BIM技术在建筑工程中的应用研究综述

付立斌FU Li-bin；屈敏杰QU Min-jie

（河北科技大学经济管理学院，石家庄 050018）

0 引言

BIM（Building Information Model），即建筑信息模型，是指在建筑工程过程和装备的整个生命周期中，对其物理结构和功能特征实现可视化描述，并按其设计、实施、运行管理的技术与成果的统称，指在建筑工程的策划、设计、实施与运维过程中实现数据共享、优化、协调和控制的技术与手段。BIM系统是一个综合三维空间、四维时间和五维成本的多维信息系统模式。它以三维数字化信息技术为研究前提，通过集成建设项目的工程数据，并采用数字化的方法展示了建设项目的施工主体结构和功能特征。

BIM技术整合了建设项目生命周期不同阶段的数据和资源，完整、系统地描述了项目，并提供了实时的项目数据信息，如查询、自动计算等，为项目参与方提供一定的参考和借鉴价值。由于建设项目参与方人数较多，多工种、多部门覆盖，项目周期长，涵盖信息范围广，交流量大。因此，施工单位通过建立统一的建筑信息化的标准体系，才能实现工程数据于整个项目实施中的流畅度，真正实现工程数据共享，BIM技术主流的软件如表1所示。

表1 BIM主流软件表

1 国内外文献综述

1.1 国外文献综述

BIM理念起初由美国乔治亚理工大学教授Chuck Eastman在1974年第一次提出。21世纪初，全球开启BIM时代，基于其理论的建筑元素已成为建筑行业的基础，并得到美国、德国等发达国家的认可，也应用推广到实践过程中。目前，美国和德国是使用BIM技术最多的国家。同时，BIM技术的研究和应用已渗透到国内多个行业领域，覆盖范围不断扩大。Sheryl和Fischer（2019）提出一种帮助项目经理高效精确地预算项目成本并缩小计划与实际成本之间偏差的项目成本预算模型[1]。Sheryl（2020）基于标准产品模型，增加一种项目在准备期便提前预估实施过程中会遇到的问题并做好解决方案的作用，进而原模型的降低负效应[2]。Ali Murat Tanyer和Ghassan Aouad（2020）开发了一款协助项目负责人构建快速预算施工成本的BIM 4D模型的4D进度计划施工软件[3]。基于ADT平台原型系统，Charlie Fu和Ghassan（2019）从建筑设计成果中提取工程造价的相关数据，并将数据导入造价评估系统进行评估计算[4]。Halfawy and Mahmound M.R.（2019）建立了基于BIM技术的施工项目信息平台，实现了施工结构实物编辑、结构施工项目统计、施工成本预算、工程管理等功能[5]。Lee等人（2020）通过结合BIM技术和施工单位，并基于具体工程项目的整体要求估计项目成本，在项目初端对项目工程造价进行可行性控制，降低人为估算主观性产生的偏差，高效预估工程的实施项目成本[6]。

1.2 国内文献综述

国内对BIM技术的研究起步较晚，研究的成果也是相对较少的。清华大学早在2010年便制定了IFC、IFD和IDM即BIM技术所需的三大标准。其研究内容包括标准的标准化使用、标准使用功能和标准资源三个部门[7]。

倪泽帆（2022）简要介绍了BIM技术，并阐释了BIM技术对建筑工程造价管理的影响，着重探讨其具体的应用策略[8]。李凤芝（2021）阐述了BIM技术的内涵与特点，深入分析BIM技术的实际应用效果，为相关人员提供参考[9]。高定刚（2020）认为，BIM技术的实际应用有很多，尤其在建筑工程施工管理中发挥着极其重要的作用，不仅可以有效提高管理的效率和质量，也可以对整个建筑行业的稳定健康发展起到积极的促进作用[10]。刘文秀和贾晓田（2020）通过详细分析了BIM技术在施工项目管理中的应用，例如项目决策规划、项目施工管理、项目运营管理等等，随后整合项目的所有信息，使BIM技术在建筑工程中得到了广泛地应用[11]。

田志芳（2020）通过阐述分析BIM技术的基本内涵和优势，并结合具体的建设项目案例，对BIM技术在建设项目组织管理中的实际应用进行了分析研究[12]。刘世豪（2020）尝试将BIM技术应用于建设项目管理的过程中，通过虚拟建模的试验工作，从而及时发现在实际施工过程中存在的不足，还可以有效避免在施工过程中的资源浪费，从整体上有利于施工项目的顺利开展[13]。卢静雅（2020）为了能够充分体现BIM技术在装配式建筑工程施工中的重要性和必要性，从而从装配式建筑的前期施工、施工过程和后期施工三个方面详细论述了BIM技术的应用[14]。

BIM技术标志着建筑工程的第二次革命。当前，BIM技术应用于众多发达国家等超过一半的建工设计企业。我国BIM技术的深研推广使用也受到其多方面理论方法的影响，包括在项目实施各阶段中的使用技术、方式特点和适用范围等。

2 主要内容

2.1 BIM技术定义

本文对BIM进行定义如下：

①BIM都是基础设施（包括建设项目）有关物理和化学功能结构特性的重要数字化基础信息；②BIM是一种资源共享的商业知识产权资源。它是通过共享获取有关该基础设施的相关信息的过程，并为从设施开始建设到拆除整个生命周期中的所有国家决策权提供可靠的理论依据；③在项目开发的不同阶段，不同的项目干系人可以插入、提取、更新和编辑修改项目信息的方式，共同支持和开展体现各自共同责任的项目协同管理运作。

2.2 BIM技术在建筑工程中的应用领域

①施工平面布置。在现代建筑施工的应用过程中，不同的建筑施工方案也具有不同的应用特点。房屋建筑主体工程分为主体基础设计项目、主体建筑结构设计项目和后期建筑装饰装修设计项目。应用新的BIM设计技术可以轻松实现建筑平面不同位置上三个不同建筑施工设计阶段的专业平面布置解决方案设计，实现各种布置设计方案的功能优化和系统集成，从而可以得到一套最佳的有利于建筑工程施工的专业平面布置设计方案。如图1所示便是与BIM技术在建筑工程中具体应用相关的主要内容。

②施工质量控制。建筑工程中经常应用到的BIM技术设备可以有效地帮助解决这些技术问题，提高建筑工程施工管理效率，保证建筑工程建设工作质量。在建筑材料存储方面，BIM应用技术模块可以将各种建筑材料和机械设备使用相关的材料信息通过模块直接存储在各种平面建筑布局中，并通过移动互联网信息技术的广泛应用，促进建筑项目工程管理者及相关技术人员在项目第一时间快速查询掌握所需建筑材料和使用机械设备的相关信息，并能比较和在施工现场检查所需建筑材料与使用机械设备质量是否一致，并能在短的时间内准确控制和有效控制不同的合格使用材料在建筑工程设计中的综合应用，保证各种建筑材料和机械设备的合理搭配使用。在作业施工工艺流程质量监控方面，BIM作业技术人员可以自动模拟实际施工工艺质量流程，从而自动制定质量标准，使作业员工完全能够按照实际相关的流程工艺质量标准进行作业，从而真正达到施工计划与实际工艺施工的有效相互契合，BIM的管理架构如图2所示。

③进度控制。建设项目的主体建设有一定的施工期限。在所有施工执行过程中，都需要对所有施工执行过程进行实时远程控制。在以往的施工管理实施办法中，虽然制定了较为详细的具体施工进度计划管理方案，但在实际施工管理过程中，由于受各种因素的直接影响，不能按照已经制定和实现的具体施工进度计划顺利完成施工任务的不良现象时有发生。由于一些所谓的施工计划进度跟不上市场变化，建设项目过程中的许多不利因素往往都会直接导致项目施工进度根本无法控制。在目前传统的图形设计表示图纸中，采用二维平面图像表示的设计方法，远不如目前的三维矩形图像表示设计图纸方法更加直观。

BIM该技术主要利用三维矩形图像的表现原理，与目前传统的工程进度管理计划技术相比，可以大大减少部分工作量，保证工作精度，同时它还具有很大的图像可视和调整性，能够有效实现对工程施工进行过程中可能出现的各种问题及时进行准确识别和及时进行调整。在施工设计过程中，一旦设计中出现工程施工与设计图纸之间的矛盾，可以及时更改，对保证工程进度安全不会产生很大的不利影响，从而保证项目进度的安全可控性和进度控制。BIM数据库也将业主、施工单位、设计单位、运营单位和构建制造紧密结合起来提高了效率，减少了信息沟通的障碍，加强了对于进度的控制，如图3所示。

以上通过BIM的技术整合实现的产品价值将大大提高产品技术含量和市场竞争力。但BIM在项目招投标过程中并不是噱头，业主希望通过投标BIM实现自身价值。此外，BIM工程技术的多项现有研发能力为专业施工单位、设计单位对运营单位的生产全过程实施精细化质量管理工作带来了巨大的经济效益，同时也对运营单位节约过程工期、提高运营单位工程质量、大幅度提高运营单位客户服务价值等等起到了一定的促进作用。

3 BIM技术发展趋势

3.1 与通信和计算机技术结合

BIM信息技术在未来的工业发展中必须与先进的无线通信网络技术和现代计算机技术相结合，才能大大提高现代建筑业的生产效率。预计将继续有以下发展趋势。①移动终端的应用。在整个建筑设计行业领域，我们会经常看到许多建筑承包商都为自己的专业员工内部配备了这些新的移动通讯设备，便于他们能够在各个工作现场进行建筑设计。②无线传感器网络的普及。监视器和湿度传感器可以放置在整个建筑物内的任何一个地方，以便于监测整个建筑物内的相对温度、空气质量和相对湿度。然后，添加新的加热温度信息和关闭通风。信息，供水系统信息和其他供水控制系统信息。通过无线视频传感器以及网络系统收集相关信息后，工程师不仅可以全面地深入了解我国建筑的发展现状，从而为工程设计和建筑施工解决方案制定提供有效的决策依据。③云计算技术的应用。无论是数据能耗还是数据结构化的分析，对一些复杂信息的综合处理和数据分析都非常需要充分利用云计算强大的数据计算分析能力。甚至，我们的产品渲染和数据分析工作过程中还可以同时实现各种实时数据计算，帮助产品设计师尽快比较不同的产品设计和寻求解决问题方案。④数字化现实捕捉。这项监测技术主要通过自动激光无线扫描，可以同时扫描多座桥梁、公路、铁路等，获取早期监测数据。建筑师们将可以用这种身临其境、互动的设计方式在3D空间中开展工作，直观地对外展示自己产品开发的技术。

3.2 将建筑信息组织成整体

BIM质量技术中心作为我国实现工程建设项目全方位生命周期质量管理系统BIM的一项核心技术，正是它引领着中国建筑业前所未有的彻底产业变革。BIM信息技术主要利用各种数字模型将处于建筑全生命周期内的各种类型建筑项目信息进行组织并形成一个信息整体，对建筑项目的规划设计、施工和生产运营过程进行有效管理。BIM该项技术将彻底改变传统建筑行业公司传统的经营思维管理模式和行业运作管理模式，在工程设计、施工、运营各个过程中加快建立新的行业组织管理模式和新的行业管理规则，从根本上有效解决了各项目工程规划、设计、施工、运营各个周期阶段的设计信息数据丢失安全问题，实现了建筑工程设计信息在整个生命周期过程中的有效综合利用和规范管理，提高建筑工程质量和项目运行管理效率，带来了巨大的经济效益。

4 结论

我国关于如何将BIM技术应用于建设项目的施工阶段，仍有许多研究。本文选取了国内外代表性和前沿的论文作为范例，对BIM的标准与定义、优势、国内现存问题、应对策略、运用流程和BIM技术在建筑工程中的具体应用领域进行了详细的分析。并依据现状推测BIM技术的发展趋势。综上所述，本文对BIM技术在建筑工程中的应用进行详细分析，为想要在该领域深入研究的学者提供了清晰的信息，根据文献综述可以得出结论，随着时代的发展，BIM技术在未来的应用将更加广泛。BIM系统给我们带来的不仅是一种高效的工具，更是一种全新的建设理念。BIM系统在建设项目管理中的作用将逐步提高，最终成为建筑业的发展趋势，并逐步改变建筑业传统的工作模式。