BIM技术在建筑施工中的智能应用

张艺龄，陈惠娴，马星宇，徐兆赫，邵 丽

(北京科技大学天津学院，天津 301830)

随着现代科技的发展，运用传统CAD(计算机辅助设计，Computer Aided Design)技术指导施工方法的模式暴露出许多问题。如传统的二维模式无法直观展示建筑的外观，不能在设计过程中发现各工程之间的冲突，导致后续施工需要返工，增加施工成本。为了改变这一状况，人们应用BIM(建筑信息模型，Building Information Model)技术代替CAD技术优化传统的施工方式并进行创新。在优化创新过程中，首先需要项目管理人员充分考虑施工成本和资源等因素，制定出科学合理的进度计划，提高BIM技术与施工过程的结合度。施工单位可以利用BIM技术实现对施工全过程的模拟。BIM技术与施工过程的结合极大程度地解决了施工过程中的很多质量、安全、进度难题，并逐渐代替传统施工模式。

1 BIM技术推广应用的必要性

BIM技术作为指导施工建设的新方法，利用其特点能完成项目的三维信息模型并建立起资源共享平台。这一技术改善了利用传统二维资料指导施工建设过程的局限性，提高了施工过程中对信息的使用效率。利用BIM技术对施工过程进行指导，在某种层面上真正实现了可视化施工。现阶段的部分BIM软件中甚至增加了材料是否可回收利用的属性，做到了对施工材料的高效管控，比较完美地体现了BIM技术在建筑施工过程中的重要意义。

1.1 现阶段建筑全生命周期中的主要问题

建筑全生命周期施工管理是一个综合管理模式，为避免相关信息混杂或丢失，提高工程的建设效率，这种模式选择将数据进行互通。在这种模式下，建筑施工的管理方式还存在一些不可避免的问题。

建筑施工管理体制对工程建设的影响不可忽视，很多企业在管理体制上都存在较大问题，随着承包方式的改变，有些企业并没有做出相应的决策调整，仍然沿用过去的管理体制，甚至部分企业出现减少管理环节的现象，导致无效管理的出现。由于目前的建筑施工管理制度并不完善，在施工过程中出现问题时容易出现各个部门相互推诿塞责，影响工程的正常进度。

建筑工程施工在技术与安全方面具有极强的特殊性，需要不同的从业人员，并对其有极高的专业要求。在施工过程中，每一个步骤都需要有较强专业素养的从业人员参与，缺少专业的技术人员也会导致施工过程进度缓慢。同时，个别企业对于建筑安全生产投入力度不足，没有严格的标准及监督机制，无法对从业人员的人身安全负责，施工的安全性也难以保证，导致建筑项目无法顺利进行。

利用信息化进行建筑施工管理是建筑行业目前最热门的管理方式，企业在建筑前期规划设计阶段以及后来的施工运营阶段，合理利用信息化技术搭建数据互通平台，及时发现并解决问题。但目前的实际应用中仍在技术层面有所欠缺，前期设计和中期施工融合不完善、数据不互通、资源不共享、无法及时察觉漏洞等问题都会影响工程质量。

1.2 现阶段传统施工管理中存在的问题

传统的施工管理模式，是将数据从底层收集，最终整合，逐层上报给领导层，领导层讨论解决方案再进行反馈。这种模式程序繁琐，浪费了大量时间，不能及时解决问题。传统的施工管理模式随时间发展暴露出来一些问题。

1.2.1 施工人员的管理系统不完整。部分施工人员由于学历等限制，大多不了解现场管理体系，往往容易忽视施工工序，无法满足施工需求。

1.2.2 施工人员对材料设备管理不当。材料设备随用随放，占据大量施工空间，对施工过程造成影响。材料的随意堆积浪费了部分材料，增加了后续成本。对施工设备也未进行保养，导致设备的损坏和老化，增加了施工过程中的风险。

1.2.3 管理力量分散。部分施工人员不按规范要求施工，管理人员不能及时发现与制止，工程施工质量无法保证，导致延误工期，影响进度。

1.2.4 安全管理问题。在建设施工过程中，部分施工人员安全意识不高，不了解安全技术规范，常常为追求速度进行一些违规操作，从而埋下了安全隐患。

信息技术的飞速发展，促进了人员定位系统与人脸识别技术的发展。借助信息化手段，上层项目管理人员可对施工过程进行数字化实时管控，便于及时发现疏漏并同步给出完善方案，通过BIM平台直接传递给施工人员，对施工方法进行调整，节省了大量时间。目前，在深圳地铁16号线龙坪站项目中，已经采用了这种施工管理系统。该系统会自动分析导入的数据，同步生成安全隐患排查结果报告，提高了项目管理安全性。

图1 传统管理模式与信息化管理模式对比

2 BIM技术智能交互的信息优势

在建筑领域信息化发展的过程中，智能建筑的理念逐渐进入人们的视野并被广泛关注，智能施工更是成为众多建筑工程企业的首选方向。智能施工能够将各项资源科学化运用，保证在实际工程管理过程中获取最大价值。BIM技术作为智能施工在技术层面的支撑点，与其他新技术的融合以及产生的新项目交付模式，也正是建筑领域现阶段所需要的一次革新，在这种大环境下延伸出了许多新的模式，不断推动着该领域的发展。

2.1 IPD集成交付

20世纪90年代末，英国石油公司提出一种新思想——通过组建项目联盟达到集成管理的效果。鉴于这种思想运用在澳大利亚博物馆项目和美国加州萨特郡项目的施工建设中取得成功的先例，建筑行业逐渐开始接受这种新思想。

直到2007年，美国建筑师协会给予了这种思想具体定义，即IPD(集成产品开发，Integrated Product Development)是一种将人、系统、商业架构和实践活动集合为一体的项目交付模式。这种全新的管理方法，目的在于解决各参与方多年来处于对立地位的缺陷，带动项目各参与方在项目全生命周期中相互协作与配合，充分利用自身知识与经验来优化项目过程，减少浪费行为，提高完成效率。

随着科技多元化的发展，建筑领域诞生了能与IPD相结合的BIM技术。两者相辅相成对建筑工程领域产生了新的影响，IPD肯定了BIM的价值，BIM提高了IPD的实施效率。BIM技术是IPD模式的实体工具，代表了各参与方的共同期待。据美国研究人员最新一次的调查，IPD模式与BIM技术相结合，在工程施工的成本、工期以及信息资源等方面取得了巨大进步。

2.2 智能虚拟施工

为了使各参与方的协同作业契合度更高，在BIM技术贯穿建筑全生命周期的同时延伸出了新的智能技术BIM 4D与BIM 5D，在原有的三维思想之上融入了时间维度、成本维度，将三维转变成了四维、五维，使其可视化程度更高，通过多形态、多维度的表现方式，在展现建筑模型各个组件的相关数据的基础上更进一步地生成了一个虚拟空间，在该空间里不同阶段的建筑施工面貌更加智能地展现，并不断进行施工模拟，进而优化整体施工过程。

为了使BIM 4D与BIM 5D模型的构建更加智能合理化，充分地将空间地理数据和工程相关数据相结合，更进一步地分析建筑模型，对建筑施工的全过程进行更真实智能的模拟，我们选择一款4D/5D协助设计检视软件，可以通过导入时间轴及成本信息与相关过程一一对应，使建筑模型的相关图形单元与信息可以在软件平台中进行动态演示，从而使潜藏的问题更加清晰明了。另外，BIM技术与VR(虚拟现实，Virtual Reality)技术结合也已成为一种成熟的智能技术。

3 BIM技术在施工模拟中的实际应用

深圳地铁16号线全长38.7 km，是深圳市城市轨道交通中正在建设的一条分支线路，共计32站，计划于2022年投入使用。龙坪站位于坪山新区东纵路和中兴路交叉路口，整体为地下地铁站，主体结构为地下两层双跨到三跨的岛式站台。

BIM技术在深圳地铁16号线龙坪站项目中的应用重点：①应用BIM技术做好各项施工准备；②依托BIM技术实施构件跟踪管控；③利用BIM技术进行场地优化。通过构建BIM初始模型、动态BIM 5D模型以及开展施工阶段全流程模拟，使深圳地铁16号线龙坪站建筑工程最终以智能虚拟实景化工作场景展现。

图2 深圳地铁16号线龙坪站BIM模型

3.1 规避平面图纸缺陷

BIM技术能将项目模型可视化，施工人员可以利用BIM技术对模型进行优化处理来规避图纸缺陷。①利用漫游功能，查明模型中的疏漏以便后期修改模型；②利用碰撞检查功能，找出设计中的错误点；③利用BIM技术深化设计，对各部分内部管线和设备进行复核，并为后续施工中的交叉配合建立良好技术基础，避免各工程管道线路的冲突；④利用BIM技术完成施工过程的模拟与优化，通过改变模型的周边环境，预测出环境对施工过程的影响，提前制定防范措施。

BIM技术通过规避图纸缺陷，进行隐患排查，优化了施工方案。使用BIM技术建立的信息模型平台，通过简化各方的沟通流程，提高了整体工作效率。利用BIM技术还能辅助进行工程造价的预测，为项目全生命周期的合理运行提供保障。经多次研究表明，利用BIM技术模拟的工程造价项目，在相同质量条件下，能达到造价最省的效果。近些年来，运用BIM技术减少工程图纸的设计问题、模拟优化施工进度的方法逐渐被施工方广泛应用。

3.2 便于各方协调沟通

建筑工程施工全过程极具动态性，并包含了不同的阶段，为了更好地展现不同施工阶段所需要的施工方法，利用BIM技术搭建信息模型并进一步分析相关数据，针对问题及时调整施工方案，并通过大数据平台进行全方位测控，如气象数据、材料质量、成本问题，给出相关的预防方案，增加施工的安全性。

BIM技术可以有效地为管理人员在施工过程中提供科学的管理依据，并在设计阶段搭建数据互通平台，实时上传相关的数据，实现平台全方位数据互通。同时，管理人员可以通过平台充分了解相关的工程档案及施工信息，明确监管目标及内容，并结合数据平台库中的信息，在不同的阶段分别对不同的施工内容及施工人员进行远程监控，发现问题并分析原因，利用数据库进行适当调整，控制工期，提高效率。

施工管理中包含各方面，其中施工安全管理也是企业比较重视的一个方面。在施工安全管理与BIM技术的融合下，将带有定位系统的芯片植入施工人员的安全帽内，并要求施工人员进入现场必须佩戴，管理人员可通过数据平台进行定位，实时了解该人员的动向，并结合现场监控，观察施工人员在施工过程中是否有违规操作、是否遵循施工安全规范，如有违规行为监督人员应立即制止，避免发生意外。

BIM技术将施工过程中的各项信息、设备使用记录及相关文件上传至数据库中，并实现信息数据共享，使各部门可以更加顺利快捷地展开工作。传统的施工模式无法在施工过程中将数据互通，导致问题无法及时解决，整体施工进度较慢且效率低，BIM技术的出现解决了部分问题。建筑工程施工利用BIM技术所搭建的数据共享平台将各阶段紧密地联系在一起，加强了各方的协调沟通，提高了施工过程的效率。

3.3 碰撞检查与后期运营维护

BIM技术在深圳地铁站16号线龙坪站项目中的应用重点主要有两个方面：①对项目进行全面的碰撞检查；②对项目进行仿真施工模拟。这两个方面最终都实现了缩短工期的目的。利用BIM技术制作信息模型时，需要严格合理的理论与数据作为基础，对相关情况仔细观察和判断。信息模型制作完成后，在三维层面上进行碰撞检查，防止在项目施工过程中出现结构以及机电管线之间的碰撞冲突，影响项目建设的整体进度。而传统的碰撞检查方式由于技术与方法的限制，只能结合二维图纸展开，效率比较低而且错漏比较多。以上措施有效降低了工程成本，避免工期延误，提高了工作效率，保障了施工建设的安全性。

BIM技术在项目后期运营维护方面同样有重要影响。BIM技术在建造模型时可以同步录入各机电设备的运维信息，在建模完毕后，可以形成完备的机电信息管理平台，直观展示出项目中的基础建筑信息、结构信息、力学分析以及各设备的模拟运行结果等信息，并能够实现碳排放跟踪测算、模拟优化以及节能管理等功能保障。

4 总结

科学技术的进步和基础设施的建设都在不同程度地推动着社会的发展，信息化、数据化也已逐渐成为建筑行业的发展趋势，工程项目管理也势必依托于现阶段的先进技术来进一步完善提升。笔者结合BIM技术及其实际应用的工程案例，论述了BIM技术在工程建设中的重要作用。从发展的角度来讲，智能管理建筑施工还需要不断更新发展，BIM技术将不断深化融入并逐渐覆盖现有的工程管理方式，并发挥出更为重要的实际作用。