BIM技术在项目各阶段的交互和应用

葛 琳，邓雅心

（1.四川文理学院 建筑工程学院，四川 达州635000；2.成都实验外国语学校，四川 成都611731）

1 引言

三维集成模型，是建筑信息模型（building information modeling，BIM）技术给我们的最典型的印象，从2016年开始，BIM技术的发展就已经进入到了发展最快的时代，而BIM技术也已经不单单是停留在了软件建模的阶段了.大数据、云技术，还有AI技术在建筑行业的一些成功应用.［1］让BIM技术不仅是以三维数字化模型技术为基础，而是可以集成项目所有相关信息的工程数据模型，是对建筑工程信息科学且精确的数字化表达.［2］而随着云技术的发展，NoSql取代关系型数据库也成为了基于云技术的BIM数据库能够快速发展的主要技术.［3］而Cloud－BIM 数据库也为BIM技术的信息化，向共享型专业技术跨出了更大的一步.这些BIM技术的创新和升级都实现了建设项目能在全寿命周期更加成熟的运用BIM技术.

2 BIM技术在项目前期策划阶段的应用

在项目的实际建设周期中，往往是从项目的前期策划阶段便可以开始运用BIM技术，在这个阶段，BIM技术所涉及到的工作内容有很多，例如前期建模和模型修改、场地规划和分析、成本的估算，阶段性的规划等，都会涉及BIM技术的应用.例如某专用宿舍楼总建筑面积是1732.48平方米，基地的面积是836.24平方米，建筑高度为7.65米（从自然地坪到结构屋面的顶板计算），一楼到二楼均为宿舍功能的房间，建筑设计使用的年限为50年，结构类型是框架结构，室内外地坪高差为0.45米，地理位置在寒冷的地区.［4］

2.1 BIM技术在项目前期方案设计的应用

专用宿舍楼全寿命周期均采用BIM技术，同时也是BIM技术用于建设项目比较成功的案例.BIM技术实际是很强大的信息集成技术，在专用宿舍楼项目的前期阶段，可以将投资估算法涉及的经济指标等跟之前BIM集成数据平台的同类型项目进行比对和分析，也就是在专用宿舍楼建设前期，就通过将专用宿舍楼的相关信息和建设目标等相关资料录入并上传到BIM应用平台与其他已经存在在BIM平台的同类型的宿舍楼进行对比和分析，再通过人为将法律法规、城市建设条例等引入初步的比对数据，进行优化.从而将此专用宿舍楼建设项目所能采用的各种方案，迅速做出对比，选出符合各种规范，又能同时达到成本，质量，和工期最优的方案.在这一阶段，专用宿舍楼类比分析了其他的同类型案例后，筛选出了四种建设方案，分别从成本最优，工期最优，建设项目质量最优以及最能达到绿色建筑等四个方面进行方案设计.这种前期决策方式无疑是科学且精确的，比人工分析类比的时间周期更短，在BIM云平台里面，分析比对了大量的同类型项目，所得出的结论，也比造价估算来的更加可靠，于此同时，也减轻了相关人员的工程量.从而使前期阶段的人员能够从各个实际的角度再次优化项目，多将人员的精力和时间用在风险测评和成本的控制方面.

2.2 BIM技术在可行性研究报告阶段的应用

项目前期的可行性报告是为了项目可行性和经济性等方面来进行科学的分析以后，所出的报告，它以甲方，政府为立足点，面对承建方.需要包括的基本内容有项目的背景及概况；产品需求，价格及风险评估；技术方案和项目实施进度等十七项内容，［5］根据实际的项目可行性研究报告，大多数中型建筑企业都是停留在一个模板一种用法的阶段，没有真正将项目的独特性，科学性和可检验性在这里面体现出来.而专用宿舍楼在引入BIM技术以后，仍然可以立足于BIM有关的大数据等集成技术，将类似项目归类以后，根据每个项目的特异性，后期将数据下载和调整，从而上传再次进行优化，得出更加科学和精确的可行性研究报告.

3 BIM技术工程设计阶段的应用

3.1 BIM技术建筑设计阶段的协同和创新

在项目的设计阶段，大部分设计院运用BIM技术，是用Revit、GMT、Takle和广厦结构CAD等软件来进行建模的，专用宿舍楼项目在设计阶段，主要采用的是Revit建模软件，而BIM系列软件其实会引入各自不同的插件来优化和提升软件的功能以及软件之间的交互性，Revit软件也是一样，例如Revit软件中装有GFC插件，也才能导出GFC文件，与之后的算量软件进行交互，达到一个模型很好的传递功能.当然，假如Revit模型与后期的BIM5D软件进行模型的传递和信息的交互，也需要在同样的电脑系统安装BIM5D软件，才可以在Revit里面识别到，例如图1，在同一台电脑上安装了BIM5D软件，才在Revit软件的附加模块中识别到了BIM5D的链接.同时不断修正创建中的模型，也就是专用宿舍楼在模型的创建和设计过程中，就通过在不同时间，不同空间位置的设计师来达到协同工作，若在一个设计师的创作过程中，有一些设计问题，其他协同工作的设计师可以将此模型进行优化，在修正和优化的过程中，还可以与项目设计模型的其他人员进行线上线下的讨论.除了建筑建模软件，还有结构建模软件和机电建模软件等，可以同步进行模型的创建，然后进行整合，这样创建出来的模型是更加优良的，然而在协同工作之前，是需要事先创建不同的工作集，每个参与其中的技术人员将各自的信息录入工作集中，然后各自开放对应的权限，就可以实现不同空间的人员对同一模型进行操作了.这样的设计也能让更多人同步参与，并提出各自的看法来优化模型.Revit建模其实还有一个强大且实用的功能，就是族库，Revit族库简单来说就是基于建筑模型中大部分构件，都可以直接在对应的族库中查找到，并且通过插入菜单命令下的载入族等命令将所需要的族构件载入到模型中，例如图2，在专用宿舍楼项目中，在机电模型水管管件的灰铸铁25磅级法兰中，用到的族就多达八类，有变径三通－法兰式－灰铸铁－25磅级、变径四通－法兰式－灰铸铁－25磅级、变径弯头－法兰式－灰铸铁－25磅级、长半径变径弯头 －法兰式－灰铸铁－25磅级、带侧向口的变径三通 － 法兰式 － 灰铸铁 －25磅级等.常见的线上免费族库网站更是数不胜数.这些技术的更新和方便其实都在推动着BIM技术的快速发展.

图1 Revit－附加模块

图2 机电模型

3.2 BIM技术结构设计阶段的应用

在BIM模型的设计中，结构设计是离不开，在专用宿舍项目中，采用的是广厦结构CAD进行结构设计，先采用GSRevit建模，GSSAP计算，然后在Revit中绘制梁柱板的钢筋施工图，最后进行钢筋下料等，如图3，是广厦结构CAD的创建界面，通过结构设计以后，可以通过查看GSSAP结果，得到送审报告，对比审图，图形方式等文本资料.在报表预览的楼层构件类型经济指标表中，得出各楼层总钢筋用量在52.72吨左右.同时与广厦结构CAD一样，用的比较广泛的结构设计软件还有Takle软件.

图3 广厦结构CAD的创建界面

3.3 BIM建筑模型同步更新建筑材料

BIM系列建模软件，包括Revit在内，大部分软件已经能够以较高精度来完成建筑材料属性赋予，也就是说，在设计阶段的模型创建过程中，可以同步协作其他造价或建筑材料研究人员完成模型的材料贴图，这种贴图不仅仅是在表面的，而是通过在Revit模型中构件的类型属性的构造及材质和装饰来进行信息的输入和材质的选择来完成的，例如专用宿舍楼建筑工程部分的基本墙的构建，墙厚200毫米，如图4，在类型属性的结构命令中设置样本高度，外部边的结构材质选择可以在材质浏览器，也就是材质库中进行选择，在200毫米的基本墙这里，选择的材质是混凝土，在资源浏览器中选择的资源名称是“不均匀－暖灰色”，为了后期分类统计的方便，在这里将“不均匀－暖灰色”改成了“暖灰色”，编辑结构层为200毫米厚.然后在编辑部件外部边中继续赋予了基本墙面层和保温层的的材质和厚度.完成了类型参数中结构的编辑以后，再将基本墙的分析属性进行赋值，吸收率和粗糙率分别输入的0.7和3的默认值.同时，Revit软件也可以转化成可以进行高精度贴图的模型，进行建筑材料属性、名称、类型的赋予，在这个阶段，甚至可以直接协同项目相关材料采购人员，将相关建设材料的生产厂商，出场年份，检验合格标志，负责人等相关属性全部输入.从而达到模型完成，即建筑材料基本赋予完毕.BIM技术的这一强大功能无疑是创新的，也是之前传统的设计建模阶段，所无法真正完成的工作.也无疑节省了后期大量的造价工作和相关采购工作.

图4 类型属性的结构命令

图5 资源浏览器

3.4 BIM建筑模型三维可视化

在完成了模型的创建和建筑材料属性赋予及贴图工作以后，展现出来的是一个完备的三维可视化模型，对于设计阶段的相关参与者而言，会更加直观.专用宿舍楼模型采用Navisworks软件完成了各个模型的融合和碰撞，专业建筑模型在完成建筑，安装和结构部分的建模以后，通过Navisworks软件的碰撞功能，将各组模型分别导入进行碰撞检查，而这一阶段是通过NWC和IFC格式来完成与上一阶段的Revit模型的对接，对接的路径还是Revit的附加模块的Navisworks switchback 2016链接.在 Navisworks中，通过建立碰撞任务，选择碰撞构件，进行重叠构件等的检查，然后导出碰撞报告，高亮标注所有碰撞问题，重点分析机电专业的碰撞报告，通过分析修改出错的部分，然后再进行碰撞检查，重复这一步骤，可以极大减少BIM模型中的误差.如图6中的漫游场景，专用宿舍楼模型此时也采用了三维漫游和VR技术相结合的方式，通过漫游和定义施工的方式，设计出了基于专用宿舍楼为场地的漫游动画和项目施工模型，将这些漫游动画导出，通过VR技术，完成了体验者对专用宿舍楼的VR实景体验，感受项目模型的外部环境和内部构造，当然这一系列的构造，包括建筑工程和安装等所有项目在内，此时的三维模型，也更加容易让业主方理解和评断，尤其对于房地产开发项目来说，投资方也更加能预测到可能会出现的问题.

图6 漫游场景

3.5 BIM模型创建即完成同步算量

基于一个完备的可视化模型，可以通过合同预算或成本预算，将清单关联，从而完成清单计价，也就是说，在建筑设计阶段，就可以完成建设项目的算量，完成项目的计价过程.专用宿舍楼在完成了一系列的模型设计和碰撞检查以后，通过将Revit文件导入到广联达算量软件中，完成了模型的算量，再通过将算量模型的量导入到计价软件中，将清单关联完成模型，再进行计价，在这个过程当中，也可以直接将Revit模型的工程量导入到计价软件中，进行工程计价.这样更加方便，但是对于建筑模型的精确度和完备性要求较高.这种建筑行业的革新技术，几乎可以完全影响传统的工程造价行业.经历过高精度设计和多次碰撞检查的模型，直接进行算量计价，这样的工程量计算也会更加科学和精确，然而这样的流程操作，如果能在设计阶段顺利的进行，仍然需要GFC和IGMS等的格式文件的转化，方能将模型完整的进行转换，达到交付使用的目的.最新的BIM技术，甚至可以通过IFC等格式，将BIM模型精确的进行绿色建筑方面的分析，而这些数据都将通过集成数据达到共享，协同和优化的目的.

4 BIM技术在项目施工阶段的应用

建筑项目在到达施工的阶段的时候，首先可以通过BIM技术的施工现场模拟，来达到项目的模拟，指导施工现场的建设，而前期可以用施工现场的布置软件，提前模拟项目从进场到完工的整个施工流程，提前检查问题，规避风险.专用宿舍楼模型就是将Revit软件导出的模型直接通过IGMS格式导入到施工组织软件中，采用斑马·梦龙网络计划完成施工阶段的流水段布置.通过场布模拟，精细化的将专用宿舍楼项目从进场阶段到施工阶段的场地布置，包括材料摆放，机械设备的使用，施工临时办公场所等的布置.模拟和预演在施工过程中可能会出现的问题，做到了提前解决问题，规避风险.而贯穿整个项目施工，需要使用BIM5D来完成项目管理阶段，在这个阶段中，通过IGMS格式完成与设计阶段的模型对接之后，可以实现项目的施工模拟，工期控制，物资管理和质量安全等多个环节的项目管理.从而达到基于BIM技术的施工全过程把控.

5 BIM技术在项目运营阶段的应用

在完成了建筑项目的建设以后，后期运营管理阶段，仍然可以使用BIM技术，它对接了大数据和云数据库，加上计算机网络的联合运营，完全可以实现了BIM技术的云管理平台.在电脑端，网页端和手机客户端，管理人员不仅可以对负责项目进行实时监管和数据的提取，项目与项目之间也可以实现数据的分析比对，提前为项目后期可能产生的问题进行预判，从而达到预测问题的作用，尽可能避免在建设项目使用过程中，可以防范的风险，提高建设项目的寿命.由于BIM技术的引进，专用宿舍楼从设计到施工阶段，一直都在完善绿色建筑的相关指标，从设计阶段来讲，采光指数的分析，通风指数的分析以及日照等指数的专业分析，加上绿色建筑软件模拟，在建设项目的运营后期，完美且有效的规避了很多可能因为绿色建筑不达标而带来的困境.同时，绿色建筑的引入，让专用宿舍楼的实际使用寿命增加和后期的实际维护成本降低，真正意义上做到了成本最优.在工期方面，专用宿舍楼的建设比传统方式上的同类型建筑节约了47天的工期.真正意义上，实现了建筑项目成本，质量和工期的最优.也从专用宿舍楼这个项目中，体会到了BIM技术的引入，给我们带来的实实在在的好处.

4 结 语

对于BIM技术在建设项目全周期的应用过程中，我们不难发现，从项目可行性阶段，到项目设计阶段和施工阶段，最后到项目维护运营阶段，每一个阶段其实都不是独立存在的，而是在各个阶段相互作用和协调，才能更加完美的达到项目的全寿命周期把控，从而真正控制建筑成本，提高建筑质量，缩短建造工期.只有这样也才能将BIM技术应用于建筑项目的优势最大化.BIM技术的发展虽然迅猛，也必然是将来建筑工程行业的发展趋势，但是作为建筑工程从业者，其实我们更加关注BIM技术在现阶段给我们带来的好处，BIM技术从来就不是单独存在的，它的最大价值在于不同阶段，BIM各类软件的交互作用，以及人工和BIM技术的交互作用.对于现阶段来说，我们立足于将BIM技术与工程项目不同专业相结合，达到不同的BIM使用目的，其实就是BIM技术真正普及的开始了，如果奢望一开始BIM技术就能在所有工程中达到全寿命周期的运用，无疑是太急功近利了，这篇文章在基于BIM技术的基础上，用专用宿舍楼的案例分析了BIM技术是如何运用到工程项目中的，但是如何将基于BIM技术的各个阶段更加高精度的传递信息模型是需要BIM技术人员和建筑行业人员继续探索的问题.