BIM技术在设计施工一体化建设中应用研究

摘要： 传统项目生产模式存在信息交流障碍，造成低效；设计施工相分离，带来众多问题。设计施工一体化将设计施工相结合，解决了传统模式下的一部分问题，但长期的设计与施工分离使得我国现行模式下的设计施工的融合存在问题。本文从信息角度出发，分析了BIM（Building Information Modeling）的发展，提出BIM在建设项目设计施工一体化中的应用技术路线，为设计和施工的有效结合提供支持。

Abstract： It exists obstacles for communication of information in the traditional production mode， resulting in low efficiency； and the separation of design and construction brought many problems. The integration of design and construction take combination， resolving part of the problems in the traditional pattern， but long separation of design and construction leads to problems in the integration of the current mode in China. From the aspect of information， this paper analyzes the development of BIM （Building Information Modeling）. And then it puts forward the technical flow of BIM application in engineering & construction integrated model， providing support for the effective combination of design and construction.

关键词： BIM；设计施工一体化；信息交流障碍

Key words： building information modeling （BIM）；engineering & construction integrated；obstacles for communication of information

中图分类号：TU17 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2014）32-0137-030 引言

在工程建设发展史上，古代建筑中的设计和建造是由不同工匠承担。随着社会生产力的发展，工程规模越来越大，技术复杂程度越来越高，设计和施工出现分工。我国建筑业是国民经济重要物质生产部门，总体规模大，在在目前工程建设模式下，设计、施工有一定的结合，但大多数仍属于不同的专业，由不同单位承担。在这种传统的模式下，带来众多问题，主要表现在：

①在长期设计、施工分开招标影响下，设计与施工单位进入时间、需求不同，设计、施工阶段不能很好的搭接。一方面设计方案的可施工性存在问题，导致设计变更频繁；另一方面设计缺陷和施工失误带来的责任权限划分不清，引起纠纷。

②部门之间信息量增大，交流与传递频繁。但各专业信息交流媒介存在局限，部门间的信息存在断层，导致信息流失，难以集成与协同。

建筑业各环节存在重复作业；另外不同生产之间信息难以协同；这两个问题使得生产效率低下，带来资源、成本的浪费。众多研究提出解决整个工程建设行业低效率的主要方案是把设计-施工-管理过程集成在一起，形成设计施工一体化，加强项目全生命周期中最重要的两阶段的联系，减少设计变更，节约成本。

1 建设项目设计施工一体化的应用问题

设计施工一体化的概念要追溯到古美索不达米亚时代。20世纪80年中叶，众多专家都印证了：采用设计施工总承包模式与其他模式相比，在工期、费用和质量等方面都有一定的优势。

设计施工一体化是将设计、施工的分工与合作进行平衡、交叉，达到互动、互补和优化。设计施工一体化可以理解为：一是从企业角度看，是设计、施工单位纵向一体化战略在项目的表现，二是从工程总承包商角度看，设计施工一体化是设计、施工单位实行设计施工总承包的一种方式。工程承包市场能更好的体现设计施工一体化，但目前建筑行业的企业更多的关注于企业纵向一体化，如向前期投资，后期维护等方面的发展。由于我国长期设计、施工的不同专业划分，使得设计施工一体化建设困难重重。

1.1 总承包模式下设计施工一体化发展制约 在众多研究中，传统机制问题被认为是总承包模式中设计施工一体化发展的主要制约因素。我国建筑工程设计、施工分包的模式的弊端日益凸显，要推进工程建设组织实施方式的改革，加快改变设计施工彼此分割的局面[1]。不管设计施工一体化采用何种模式，都要建立一个有效沟通协调机制，加强设计施工协作。

1.2 设计方案的可施工性问题 设计方案的可施工性是传统模式下的重要问题，设计与施工分离是造成设计方案可施工性问题的直接原因。设计与施工的一体化才能从根本上解决建设项目的可施工性[2]。设计施工总承包中，设计的基础性、先导性和决定性的主导地位，只有通过设计、施工的合理搭接，将施工经验运用到项目得早起，才能落实设计的可施工性[3]。

1.3 设计施工一体化与信息化问题 建设生产过程的本质是面向物质和信息的协作过程，项目后期的实施和运行过程的质量直接依赖于项目前期信息的可用性、可获得性及可靠性。随着现代工程建设项目规模的扩大，施工技术的难度与要求不断提高，各专业部门之间信息量扩大、信息的交流与传递更频繁，但不能实现整个建设项目的信息共享。设计施工联合体双方要有充分的信息交流，建立信息网络，才能充分利用联合体资源优势[4]。

目前最大的问题是设计、施工两个阶段的工作不能真正的融合，集成优势不明显，综合效益难以体现。要实现设计与施工的有效融合，需要建立有效的沟通协调机制解决总承包模式下的制约，加强信息资源的支持与共享。

2 BIM技术在设计施工一体化的应用

建筑生产和信息处理是两个不可分割的过程，推行设计施工一体化，实现的是建筑生产过程的集成；BIM技术促进的是项目信息处理过程的集成，基于BIM的设计施工一体化建设通过信息处理过程的集成实现生产过程的有效改进和重组，为不同参与方提供协作平台，实现信息共享，能很好的为目前设计施工一体化的困境提供出路。

2.1 BIM技术的发展 BIM，是一种技术，也是一个过程，是利用三维数字技术，将建筑各构件的物理和功能性特性等信息以模型的形式，储存到数据库中，并嵌套各构件的相关联系，提供“模拟和分析”的科学协作平台，实现信息集成、共享，对项目进行管理。可从以下几个方面理解其定义：

2.1.1 必要条件：BIM中B（Building）是输入的客体，I（Information）是核心，M（Modeling）是过程，输出的是三维或多维模型。

①Building：BIM的基础是建筑物，建筑物是BIM的研究客体，也是信息的发出者，是BIM过程的输入，也是各参与者的作用客体。建设项目过程中的信息都是通过对建筑物的基本属性处理得到的，是对建筑的完整描述。

②Information：信息是BIM的本质，BIM收集、处理、共享的是信息，各参与者利用BIM获取、更新、修改的也是信息，信息是将建筑物的属性与多维模型，不同参与方之间联系起来的枢纽。

③Model：模型是BIM输出的结果，也是各参与方对建筑最接近直观的感受，BIM集成了建筑工程项目各种相关信息的动态工程数据模型。

2.1.2 技术基础：以三维数字技术为基础，建立数据库，实现信息的参数化储存，解决数据之间的一致性和共享问题，能被建设项目各参与方普遍使用，支持建设项目中动态信息的创建、管理和共享。

2.1.3 其他方面

①目标：BIM要求将工具从二维转变到三维，并在设计、施工阶段贯彻协同、绿色和可持续的理念，在完成工期、质量、成本、安全目标的基础上，实现与环境协调、可持续发展等更高层次目标。

②工具：BIM软件是实现BIM思想的工具，通过应用不同的软件，将建筑项目全生命周期中的变化发展形成完成的脉络。

建筑是2D的，也是3D的，建筑信息从设计师到施工人员的传递也经历了多次2D、3D的转换。建筑师要将头脑中3D的建筑设计转化为2D的设计图，施工人员在理解、分析施工图纸的时候又将这种2D的图纸在脑中转化为3D的模型，与实体建筑相对应。BIM的应用能让设计师直接以3D模式展现建筑信息，施工人员以3D模型为理解基础，与实体建筑相对应，减少了信息在2D、3D转换中的信息流失，传递过程如图2。

建筑信息模型也是多维的，将施工时间计划和建筑信息模型集成可形成4D Model（四维模型），实现构件或部件按建造顺序进行显示，即施工模拟；将造价信息与进度计划、建筑信息模型结合，就形成了5D Model（五维模型），可根据施工内容自动统计各个时间段需要的资金。

2.2 BIM技术在设计施工一体化中的应用 我国BIM发展是以20世纪80年代建筑业开始信息化进程为基础的。 “十五”信息化工作国家科技攻关项目推动了施工领域企业的信息化发展，BIM（Building Information Modeling），即建筑信息模型技术引起了我国建筑业第二次革命。2002年BIM的方法和理念由欧特克公司率先提出后，国内兴起了用信息技术实现变革的风潮。“十二五”期间，国家明确提出要加快信息化新技术BIM在工程中的应用，降低信息传递过程中衰减。

但我国工程项目信息集成管理的起步较晚，其推进过程是缓慢而艰难。对BIM的概念研究仅限于BIM的概念、特征等基本性质，更多的关注的是BIM在设计应用后带来的变革；施工阶段将BIM应用到项目管理的具体实际中，更好的实现项目目标和效益，较少偏重于BIM信息处理方面的优势。

对于BIM技术应用的案例和应用软件都以设计阶段为主导，进行设计方案的优化和选择，像建筑朝向、日照、温度湿度、风环境、声学模拟等施工领域BIM还处于初级应用，主要是利用设计单位提供的设计图纸，先利用其它软件建立项目的BIM技术模型，并复核检查，进行模拟分析优化，成本预算部门进行三维算量、成本预算。其它应用比较多的是利用BIM的模拟、可视化进行质量安全控制、机电设备等的碰撞检查，如浙江城建赣州中航项目、中天建设杭州奥体中心项目等，已出现的大量优秀的设计及施工案例，相比国外的技术水平，仍有较大的差距。BIM在设计、施工阶段主要应用如图3。设计单位和施工企业的BIM应用技术路线分析如图4。

随后BIM的在设计、施工领域的不断应用，人们逐渐意识到BIM的三维数字数据库，可视化模拟等能更好的链接设计、施工的信息。同时借助BIM，建筑项目施工图设计阶段就需要施工方的介入，设计者与施工者在三维设计平台上协同工作，共同商讨施工图是否符合施工工艺和施工流程的要求。目前建设工程领域设计、施工过程中协调性差、整体性不强等问题，都可通过设计、施工一体化来解决，而建筑信息模型BIM技术可为实现设计、施工一体化提供良好的技术平台和解决思路[5]。设计施工一体化模式下BIM应用技术路线分析见图5。

3 结语

通过对设计施工一体化建设研究可以发现，国内外都经历了设计施工从整体到分工再一体化的过程，目前大多数研究者认为设计施工一体化的实现是由一个承包商负责，但具体是一个独立实体还是联合体形式尚无定论。

BIM在信息方面具有优势，将BIM应用到传统模式下，只能改善项目信息的连续性，并不能从根本上解决设计施工阶段的信息流失。只有选择适合BIM信息共享路径的建设模式才能更好的发挥信息技术的作用。

综上所述，BIM改变了传统模式下信息共享路径，设计施工一体化建设转换了传统模式下设计、施工的分离状态，将BIM应用到设计施工一体化建设中，能更好的辅助项目，减少信息流失，两者相辅相成。

参考文献：

[1]陈波.关于对推行建筑工程设计施工一体化的若干思考[J].中国勘察设计，2011（7）：52-55.

[2]范殷伟.设计施工总承包模式的可施工性研究[D].硕士学位论文，南京：东南大学，2009.

[3]虞彦卿.设计在设计施工总承包模式下的作用浅析[J].建筑施工，2011，33（6）：511-513.

[4]陈辉华，王孟钧.基于博弈理论的设计施工联合体行为分析[J].建筑管理现代化，2007（1）：16-19.

[5]王婷，刘莉.利用建筑信息模型（BIM）技术实现建设工程的设计、施工一体化[J].上海建设科技，2010（1）：62-63.