BIM技術(shù)在工程建設(shè)中應(yīng)用
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［摘要］bim作為一種全新的理念和技術(shù)，在工程建設(shè)中得到了廣泛應(yīng)用，主要應(yīng)用于工程規(guī)劃設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)維中，但在應(yīng)用和推廣中也存在一些難點(diǎn)，本文通過對(duì)BIM技術(shù)應(yīng)用于工程建設(shè)全生命周期進(jìn)行分析，并分析BIM技術(shù)應(yīng)用于工程建設(shè)中的難點(diǎn)，提出促進(jìn)BIM技術(shù)發(fā)展的建議，為推動(dòng)BIM技術(shù)更廣泛深入的應(yīng)用于我國(guó)工程建設(shè)提供參考。
［關(guān)鍵詞］BIM技術(shù)；工程建設(shè)；難點(diǎn)；建議
隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，各類工程建設(shè)取得了巨大的成就，但同時(shí)也存在著許多問題，如對(duì)工作質(zhì)量缺乏嚴(yán)格的控制，安全事故頻發(fā)，嚴(yán)重威脅到施工技術(shù)的運(yùn)用，甚至威脅人的生命安全[1]。由于工程建設(shè)中各參與方較多，需要考慮的因素多，而項(xiàng)目建設(shè)各階段是相對(duì)獨(dú)立的，很容易造成信息不對(duì)稱，難以協(xié)同管理。而BIM技術(shù)的應(yīng)用將有效提高工程建設(shè)的信息化管理水平，實(shí)現(xiàn)工程項(xiàng)目更精細(xì)化的管理，為項(xiàng)目目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)和項(xiàng)目建設(shè)的增值服務(wù)提供技術(shù)支持。
1BIM的內(nèi)涵及其發(fā)展現(xiàn)狀
BIM（BuildingInformationModeling）是數(shù)字技術(shù)在工程建設(shè)中的直接表達(dá)，集成了工程項(xiàng)目各種信息的工程數(shù)據(jù)模型，在工程建設(shè)的不同階段，不同的參與方從BIM技術(shù)模型中提取、更新和修改信息，以支持和反映各自職責(zé)的協(xié)同工作[2]。目前，BIM技術(shù)在一些發(fā)達(dá)國(guó)家得到了推廣，許多西方國(guó)家對(duì)BIM技術(shù)進(jìn)行了專門的研究，KhalesiH，BalaliA，ValipourA將分步體重評(píng)估比率分析方法和BIM技術(shù)相結(jié)合，以識(shí)別和減少建筑項(xiàng)目返工造成的時(shí)間延遲[3]。隨著我國(guó)改革開放的實(shí)施，各類工程項(xiàng)目的建設(shè)得到了快速發(fā)展，但BIM技術(shù)應(yīng)用于工程建設(shè)中較晚，從2001年中華人民共和國(guó)建設(shè)部（現(xiàn)更名為中華人民共和國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部）制定了《建設(shè)事業(yè)信息化“十五”計(jì)劃》，提出建筑業(yè)的總體目標(biāo)為“完善建設(shè)領(lǐng)域信息化標(biāo)準(zhǔn)體系”，為我國(guó)BIM技術(shù)的應(yīng)用奠定了政策基礎(chǔ)[4]。至今，BIM技術(shù)被越來越廣泛和深入地應(yīng)用于我國(guó)工程建設(shè)的各領(lǐng)域，但是，經(jīng)工程實(shí)踐證明和調(diào)研表明，如同任何一種新興技術(shù)一樣，BIM技術(shù)作為一個(gè)新生的技術(shù)，其應(yīng)用和推廣過程，是一個(gè)曲折的過程，需要各方的共同努力，克服阻礙，推進(jìn)BIM技術(shù)的更廣泛和深入的應(yīng)用。
2BIM技術(shù)的應(yīng)用特征
2.1可視化特征
相較于傳統(tǒng)的二維圖形，BIM三維模型則更為直觀，可以從任何角度查看，便于各參與方人員的學(xué)習(xí)和參考。BIM模型還能夠同各構(gòu)件之間形成互動(dòng)性和反饋性，直接反映建筑構(gòu)件之間的層次關(guān)系，避免了傳統(tǒng)建筑設(shè)計(jì)中復(fù)雜的圖形規(guī)則。
2.2智能化特征
BIM技術(shù)智能化特征主要體現(xiàn)在可以利用BIM數(shù)據(jù)庫(kù)中的建筑信息自動(dòng)模擬工程項(xiàng)目的整體狀態(tài)，對(duì)工程項(xiàng)目建設(shè)過程中規(guī)劃設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)維方案進(jìn)行測(cè)試和比較，從而發(fā)現(xiàn)方案中的不足，并進(jìn)行優(yōu)化。還可以通過模擬，對(duì)工程的各項(xiàng)設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)展開碰撞檢查，找出設(shè)計(jì)錯(cuò)誤、遺漏等問題，并對(duì)各專業(yè)參數(shù)進(jìn)行分析與整合，減少項(xiàng)目實(shí)施過程中的重復(fù)浪費(fèi)。
2.3協(xié)同工作特征
目前，我國(guó)的工程建設(shè)在建設(shè)過程中各相關(guān)單位相對(duì)獨(dú)立，缺乏有效的溝通，不同的單位會(huì)出現(xiàn)各種各樣的問題，很難進(jìn)行協(xié)調(diào)，容易影響后續(xù)工作，造成工期延誤。而BIM技術(shù)具有協(xié)調(diào)性特點(diǎn)，在工作中可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題并反饋，并將其傳遞給相關(guān)單位解決，從而提高工作效率，保障工程質(zhì)量。
3BIM技術(shù)應(yīng)用于工程建設(shè)各階段的應(yīng)用分析
BIM技術(shù)可以應(yīng)用于工程項(xiàng)目建設(shè)的全生命周期（如圖1），包括前期的規(guī)劃設(shè)計(jì)，實(shí)施過程中的施工以及后期的運(yùn)行維護(hù)，均可以發(fā)揮出更加形象化、智能化和協(xié)同工作的特點(diǎn)。
3.1BIM技術(shù)在工程建設(shè)規(guī)劃設(shè)計(jì)階段的應(yīng)用
BIM技術(shù)應(yīng)用到工程規(guī)劃設(shè)計(jì)管理中，可以開展主要內(nèi)容為：三維模型的建立、設(shè)計(jì)校核、碰撞檢驗(yàn)等。通過三維模型的建立，可以更直觀可視化地呈現(xiàn)項(xiàng)目的概況，還可以作為對(duì)設(shè)計(jì)成果提供設(shè)計(jì)檢驗(yàn)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)缺陷，并通過可視化的呈現(xiàn)表達(dá)出問題所在并提出解決建議，從而減少設(shè)計(jì)缺陷，BIM技術(shù)還可以通過對(duì)項(xiàng)目的成本進(jìn)行優(yōu)化，節(jié)省項(xiàng)目投資，從而為業(yè)主的前期立項(xiàng)以及項(xiàng)目建設(shè)過程中的管理提供更科學(xué)的決策。張雷[5]通過對(duì)重慶高科希爾頓項(xiàng)目應(yīng)用BIM技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)管理的研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過設(shè)計(jì)校核發(fā)現(xiàn)土建類設(shè)計(jì)錯(cuò)誤有90處，設(shè)計(jì)遺漏48處，通過模擬碰撞，發(fā)現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)多處節(jié)點(diǎn)碰撞，因此應(yīng)用BIM技術(shù)可以提前暴露設(shè)計(jì)中可能出現(xiàn)的設(shè)計(jì)問題。還通過對(duì)該項(xiàng)目成本進(jìn)行優(yōu)化，可以節(jié)省土建成本約210萬元。通過對(duì)該項(xiàng)目綜合分析，能縮短工期5%~10%，成本投入節(jié)省10%~15%，減少返工50%~60%，業(yè)主人員配置減少并提升40%管理效率。
3.2BIM技術(shù)在工程建設(shè)施工階段的應(yīng)用
施工階段應(yīng)用BIM技術(shù)，主要應(yīng)用功能包括：質(zhì)量、進(jìn)度、成本、安全和組織協(xié)調(diào)控制。3.2.1質(zhì)量控制。施工階段質(zhì)量控制的主要影響因素是人、材料、機(jī)械和施工環(huán)境，其中人的因素起主導(dǎo)作用，因此保證人、材、機(jī)的合格和制定環(huán)境因素的控制措施是質(zhì)量控制的主要目標(biāo)。通過BIM模型數(shù)據(jù)庫(kù)，建立一個(gè)BIM數(shù)據(jù)集成平臺(tái)，各參建方可以通過該平臺(tái)迅速便捷地查到相關(guān)人員資質(zhì)、建筑材料材質(zhì)、施工設(shè)備型號(hào)、尺寸和施工環(huán)境等信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，以及對(duì)施工質(zhì)量的動(dòng)態(tài)追蹤和分析，保證施工質(zhì)量。3.2.2進(jìn)度控制。施工進(jìn)度控制主要在對(duì)項(xiàng)目進(jìn)度進(jìn)行整體規(guī)劃、實(shí)時(shí)管控和調(diào)整。施工過程中具有較強(qiáng)的復(fù)雜性和不確定性，對(duì)于工程量和工作強(qiáng)度無法精確把握，要做到合理的進(jìn)度預(yù)測(cè)和管控難度較大。利用BIM信息模型，借助管理工具對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行全過程進(jìn)度控制，充分考慮施工過程中的不確定性因素，分析預(yù)測(cè)工期與實(shí)際工期的關(guān)系，對(duì)實(shí)際進(jìn)度情況進(jìn)行實(shí)時(shí)管控和調(diào)整。3.2.3成本控制。當(dāng)前我國(guó)建筑施工成本控制存在著管理難度大、組織混亂等諸多問題，要實(shí)現(xiàn)成本控制的目標(biāo)，需要由傳統(tǒng)的粗放式管理模式逐步地向精細(xì)化管理模式邁進(jìn)。BIM模型可以實(shí)現(xiàn)全項(xiàng)目周期的數(shù)據(jù)管理，快速精確地統(tǒng)計(jì)各工程量，得出分析報(bào)告，實(shí)現(xiàn)成本有效控制，還可以通過三維模型進(jìn)行碰撞模擬檢查，排查施工過程中各施工方時(shí)序是否合理，避免由此帶來的額外成本。3.2.4安全控制。在施工工地現(xiàn)場(chǎng)，各施工方常常因?yàn)槭┕ぷ鳂I(yè)時(shí)間的不確定性，容易造成現(xiàn)場(chǎng)秩序混亂和各種材料堆積，影響施工效率和安全。利用BIM技術(shù)建立的虛擬模型提前規(guī)劃實(shí)際的施工現(xiàn)場(chǎng)，在BIM平臺(tái)上對(duì)施工設(shè)備與材料進(jìn)場(chǎng)時(shí)間進(jìn)行科學(xué)規(guī)劃，充分考慮現(xiàn)場(chǎng)安全死角，并適當(dāng)配備安全設(shè)施，使施工現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)有序進(jìn)行，提高施工效率和安全[6]。3.2.5組織協(xié)調(diào)控制一個(gè)項(xiàng)目的建設(shè)需要各參建方共同參與和深入有效的溝通協(xié)作，傳統(tǒng)施工模式下難以做到這一點(diǎn)，常常會(huì)因?yàn)槿鄙贉贤▍f(xié)調(diào)，造成現(xiàn)場(chǎng)秩序混亂。通過BIM數(shù)據(jù)庫(kù)建立的數(shù)據(jù)集成平臺(tái)，各參與方均可從該平臺(tái)中獲取需要的信息，使得各方的溝通更加便捷高效，還可以對(duì)各自所需工程量、人員、材料以及機(jī)械設(shè)備需求進(jìn)行合理安排，對(duì)施工組織協(xié)調(diào)工作的展開帶來很大幫助。郭子琪[6]通過對(duì)云南省昆明市三十四中學(xué)宿舍樓進(jìn)行實(shí)例分析，該項(xiàng)目沒有采用BIM技術(shù)進(jìn)行施工，最終該項(xiàng)目超支了3.50%。通過對(duì)該項(xiàng)目使用BIM技術(shù)進(jìn)行效益分析，則可以減少返工，為項(xiàng)目成本節(jié)約約60萬元，縮減工期約20天，提升計(jì)算速度誤差精度控制在2%以內(nèi)，提高溝通效率。
3.3BIM技術(shù)在工程建設(shè)運(yùn)行維護(hù)階段的應(yīng)用
從工程項(xiàng)目傳統(tǒng)的運(yùn)行維護(hù)成本考慮，整個(gè)工程項(xiàng)目全壽命周期中，設(shè)計(jì)及建造成本占約20%，而運(yùn)行維護(hù)成本占到約17%，其中主要成本為人力成本，且容易出現(xiàn)資料存檔丟失與查找困難，因此，對(duì)于工程項(xiàng)目運(yùn)行維護(hù)階段增效降本有著重要意義。BIM-FM利用BIM輕量化技術(shù)和可視化模型，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，將建構(gòu)筑物內(nèi)的無線傳感器和攝像頭賦能物聯(lián)網(wǎng)，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)或信息的實(shí)時(shí)共享，管理人員可以隨時(shí)了解整個(gè)項(xiàng)目的運(yùn)行情況，發(fā)現(xiàn)問題可以及時(shí)做出處理。將人力成本降低，效率提高，實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目安全高效運(yùn)維。
4現(xiàn)階段BIM技術(shù)應(yīng)用于工程建設(shè)中的難點(diǎn)和建議
4.1缺乏較完善的BIM應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)
目前國(guó)內(nèi)BIM技術(shù)應(yīng)用于工程建設(shè)起步較晚，缺乏較完善的BIM應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致BIM應(yīng)用推廣不夠成熟[8]。例如，國(guó)家游泳中心（水立方）在建造過程中，采用BIM技術(shù)在施工過程中能有效利用項(xiàng)目信息，縮短建設(shè)工期，但也存在工作標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，溝通受到障礙等問題。完善BIM技術(shù)應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)，政府、企業(yè)和相關(guān)從業(yè)人員應(yīng)積極參與BIM標(biāo)準(zhǔn)制定，完善建筑業(yè)行業(yè)體制、機(jī)制，同時(shí)在實(shí)施過程中鼓勵(lì)和引導(dǎo)相關(guān)企業(yè)和從業(yè)人員執(zhí)行該標(biāo)準(zhǔn)。
4.2軟件技術(shù)不完善
現(xiàn)階段，BIM技術(shù)推進(jìn)緩慢很重要的一個(gè)因素是產(chǎn)品的功能不夠精確，技術(shù)不夠完善。主要體現(xiàn)在：各軟件的計(jì)算規(guī)則和統(tǒng)計(jì)方式不同，比如對(duì)于同一個(gè)工程由不同軟件建立模型后算出來的量和價(jià)是不同的。對(duì)于軟件技術(shù)不完善的問題，主要的解決辦法是解決軟件技術(shù)層面的問題，逐步提高軟件的精確性和適應(yīng)性，將軟件開發(fā)得更完善。主要可以從兩個(gè)方面入手：①?gòu)脑搭^上解決軟件精度和適應(yīng)性問題，可以從國(guó)家政策入手，國(guó)家可以給予BIM軟件開發(fā)者創(chuàng)新產(chǎn)品獎(jiǎng)勵(lì)政策的支持，激勵(lì)BIM軟件的開發(fā)與完善。②從使用者上，國(guó)家給予項(xiàng)目?jī)?yōu)惠，解決BIM軟件投入造價(jià)高的情況[9]。
4.3缺乏專業(yè)的技術(shù)人才
盡管BIM技術(shù)在工程建設(shè)應(yīng)用中有著較大的優(yōu)勢(shì)，但市場(chǎng)上有著熟練掌握BIM技術(shù)并應(yīng)用于工程建設(shè)中的技術(shù)人員相對(duì)匱乏，使得BIM技術(shù)難以在工程建設(shè)中得到充分發(fā)揮。一個(gè)工程項(xiàng)目要想獲得較好的BIM使用效果，首先應(yīng)加強(qiáng)對(duì)BIM團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人的選擇和培養(yǎng)，BIM團(tuán)隊(duì)的負(fù)責(zé)人能幫助和支持各項(xiàng)目實(shí)施、應(yīng)用BIM技術(shù)，為項(xiàng)目提供BIM應(yīng)用解決方案，同時(shí)還應(yīng)加強(qiáng)對(duì)各高校土木相關(guān)人才的培養(yǎng)模式的接軌：①融入BIM技術(shù)的專業(yè)人才培養(yǎng)方案，調(diào)整人才培養(yǎng)目標(biāo)，形成“核心能力+BIM”的培養(yǎng)目標(biāo)；②實(shí)施1+X證書制度，體現(xiàn)對(duì)學(xué)生的社會(huì)用人評(píng)價(jià)；③教學(xué)內(nèi)容的轉(zhuǎn)變，采取新增課程或者采取強(qiáng)化某些相關(guān)課程內(nèi)容的方式融入BIM內(nèi)容的教學(xué)[10]。
5結(jié)語(yǔ)
BIM技術(shù)是當(dāng)前工程建設(shè)過程中最為重要的信息化技術(shù)，可以提高生產(chǎn)效率、減低資源浪費(fèi)。當(dāng)前我國(guó)建筑業(yè)的黃金期和高峰期已過去，將面臨著經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)調(diào)整帶來的建筑市場(chǎng)持續(xù)下行的壓力，在此背景下只有加強(qiáng)對(duì)工程建設(shè)的信息化管理，實(shí)現(xiàn)工程建設(shè)管理精細(xì)化，對(duì)業(yè)主來說可以節(jié)省投資，對(duì)設(shè)計(jì)單位來說可以提高競(jìng)爭(zhēng)力，對(duì)施工單位來說可以提高利潤(rùn)，但目前對(duì)于BIM技術(shù)的推廣應(yīng)用還比較緩慢，需要政府、企業(yè)以及個(gè)人三方的共同努力，有階段性地、有針對(duì)性地應(yīng)對(duì)所面臨的問題，奠定我國(guó)工程建設(shè)BIM技術(shù)引進(jìn)和應(yīng)用的基礎(chǔ)。
作者:袁東東 孟海燕 鄧 斌 單位:南昌航空大學(xué)科技學(xué)院