数字化建造项目中BIM技术的实施策略及面临的挑战

蔡加强 姚阿娜

（泉州轻工职业学院， 福建 泉州 362200）

0 引言

随着科技的不断发展，数字化建造已经成为建筑业发展的重要趋势之一。建筑信息模型（BIM）作为数字化建造的核心技术之一，正在逐渐被广泛应用于建筑行业的各个方面。BIM技术数字化建造过程中的应用可以实现设计优化、施工管理和项目交付的全过程数字化管理，对于提高设计和施工的效率和质量、提高交付准确性和效率、为运维管理提供便利具有重要意义。基于此，笔者结合前人研究成果，分析建筑信息模型（BIM）技术在数字化建造项目中的实施策略、面临的挑战，并对挑战提出解决方案。

1 BIM技术在数字化建造项目中的应用情况

1.1 设计阶段

在设计阶段，BIM技术被用于创建建筑模型，从而提供了更具真实性和可视化的设计效果。设计团队可以通过BIM模型进行空间规划、材料选择、碰撞检测和性能分析等。

1.2 施工阶段

在施工阶段，BIM技术的应用可以帮助实现施工过程的协调和优化。建筑模型可以用于生成施工图纸、物料清单和工程进度计划等，减少错误和重复工作的发生。BIM技术还可以实现施工过程的可视化和仿真，帮助施工团队预测和解决潜在的问题。

1.3 运维阶段

在运营和维护阶段，BIM技术提供了一个集成的平台，用于管理建筑设备和制定维修计划。建筑模型可以与设备数据库和维护记录进行连接，实现设备管理的自动化和数据驱动决策。此外，BIM技术还可以用于能源管理和可持续性评估，帮助建筑运营者降低能耗和环境影响。

1.4 不足之处

尽管BIM技术在设计阶段提供了更加直观和接近实际的模型，但在实际施工和运营阶段，BIM模型与实际建筑之间数据的一致性和精确性仍然存在误差。模型中的数据可能与实际施工中使用的材料、设备和尺寸等存在差异，这可能导致施工冲突和运营风险。其次，目前的BIM技术主要集中在建筑的设计和施工阶段，对于建筑的整个生命周期管理还存在较多不足。例如，在运营和维护阶段，如何将BIM技术与建筑设备的监测和维修系统集成，以实现实时监测和预测、维修的自动化，仍然需要进一步的研究。

2 BIM技术在数字化建造项目中的实施策略

2.1 应用BIM技术的关键步骤和要素

首先，确定项目目标和要求，定义项目的成本控制目标，确定项目的范围、预算和时间计划，明确项目的约束和限制条件[1]。项目实施目标及相关条件如表1所示。

表1 项目实施目标及相关条件

其次，收集并整合项目相关的设计、施工和运营数据，如图纸、模型、材料信息等。使用BIM软件创建三维模型，将数据与模型关联起来，形成全面的项目信息模型，如图1所示。

图1 项目信息模型

之后，进行成本估算与预测，基于BIM模型中的构件和材料信息，进行成本估算和预测。利用BIM软件提供的成本计算工具，根据材料价格、施工方法等因素，计算每个工程分项的成本，并预测整体项目成本，如表2所示。

表2 每个分项目的成本

最后，制定成本控制策略，基于成本估算和预测结果，制定相应的成本控制策略和计划，确定成本控制的关键指标和阈值，并设定变动范围和调整机制，如表3所示。

表3 关键指标与阈值

2.2 集成BIM技术与数字化建造项目的方法

首先，基于BIM 技术建立单方集成模型，将建筑设计、施工和运营等各个阶段的信息整合到一个统一的模型中。在模型中，包含各构件的几何信息、材料属性、工程量数据和单位造价等相关信息。利用BIM软件和参数化建模技术，建立相应的数学模型，通过公式和算法实现成本的计算和分析。例如，成本的计算可以采用如下公式：成本=施工数量×单位造价，其中，施工数量可以根据模型中的构件数量和尺寸信息获取，单位造价可以根据材料价格、人工费用等确定。

其次，构建多方集成模型，在多方集成模型中，将设计团队、施工团队、供应商和业主等不同方的信息进行集成和共享。利用BIM协同平台和IFC协议，实现多方之间的协作和数据交换。将各方的成本数据与其他项目数据（如进度、质量）进行关联和集成，形成综合的信息模型。在多方集成模型中，可以通过公式和算法实现综合的成本分析和决策支持。例如，可以计算综合成本效益：综合成本效益=成本∕（进度×质量），其中，成本是整体项目的成本，进度和质量分别是项目进度和质量的评估指标。

3 BIM技术在数字化建造项目中应用面临的挑战

BIM技术在数字化建造项目中实施，面临技术、组织、法律与合规性的挑战。

3.1 技术挑战：软件和硬件要求，数据整合与共享

BIM软件通常需要强大的计算能力和较大内存支持，以处理复杂的建筑模型和大量的数据。同时，涉及大量的建筑数据，包括设计数据、施工数据、设备数据等。这些数据往往来自于不同的来源和格式，如CAD软件、传感器、扫描仪等。因此，项目团队需要解决数据整合的问题，确保不同数据源之间的无缝集成和共享。

3.2 组织挑战：团队协作与沟通，文化变革

数字化建造项目通常涉及多个参与者，包括建筑师、工程师、承包商、供应商等。这些参与者需要在项目的不同阶段进行紧密的协作和沟通，共享信息、解决问题、做出决策等。然而，不同参与者之间可能存在沟通障碍、信息共享不畅等问题，影响项目实施过程中的协调和效率。文化变革涉及到组织结构、角色定义、工作流程等方面的调整。

3.3 法律与合规性挑战：知识产权与责任问题

在数字化建造项目中，BIM模型和相关数据涉及到多个参与者的知识产权。设计师、工程师、承包商等各方可能对其所创建的BIM模型和数据拥有知识产权。同时，涉及到多个参与者之间的协作和合作。然而，如果BIM模型或相关数据中存在错误或缺陷，可能会对项目的设计、施工和运营产生不良影响。

4 对挑战的解决方案

4.1 技术解决方案：更新软件和硬件设施，数据管理与集成平台

项目团队应考虑使用高性能的硬件设备，如算力高的计算机、高容量的存储设备等，以满足数字化建造项目对资源的需求。选择最新版本的BIM软件和工具，确保能够使用最新的功能和性能优化。采用适当的数据管理系统和集成平台，可以有效整合和管理数字化建造项目中的各种数据。这些平台提供了统一的数据存储、共享和访问方式，促进不同参与者之间的协作和数据交换。数据管理与集成平台还应具备数据验证、规范化和清理的功能，通过虚拟现实（VR）和增强现实（AR）等技术，可以将BIM模型以更直观、沉浸的方式呈现出来，帮助团队成员更好地理解和分析建筑模型[2]。

4.2 组织解决方案：培训和教育，跨部门协作与沟通

为团队成员提供系统的BIM培训和教育，包括BIM工具和软件的使用培训，BIM流程和工作流程的培训，以及BIM协作和协同工作的培训，使团队成员能够掌握最新的BIM 技术，增强其在数字化建造领域的技术能力。建立跨部门的协作机制和沟通渠道，促进不同部门之间的有效沟通和协同工作，设立定期的跨部门会议和工作坊，以促进信息共享、问题讨论和决策制定，使用协作平台和工具，如项目管理软件、在线协作平台等，实现实时的跨部门协作和信息共享。推动组织文化的变革，营造积极支持BIM实施的氛围，设立专门的BIM团队或BIM协调员，负责协调和推动数字化建造项目中的BIM实施工作，减少信息孤岛的出现。

4.3 法律与合规性解决方案：法律框架和合同管理，风险管理

确定适用的法律和法规，建立相应的法律框架，明确各方在BIM实施中的权利、责任和义务。着重制定和审查合同条款，明确知识产权、责任分担、风险分配等关键问题，确保合同的可执行性。雇佣合适的法律专家，以确保合同和法律文件的准确性和合法性[3]。进行风险评估和管理，识别数字化建造项目中的法律和合规风险，建立风险管理流程和机制，包括风险识别、评估、控制和监测，以降低潜在的法律风险。在合同中明确风险分担机制，确保各方在BIM实施中承担适当的法律和合规风险，确保数字化建造项目中的个人隐私和敏感数据的保护。制定隐私政策和数据安全措施，确保个人数据的合法收集、使用和保护。采用加密、访问控制和身份验证等安全措施，保护数字化建造项目中的数据免受未授权访问和泄露。

5 结束语

综上所述，BIM技术在数字化建造项目的设计阶段、施工阶段、运维阶段具有良好的应用效果，也存在不足之处。实施过程中需重点掌握BIM技术的关键应用步骤和要素，有效集成BIM技术与数字化建造项目，才能确保实施效果。BIM技术在数字化建造项目中应用面临的挑战，应从技术、组织、法律与合规性方面采取有效的解决方案予以应对。总之，通过合理实施BIM技术，有利于数字化建造项目实现更高效、更精确的成本控制，这将为建筑行业带来巨大的变革和发展机遇，提高项目的质量、效率和可持续性。