基于BIM 技术在工程中的应用研究

李秋喜，李大华，张朋仁, 王 帅

（安徽建筑大学 土木工程学院，安徽 合肥 230601）

基于BIM 技术在工程中的应用研究

李秋喜，李大华，张朋仁, 王 帅

（安徽建筑大学 土木工程学院，安徽 合肥 230601）

基于BIM的强大项目管理能力和高度可视化功能，工程建设施工的效率得到极大提高。结合BIM的基本理论，以某框架剪力墙结构为例，通过对该框架剪力墙结构的各类BIM三维模型进行处理和分析，研究了BIM技术在建设工程施工中的一些初步应用。同时，在三维模型为基础上采用Navisworks Manage 2015软件，建立了该框架剪力墙结构非标准层4D施工进度模型，并对该楼施工过程进行了进度模拟，研究了采取基于 BIM 的4D虚拟建造技术进行进度管理的优越性及可行性。

BIM;可视化功能;4D虚拟建造技术

0 引 言

BIM可以为建筑全生命周期提供可信赖的知识资源和信息的集成共享,其核心理念在于创建可以记录工程实施过程中几乎所有的数据建筑信息模型[1][2]。建筑工程的全生命周期的建立和建筑物信息的数据集成是BIM技术能够得以实施的基础，通过对建筑物信息的有效集成和三维模型的建立，完成建设工程项目中各专业之间和建筑物各阶段的信息共享，从而提高生产效率和资源的利用率[3][4]。BIM技术的信息技术能力，可以提高前期预测准确性，加快信息处理速度，便于参与方数据共享以及各阶段的信息传递[5]。BIM具有可视化、协调性、模拟性、优化性、可出图性等特点[6]。与传统的二维图纸相比,BIM模型可更直观、详细地展示建筑信息，使多参与方可方便地讨论某专业设计结果[7]。BIM技术目前在我国的推广和应用还处于初级阶段，但是参照欧美发达国家建筑行业的发展情况，随着国家相关政策的相继出台和建设主管部门的引导与支持，未来必将有更广阔的发展空间，必然成为建筑行业发展的目标和方向[8]。

1 工程概况

合肥市第二人民医院新区二期工程内科病房大楼位于广德路与乐水路交口西北角，工程建设概算投资约为2.8亿元，总建筑面积64 998㎡（地上约57634㎡，地下约7364㎡），地下一层包括地下人防，主楼十七层医技、病房楼，建筑高度70.05 m。本工程相对标高±0.000为吴淞高程18.000 m，室内外高差0.45 m。

2 工程施工BIM实施方案与技术流程

纵观当前BIM的应用现状，经过多个大型工程的实际应用，已经形成了包括BIM应用技术架构、系统流程。

本课题研究的是某框架剪力墙结构内科病房大楼在施工中的应用，建立内科病房大楼的BIM建筑模型如图1所示。

图1 内科病房大楼BIM模型

3 模型的分析与应用

本工程为合肥市第二人民医院二期工程内科病房大楼，旁边已有合肥市第二人民医院大楼，医院食堂等。利用BIM技术做的工地样板间模拟不仅可以完美解决场地狭小的问题，而且可以契合我国宣传的绿色建筑，绿色施工要求，节约人力、物力、财力。工程施工 BIM 应用的技术架构和实施技术路线分别如图2~图3所示。

图2 BIM技术架构

图3 BIM实施技术路线

3.1 基于BIM的成本管理

在内科病房大楼工程施工中，对成本的控制十分重要，体现着施工管理的水平。基于BIM的成本管理可以直接从病房大楼三维模型中提取相关部位的信息，施工中成本管理主要体现在以下几个方面：

（1）提高工程预算的准确性

BIM的三维模型中包含内科病房大楼的所有信息，故可以从病房大楼的三维模型中提取某项构件的信息，如种类、材质、单价、尺寸和型号等，然后计算出相应的工程量。工程量统计时可以根据不同的分类迅速统计出合肥市第二人民医院二期工程内科病房大楼各构件的工程量，如门窗、风管、墙体等。

（2）避免产生额外费用

利用BIM技术对内科病房大楼三维模型进行先期施工模拟和碰撞检查，不仅能安排各专业之间合理的施工顺序，还可以减少工程量的变更，达到有效的节约成本的目的。

（3）增强工程变更时的成本控制能力

由于BIM的强大协调能力，只要修改工程需要变更的地方或需要变更的构件，BIM的三维模型即可自动调整，快速的计算出内科病房大楼变更后的工程量。

3.2 基于BIM的质量控制

项目施工中的质量管理十分重要，依靠BIM平台集成和共享的项目信息，可以为合肥市第二人民医院二期工程内科病房大楼中的施工质量管理提供一个重要的技术支持。基于BIM的可视化技术对项目进行优化和可视化模拟，可以让项目参与者真切感受到施工各阶段的施工状态，“看到”各施工阶段在做什么、是怎样做的和各施工工序的配合等内容。基于BIM的施工可视化技术，将从以下几个方面改进传统的施工质量管理。

（1）提高施工图纸的质量

BIM三维模型的建立可以包含内科病房大楼的所有信息，通过软件平台可以直接生成内科病房的平、剖、立面图，BIM的三维模型具有可视化、直观的特点，为内科病房大楼的施工提供了高质量的施工图纸，如图4所示。

图4 施工现场三维图纸

（2）提高施工单位的施工技术

BIM技术对施工流程的可视化模拟，不仅能有效加强不同专业之间的施工配合，甚至可以提高施工参与方的施工技术。

（3）加强对机械和材料的质量管理

BIM的三维模型包含内科病房大楼的所有基本信息，施工单位的物资采购员及材料员可以利用BIM三维模型的强大信息集成功能快速找到所需构件的所有信息，采购符合要求的材料和设备。同时，施工单位还可以将三维模型用于预制构件的生产，避免产生材料浪费、施工效率低下的状况。

3.3 冲突检查

利用BIM对内科病房大楼施工进行碰撞检查时，主要进行两类检查，分别为软碰撞和硬碰撞。用的较多的是硬碰硬，主要用来检查管道中的碰撞问题。软碰撞为间隙碰撞，用户自己可以设置碰撞距离，常用来进行间隙检查。

图5 管道间的碰撞

图6 碰撞前后的对比

碰撞检测完成后，设计师也就了解了设计中不合理的地方，进而对设计方案进行修改。通过碰撞检查，可以提前发现病房施工中存在的隐患，做到提前控制，从而减少返工的出现，动态化的管理施工，进而提高内科病房的施工效率。

将Revit中建好的内科病房大楼模型导出为NWC格式，然后用Navisworks打开，运行Clash Detective功能，即碰撞检查功能，选择需要检测碰撞的模型，选择检验模型中的一些问题，然后运行模型内部的重复项碰撞。

利用Navisworks对病房大楼所有专业进行检查，对机电及机电与结构专业间影响较大的碰撞点，均给出了三维图形显示、碰撞位置、碰撞管线和设备名称及对应的图纸位置，如图5~图6所示。

4 基于BIM的4D施工进度管理

4.1 基于BIM的施工进度管理

基于BIM的施工进度计划编制是在已建好的三维模型的基础上添加时间维度信息，制作成施工四维进度模型，利用四维施工进度模型进行施工过程的模拟，并制作成动画的形式。施工管理者可以直接通过观看施工动画对施工方案进行优化。

4.2 内科病房大楼4D施工进度模拟

由于所研究的内科病房大楼施工环境复杂，为框架剪力墙结构，人防口部众多，构造比较复杂，而且施工场地狭小且大楼南边为医院，所以为缩短施工工期，施工进度管理不容忽视。本工程占地面积大，为7300 m²，分为东西两段，有两台M5110塔吊，为加快施工进度，东西两段同时施工。

合肥市第二人民医院内科病房大楼整体呈对称状态，从第四层开始为标准层，整体可分为地下室和上部结构，地下室包括基础底板、底层柱、梁等，上部结构包括楼板、墙、梁、柱等。工程施工中，一般是自下而上，先施工基础，地下室部分，再是上部结构。由于本工程从第四层开始为标准层，又为对称结构，所以我们只模拟地下室到第三层。某一层的施工进度安排如下表1所示。

表1各工序工期安排表

进度计划在Project中的制定，Project中包括任务名称、任务工期、开始时间、完成时间、前置任务和资源名称等，编制出来的任务甘特图如图7所示。

图7 利用project编制施工进度信息

将3D模型关联时间进度，完成4D模型的建立，一共有两种方法：一种为先在project中建立施工横道图，然后将Project中建好的横道图导入到Navisworks中；另一种是直接在Navisworks中人工编辑进度信息，将每一个构件或者同类型构件直接关联时间进度，完成4D模型的建立。本文采取的是第一种方法。

如图8所示，显示柱子正在与时间进度相关联，设置某一构件计划开始时间、计划结束时间、实际开始时间和实际结束时间，可以在状态栏看到构件状态，比如是否延期。构件任务类型分为构造、临时和拆除，本次模拟的是病房大楼地下室到标准层结构的建造过程，故任务类型均为构造。本文研究的内科病房大楼占地面积大，为对称结构，故只需模拟一段，实际为两段同时施工，一层工期大概一个星期左右。

图8 将各子构件与进度相关联

5 4D施工进度模拟

通过project和Navisworks建立的4D进度模型，对内科病房大楼从地下室到标准层施工进度进行模拟，直观的看到病房大楼的施工过程。施工模拟过程以动画的形式展示，通过模拟，施工管理人员可以直观的把握施工的过程，并可以据此制定合理的施工进度安排，并能更好的控制关键的施工工序。通过对施工过程的提前预演，可以有效把握施工中关键工序的节点并降低风险的发生，施工过程如图9所示。

图9 二层板和第三层的建造

6 结论

以合肥市第二人民医院内科病房大楼为例，利用BIM技术，建立了该大楼的模型，并在此模型的基础上研究了BIM技术在施工中的技术应用。

（1）通过对BIM技术在内科病房大楼施工中的研究，发现BIM技术运用于大型复杂的工程效果显著。BIM以其强大信息集成能力和可视化功能优化建筑工程施工中的管理工作，符合我国的“绿色建筑”、“绿色施工”要求，值得推广应用。

（2）通过对三维模型的分析，结合工程实际情况，研究了BIM技术在施工中的一些应用，BIM在方案优化、成本管理和质量管理中发挥着巨大的作用，验证了BIM在施工中应用的可行性。

（3）在三维模型的基础上，利用Autodesk Navisworks Manage 软件编制了4D施工进度模型，对该大楼地下室到样板间西段进行了模拟，实施了4D施工进度精细化管理。

[1]刘照球,李云贵,吕西林,等. 基于BIM建筑结构设计模型集成框架应用开发[J]. 同济大学学报(自然科学版),2010, 38(7):948-953.

[2]季俊,张其林,杨晖柱,等. 高层钢结构BIM软件研发及在上海中心工程中的应用[J]. 东南大学学报(自然科学版),2009,(Z2):205-211.

[3]刘照球,李云贵. 建筑信息模型的发展及其在设计中的应用[J]. 建筑科学, 2009, 25(1): 96-97.

[4]李犁,邓雪原. 基于BIM技术的建筑信息平台的构建[J]. 土木建筑工程信息技术,2012(2):25-29.

[5]纪博雅,金占勇,戚振强.基于B I M的工程造价精细化管理研究[J].北京建筑工程学院学报,2013(4):76-80.

[6]程建华,王辉.项目管理中BIM技术的应用与推广[J]. 施工技术,2012,41(16):18-21+60.

[7]马智亮,张东东,马健坤.基于BIM的IPD协同工作模型与信息利用框架[J].同济大学学报(自然科学版),2014,42(9):1325-1332.

[8]周春波.BIM技术在建筑施工中的应用研究[J].青岛理工大学学报,2013,34(1):51-54.

Application of BIM technology in engineering-based

LI Qiuxi, LI Dahua, ZHANG Pengren, WANG Shuai

(Civil engineering school, Anhui JianZhu University, Hefei 230601, China)

The efficiency of engineering construction has been greatly improved based on BIM strong project management skills and highly visual function. Combining with the basic theory of BIM, taking one frame shear wall structure for example, this paper studies preliminary application of BIM in the engineering construction by processing and analyzing various types of BIM 3D model frame shear wall structure. At the same time,this paper sets up the frame shear wall structure of non-standard layer 4 d model of the construction progress and simulates the process of the building construction using Navisworks2015 management software on the basis of 3D model,then this paper analyzes and researches the superiority and feasibility of the schedule management using 4D-virtual construction technology based on BIM.

BIM; visual function; 4D-virtual construction technology

TU311.41

A

2095-8382(2016)06-053-04

10.11921/j.issn.2095-8382.20160612

2016-04-05

李秋喜（1989—），男，硕士研究生，研究方向：结构工程。