基于BIM的工程施工优化研究

摘要：针对施工阶段存在的变更、低效率以及浪费等一系列问题，简要论述了基于BIM技术的4D动态施工项目管理。介绍了BIM技术在施工领域应用的方式、方法和有效性，并且就其在实际应用中所存在的问题提出了具体的建议，最后阐述了BIM在工程施工中的应用价值和广阔前景。

关键词：BIM；4D管理；工程施工；应用价值

中图分类号：TU12文献标识码： A

0 引言

目前的 BIM 软件以建模软件、设计软件居多，技术方面相对成熟; 而应用于施工阶段的软件极少，且大部分尚处于研究过程或试用阶段。而与此同时，在施工阶段存在着大量的问题。BIM技术作为建设领域信息技术的研究应用热点，其价值已得到业内的普遍认同。BIM与4D技术相结合，形成一套工程施工中的BIM应用实施方案，奠定了基于BIM的施工信息化的基础。

1 BIM技术在国内外工程施工中的应用现状

1.1BIM在国外建筑业的应用现状

国外对BIM技术的研究和开发起步早，应用早，并且验证了其应用潜力。美国在BIM领域的研究和实践起步较早，时至今日美国大多建筑项目都已经应用BIM，且BIM应用种类繁多；同时已形成各种BIM协会，许多的BIM技术专业咨询公司也应运而生，市场活跃。此外，BIM技术不仅直接应用于工程的局部环节，如设计单位进行的各种分析模拟，且已形成新的工作模式，如实施IPD（Integrated Project Delivery，集成项目交付）模式，即业主、设计方、总包、分包等参与方在设计阶段就参与到项目中，通过应用BIM技术进行虚拟建造，共同对设计改进，进而分享收益或风险，这种模式目前已建立标准合同条款[1]。

1.2 BIM在国内建筑业的应用现状

我国建设量巨大，建筑业发展很快。在BIM技术成为建筑业大势所趋的今天，国内建筑业与BIM结缘成为必然。但实际上国内大部分设计院在建筑设计采用的仍是全2D工程制图（方案效果图除外），仅在需要进行特定分析计算时（如日照，节能）重复搭建并不十分精准的三维模型。

随着行业和政府的重视力度，我国对BIM应用在设计阶段逐步推行开来，如在2008年北京奥运会奥运村空间规划、南水北调工程以及香港地铁项目等。但是BIM要贯彻到整个产业链，尤其是层出不穷问题出现的施工阶段，更加急需BIM的应用。

2 BIM在工程施工中的应用

2.1 BIM应用于设计阶段的优化

2.1.1 基于BIM的可视化显示

结合2D设计图纸，利用Revit等软件创建BIM模型，对施工方设计结果进行动态的可视化展示，使业主方和施工方都能直观的理解施工方案，检验设计的可施工性，在施工前预先发现问题，解决问题，从而减少施工中不必要的问题[2]。

2.1.2基于BIM的碰撞检测与施工模拟

将所创建的建筑、结构、机电等BIM模型通过IFC或.rvt文件导入专业的碰撞检测与施工模拟软件中，进行结构构件及管线综合的碰撞检测和分析，并对项目整个建造过程或重要环节及工艺进行模拟，发现设计中存在的问题，进行深化设计，减少施工中的设计变更，优化设计方案和资源配置[2]。

2.2 BIM应用于施工阶段的优化[2]

在我国综合应用4D-CAD技术和BIM技术的研究，主要是由清华大学张建平教授的相关课题组进行，并已获得国家“十一五”科技支撑计划项目。将BIM与4D技术相结合，通过建立基于IFC的4D施工信息模型，将建筑物及施工现场3D模型与施工进度链接与施工资源、安全质量及场地布置等信息集成一体。建立基于BIM和网络的施工进度、人力、材料、设备、成本、安全、质量、场地布置等的4D动态集成管理系统。

2.2.1 4D施工进度管理

利用系统的WBS编辑器和工序模板，完成施工段的划分、WBS与进度计划创建，建立WBS和Mircosoft Project的双向链接，对施工进度进行查询、调整和控制；系统提供任意节点或3D施工段及构件工程信息的实时查询，进行多方案的分析比较并对计划和实际进度追踪和分析，最终生成进度报表，实现施工进度的4D动态管理。

2.2.2 施工资源动态管理

系统可以自动计算任意WBS节点或3D施工段及构件的工程量及相关施工进度的人工、材料、机械消耗量和预算成本，进行工程量完成情况、资源、成本等方面计划与实际消耗之间的分析、查询，并最终自动生成工程量表和资源用量表，实现施工资源动态管理[3]。

2.2.3 4D施工质量安全管理

施工方、监理方将工程质检、安全等方面的数据及时导入系统，实时的查询任意WBS节点或3D施工段及构件的施工安全质量情况，生成工程量质量安全统计分析报表，完成施工质量安全管理。

2.2.4 4D施工现场管理

通过系统进行3D施工场地布置，自动定义施工设施的4D属性，将场地布置与施工进度对应，形成4D动态的现场管理。

2.2.5 4D施工过程模拟

对整个过程或选定WBS节点进行4D施工过程模拟，实现工程项目整个施工过程的4D可视化模拟，其具有真实感模型显示功能（图1）。

图1BIM应用于工程施工中的优化

3 BIM应用于国内工程施工中所存在的问题及发展建议

3.1 BIM应用于工程施工中存在的问题

（1）与国外相比，我国现有的建筑行业体制不统一，缺乏较完善的BIM应用标准，加之业界对BIM的法律责任界限不明确，导致建筑行业推广BIM应用大环境不成熟[4]。

（2）项目运作缺少统筹管理，BIM应用过程中缺少协同设计，项目不同阶段、不同专业及参与方信息缺少统筹管理。例如：设计方对基于BIM的设计参与度不够，导致施工单位得不到设计单位的模型，造成施工单位要想应用BIM就需再自行建模。

（3）目前 BIM 在中国的应用基本依赖于个别复杂项目或某些业主的特殊需求，BIM 在施工阶段和运营管理阶段的功能没有得到充分的发挥。因此，将BIM 理念贯穿项目全寿命期，充分发挥 BIM 信息全寿命周期集成优势，实现 BIM 深层次的应用，实现 BIM 在建筑业产业链的大规模应用，还需很大的努力。

（4）BIM的应用需要大量的培训、软件程序和硬件更新，很大程度上也限制了BIM的广泛应用；行业内将BIM真正的应用到第一线，渗入施工管理和技术工作细节的很少[5]。

3.2 BIM在工程施工应用中的几点建议

（1）政府与行业应积极推进BIM的应用工作，政府应积极参与BIM标准的制定，完善建筑业行业体制规范和相关法律法规[4]。

（2）BIM在应用实践过程中，应进行统筹管理，综合采用IPD模式，加强项目各方的协同工作的精神，最大化是实现项目的整体利益。

（3）企业应提高创新力，与国际接轨，加强BIM软件之间的交互性，实现BIM同平台对话；推行BIM的辅助设计，指导施工、支持后期运营管理，实现项目全寿命期综合应用。

（4）施工企业和项目应加大培训、资金投入及对外交流力度，创造 BIM 应用氛围；施工企业可组成 BIM 团队，与高校、软件企业或研究机构合作，开展 BIM 应用的研究，开发相应的软件，在某一领域或专业达到应用效果，并积累应用经验和知识产权[5]。

4 BIM应用的效果

（1）BIM模型比较容易理解，可以以清晰、可视化的方式显示深度和高度。BIM模型提供了一个让所有参建方在施工开始前坐在一起讨论问题的机会；通过基于BIM的碰撞检测和施工模拟可以对进行深化设计，在早期减少了设计和施工错误，以及减少完成施工变更的发生，优化施工[6]。

（2）精确计划和控制每月、每周、每天的施工进度，动态分配各种施工资源和场地，可减少或避免工期延误，保障资源供给[1]，全面把握工程的实施进展以及成本的控制。

（3）对施工过程和重要施工工艺进行模拟，提供多种实施方案；基于 BIM 施工安全与冲突分析有助于及时发现并解决施工过程和现场的安全隐患和矛盾冲突，提高工程的施工质量和安全性。

（4）施工阶段建立的 BIM 模型及工程信息可用于项目运营维护阶段的信息化管理，实现了项目全寿命周期的数据和信息的共享[7]。

据斯坦福大学调研表明（图2），BIM 可以减少设计变更 40%，提高施工现场劳动率20%~30%。从McGraw-Hill 公司在 2010 年做的一项 BIM 应用价值点的调查可知，BIM 不仅在帮助理解设计方面得到认可，在提升整体项目质量，减少施工过程中的冲突以及减少施工变更方面也都普遍认同。

图22010 年 BIM 技术应用价值点调查

5结语

当前BIM技术在施工阶段的应用还处在初级阶段，仍存在一系列的问题。但是不可否认建筑业信息化已经成为一个趋势，将BIM技术应用于建筑工程施工中，可以很好的解决目前工程施工中所存在的问题，BIM技术在工程施工领域将创造巨大的价值并拥有广阔的应用前景。

参考文献

[1] 张建平.BIM技术的研究与应用[J]. 施工技术, 2011(1): 15-18

[2] 张建平, 李丁, 林佳瑞, 颜钢文. BIM在工程施工中的应用[J]. 施工技术, 2012, 41(371): 10-17

[3] 张建平, 范, 王阳利, 黄志刚. 基于4D-BIM的施工资源动态管理与成本实时监控[J]. 施工技术, 2011, 40(4): 37-40

[4] 何清华, 钱丽丽, 段运峰,李永奎. BIM在国内外应用的现状及障碍研究[J]. 工程管理学报, 2012, 26(1): 12-16

[5] 刘献伟, 高洪刚, 王续胜. 施工领域BIM应用价值和实施战略[J]. 施工技术, 2012, 41(377): 84-86

[6] Tamera McCuen, Elbert Speidel, 刘峻山. 虚拟施工的BIM应用：三大高校合作项目[J]. 建筑创作, 2012(10): 80-87

[7] 王雪青, 张康照, 谢银. 基于BIM实时施工模型的4D模拟[J]. 广西大学学报：自然科学版, 2012, 37(4): 814-819

作者简介：杨兆龙（1981―），男，助理工程师。2002年毕业于黑龙江水利高等专科学校建筑工程系房屋建设工程专业，现山东中成信建设项目管理有限公司从事工程项目管理工作。发表专业学术论文1篇。