BIM技术在建筑工程施工中的应用

杨丽芳

【摘要】BIM技术是现阶段社会发展的重要技术手段。BIM技术在施工管理中的应用将给建筑业带来巨大的行业动力，对促进施工管理的改进和计算机化具有重要意义。本文详细论述了BIM技术在建筑施工管理中的应用，内容仅供参考。

【关键词】BIM;工程模型;施工应用                                             【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2022.13.061

引言：

工程建设是一项非常复杂和全面的工作，需要设计、施工和其他学科的密切合作。传统的合作模式主要通过提供二维图纸、文字等信息来实现。然而，由于各专业的分工相对独立，因此必须在施工过程中直接检查其各自信息的准确性。因此，在建筑施工过程中，我们经常会遇到：建筑结构设计与机电结构设计之间的矛盾;原设计与施工冲突的客观现状;由于施工过程中不断发生设计变更，变更量差异较大，后续沉降工作量巨大。这些问题将在BIM广泛使用后得到解決。BIM技术在建筑业的先进技术和广泛应用，只能满足现阶段建筑业的发展要求。

1、BIM技术概述

BIM技术是以计算机为基础的。通过信息技术建立和创建建筑工程施工数据库，实现建筑工程施工数据的同步管理，帮助施工管理人员做出正确决策，进而实现施工管理目标，降低施工成本，实现建设工程施工全过程监理，合理控制工程施工进度，避免资源浪费，提高工程施工效率。

BIM技术最早是在美国提出的。BIM技术的应用范围仍在扩大。西方国家应用BIM技术较早，经验丰富。此外，西方国家还颁布了有关BIM技术应用的法律法规，以确保BIM技术应用的合理性。我国建筑业正处于BIM技术的推广应用阶段。施工企业在这一领域的人才不够突出，企业投资非常谨慎。因此，在实际施工中，建模的广度和深度不够深，BIM技术的应用效率无法充分发挥。一些大型企业或一些大型项目的应用范围比较广。通过数据建模，可以很方便地控制工程损失，合理调整施工工艺，解决基础结构复杂的工程问题。许多企业和项目仅处于BIM技术应用的试验阶段，如一些钢结构工程的建模控制施工模型、节点施工模式、组装顺序等;一些安装工程建模控制着管道的布置位置、布置顺序和精度。要充分发挥BIM技术在建筑领域的效率，建筑业还有很长的路要走。

2、BIM的技术特点

通过对相关文献的理解和总结，BIM技术是一种包含建筑信息的多维参数模型，BIM技术适用于项目的方方面面，建立各专业之间的协作关系，通过BIM在项目全生命周期的应用，帮助施工方规划项目目标，实现项目价值。BIM有以下五个特点：

2.1可视化

可视化是指虚拟仿真，它允许我们在项目开始之前通过三维模型看到项目完成后的真实对象。与基于直线的二维CAD绘图相比，BIM技术的设计结果更加直观。与传统渲染相比，BIM模型使用了参数化的智能对象。所有视图都来自同一个模型。对任何视图的更改都将实时反馈给其他视图。此外，它还具有项目全过程可视化的特点。可视化效果不仅可以代替渲染显示，还可以用于项目沟通和决策。

2.2协调性

工程项目通常涉及许多参与者和广泛的学科。因此，协调是该项目的一个主要问题。通过使用BIM技术，在统一的平台上进行设计，在设计过程中实现多学科的协调。这样可以在施工前解决专业之间的设计冲突，通过可视化的三维模型和统一的信息数据库，提高多方沟通和数据传输的质量和效率，减少工程返工和资源浪费。

2.3模拟性

随着大数据的发展，BIM模型及其带来的信息可以直接用于必要的分析和仿真，使分析工作更加方便，项目的分析和仿真工作更加全面。

2.4优化性

与传统的二维图形表达相比，三维模型更符合实体结构的性能要求。只有通过BIM技术的应用，才能实现更精细的设计和施工。三维BIM模型可以减少设计过程中因图纸变更、设计遗漏、施工软碰撞等引起的错误、遗漏和碰撞等问题，从而有利于深化设计，优化设计方案。借助三维BIM模型，可以方便地模拟复杂节点的施工，提高施工方案的可行性，并用于施工交底，提高施工质量。

2.5可出图性

在这个阶段，工程表现形式仍然基于二维CAD图纸。由于BIM模型能够真实反映设计结果，与二维图纸的独立绘制方法相比，通过BIM模型得到的二维图纸具有一定的相关性。设计方案一旦改变，所有视图都会统一改变，减少了改变的工作量。同时，由三维模型得到的二维图纸将更接近实际工程，减少人为因素造成的图纸误差。

3、BIM技术的应用优势

BIM技术具有可视性、模拟性、协调性、优化性和绘图性等应用特点。建筑施工中的实际应用范围应根据信息数据库和信息模型的广度和深度来确定。我们可以用它来深化设计，也可以用它来进行多学科的协调，优化现场布局，图形数据管理，进度安全和质量管理等。可以说，信息数据库和信息模型的广度和深度越深，在建设中的应用范围就越广。

3.1深化设计优势

3.1.1机电深化设计

一些大型建设项目中，由于空间布局复杂、系统多样，对设备和管道的布置要求较高。设备管道或管线与结构构件之间容易发生碰撞，施工难度大，无法满足建筑物内部的净高，导致二次施工，增加工程造价。基于BIM技术，可以集成建筑、结构、机电等领域的专业模型，然后根据不同领域的要求和净高要求，将综合模型引入相关碰撞检测软件。根据碰撞调查的结果，可以调整和避免管道，在实际项目开始之前，可以综合安排设备和管道，以识别问题。

3.1.2钢结构深化设计

在钢结构深化中，利用BIM技术的三维建模，直观模拟钢结构构件的空间三维布置。通过早期碰撞检查，可以优化方案，有效解决设计图纸中的设计错误，提高施工质量，减少后期变更和变更，避免人力物力的浪费，达到降低成本、提高效率的效果。特别是利用钢结构BIM模型，在钢结构加工前对某些钢构件和节点的结构模式、工艺方法和工艺安排进行优化调整，有效地指导制造厂的工人，采用合理有效的工艺流程，提高施工质量和效率，降低设计难度和风险。此外，在施工现场安装钢构件时，通过钢结构的BIM模型数据，准确检查和定位每个钢构件的承载能力和安装操作空间，为复杂和特殊环境下的吊装结构创造实用价值。

3.2多专业协调优势

专业分包之间的组织协调是结构施工顺利实施的关键，是提高施工进度的保证。它们的重要性是毋庸置疑的。目前由于受施工现场、专业协调和技术差异、暖通空调、给排水、消防、强弱电等专业的影响，缺乏协调配合，不可避免地存在许多地方性问题，隐藏和不可预测的问题。在建筑物的某些标高和立面位置，很容易造成不同专业的重叠和重叠，因此不可能按照施工图纸施工。通过BIM技术的可视化、参数化和智能化特点，多学科碰撞检测、清晰的高度控制检测、精确的预留和嵌入，或基于BIM技术的4D設计管理，对施工过程进行预模拟，并根据问题协调不同专业，减少因技术错误和沟通错误引起的协调问题，显著减少返工，节约建设成本。

3.3现场布置优化

随着建筑业的发展，对项目组织协调的要求越来越高。很多工程环境复杂，经常存在施工场地狭窄、基坑深度大、与周围建筑物距离远、绿色施工要求高、安全文明施工等问题。此外，有时施工现场工作面积大，各分区高差大，施工现场复杂多变，容易不断改变现场布局，变化频率越来越高，这给项目现场的合理布局带来了困难。BIM技术的出现为防水布的布局提供了一种很好的方法。利用项目现场的设备和设备资源，在创建项目现场模型和建筑模型后，以数据信息的形式将项目和现场周围的实际环境与模型连接起来，并参考项目进度建立三维现场布局，能够生动直观地模拟各阶段的选址情况，灵活进行选址布局，实现合理高效的选址布局。

3.4进度优势

施工项目计划管理在项目管理中占有重要地位，进度优化是进度控制的关键。基于BIM技术，可以实现进度计划与工程构件之间的动态连接，以甘特图、网络图、三维动画等多种形式直观地表达进度计划和施工过程，为施工方等不同参与者提供方便的工具，让监理和业主直观地了解项目情况。可视化动态模拟施工阶段流程和关键连接技术，比较不同施工方案和工艺方案的可执行性，支持方案优化的最终决策。基于BIM技术，可以准确规划、跟踪和控制施工进度，动态分配不同的施工资源和地点，实时跟踪项目的实际进度。通过计划进度与实际进度的对比，及时分析偏离工期的效率和原因，采取有效措施控制工程进度，确保工程按期完工。

3.5 现场质量管理优势

在施工过程中，现场误差是不可避免的。如果能够尽快发现并修复错误，那么减少返工和成本是非常重要和有价值的。通过将BIM模型与现场设计结果进行比较，可以有效且迅速地避免错误。在传统的现场质量检查中，质量人员一般采用目测、实测等方法。对于需要与设计数据核对的内容，他们通常需要找到相关图纸或文件，这使得现场工作非常繁琐。同时，质量控制协议通常以表格或文本的形式存在，这也给后续的管理过程（如审计、归档和检索）带来了极大的不便。BIM技术的出现丰富了工程质量控制和管理的方式，将质量信息与BIM模型联系起来，通过模型浏览实现了各级质量问题的高效流动。与传统的文档捕获方法相比，该方法可以摆脱文本的抽象，促进质量问题的协调。同时，BIM技术与现代新技术的结合可以进一步优化质量识别和控制手段。

3.6资源计划及成本管理

资源和成本计划控制是项目管理的重要组成部分。基于BIM技术的成本控制的基础是建立一个5D建筑信息模型，将进度信息和成本信息与一个三维模型联系和集成。该模型计算、模拟和优化工作、材料和设备需求，制定工作计划、材料需求计划和机器计划，并在此基础上形成项目成本计划。物料需求计划的准确性和准时性对于实现精细化的成本管理和控制非常重要。通过5D模型自动提取需求计划，作为采购管理的依据，避免物资资源的积累和超支。

4、工程案例

4.1工程概况

某建筑工程三期二标段工程，包括35#36#42#43#楼，及商业S1～S3、S9～S11，总建筑面积约95万平米，施工单位公司成立BIM中心，统一BIM实施标准，建立各专业项目样板及族库，本项目建立BIM应用小组，分工协作，根据施工设计图纸，构建出各专业BIM模型并附加相应设计信息，通过三维模型真实反映各专业的空间分布和交叉关系，发现图纸中存在的设计问题并及时解决，为后续BIM应用打下基础。

4.1.1施工策划及总平面布置

工程场地紧凑，合理布局动态的施工现场是一大难点，施工前通过BIM技术进行虚拟建造，优化布置办公区域和施工场区，模拟布置加工场地和材料堆放场地、主要施工机械定位等，也有进行动态分析充分合理地利用场地空间，减少场地狭小等原因而产生的二次搬运费用。

4.1.2全专业碰撞检查

通过收集和校核，各专业BIM模型完成汇总整合，利用突出检测工具进行突出检查，找出这碰撞点的位置和信息。同时为满足工程的竣工要求，利用BIM技术对各个专业管线的净高进行分析，为现场安装提供数据支持，提高施工效率。

4.1.3管线综合优化

本项目综合管线较多且交错复杂，我们基于检测分析报告，对管线间存在的冲突部位提前进行BIM模型的优化调整，对管线在穿过墙、梁、板等构件位置处预先做出了相应孔洞预留及封堵，并形成三维交底施工图，指导现场安装施工。

4.1.4设计施工动画模拟

通过将BIM模型与时间维度结合，进行4D施工模拟直观的显示施工进度，以便检查施工计划制定中的矛盾和不合理之处。及时纠正提高施工计划的精准性。

4.1.5现场二维码应用

在砼构件上标示二维码，通过手机扫码显示该部位砼构件尺寸、垂直度、平整度及责任人等25项信息，应用二维码技术方式新颖、制作快捷，可替代传统的标识、标牌及纸质资料。

4.1.6砌体智能排布

项目采用BIM5D软件进行三维可视化砌体排布，通过设置砌块规格、尺寸、灰缝厚度等信息，软件自动将所有砌体的排布情况呈现出来，对非整块的砌体，按图示尺寸切割，快速对二次结构进行智能排布，输出排砖图，优化现场施工，节约成本提高功效。

4.1.7可视化交底

通过建立工艺BIM模型，对关键施工节点进行三维展示及动态分析，针对外墙装饰通过BIM软件可对真实情况进行三维效果，对机电设备安装、砌体施工等进行可视化的工序演示，方便技术交底、确保施工质量。

4.2工地建设

本项目采用广联达智慧工地平台，该平台由多个应用子系统和一个集成平台组成，汇集了地各应用系统和智能设备的海量数据，通过数据的整理、汇总，分析，结合BIM模型为项目管理者提供了直观、实时、真实的管理依据。劳动管理人员进场报到时劳务管理人员通过手持设备自动读取人员身份信息，相关信息自动同步至系统，劳务人员全部实名制管理，管理更加规范，人员通过施工现场闸机时，可通过人脸识别方式进出厂，系统自动统计考勒，避免无关人进入施工现场，使出勤管理更规范。

4.2.1质量安全

现场安全巡检采用云+手机移动端的模式，及时发现现场隐患，手机上直接拍照并选择系统内置的管理库，指定整改人，发送给劳务班组整改，做到信息及时传递，数据及时积累，对未整改情况实时发现并采取措施，提升现场管理人员的工作效率。

4.2.2视频监控

现场共设置六组高清摄像机，并关联到智慧工地平台，可对施工现场全线监控，可随时调取施工区、办公区、加工棚、项目大门等相关部位的实时监控画面，实现建设工程监管模式的创新，加强了建设工地的治安安全。

4.2.3塔机监测

它能够在塔机接近危险位置时自动发出提示或控制信号，辅助操作人员合理操作，避免安全事故，吊钩可视化能实时以高清晰图像向塔吊司机展示吊钩周围的实时视频、图像，使司机能够快速准确地做出正确的操作和判断，能够有效避免事故的发生。

4.2.4环境监测

利用互联网技术可将现场的各类硬件设备接入智慧工地平台，实现数据自动采集、硬件远程控制、智能化应用等，当现场环境监测指标超标时，可自动关联启动喷淋设备自动降尘。

4.2.5塔機监测

它能够在塔机接近危险位置时自动发出提示或控制信号，辅助操作人员合理操作，避免安全事故，吊钩可视化能实时以高清晰图像向塔吊司机展示吊钩周围的实时视频、图像，使司机能够快速准确地做出正确的操作和判断，能够有效避免事故的发生。

4.2.6环境监测

利用互联网技术可将现场的各类硬件设备接入智慧工地平台，实现数据自动采集、硬件远程控制、智能化应用等，当现场环境监测指标超标时，可自动关联启动喷淋设备自动降尘。

4.2.7智能用电

能够实现施工现场断电漏电、电气火灾，过载及线缆断开等用电故障及时预报警，还可实现电量统计等功能，大大提高施工现场临时用电安全管理的效率。

结语：

通过对工程案例及BIM技术的五个特点进行结合分析，得出结论：在施工管理过程中，使用BIM技术有利于项目沟通和决策，从而有效减少工程返工和资源浪费，提高施工质量，从而减少人为因素造成的绘图误差。随着BIM的逐步推广和BIM系统发展的逐步完善，建筑工程的信息化管理、过程管理和精细化管理将在工程实践中逐步实现和完善，这是绿色工程发展的必然趋势。

参考文献：

[1]赵虎军，李庆达，赵欣，等.基于BIM技术和工效数据库的施工线性计划应用研究[J].建筑技术，2018（1）：106-109.

[2]赵伟川，瞿佳依.基于BIM技术的建筑工程施工安全管理研究[J].价值工程，2017（30）：53-55.

[3]刘东学.BIM技术在施工、造价、项目管理中的应用[J].技术与市场，2015，22（12）：307.

[4]王春涛，陈留兵.BIM技术在建筑工程施工中的应用[J].南通职业大学学报，2015（02）：81-85.

[5]曹艳霞.基于BIM的建筑工程施工构建合理模型的质量管理研究[J].北方建筑，2017，2（05）：63-66.