有10%左右的建筑企業(yè)在使用計算機軟件進行工程項目管理，由于相關(guān)施工企業(yè)技術(shù)人員綜合專業(yè)素養(yǎng)能力不高，所以急于將BIM技術(shù)應(yīng)用到項目管理中，可能會帶來適得其反的效果。因此，在項目精細化管理中，需要由認識，到理解，再到深化和應(yīng)用轉(zhuǎn)變。使用BIM技術(shù)進行項目精細化管理時，需要以工程算量、三維碰撞檢查及虛擬仿真施工等為突破口，將BIM應(yīng)用到不同環(huán)節(jié)的精細化管理中。通過數(shù)據(jù)參數(shù)解決實際問題，實現(xiàn)項目管理的自動化、信息化，同時借ERP系統(tǒng)，即可為建筑企業(yè)“集約化”管理與“精細化”管理奠定良好基礎(chǔ)，不僅能夠?qū)椖窟M度、計劃、成本、質(zhì)量等進行全過程精細化管理，還可實現(xiàn)相關(guān)流程管理的決策，無論是采購員、資料員還是技術(shù)管理人員等，都可借助BIM技術(shù)后臺與計算機信息化終端，將所有管理信息集成到一起，以保證可及時查閱、核對及準確調(diào)用，實現(xiàn)對多維項目的“精細化管理”[8]。

4 結(jié) 語

信息化、智能化與集成化已經(jīng)成為當今建筑行業(yè)發(fā)展的重要趨勢，最為關(guān)鍵的是BIM技術(shù)能夠?qū)⒄麄€建筑項目設(shè)計、施工建設(shè)及全壽命周期管理的有關(guān)事業(yè)集成到一起，從而實現(xiàn)一體化集成化管理，可大大降低項目成本，提高項目管理效益，隨著BIM技術(shù)的廣泛應(yīng)用及推廣，其必將促使建筑行業(yè)發(fā)展更完善、更先進。