BIM 技术在施工管理中的应用分析

刘博宇LIU Bo-yu；李小红LI Xiao-hong

（湖南建工集团有限公司，长沙 410000）

0 引言

BIM 技术的出现对整个建筑行业的影响巨大，给行业带来了全新的建造模式。现代建筑工程中应用BIM 技术逐渐成为趋势，信息化、集成化管理已成为解决复杂类工程的重要手段，随着国务院下发关于建筑业持续健康发展的政策推动，BIM 技术应用已经成为评判一个项目好坏的重要指标之一。基于此背景下，如何应用好BIM 技术成为建设单位与施工单位亟待解决的问题，目前还有很多企业对BIM 的认知仅仅停留在“模型展示”层次，并不了解BIM 真正的应用价值，对此进一步深化BIM 技术在建筑工程中的应用具有关键意义，本文主要从施工管理的角度出发展开详细分析。

1 BIM 技术概述

BIM 译为建筑信息模型，是通过数字计算机技术将建筑各种工程信息添加到建筑信息模型上，从而使模型在设计、施工、维护等各阶段发挥效用，提高信息的传递效率，保证信息传递的完整性。近年来，我国工程领域BIM 技术的应用，已经从当初的理论转到实践应用当中。在住建部制定《关于推进建筑信息模型应用的指导意见》和《2016-2020 年建筑业信息化发展纲要》政策以来，各省各协会均出台相应政策，为BIM 技术应用落地奠定了基础。如：北京市建设主管部门制定的《2019 年建筑施工安全生产和绿色施工管理工作要点》，明确指出通过BIM+VR、BIM+AR、BIM+GIS等技术的应用，提高项目施工技术水平，完善项目现场安全标准化体系；天津市建设主管部门发布了《关于推进我市建筑信息模型（BIM）技术应用的指导意见》，提出进一步开展BIM 应用试点工程，加强BIM 应用体系的建设，提升BIM 应用内容的质量。

当前，BIM 技术在施工管理中的应用进展飞速，现代建筑工程项目普遍具有规模化、复杂化的特征，基于BIM技术的管理体系能为建设工作的开展提供重要帮助，达到筑安全、保质量、增效率、创效益的效果。依托BIM 技术的施工管理体系，以三维模型为途径，能展现出施工情况，供工程人员直观判断，提前识别可能存在的问题，进而采取控制措施，从源头上规避问题。同时，基于BIM 技术的三维模型具有全面性特点，能规避以往二维图形信息呈现不完整、信息隐蔽性强的问题，进一步普及和深化BIM 技术在施工管理中的应用具有重要意义。

2 BIM 技术在施工管理中的应用

2.1 BIM 工程管理平台

BIM 技术应用是由一系列软件共同组成，不同施工阶段和不同专业使用的软件不同，BIM 平台将这些不同软件的信息进行整合服务于建筑工程全生命周期的管控。以施工管理平台为核心可以集成建筑的所有专业模型，并以集成后的完整模型为载体进行工程管理。平台具有施工过程中的进度、安全、成本、质量、材料、合同文件等相关信息，这些信息为项目全生命周期提供数据支持，使用这些信息可以对工程进行快速决策，缩短工期、减低成本，提高质量等，利用这些信息能对工程起到精细化管理的目的。

2.2 基于BIM 施工管理工作

基于BIM 技术的数据化集成手段指导施工过程的精细化管理，主要体现在场地规划、进度、质量、安全、成本等管理方面，具体分析如下。

2.2.1 场地规划管理

相较于传统2D 平面规划，项目采用BIM 技术完成整个项目工程3D 模拟布置、现场CI 标准化布置、材料堆放厂区布置、施工机械布置、安全措施布置等，可有效提高现场在施工过程中的可视化管理工作，通过不同视角及施工场地漫游，模拟施工工况，对平面布置中潜在不合理布局进行分析，通过模拟方案比选，预控现场不利条件，排除不利因素，提高现场平面管理效率与安全性。

2.2.2 进度管理

传统的施工项目进度管理是根据施工人员经验完成的进度计划编制，对专项工程的穿插时间安排不准确，针对体量较小工程，项目施工周期短，传统的项目进度管理可起到有效的作用，但对于现代大型工程施工项目，施工周期长，施工专业较多，传统施工项目进度管理系统就难以满足要求。

BIM 技术通过提前完成三维模型，采取虚拟建造、施工进度模拟等技术，合理设置施工周期、动态调整各专业施工的穿插时间，通过实时更新模型数据，实现关键节点上的动态分析，优化专项施工方案、资源配置、场地协调，增强管理人员与施工人员的协作，缩短项目的工期，提高经济效益。

2.2.3 质量管理

BIM 技术作为信息的交互平台，可作为现场质量管控的重要手段。建筑工程施工过程中，利用BIM 技术对专业系统以及复杂节点深化设计，将施工操作步骤、施工工艺融入项目模型，对质量管理的重点部位进行动态管理，及时预警和调整可能发生的的问题并提前予以解决。在施工现场可以实时查看模型信息，将现场的质量问题在模型上进行标注、传递，通过信息集成管理平台不仅可以做到全过程质量管理，还可以实现反馈追踪。此外，运用BIM 技术可及时上传现场的实时图片可，并将对应模型及质量缺陷照片同时传递给工程监理工程师、业主，提升信息传递互动的准确性和效率，且可加快施工单位对质量整改的速度，加强质量意识，而建设单位可直观的浏览现场工程的质量情况。

2.2.4 安全管理

安全是各类工程项目的首要追求目标，且是实现高质量施工、高效施工的必要前提。但在部分工程项目中，由于安全控制方法不合理而埋下大量安全隐患，在内外部因素的诱发下，爆发不同程度的安全问题。对此，BIM 技术具有更为突出的安全防控优势，通过BIM 技术建立精细化的三维模型，在虚拟环境下提前发现现场各种潜在的危险源，通过软件可视化协同及时设置防护设施，提前标记安全死角，指导安全文明施工。

2.2.5 成本管理

基于BIM 技术的5D 模拟能够提取更多类型的成本报表，详细地确定各施工点的资金需求，模拟并优化资金的使用分配，管理人员根据模拟制定合理的资源计划，从而降低成本。此外，通过BIM 有效的监管，可以实现对于土木工程设计、施工、维护等多方面内容的有效管控，同时也提高了与业主沟通的能力，以达到减少工程质量问题、安全问题，减少返工和整改。通过建立BIM 技术的项目管理平台，形成全员参与、业务协同、信息共享的管理模式，改进建设管理和各参建单位的技术交流方式，压缩管理层级，提高管理效率，降低管理成本。

3 工程案例

3.1 工程概况

本项目为某展览馆工程，总建筑面积37900m2，建筑基底面积8500m2，地下一层建筑面积12000m2，地上建筑面积25900m2，总投资4.16 亿元。主馆地上三层，地下一层，建筑高度23.9m。建筑基础形式为筏板基础，结构形式为现浇混凝土框架结构体系，设计使用年限100 年。该项目通过应用BIM 技术助力施工管理，有幸荣获2018 年鲁班奖。效果图如图1 所示。

图1 展览馆效果图

3.2 BIM 实施方案

本工程BIM 建模前，对前期技术文件进行类型区分，规定统一的项目样板族、建模标准、命名规则等，各参与专业需采用同一模板，在统一的标准下建立模型。根据图纸，运用revit 软件建造出展览馆的BIM 模型，然后交付给建筑、机电、结构、幕墙、装饰等专业深化设计，结合三维模型提前发现遗漏错漏的地方，在正式建造前就给出解决方案。制定合理的BIM 工作流程，通过统一的工作流程，保证BIM 模型、深化设计和现场施工三者之间能够合理、高效的衔接和实施。具体流程如图2 所示。

图2 BIM 实施流程图

3.3 BIM 技术在施工管理中的应用要点

3.3.1 施工场地布置优化与模拟

此工程施工难度较高，为了避免机械设备与材料进场时出现场地位置冲突而导致不必要工期延误，前期的场地布置优化显得尤为重要。根据建筑总平面图，运用广联达BIM 场布软件对施工现场进行场地布置优化，1∶1 建立模型（如图3 所示），对办公区、料场堆放加工区进行区域设置，规划模拟车辆设备进出路线。

图3 场地布置模型

待场地优化完毕后，为了进一步检测塔吊的吊臂转弯半径是否满足要求，对塔吊进行吊装流程模拟：①钢结构吊装计划进度写入fuzor；②将建好的revit 钢结构模型按照吊装顺序进行结构拆分，布置到fuzor 当中并设置好顺序；③根据实际情况设置吊装机械数。通过模拟，吊装的施工顺序可以直观反映出来时间进度规划是否合理、吊装车臂长是否合适，有利于实际操作管理人员提前发现问题解决问题，节省时间的同时也降低吊装过程中的安全风险，减少资源浪费。

3.3.2 施工质量管理

综合管线施工一直是结构复杂的公共建筑施工中的重要工作，决定着建筑物交付后整体的使用效果。利用BIM 模型可准确集成展现各专业的管线立体排布，大幅提高管线优化效率。如：本工程通过revit 对展览馆的BIM 模型管线密集处进行碰撞分析（如图4 所示），发现此处管道与结构梁碰撞，管道、风管、桥架三者相互碰撞冲突，如果仅按照图纸难以判断如何优化管线的转向，但依据BIM模型能够360°剖切任意面的特性，就可以轻易的进行管线综合排布优化可以令各管线调整转向分层有序排布，这使得本应出现在施工过程中的难点在施工前得到了解决，保障了实际施工质量，减少了返工带来的资源浪费。

图4 BIM 模型碰撞分析与优化

3.3.3 施工安全管理

高支模脚手架承担模板上部的重量，其架体节点间距密集、立杆排布复杂，极易发生事故。由于此项目进门大堂和斜屋面部分结构梁净高较高、结构外围造型复杂，因此为了保证施工安全，对高支模工程进行深化设计极为重要。通过tekla 软件对室内高支模及网架的外围脚手架进行建模设计，先建立好所分析构件的轴网与标高，并填入节点构件横竖杆件的规格，再向建立的扣件模型输入受力数据来分析承载力及稳定性，输入不同的杆件起点、终点、标高及位置，便能够分析不同位置的受力。经计算节点钢构件、横杆荷载皆满足要求。为了进一步确保所得荷载的有效性，尝试将tekla 扣件模型载入Ansys 进行有限元分析，经测试首先应将tekla 模型经IFC 转化为revit 格式，再通过revit 输出dwg 文件，注意在输出为dwg 时属性栏中需选择ACISSolids，之后再由CAD 打开此文件输出为iges 格式，再用Ansys 加载iges 文件，加载成功后应注意mesh 划分，对于复杂的构件应该把无效的受力部位归为一类，减少Ansys 计算压力。得到的最终结果用来指导施工，不仅满足结构要求，也使施工过程更加安全、效率。

3.3.4 施工成本管理

经施工企业内部成本核算，本工程BIM 综合应用为项目带来的经济效益，如表1 所示，经核算共计节约成本370 万元。

表1 BIM 应用经济效益评估

4 结语

综上所述，BIM 作为一种新兴技术，在工程建设中发挥着重要作用，其拥有各级政府的政策支持、大型企业的带头应用，推广规模不断扩大。在建筑施工管理中，通过BIM 技术的应用可有效改进传统管理模式，实现施工过程集成管理与智能决策，保证工程质量、安全、进度、成本建设目标的顺利实现，为建筑业升级改造与数字化转型提供了重要技术支撑力量。