BIM技术在现场施工管理中的应用

2023-01-07石海宾

四川建材 2022年5期

石海宾

(中国建筑第二工程局有限公司，北京 100160)

0 前言

20世纪初期，由Autodesk公司提出建筑信息模型(BIM技术)，这种模型的提出是对建筑设计的创新，但是当时该模型只是处于学术研究阶段，没有真正地进行实践应用。进入21世纪，随着全世界科学家的共同努力，BIM技术研究和应用取得了突破性的进展。

1 BIM技术概述

1.1 产生背景

城市让生活更加美好，随着经济以及社会的不断发展，人们加强了对理想城市的追求。人们对理想生活以及城市的追求，使得工业化发展面临前所未有的挑战。不堪重负的城市设计以及建设能力在一定程度上难以满足人们对理想城市以及生活的追求。在这种矛盾的背景下，建筑技术、电气科技信息技术、互联网技术的协同发展促进了新建筑电气技术的产生。

1.2 BIM技术定义

BIM技术全称为Building Information Modeling，中文定义为建筑信息模型，主要是指通过数字信息纺织模拟建筑物所具有的真实信息[1]。真实信息主要包括两个方面：第一，三维几何形状信息，如长方体、正方体、圆柱等；第二，非几何形状信息，如建筑构件中的材料、价格、重量、进度和施工信息等。BIM技术集成了建筑工程项目各种相关信息的工程数据，这些数据能够为设计师、电缆铺设工程师、开发商乃至最终用户提供模拟和分析依据。

1.3 BIM技术特点

BIM技术具有可视化的特点，可视化主要包括两个方面：第一，模型三维的立体实物图形可视，第二，建筑项目设计、建造、运营等整个建设过程的可视化。立体实物以及建设过程的可视化，方便施工人员进行更好的沟通、讨论和决策[2]。

BIM技术具有协调性特点，一般来说，各行业项目信息容易出现不兼容的现象，具体表现为管道与结构冲突、各个房间出现冷热不均、预留洞口没留或者是尺寸不对等情况。BIM技术能够有效地处理这些不兼容的现象，综合协调各个流程，减少不合理变更方案或者是问题变更方案。

BIM技术具有模拟性特点，模拟性主要表现在五个方面：①针对3D画面的模拟；②能效、紧急疏散、日照、热能传导等模拟；③4D模拟，也就是发展时间上的模拟；④5D模拟，主要模拟造价和控制；⑤对地震人员逃生以及消防人员疏散等日常紧急情况处理方式的模拟。

BIM技术具有优化性特点，所谓优化性主要是能够利用BIM技术以及相关的配套优化工具对项目进行可行性的优化处理。一般来说，BIM技术能够利用模型提供的各种信息来进行优化过程。这些信息主要包括几何、物理规则、建筑物变化以后的各种信息[3]。BIM技术的优化性主要体现在复杂程度较高的建筑物层面。

BIM技术具有可出图性特点，所谓可出图性特点主要是BIM技术能够将建筑设计图以及经过碰撞检查和设计修改后的图形进行整合，最后形成综合设计施工图。这些图纸主要包括综合管线图、综合结构留洞图、碰撞检查侦错报告和建议改进方案等使用的施工图纸。

1.4 BIM技术国内外应用现状

BIM技术在国外的发展应用相对比较广泛，一些发达国家如美国、日本、新加坡等已经实现BIM技术在建筑工程中的应用，应用的领域主要包括工程的设计、施工、维护以及管理阶段。BIM技术在国外应用的特点主要包括三个方面：①相关的应用软件已经比较成熟；②BIM技术已经不仅仅简单应用于建筑工程局部环节，也涉及项目交付工作环节；③BIM技术已经成为当前部分国家设计和施工单位承建项目的基础能力，很多大型企业已经具备了成熟的BIM技术。除此之外，各种BIM技术专业咨询公司在市场上十分活跃，为一些企业提供了必要的技术支持。

2002年，我国提出了BIM理念，同时展开BIM技术的研究。2004年，我国开始出现各种以BIM技术为核心的专业应用软件。之后，国家加强了对BIM技术的重视和开发，确定了“十五”科技攻关计划“基于IFC国际标准的建筑工程应用软件研究”。计划主要对BIM数据标准IFC和应用软件进行了研究，目的是开发出基于IFC的结构设计和施工管理软件。随后，“十一五”提出了科技支撑计划“基于BIM技术的下一代建筑工程应用软件研究”，该计划主要是基于BIM技术的建筑设计、节能设计、成本预测、施工优化、施工安全分析等下一代工程软件开发和研究。

2 BIM技术在现场施工管理中应用的意义

BIM技术能够辅助项目的建设过程，主要采用数字化或者是模型化的方式，加强相关单位以及人员对项目的物理特性和功能特性进行深入的探索和挖掘，从而能够降低项目建设的成本，缩短建设项目的工期。一般来说，利用BIM技术可以实现项目的模拟过程，而设计人员在现场施工的过程中，能够将实际的施工过程与模拟的施工过程进行对比，从而利用模拟结果为实际施工过程服务，有效地降低施工过程中的成本。

2.1 项目参与方集中管理策略

在现场施工的过程中，需要由施工方、监督方等各个方向共同参与，才能保证施工过程的顺利进行。BIM技术可以实现虚拟设计，将施工过程中的各个参与方集中在一起，并对其进行整体的管理，保证现场施工过程的顺利进行[4]。

2.2 4D施工管理的可视化

利用BIM技术可以建立三维模型，将三维模型与现场施工的进度进行拼接，从而能够建立可视化的4D模型。而在4D模型中，能够对现场施工过程中的各种人力、设备、成本、材料以及施工的进度进行管理，这种管理方式往往是一种动态的管理方式，具有可视化的特点。

2.3 信息共享，协同工作

在项目施工阶段，项目的各个参与方需要协同配合，只有这样才能提高工作效率。项目方之间的协同配合需要实现信息共享。信息共享主要是基于网络实现各种文档以及数据的共享。而项目关于各个参与方依据共享的信息进行协商和洽谈，从而实时地调控施工进度，保证施工质量，最终促进整个施工过程管理的高效性。

2.4 实现虚拟施工

利用BIM技术可以在计算机上建立虚拟的施工过程，将虚拟的施工过程与实际的施工过程进行对比，从而发现实际施工过程中可能存在的问题，并对这些问题进行预测，提出可行性方案。通过模拟施工，能够有效地为实际施工过程奠定基础，帮助实际施工过程中问题的解决。

3 BIM技术在现场施工管理过程中的应用实践

在现场施工的过程中，需要全面地管理相关人员成本、工期以及工程的质量。BIM技术的应用能够辅助现场施工管理工作，从而提升现场工作的效率和水平。因此，本文接下来主要讨论BIM技术在现场施工管理过程中的应用环节。

3.1 BIM在画面渲染上的应用

BIM技术主要是以三维模型为基础的，与二维模型相比，三维模型更具有真实性，给人一种视觉冲击。除此之外，BIM模型可以进行二次开发，从而进一步提高动画的展示效果和精度。在宣传过程中，BIM能够给业主更好的视觉体验，从而提高中标机率[5]。而在现场施工的过程中，利用BIM技术能够使得施工设计的方案更加形象，从而将设计的关键点以及精髓展现出来，提高项目的竞争力。

3.2 BIM技术在工程量以及预算中的应用

在现场施工的过程中，需要管理施工的工程量以及对施工过程进行预算。BIM技术的应用可以提高工程量计算的效率以及预算的精确度。一般来说，BIM技术是一种自动化的智能系统，可以实时地计算施工过程的工程实物量。BIM技术较高的自动计算能力主要依托于计算机技术。BIM技术的这种计算功能在早期的一些计算软件中也能够完成。BIM技术与传统的计算软件也有明显的区别，具体表现为计算的精确度以及准确度更高，速度更快。

3.3 BIM技术在施工数据计算中的应用

在现场施工的过程中，需要对各种数据进行快速的统计和计算，在之前的施工过程中，数据的计算效率相对较低，因此难以满足施工的要求。BIM技术的出现不仅提高了数据计算的效率，而且提升了计算的精确度。施工过程的管理者能够利用BIM技术实现工程基础数据进行分析，根据分析的结果，能够为下一步施工过程的制定提供精确的人力、物力以及财力的数据支持。

3.4 BIM技术在施工动态管理中的应用

BIM技术能够做到施工过程中任意一个时间点信息的获取和分析，因此保证了施工过程中的动态管控。具体说，BIM技术可以获取施工过程中的相关信息，而针对某个时间点的信息，利用模型进行展现，反映出施工过程中的实际具体情况，从而为下一步的施工过程制定详细的实际数据。施工单位能够通过BIM技术得到模拟数据以及实际数据进行对比，了解施工过程中总体的盈亏情况，从而实现施工过程中成本的动态控制。

3.5 BIM技术实现虚拟施工，促进多方协同

在实际施工的过程中，BIM技术可以建立虚拟的施工过程。而相关的施工单位可以将实际的施工过程以及进度与虚拟的进度进行对比。通过这种对比方式，可以帮助施工相关的单位协同工作，了解施工的基本情况。除此之外，BIM技术建立了虚拟施工过程，还能够给出详细的施工方案以及现场的监测情况。在实际的施工过程中，可以对比虚拟施工过程进行优化，因此能够减少施工过程中出现的质量问题、安全问题，最终提高施工过程的效益。

3.6 BIM技术在施工过程中碰撞检查难题的应用

在施工的过程中，经常会遇到设备、管线碰撞的问题。当这些问题发生时，需要通过拆装、返工等方式解决问题，这种解决方法导致了施工过程中各个参与方要付出很大的代价。以往的图纸设计主要采用二维模型，这种二维图形的设计往往会导致人为的失误，所以极易导致施工过程中出现返工现象。返工不仅会影响施工的进度，而且会造成施工过程中的额外投资。尽管相关的施工单位对二维图纸进行了进一步的审核和检验，以尽可能地规避这些问题，但是在审核的过程中也需要投入大量的人力和物力。尽管如此，也难以完全避免人为失误导致的返工现象。而BIM技术的应用主要是利用三维模型对图纸进行设计，在建筑工程施工之前预先进行碰撞检查，从而有效地优化工程设计，减少实际施工过程中可能存在的各种返工。具体表现为可以利用BIM技术优化管线排布，而这种优化方案在一定程度上减少了施工的投入。

3.7 BIM技术在建筑实体中的应用

1)建筑实体中钢结构的拼装应用，在传统的施工过程中，钢结构的拼装首先发生在工厂，工厂完成正确拼装后进行拆卸，将拆卸后的零件运输到现场进行二次拼装[6]。这种拼装过程复杂，浪费时间，而BIM技术的应用可以利用现场已经成功完成的拼装结构对其进行分析和计算，并在计算机中建立与实际情况相对应的模型，从而在线实现虚拟预拼装过程。

2)对施工现场的构件进行优化生产。在施工的过程中会用到各种构件，这些构件需要在工厂进行批量生产，在工厂生产之前可以利用BIM技术设计构件组装的基本模型。根据模型，利用BIM技术可以拆解构件，工厂加工之后所获得的构件一般为模拟的拆解后的构件，通过BIM模型能够有效地将这些构件进行组装，形成大的构件，保证了组装过程中的精确度和高效性。

3)施工现场的数据整合分析，BIM技术配备了完整的数据库，数据库中包含了丰富的数据，这些数据可以进行计量。

一般来说，施工过程中的各种信息都可以作为数据库中的信息数据。BIM技术能够实现对数据的整合和分析，最终充分协调施工过程中各个部门以及工作人员之间的协同。除此之外，通过对各种数据进行整合、汇总、对比可以获得工程量相关的信息。

4)施工管理过程中BIM技术对技术人员的指导作用。当前，随着建筑工程的不断发展，各种技术也在不断地进步，而这些技术需要用到各种新材料和工艺。施工过程中的相关技术人员需要不断的进行学习，不仅要学习相关的新技术，而且要对相关的材料以及工艺进行学习。BIM体系往往能够收集大量的信息，这些信息中包含了新的技术、材料以及工艺，所以在施工阶段，BIM体系能够明确指出施工过程中所用的新材料、技术以及工艺，快速地向相关的工作人员进行展示，以便工作人员能够高效学习。

5)BIM技术完善的管理系统在现场施工管理过程中应用。BIM管理系统往往能够对施工过程中的各种文档进行搜集查阅，最终实现定位功能。这些检索以及操作的过程都能够通过BIM技术进行可视化呈现，在一定程度上体现了数据检索的直观性，保证了施工过程中各种资料都能够被高效的利用。而在施工结束之后，BIM管理系统能够将这些信息形成数据库，从而为后期的查找定位奠定良好的基础。