论BIM技术对建筑施工的价值和实际应用

2022-04-08中国建筑材料工业地质勘查中心陕西总队吴彪

中国建设信息化 2022年6期

文｜中国建筑材料工业地质勘查中心陕西总队吴彪

引言

BIM 技术实现了对建筑施工的事前模拟，包括施工前的模型设计，施工方案预设，施工技术及问题预测及后期运维管理等。它以数字仿真的方式让施工建设企业能够对工程项目有一个完整和清晰的认识，可以预测施工中可能出现的相关问题或需要的技术手段，保证施工方案设计合理，从而提高施工建设安全性、经济性和施工效率。笔者结合自身认识分析和探讨BIM 技术在建筑施工中的应用价值，以供相关参考。

1 BIM 技术的概念及技术特点

1.1 基本概念

BIM 英文全称为Building Information Modeling，中文译名建筑信息模型，它以计算机为工作平台，以各种图文处理软件和数字通信技术等为依托，结合建筑工程的各项数据信息进行立体模型创建，然后通过数字仿真技术模拟建筑物的所有真实信息，为施工建设单位提供重要参考。

1.2 技术特点

BIM 功能强大，其主要技术特点体现在八个方面。分别是：（1）可视化(Visualization)，BIM 提供了能与构件之间进行互动和反馈联系的可视化，不仅包括建筑对象的三维模型，还能实现项目施工、运维等过程中的决策、讨论等全程可视化。（2）协调性(Coordination)，基于工程项目施工的复杂性，需要各主体和环节工作的密切联系、沟通，应对各种施工过程中的问题。BIM 提前预测建设前期的各专业问题，并生成协调数据，提供指导方案，从而保证工程的顺利开展。（3）模拟性(Simulation)，借助BIM 技术既可以模拟建筑模型构造，又可以模拟施工建设的各具体环节流程，通过前期模拟发现问题，调整施工策略和技术方案。（4）优化性（Optimization），BIM联合其各种配套的优化工具，可对复杂的工程项目进行优化，包括项目施工方案的调整和优化，特殊工艺的设计优化等。（5）可出图性（Graphizability），与所有的计算机辅助软件系统一样，BIM 也具备出图功能，但有别于一般的施工图纸，它主要提供综合管线图、预埋套管图及碰撞检查侦错报告等。（6）一体化（integrated），指的是其贯穿于整个建筑工程项目。（7）参数化性（Parameterization），BIM 采用参数化建模，所有的建筑数据信息清晰完整。（8）信息完备性（Completeinformation），体现为BIM 技术可对整个项目进行3D 几何信息和拓扑关系的完整描述。

2 BIM 技术在建筑施工中的重要价值

2.1 实现工程设计智能化

对整个建筑项目施工而言，设计是第一步也是最关键的一步，设计的合理性直接影响到工程施工进度和最终质量。传统的建筑设计程序繁琐，软件操作难度大且具有功能较为单一。BIM 技术不仅支持三维模型设计，还支持相关图文的自动生成，而且图文信息随原模型的改变而实时更新，有利于保证参数准确，促进各个专业环节工作的高度协同，如模型树中某一参数值的调整都会带来整个模型的自动同步变化，设计人员无需进行逐一调整。

2.2 实现项目管理信息化

传统建筑工程在管理中多采用文件下发、会议通知及现场布置的方式进行工程施工管理，不仅效率低下而且容易出现由于信息传递不及时、不完整和不准确所带来的新问题，尤其是在复杂的大型项目施工中这种问题更加突出。BIM 的核心是数据信息与模型的互通，建立高效联系。而信息的范围则可依据模型进行扩展，它本身属于一种集成信息化技术平台，它结合建筑工程的各种相关实际信息，建立统一的工程数据源，做到所有项目参与方的信息始终保持准确性和一致性，并且这些信息还可以实时传输和内部共享，从而有效避免信息孤岛的出现，促进施工建设各环节之间的紧密联系和默契配合，对提供施工效率和降低建设成本都有着重要意义。

2.3 实现施工管理可视化

可视化是BIM 最显著特点之一，它让建筑工程变得清晰透明且具有条理性。利用BIM 技术可以构建建筑对象的三维虚拟模型，在这个模型中清晰可见各种构件分布，可以作为实际施工的直观参照。不仅如此，BIM 还可以全面模拟呈现建筑工程的设计、施工和维护管理的全流程，它将建筑物3D 模型、施工现场信息及工程资源信息等整合为一体，建立4D 施工信息模型。通过在计算机上进行施工模拟，预测工程建设中的潜在问题，对可能用到的施工新工艺进行可行性分析，同时在模拟过程中对施工技术和管理方案进行优化调整。另外，BIM 技术还可用于对建筑工程项目在实际运营阶段的分析和预测，如对施工建设期间的能耗分析，为制定科学有效的节能控制方案提供参考；结合运营期间的建筑工程的周边环境及灾害风险因子，考虑建筑材料质量和构筑物性能等，分析和预测建筑结构的安全性和耐久性，以此提前规避施工风险。

3 BIM 技术在建筑施工中的实际应用

3.1 建立信息模型

BIM 可提供与建筑工程相关的全部信息，它结合图形处理及建模工具等建立基于三维视图的定量模型，体现建筑物的精确空间关系和参数信息，实现对整个建筑施工过程的全程可视化管理。BIM 虚拟模型内包含施工过程的所有必需参数，物料各部件的布置和形状大小清晰可见，实现对工程施工的精准指导和对项目施工的实时监控。BIM 支持各种模型的创建，信息模型不仅包括建筑外观、结构及机电设备，还包括工艺模型、施工模型以及场地模型等内容。BIM 技术基于模型支撑，不同应用方向的建筑，其BIM 模型必须特别建造或结合实际模型予以调整，从而更好地满足不同项目的施工技术要求。比如，北京大兴国际机场建设的最大难点在于解决多专业统筹和设计协调问题，使用BIM 技术分别进行土建结构建模，包括：钢混结构、钢结构、建筑及幕墙等具体模型；机电建模，包括：给排水系统、暖通系统、强弱电桥架、UPS 桥架和消防等项目，还有行李系统模型等（见图1）。解决了传统设计中的管线布置、系统设备安装、功能区划及特殊材质应用等方面的错、漏、缺等问题，不仅保证了整个项目的建设质量，还极大地提升施工效率，避免了因重复施工和质量问题导致的成本增加。

图1 大兴机场BIM 模型图

3.2 冲突碰撞检查

为解决因建筑设计缺陷、各专业协调不均或项目本身的复杂性所带来的管线碰撞冲突，管线与建筑结构部件之间的冲突等问题，可以利用BIM 技术对这些专业设计进行碰撞检查，在建造前期对各专业的碰撞问题进行模拟，生成与提供可整体化协调的数据，解决传统二维图纸会审耗时长、效率低、问题不易发现等难题，提前发现专业冲突问题，进而有效协调各参与方和施工技术，减少施工过程中的方案变更。使用BIM 技术可对建筑工程的三维管线布设进行硬碰撞、软碰撞检查，如建筑室内暖通管道和天花板之间存在不合理的高度差，需要调整吊顶设计，通过碰撞检查达到优化净空及管线排布方案，降低建筑施工阶段的错误损失和返工概率。另外，BIM 碰撞检查还可以优化施工设计，如某轨道交通工程，站房单体和区间多，建筑构件、机电设备及管线系统等数据信息量非常庞大，各种专业管线布设容易杂乱。通过应用BIM 碰撞检查发现这些问题并进行管线改迁（见图2）。

图2 BIM 碰撞检查前后的管线布设对比图

3.3 4D 施工应用

通过将BIM 模型同进度计划和施工方案之间的数据集成，可以对施工进度及方案实施过程进行形象地模拟演示，这就是BIM 技术的4D 施工应用。首先将进度计划和BIM 模型进行集成，按天、周、月的时间单位对整个建筑工程的施工进程进行形象模拟，相当于甘特图的三维版本，有利于分步展示施工流程，把控施工进度和成本（见图3）；其次将BIM 模型与施工方案进行集成，在一个虚拟场景下模拟建筑工程施工中的重难点内容，涉及多个应用点，诸如地质条件、场地构造、施工工序、安全管理等，进而分析项目施工可行性并优化施工方案设计。