BIM技术在施工阶段的应用研究

摘要：本文主要探讨了建筑信息模型（BIM）在工程项目施工阶段的应用理论及实践方法（从3D到4D再到5D），并在此基础上对BIM技术在施工企业的应用现状进行探讨。最后结合中国国情，对BIM技术在施工阶段的应用障碍分析及解决对策进行初步探究。

Abstract： This paper mainly discusses the application theory and practice method of building information model （BIM） in the construction phase of the project（from 3D to 4D and 5D）， and discusses the present situation of the application of BIM technology in the construction enterprise. Finally combined with China's national conditions， the barriers of the application of BIM technology in the construction phase are analyzed and countermeasures are explored.

关键词：建筑信息模型（BIM）；3D 4D 5D；应用现状；应用障碍；解决对策

Key words： building information model （BIM）；3D， 4D， 5D；application status；application barriers；countermeasures

中图分类号：TU17 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2015）30-0216-03

0 引言

建筑信息模型BIM（Building Information Modeling），是以建筑工程项目的各种相关的信息数据作为模型的基础，建立三维数字化的建筑模型的理念和工具。如今在中国国内的建筑市场中，BIM技术在设计阶段的应用较为成熟，而在施工阶段的应用还仅处于起步阶段。本文拟就BIM技术在施工阶段的应用进行进一步的探讨，并对BIM技术在中国的应用现状及障碍进行初步探究。目前我国的建筑业对BIM应用的技术路线存在的最普遍的问题即是设计与施工分离严重导致的BIM模型建设重复性高，项目全寿命周期统筹管理不足，使BIM技术的价值发挥不足。

1 3D实体

建筑信息模型（BIM）的3D实体技术的主要应用如表1所示。

其中，本文主要探讨在施工阶段的应用：碰撞检测。碰撞检测包括物理碰撞（硬碰撞）和规则碰撞（软碰撞）的检查。碰撞检测是指建立在建筑、结构、暖通、给排水和电气专业的信息化模型基础上，将各专业模型整合到一起构成完整的建筑模型，再将整体模型导入计算机分析工具中检测碰撞冲突的类型及位置并生成报告。

碰撞检测最直接的作用是发现设计中存在的问题，如：暖通、给排水、电气设备管道之间以及与结构、建筑之间的碰撞，有效减少施工过程中的设计变更和返工情况，及时优化施工方案，更加科学地进行资源的配置。此外，三维实例对象可承载更多属性信息，如型号、制造商、部件代码，类型标记，即：每个专业在设计过程中就可以查看其他专业的设计成果。

同时，当采用跨专业协同设计平台时，由于多方基于同一个数据库，不会出现一次修改后，相关联的图纸忘记修改的情况。如图1所示，左侧是施工中普遍使用的二维平面图纸，图面复杂，对矛盾点辨别需要专业人才且耗时耗力，然而当采用BIM3D模型进行碰撞检测时，如图1右侧所示，可以实现对矛盾点的快速准确识别且省时省力。

运用BIM3D技术进行碰撞检测在我国已经取得了广泛的实践应用。如表2所示。

2 4D施工模拟

施工4D模拟是BIM技术在施工阶段的一个重要的应用，它是通过把建筑物的施工进度和三维模型相结合进行施工进度模拟的过程。实现施工4D模拟的关键因素之一是项目的进度计划必须具有足够详细的施工顺序划分；完整的施工进度计划和三维建筑模型的链接，在BIM的技术平台下，通过三维可视化的环境将建筑模型构件按照时间顺序依次进行虚拟建筑的过程即是施工4D模拟。

简言之，BIM信息模型中集成了材料、场地、机械设备、人员甚至天气情况等诸多信息，并且以天为单位对建筑工程的施工进度进行模拟。通过4D施工进度模拟，可以直观地反映施工的各项工序，方便施工单位协调好各专业的施工顺序、提前组织专业班组进场施工、准备设备、场地和周转材料等，实现对施工场地，施工过程以及某些复杂的施工程序的信息化可视化集成化的管理，以及实现对施工过程中劳务，物质资源，成本等的动态控制。同时，4D施工进度的模拟也具有很强的直观性，即使是非工程技术出生的业主方领导也能快速准确地把握工程的进度。

依据实际的施工环境数据，进行施工顺序及施工过程的反复模拟，以此对施工顺序进行纠偏、不同施工工种的碰撞检测、施工资源的合理投入、消除安全隐患、改善作业空间不足等问题，提前调整施工方案。通过不断的模拟施工方案，在施工前最大限度的解决实际施工可能遇到的问题，实现施工方法的不断优化，在实际施工中实现“零冲突、零返工”。

3 5D成本控制

在建筑信息模型（BIM）4D基础上加入成本要素，建构5D成本信息模型。可是实现在施工过程中对资金投入、资源配置的动态控制。BIM技术在处理实际工程成本核算中有着巨大的优势。建立BIM的5D成本信息模型关系数据库，让实际成本数据及时进入5D关系数据库，成本汇总、统计、拆分对应瞬间可得。建立实际成本BIM模型，周期性（月、季）按时调整维护好该模型，统计分析工作就很轻松，软件强大的统计分析能力可轻松满足我们各种成本分析需求。

施工过程成本的实时监控主要是对不同WBS节点进行预算、成本的动态计算以及实时的跟踪查询和分析等功能，并且可以实现自动计算WBS节点构件的综合单价、建筑总造价等信息。通过BIM可以得到最准确的工程基础数据，将工程基础数据分解到构件级、材料级，有效控制施工成本，减少工程超支，提高工程项目的管理水平和成本投入的控制能力。

基于BIM的实际成本核算方法，较传统方法具有极大优势：

①快速。由于建立基于BIM的5D实际成本数据库，汇总分析能力大大加强，速度快，短周期成本分析不再困难，工作量小、效率高。

②准确。成本数据动态维护，准确性大为提高，通过总量统计的方法，消除累积误差，成本数据随进度进展准确度越来越高。另外通过实际成本BIM模型，很容易检查出哪些项目还没有实际成本数据，监督各成本实时盘点，提供实际数据。

③分析能力强。可以多维度（时间、空间、WBS）汇总分析更多种类、更多统计分析条件的成本报表。

④提升企业成本控制能力。将实际成本BIM模型通过互联网集中在企业总部服务器。企业总部成本部门、财务部门就可共享每个工程项目的实际成本数据，实现了总部与项目部的信息对称，总部成本管控能力大为加强。

4 BIM技术在施工阶段的应用现状

实际操作中，在施工阶段BIM技术的应用技术路线正发生着重要的变革。应用技术路线的选择是指确定具体使用哪些BIM软件来整合完成企业各岗位的工程工作。现阶段施工单位常用的BIM技术路线如图2所示。

施工专业选择BIM软件难度大：因为首先公众繁多，需要的软件类别也多；再者，不如设计领域的技术成熟。选择这个技术路线时，应从技术和商务两种角度出发，技术包含土建，安装等部门，商务包含成本，人力等部门。目前普遍采用的BIM技术路线是如图2所示：两类部门各成一套体系，分别从不同角度出发选用不同软件进行适应自身需要的模型建设。之所以产生这样的情况是因为设计，施工，造价的BIM各自的规范不同对模型要求也不一致。可以说，BIM技术路线的改革应该是将各阶段各部门有机结合，为了更有效地建立基础BIM，在设计BIM阶段考虑下游施工BIM和成本BIM的后期延伸，将真正有效实效项目全生命周期一体化BIM的应用。

5 BIM技术在施工阶段的应用障碍分析及解决对策

BIM技术自引入我国建筑业以来，结合我国实际情况遭遇了诸多的应用障碍，具体分析如下：

①BIM将成为施工企业下一代主流技术，但应用的大环境还不够成熟。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，加之业界对于BIM的法律责任界限不明，导致建筑行业推广BIM应用大环境不够成熟。

②项目全寿命周期统筹管理不足，使BIM技术的价值发挥不足。我国建筑业内对BIM技术的应用有明显的分段现象，各阶段各参与方自成一派建立BIM模型，形成了大量的重复工作的浪费以及模型的不统一性使得全寿命统一管理失去可能。

③以设计方为主不足以实现BIM的全面应用。施工单位对BIM技术的使用往往流于表面，为了在投标过程中充门面而在中标后并不会实际运用BIM技术对施工过程进行管控。也有的情况是：施工单位缺乏BIM技术专业人才，对相关模型的建立和运用BIM进行动态控制的实施心有余而力不足，实际操作下来效果与期望值相差甚远。

针对上述应用障碍，结合我国国情和行业发展现状提出下列建议：

①针对我国现有的建筑行业体制不统一，缺乏较完善的BIM应用标准的情况：政府和行业应整体推进推广BIM 应用工作。BIM是工程项目管理信息化的重要发展方向，实现信息集成与共享，政府应积极提倡并参与制定BIM 应用标准，积极完善并统一建筑业行业体制。

②针对项目全寿命周期统筹管理不足，使BIM技术的价值发挥不足的现象：加强项目全过程各参与方之间的协同工作，推动BIM应用技术路线的一致性改革，减少重复工作，实现全寿命周期的统一的BIM模型应用，进而实现BIM技术的价值的充分发挥。

③针对建筑业产业链各参与方对BIM积极性不同的现象，应由政府和行业协会等部门加强BIM技术的应用推广，效仿西方国家确立相关法律法规或者管理条例，实现科学合理的BIM应用体系建设，进而真正实现建筑业BIM应用的最大效益。

6 结语

目前BIM技术在国内建筑业的发展还处于起步阶段，仍存在着全寿命中后期统一应用不足导致的BIM技术的价值发挥不足的问题，以及各企业BIM技术路线不成熟、浪费严重等问题。本文主要叙述了BIM技术在施工阶段从3D实体到4D施工模拟再到5D成本控制的应用方法和效果，对中国企业现阶段对BIM技术应用的技术路线进行分析，并且对BIM技术在施工阶段的应用障碍进行分析并初步探索了解决对策。

参考文献：

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