BIM 技术在建筑工程中的应用案例分析研究

王桧耀 王自强 王丹

1 土建行业存在3 个亟待解决的问题

随着多高层建筑的不断发展，土建行业存在3 个亟待解决的问题：一是项目涉及建筑、结构、给排水、电气、暖通等众多专业种类，工程建设过程中参与方众多，信息对接过程中难度较大；二是多元化设计需求和设计的科学性对建筑设计的性能指标和设计精密度方面提出较高要求；三是较多建筑功能类型众多、空间构成上要求精确，公共设施及管线布置复杂[1]。BIM 技术是一种将建筑工程建设中各类数据信息数字化、可视化、信息化处理，通过各项参数、特性的分析，从而提高建筑工程质量和效率的新型设计理念和技术。随着 BIM 技术不断地发展完善，BIM 技术依托其强大的协同性在建筑的全生命周期中运用越来越广泛。

2 BIM 技术的应用

2.1 工程概况

位于合肥市包河区淝河路与至德路交口西南角的旭辉天阜·玖江来小区住宅楼建设项目，总用地面积13226.25 m2，总建筑面积33601.56 m2，基于项目的复杂性和建设单位要求，项目的设计、施工、运维的过程中均有利用BIM 技术管理协调，并取得一定成果。

2.2 BIM前期策划

项目开展之初，为实现对BIM 技术运用过程中的总体管理和协调，特成立BIM 领导小组。在BIM 管理方面，明确BIM 技术在项目中的应用目标，制订人员组织管理架构，编制BIM 实施方案，制订各环节接口规则；在BIM技术方面，制订BIM建模标准，明确BIM 应用点和协同方案，完成硬件配置。

2.3 BIM技术应用过程

2.3.1 模型建立

传统建筑结构设计期间，建筑、结构、机电等相关专业主要采用CAD二维绘图软件设计，各专业之间相对独立，无法保证信息传递的实时性，往往造成大量返工，要求设计者对设计有深刻的理解和丰富的想象[2]，综合考虑传统设计的缺陷，本项目采用BIM 建模的方式，利用BIM 技术的协同性、可视化的特点，促进了各参与方之间的沟通、协调。项目开始时，根据各专业任务量、难度进行合理分工，由建筑专业牵头进行原点、标高设置，其余各专业设计人员基于统一的原点和标高，围绕中心模型直接利用Revit 软件构建本专业的模型。所有计算、设计直接通过BIM 三维模型表达，BIM 模型如图1 所示，并通过BIM 管理平台实现BIM 数据共享，通过中心模型可以直接获取其他专业设计信息，在完成所有专业的协同设计后，通过碰撞检查，规避设计风险，最终合模完成模型的建立。

图1 BIM 模型图（来源：作者自绘）

2.3.2 施工图的绘制与审核

传统的施工图绘制主要依赖于二维设计软件AutoCAD，但在绘制过程中存在着时间和人力成本过高、信息传递不准确以及缺乏可视化展示等问题，这些问题限制了施工图的准确性，同时也增加了项目的风险和成本。利用BIM 技术能够显著提升绘图效率，降低出错和冲突的可能性，进而提高施工的效率与质量。

基于BIM 模型的施工图绘制只需在模型中对视图进行切分，按照二维施工图要求，进行标注和注释就可以完成施工图的绘制，由于BIM 模型支持漫游、测量、剖切、查询等操作，各专业之间可轻松实现碰撞协调，很大程度上避免了传统繁琐的过程，可出图性也成为了BIM 技术的一大特点。在审图方面，BIM 技术提供审图申请功能，各专业专家直接在线上协同审图，审图过程中可以通过添加时间维度构建4D-BIM 体系进行施工预演，方案缺陷一览无余，进而对已建立的模型审核、批注、修改，最终敲定施工图。各专业通过BIM 模型自动生成的图纸，如图2 所示。

图2 各专业正向出图（来源：作者自绘）

2.3.3 预制构件设计

为了更加充分、合理的利用施工场地，工程中会使用一些预制构件，如梁、剪力墙、楼板等构件，这些构件在工厂加工，运至工地组装，因此构件的生产有严格的精度要求，由于BIM 模型包含构件的几何信息和尺寸要求，并且几何参数与构件形体直接关联，改变参数的同时，构件的形状和尺寸会相应改变，保证了参数与构件的图形表达的统一，设计效果更加直观，直接将BIM 系统和预制构件生产系统对接，有效避免了信息对接过程中信息传递不到位造成的误差，同时利用BIM 技术可视化的特点全景式展示构件的工艺要求，构件的质量、精度得以保证（图3）。

图3 预制楼梯模型（来源：作者自绘）

2.3.4 建筑性能分析

建筑节能设计作为一项关系能源安全、影响生态文明的工作，在建筑结构设计中有着举足轻重的作用，其主要过程是将建筑的三维模型导入分析软件，利用软件对建筑的通风、采光、室外噪声、热工、太阳辐射等性能展开模拟分析，在此过程中，模型所包含的建筑信息越丰富、准确，模拟的结果越精确。本项目采用BIM 协同建模的方式，模型集合了建筑耗能分析所需要的建筑环境、材料、图纸等信息，为分析的准确性提供了必要支撑。在模型中，通过定义建筑各区域房间边界并将模型导出为gbXML 格式，保障了模型与分析软件之间信息传递的准确性和完整性。项目基于BIM 技术的协同性，将Revit 软件导出的模型导入Ecotect 分析软件，对该建筑的自然通风，自然采光进行仿真分析，并且对分析结果进行优化，提高建筑物的自然采光水平，优化室内的自然通风效果，提高建筑的舒适度以及节能水平。

2.3.5 碰撞检查

碰撞检查作为BIM 技术最具价值的特点之一，能够在设计阶段有效避免因各专业之间冲突、空间布置不合理造成的工期延误、返工等问题，是规避风险、提高效益的有效手段。在正向设计过程中，建筑专业需要将已取得的地质地貌信息、环境信息、几何信息、非几何信息参数化，考虑建筑结构功能、空间布置等因素，建立该项目的三维模型，建模的过程中利用分析系统对建筑的通风、采光、太阳辐射等方面进行性能分析；结构专业主要表达梁、柱、墙等构件的配筋信息、节点信息；暖通专业、电气专业和给排水专业基于建立的三维模型进行管线设备的布置。在BIM 模型中，构件的信息以三维可视化的形式表达，利用Navisworks 软件，通过设定检测条件，可以选择不同专业，不同构件类型进行碰撞检查，找到二维图纸中难以发现的图纸尺寸不一致，信息表达不明确，净高不足与管线综合碰撞问题并生成冲突报告文件，避免了因专业冲突造成的设计不合理问题。以地下车库设计为例，设计过程中，由于专业之间的不协调，防火卷帘安装至梁下，考虑到梁高后，卷帘门上方无穿越管线空间，通过碰撞检查和模型的协调，机电管线最终均避开防火卷帘门，示意图如图4 所示。

图4 管线碰撞（来源：作者自绘）

2.3.6 生成工程量及成本控制

方案设计阶段是影响项目的工作量和成本的关键环节，合理的设计可以有效避免人力物力的浪费[3]，BIM模型可视化的特点保证了不同专业之间信息传递的准确性，深化设计后的参数化模型利用广联达公司开发的GFC 插件实现动态工程量统计，该插件可以将不同时段、不同构件、不同工作面的工程量信息精确表达，同时生成工程量清单，实现工程量的统计。此外，将计算得到的工程量清单与计价清单关联，项目的预算精度得到了提高，设计成本可以得到有效的控制。称、注意事项、技术信息，确定合理的施工工序[4]。在和工人技术交底的过程中，由于大多数工人没有受到专业训练，缺乏识别图纸的能力，专业人员利用虚拟模型模拟施工过程，讲解施工要点，帮助工人明确施工技术要求，为保证施工质量打下基础，此外，通过BIM 技术准确的展示施工场地，施工单位可以合理布置塔吊等设备、合理规划材料堆放区域，保证场地的科学使用。

2.3.7 施工准备

施工准备过程中，施工单位运用Revit 软件构建可视化三维模型，通过施工预演，预测施工过程中可能出现的问题，明确施工过程中的重难点环节，利用BIM 模型标注各施工环节名

2.3.8 施工过程

施工过程中，项目的质量、进度、成本是项目管理的三大目标[5]。为了更好的协调三者之间的关系，施工人员通过BIM 的4D 建模（3D 模型基础上增加时间属性）优化施工工艺，确定合理的施工工序，保证项目质量和效率的同时科学地把控项目进度。同时利用BIM 技术可以明确施工现场面貌，准确把握施工中的实际情况，定位施工人员位置，预测危险情况，确定科学的施工方案，实现对材料、机械、施工人员的管理，同时记录施工过程中的信息变更，动态管理项目空间布置和工程量，避免材料浪费，降低安全事故，保证项目的精准开展。

2.3.9 竣工验收及模型交付

传统交付主要通过文本和图像的形式，在项目立项、招标、设计、施工、验收、交付的全生命周期中，由于过程繁琐，工期漫长，期间将产生大量数据，这些数据存在一定的丢失风险，为验收工作带来困难，本项目通过BIM 技术将各承包商提供的竣工模型数据高度集成，整合成一个各环节分项施工信息均有详细记录的竣工模型，管理员直接通过高级检索功能快速准确查询需要的信息，实现对项目的信息化管理，提高验收效率。

3 结语

BIM 技术的推广和应用在建筑行业发展的过程中展现出强大的生命力，为建筑行业注入了新的活力，逐渐打破传统模式的弊端，受到政府和企业的高度重视，运用BIM 理念构建的信息平台，能够有效保证项目的质量和效率，在项目的技术、管理、经济、对环境的影响方面都展现出巨大优势，对建筑行业的转型具有重大意义，本文论述了在实际项目的设计、施工的过程中BIM 技术的应用点，为相关项目的建设和专业人员对BIM 的二次开发提供参考，BIM 技术通过精细化、数字化、参数化、智能化管理，保障信息的实时传递和协同共享，将进一步提高建筑业现代化水平。