BIM技术在建筑工程领域的应用

祝凤丹　黄有文

摘 要：目前，伴随着我国建筑技术的进步和建筑行业日益复杂，建筑业还存在着设计和生产效率低、资源能源消耗大、安全事故频发、环境污染等问题。BIM技术在建筑工程领域的应用已经成为一种趋势，BIM通过创建一个三维数字模型来集成建筑项目的各个方面，包括设计、施工、运营和维护等，可在虚拟模拟环境中改进设计施工方案、管线冲突检测、建筑环境的可视化等问题。同时BIM还加入了如能源分析、预制装配式房屋建筑跟踪管理、工地安全风险识别及能耗分析等功能，因此，BIM技术的应用为建筑工程带来了更高效、可持续和协同的工作方式，使建筑行业朝着数字化和智能化的方向发展。

关键词：BIM；建筑工程；信息化；应用

1 前言

据《2022年建筑业发展统计分析》中显示，全国建筑施工面积156.45亿平方米，竣工面积40.55亿平方米，建筑业总产值311979.84亿元[1]，而建筑业的生产效率并没有得到显著提高。与其他行业相比，建筑业仍面临利润率低、劳动力结构性短缺、劳动力和税负成本高及业主要求多样化等问题，同时又面临着噪音污染、温室气体、灰尘、建筑垃圾和不可再生自然资源的高消耗等问题的加剧，这就要求建筑业加快转型升级。我国作为全球最大的建筑市场，正面临着可持续发展的挑战，加快推进建筑业信息化进程已是必然的选择。

住房和城乡建设部《“十四五”工程勘察设计行业发展规划》中提出要推动工程勘察设计行业数字转型，提升发展效能，推进BIM全过程应用[2]。BIM（Building Information Modeling，建筑信息建模）也称为nD虚拟模型，该技术的应用有望降低项目管理的复杂性和难度，能保证生成信息的质量以及信息流畅传达。因此，国内建筑业BIM的应用推广研究非常重要。

2建筑信息模型的应用范围及意义

2.1建筑信息模型的应用范围

越三边工程、越大型复杂工程、越工程紧成本压力大的工程，越应该用BIM 技术。BIM 中的 M 就是 Modeling，意味着信息的创建本是一个动态的过程，不需要一步到位。BIM 软件提供了一个高效动态增加、处理信息的平台，比传统方法要高效很多。例如一个楼层层高增加50CM，传统方法要将新的数十个工程量数据重新整理出来，要很长周期（实际项目中往往按月计算），而在 BIM 软件里，只要调整一个层高参数，重新计算就行，可能是几分钟时间就调整好了，新的一套数据就出来了。其中BIM的设计类软件有 Revit 系列软件和Bentley系列软件，BIM的施工类软件有Navisworks Manage等。

2.2 BIM在建筑项目中应用的意义

2.2.1提高设计效率

BIM可以将建筑设计转化为数字模型进行协同工作。以减少信息传递的错误和重复，提高设计过程的效率。

2.2.2减少设计错误和冲突

BIM可以在三维模型上进行碰撞检测，及时发现设计错误和冲突，避免在施工过程中产生问题。通过可视化的方式，设计人员可以更好地理解和评估设计方案，减少设计缺陷的出现。

2.2.3提高施工效率

BIM可以用于施工过程中的空间布置、设备定位、线路铺设等工作。通过BIM，可以准确预测施工过程中可能遇到的问题，并提前解决，从而提高施工效率。

2.2.4方便管理和维护

BIM模型包含了建筑的详细信息，包括材料、设备、维护手册等，这使得建筑管理和维护更加方便。维护人员可以从BIM模型中获取所需的信息，准确快速地进行维护工作。

2.2.5提供决策依据

BIM模型可以帮助项目相关人员进行各种决策。通过模拟和分析，可以评估不同设计方案的优劣，制定合理的施工计划和预算，并进行风险评估等。

3 BIM技术在建筑工程各领域的应用

3.1在复杂建筑空间和管线碰撞的应用

处理复杂建筑空间设计时，尤其是非欧几何形体建筑，须借助BIM来实现对各部分的空间表达。可采用Revit和Rhino软件创建内外部三维模型，确保机电管线高度满足室内净高要求和穿梁预留洞口的合理布置，如建筑的通风、给排水、照明等等。

一般情况下，较大的管径优先建模，然后逐渐向较小的管径过渡。这样做的好处是可以保证较大的管线得到合理的空间布置，并且较小的管线可以更容易避让较大的管线。由于横向的重力排水管较为独特，需要在其他管线之前进行建模，这是因为该管道通常需要一定的高度和倾斜度，以保证排水流畅。因此，在建模顺序中，首先应建模横向重力排水管的路径和位置。

3.2工程资料信息化管理

BIM的优势不仅在于促进设计和施工的精确性和一致性，还在于其对环境保护的积极影响。BIM三维设计的无纸化趋势以及利用BIM5D平台进行信息化管理是当前绿色环保发展的重要方向之一，這种趋势符合现代社会对环保的要求。

传统的设计过程通常伴随着大量纸质文件的使用，包括设计图纸、施工图纸、合同和文件备案等。然而，这种纸质化的设计过程不仅对环境造成了不小的负担，还存在着许多缺点。例如，纸质文件易于损毁、遗失或被错误地修改，需要耗费大量时间和空间进行储存和管理，并且对于设计团队之间的协作和沟通也不方便。

BIM三维设计采用无纸化的工作流程，通过电子化的方式管理项目资料。设计团队可以利用BIM5D平台在线添加批注，进行文件审阅，方便快捷地沟通和协作。这不仅可以减少纸质文件的使用，减轻对环境的负担，还提高了设计团队的工作效率。设计团队成员可以随时随地通过互联网访问项目文件，避免了传统设计过程中因物理位置的限制而导致的信息不畅通。

另外，BIM三维设计还具备自动记录和保留文档历史版本的功能。传统的设计过程中，如果设计团队需要查阅早期版本的文件，需要耗费大量时间和精力进行整理和查找。而采用BIM平台进行设计，可以自动记录和保留每个版本的文档，方便设计团队追溯和查阅文档的历史信息。这对于项目审查和质量控制非常重要，同时也提高了设计团队的工作效率。

此外，BIM三维设计的无纸化趋势还赋予了设计团队更多的交互与协作机会。在设计过程中，团队成员可以通过BIM平台进行评论、讨论和协作，实现即时的沟通和问题解决。这种在线协作的方式不仅节省了时间和资源，还提高了设计团队的整体效能。

3.3采用BIM建模进行构件精细化制造和施工

利用BIM技术对钢结构和幕墙单元板块构件进行电脑预拼装，可以大幅提高钢结构和幕墙深化设计和加工效率，降低加工成本。一般钢牛腿设计、加工、检测、信息化预拼装流程如下：首先，导入单元BIM模型文件，从模型摘取实际构件转化为平面加工图，然后直接导入设备加工，并对加工件进行测量构件修正调整，利用绝对关节臂测量仪测量加工件数据和数据修正，最后通过犀牛Rhino拉伸成牛腿模型，将实测后生成的构件模型导入进行预拼装机电专业利用BIM技术进行深化设计、预拼装。

三维协同下留洞口并统计成清晰的列表，方便查找，预留洞口图准确率大大提高，减少了设计缺陷外且便于修改。在土建模型中识别临边、洞口等危险源，快速建立安全防护体系并由第三人进行漫游论证；利用模型交底指导现场安全防护布置；管理人员利用移动端对现场危险源逐一检查，保证对危险源的全面控制；结合施工进度，统计各阶段安全防护设施需求计划，用于现场计量和加工。

3.4 BIM技术在安全施工与管理中的应用

基于BIM的建筑施工安全管理体系的重点和作用如下：其中所应用的BIM技术是数字化的基础，虚拟样机技术、虚拟现实技术、智能监控技术都是新的信息技术。

（1）危险因素的识别。BIM系统包含有关建筑部件和施工进度表的信息。该时间表包括所有活动的信息，并形成一个四维模型，可用于识别和标示施工现场的潜在危险，将区域的危险程度描述为红、橙、黄、绿，指导施工并明确施工活动，有效地避免安全事故的发生。此外，BIM还可与各种类型的传感器相结合，生成塔式起重机导航系统，能够避免塔式起重机操作时因周围环境干扰产生盲点问题。

（2）施工空间冲突管理主要集中在施工现场有限空间内的大量机械、设施、材料和人员上。由于建设项目的复杂性，不同类型工作之间的工作冲突经常发生在同一工作空间中，安全事件频繁发生，需制定有效利用现场资源和工作空间的方案，缩短工期，减少成本和浪費，减少安全事故，具有重要意义。

（3）在施工现场进行安全控制。将BIM技术应用于现场布局和安全规划的模拟中，可以有效避免设备与工作人员之间的工作空间冲突。BIM技术的应用还可以自动检查施工过程，并评估各施工区域的坠落风险。在施工开始前，可制定一个安全的施工计划。何时、何种方式防止建筑安全事故，也适用于模拟建筑物的消防安全疏散过程。

3.5 BIM在预制装配式房屋建筑中的应用

预制装配式房屋建筑是一种新的可持续建设方式，可以减少建筑工地现场的工作量，减少污染，缩短施工时间，并提高安全性。然而，实际生产过程中的许多问题（如预制件的质量检查、储存和安装）主要是由于信息的收集和共享不足造成的。为了更好地监控和有效地管理预制过程，将RFID与BIM整合到预制构件上，确保装配式施工项目各步骤之间有效、即时地信息流通和信息的可追溯性，通过跟踪生产线上的部件状态，实现准确的生产过程记录。根据RFID数据反映的实时施工进度，动态更新运输和仓储方案，提高施工现场构件安装效率，在施工和装配阶段实时记录施工进度，建立高效的预制件运维定位体系，供运维阶段使用。

3.6 BIM在建筑绿色节能方面的应用

BIM在建筑绿色节能中可以从以下几方面帮助设计师和建筑师在建筑设计和建设过程中更好地考虑能源效率和环境保护问题：

（1）有害废弃物管理

有些材料，如石棉，直到在建筑中使用多年后才被认为是危险的。保存现有建筑物的材料信息记录至关重要，因为将来可能需要从建筑物中移除含有某些化学物质的材料。在这种情况下，设施管理人员、建筑师和工程师可以使用BIM来了解建筑物中是否存在这些危险材料，并使用BIM的功能（如可视化、计算和分析）来支持危险废物清除的行动。将危险材料数据库与BIM连接起来，以识别含石棉材料，并为年度减排报告提供相关信息。

（2）能源分析

建筑物的运行效率不高，每年消耗全球能源的30%-40%，BIM可以帮助实现能源分析，可以通过在建模过程中添加能源分析工具来实现。这样，建筑师和工程师可以根据建筑的设计和布局来预测其能源消耗情况，并作出相应的调整来减少能源的使用。

（3）模拟装修材料的性能

BIM可以用来模拟不同的建筑材料，这些材料的性能对建筑节能有很大的影响。例如，不同的墙体隔热材料、门窗设计等等都可以通过BIM来模拟和评估，找到最优的建筑材料和设计方案。

（4）优化机电系统

能源消耗量的很大部分与建筑的机电系统有关。BIM可以帮助优化机电系统，例如通过模拟日照和气流信息来确定最优的照明设备和舒适的通风系统。

4 结论

建设行业优化升级行之有效的方法就是借助BIM进行精细化设计，尽管BIM在建筑行业带来了许多好处和机会，但在应用过程中仍然面临一些挑战。如BIM的有效应用需要大量准确的数据，包括建筑信息、材料属性、设备参数等。然而，获取和输入数据的过程中可能存在错误和不完整性，影响了模型的准确性和可靠性。BIM通常需要整合多个不同来源和格式的数据，包括设计软件、施工软件、设备数据库等。数据集成的过程中，可能存在不兼容和冲突的问题，需要解决数据一致性和完整性的挑战。BIM的应用需要使用专业的软件和工具，对于一些小规模或资源有限的建筑项目来说，可能面临技术要求和学习曲线较高的问题，同时，涉及大规模项目的协同合作也需要一定的技术支持和培训。BIM涉及大量敏感的建筑和项目数据，如设计方案、技术规格、成本估算等。保护数据的安全和隐私是一个重要的问题，需要确保数据的访问和使用受到适当的权限和保护。通过不断地技术发展和经验积累，这些问题可以逐渐得到解决，并促进BIM在建筑领域更广泛的应用和发展。

参考文献

[1]张烈霞，郭靖，程昀.基于BIM技术的超高层型钢混凝土结构节点碰撞检测分析[J].智能建筑与智慧城市，2023（06）：45-48.

[2]郝津.浅论BIM技术在国内发展的障碍与对策[J].佛山陶瓷，2022，32（12）：69-71.