基于BIM技术的建筑施工优化设计

魏天云

(福建船政交通职业学院道路工程系，福建福州 350007)

基于BIM技术的建筑施工优化设计

魏天云

(福建船政交通职业学院道路工程系，福建福州 350007)

通过BIM(Building Information Modeling)技术，可实现建筑各专业之间的信息数据共享，施工单位可直接利用BIM技术创建施工模型，实现数字化施工，虚拟施工过程，具有很强的直观性和全面性，可以提前发现问题并采取措施，保证建筑施工质量和提高施工效益。本文介绍了BIM技术在建筑施工中的应用和实施流程，借助模糊综合评价法分析了实施BIM技术之后，建筑施工在安全优良率以及质量缺陷率方面都有了明显改善。因此，BIM技术可在建筑施工企业中推广应用。

BIM技术；施工模型；虚拟施工；模糊综合评价法

以往施工单位的各部门之间缺少有效的沟通合作，只是在每个阶段的交接时才进行协同作业，主要的媒介是二维工程图纸和表格，难以保证信息通畅，对工作效率造成极大影响。现在一些结构工程越来越复杂，工程量庞大，涉及多专业内容，需各专业各部门之间加强配合，使建筑信息沟通顺畅。在此背景下，产生了三维建筑信息模型。三维建筑信息模型(Building Information Modeling，BIM)，它可以将建筑相关的流程进行重新整合，将建筑结构功能信息以及几何信息、建筑所用的材料和设备等有关的数据集成在一起，实现数据和信息之间的共享，对建筑施工过程进行一体化管理[1]，从而提高建筑施工过程的整体质量，减少工程各环节存在的风险。因此，BIM技术将有助于施工企业的招标、施工以及维护，对于施工企业提高效率、降低成本具有重要意义。

1 BIM技术辅助建筑施工的优势

通过BIM技术，可以把二维设计图纸转换成三维建筑信息模型，有利于施工企业对管线进行优质高效的布局和调整，深化管线设备的设计水平，提高施工企业的经济效益。

1.1 直观性

BIM能够模拟仿真建筑的实际空间结构，综合呈现各专业的设计，可以将设备、机电管线、支吊架以及预留的洞口全部直观地反映出来[2]，建筑设计人员可以很容易从中发现问题。

1.2 全面性

施工企业可以利用BIM技术将机电管线、管道布局以及结构框架集成在一起，还可任意添加所需的构件，全面深入地分析影响施工作业的各方面因素，通过虚拟施工将问题提前暴露，对方案进行及时的修改和调整。

1.3 高效性

采用BIM对各专业之间进行碰撞检查，发现不利点，及时对管线进行修改完善；对于各种的建筑构件相关的参数信息可随时添加与设置，为计算和统计提供数据支持；可以将三维建筑信息模型自动生成各种视图，设计人员可进一步进行精细的设计工作。

1.4 施工指导

对于结构复杂的设计区域，很难从二维设计图纸看出施工后的情况，同时这些复杂区域的施工工艺要求都非常苛刻。针对这种情况，组织施工人员利用BIM完成施工交底。尤其要利用BIM对可能存在质量问题的地方进行多方位的观察和识读，设计人员要解答施工过程存在的疑问。结合3d MAX软件来渲染模型，完成施工过程的动画演示，遇到类似的项目直接采用，还可用于培训新员工。

2 BIM技术施工应用流程

根据BIM确定模型中各构件的尺寸要求，包括钢筋位置、构件截面大小、材质的强度等级以及产品信息等，设计制作施工阶段的实体模型和放样施工，施工单位采集制作构件施工的信息、竣工后的产品说明以及操作手册等方面的信息，完成各专业之间的碰撞检测、施工进度模拟等[3]，其主要流程如图1所示。

图1 基于施工BIM模型的施工管理实施过程

3 BIM技术在施工阶段的应用

3.1 虚拟施工

某地区建筑工程项目施工过程中，采用BIM技术模拟仿真施工，利用虚拟现实让设计人员和施工人员身临其境地进行论证和体验方案，详细把握施工环节每个工序的要点以及重点，对施工方案进行优化，保障施工安全和优质高效地施工。

3.2 碰撞检查

采用BIM技术进行建筑设计，进入施工阶段时，为了更好地管理施工质量和控制进度成本，施工单位可利用设计阶段的数据信息来创建施工模型，确保应用BIM技术时，施工数据和设计数据之间的准确传递，提高施工单位建立BIM施工模型的效率[4]。

虽然设计阶段已经利用BIM进行了碰撞检查，为了减少给排水管道、机电管线、设备安装之间的冲突问题，在施工阶段，有必要根据实际情况重新应用BIM进行碰撞检测，以便发现设计施工图中存在的遗漏以及错误问题。综合考虑施工方案以及结构设计偏差寻找对实际施工具有较大影响的碰撞点。这样有利于减少返工和设计方面的变更，从而缩短施工工期，提高施工效率，在保障施工质量的前提下，还实现了降低成本、提高施工效益的目标。

3.3 实现项目管理的优化

利用BIM可以强化施工数据管理，优化施工组织设计。例如，可以在BIM中直接添加施工电梯、塔吊以及提升脚手架等，通过BIM技术的碰撞检查，优化施工机械的空间布局和合适的配合关系，优化施工管理。同时，对于异形模板可以单独建模，计算其几何尺寸，提前加工，降低施工损耗。通过建模，设备管线的规格、尺寸以及数量可计算获得，预先进行加工，提高施工组织的效率。

3.4 进度优化

施工进度管理对于建造单位而言具有至关重要的作用，优化进度是施工控制的重要环节。利用BIM技术能够保证施工进度和建筑工程构件之间的有效链接，借助三维动画以及网络图等形式可以直观地展现施工过程和进度安排，客户也可非常方便地了解施工过程[5]。在BIM基础上，进一步综合考虑进度以及工程造价，则演变成BIM 5D技术，它可准确地预估施工工期，及时发现影响施工进度的因素，采取合理的措施，确保建筑工程项目按期保质完工。

3.5 现场质量管理

在施工阶段，有些现场问题无法克服，若预先查到发生问题的区域，然后进行修改和调整，可以有效地缩短工期和节约成本，通过BIM技术，与现场结果比较，可方便快捷地发现问题。因此，应用BIM技术极大地提高了施工现场的质量管理，只需把质量信息设置到BIM中，就可将各阶段存在的质量问题在模型中显现出来，对方案做出及时的修改和调整，可以保证现场质量达到最优化。

4 应用模糊评价法分析BIM技术的优势

建筑施工技术工作包括优化设计施工方案、设计与控制施工工艺以及监控施工过程等技术开发工作。建筑施工企业未实施BIM技术之前，主要通过安排大量的技术人员到现场监控施工过程，对于现场信息的收集与反馈通常采用手抄的方式记录施工过程并采用人工的方式传递相关信息，因此，现场信息的收集与传递速度慢，而且需要大量的人力与物力，造成施工过程的监控成本提高。为了合理评估BIM技术在建筑施工企业的应用效果，将施工安全优良率、质量缺陷率以及工程师评语作为主要衡量指标，采用模糊数学分析法，将安全优良率、质量缺陷率以及工程师评语等指标边界不清、不易定量的因素定量化，对建筑施工应用BIM情况进行综合评价分析，从而确定应用BIM技术的重要性。选择建筑施工应用BIM技术之前和应用BIM技术之后两种情况做为研究对象，应用模糊综合评价法进行分析[6-7]。

4.1 确定建筑施工应用BIM情况的评价因素集

以安全优良率、质量缺陷率以及工程师评语为3个主要的考虑因素，即U={安全优良率，质量缺陷率，工程师评语}。

4.2 确定因素的评价矩阵

按照建筑施工应用BIM情况评价因素集，通过4位专家对其应用情况进行评价。

4.3 确定评价集

将建筑施工过程的评价等级划分为优、良、中、差4个等级。

实施BIM之前的评价矩阵为：

实施BIM之后的评价矩阵为：

4.4 确定评价因素间的权重

按照安全优良率、质量缺陷率以及工程师评语3个方面的因素在建筑施工过程中的重要程度，采用不同权重。

A={安全优良率，质量缺陷率，工程师评语}={0.4，0.35，0.25}.

4.5 模糊综合评价分析

针对以上分析的两种情况，按照B=AR，得出建筑施工实施BIM前后最终模糊综合评价结果(表1)。

表1 建筑施工实施BIM前后模糊综合评价结果

由表1可知，建筑施工实施BIM之后评价良好以上的达到82.5%，说明其占有绝对优势，这是因为建筑施工采用BIM技术之后，通过数码摄像方面的信息技术采集建筑施工现场的相关数据，可以实时控制施工的质量、安全、环境并确保文明施工。将BIM技术与互联网+技术有机融合，可以实现远距离传输现场数据，与传统的数据传输方式相比，极大地提高了效率，确保了信息传递的准确性，采用BIM技术可以对建设项目进行柔性管理，因此建筑施工过程中需大力推广应用BIM技术。

5 结语

BIM技术可以直观地表达建筑物的施工过程，施工技术人员可以详细地了解施工工序安排，在施工之前可进行碰撞检测，查找问题所在，及时对施工方案做出修改和调整，以便降低返工率，缩短工期，节约成本。同时，BIM技术的应用，将管道、机电管线以及结构设计等转化为数字化信息，有效提高施工管理水平，控制施工风险。因此，作为施工企业要将BIM技术运用到建筑施工案例中，提高企业自身对建筑工程项目的质量管理水平。

[1]石韵,刘军生,韩大富,等.BIM技术在某超高层项目施工中的应用研究[J].土木建筑工程信息技术,2015,7(3):67-70.

[2]杨震卿,张红,张莉莉,等.BIM技术在机电施工中的应用研究[J].建筑技术,2015,46(2):132-134.

[3]王楠楠,王庆春,王丰,等.施工BIM模型建立与应用过程关键技术[J].大连民族学院学报,2015,17(5):495-499.

[4]李立,高龚,杨震卿,等.BIM在施工阶段工程管理的应用价值[J].建筑技术,2016,47(8):698-700.

[5]谢斌.BIM技术在房建工程施工中的研究及应用[D].成都:西南交通大学,2015.

[6]魏天云.应用模糊综合评价法优选住宅供水方式[J].安阳工学院学报,2017,16(2):39-41,53.

[7]刘晓东,田林,高子钰.BIM对建筑工程施工技术影响研究[J].哈尔滨理工大学学报,2015,20(3):117-120.

OptimizationDesignofConstructionBasedonBIMTechnology

WEI Tian-yun

(Department of Road Engineering, Fujian Chuanzheng Communications College,Fuzhou Fujian 350007,China)

Through BIM (Building Information Model) technology, information data among the construction profession can be shared. The construction model was created directly using the BIM technology by the construction unit. The digital construction and virtual construction process with a strong intuitive and comprehensive were achieved. The problems can be found in advance and measures were taken to ensure the quality of construction and improve construction efficiency. The application and implementation process of BIM technology in construction were introduced. The effect of the implementation of BIM technology has been analyzed by the fuzzy comprehensive evaluation method, it shows that the safety rate and quality defects rate of the construction have been significantly improved by the BIM technology. Therefore, the application of BIM technology must be vigorously promoted in the construction enterprises.

BIM technology; the construction mode; virtual construction; fuzzy comprehensive evaluation method

TU712.1

A

2095-7602(2017)12-0089-04

2017-06-20

福建省教育厅科技项目“建筑室内排水系统的优化研究”(JB12356)；福建省教育厅科技项目“建筑生活给水系统能耗分析与节能优化研究”(JA15655)。

魏天云(1979- )，女，副教授，高级工程师，硕士，从事市政工程与给排水技术研究。