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BIM理念及BIM软件在建设项目中的应用研究

发表时间：2020/10/10 来源：《基层建设》2020年第17期作者：任颖

[导读] 摘要：目前，我国的现代化建设的发展迅速，在建筑行业，随着建设项目设计愈发复杂，建设速度日趋加快，对协同设计的要求越来越高。

        北京城建亚泰建设集团有限公司北京 100013
        摘要：目前，我国的现代化建设的发展迅速，在建筑行业，随着建设项目设计愈发复杂，建设速度日趋加快，对协同设计的要求越来越高。单纯利用平面二维图纸进行各专业间协同设计的方式，已不能满足信息化进程不断发展的趋势。在建造过程中，建筑的结构越来越复杂，施工项目数量明显增加，这使得施工难度加大，质量问题不易发觉，施工管理存在漏洞，就可能导致安全事故和不必要的返工，影响工期，浪费资源。目前传统的基于CAD平台，利用二维视图展示各个专业设计方案的方式，仅仅局限于平面线条，各个专业无法进行关联性，同时信息交流单一、局限，无法展现全面的信息交流，造成专业冲突。随着建筑行业信息化的快速发展，BIM技术受到国内外广泛关注，对BIM的技术研究和应用均取得较大进展。
        关键词：BIM理念；BIM软件；建设项目；应用研究
        引言
        建筑工程是我国发展中的重要项目，建筑行业一直存在着人员密度大、发展方式粗放、施工管理混乱等问题。BIM技术自提出就引起了业界的广泛关注，并逐步运用到了现阶段的建筑工程发展中，实现了项目各参与方的协同管理和对施工质量进行云端控制和实时追踪。将BIM技术运用到建筑工程中，是逐步发展的趋势。我国对BIM技术运用还处于初级阶段，所以，如何在项目施工前加入BIM技术和对整合各方资源加强BIM技术在施工管理中的运用是当前面临的重要问题。
        1.国内外BIM应用概述
        BIM的应用始于美国。2003年，GSA（总务管理局）启动了国家3d-4d-bim计划，并相继发布了一系列BIM指南；2006年，USACE（美国陆军工程兵团）制定并发布了2006年至2020年的BIM路线图；2007年，美国建筑科学研究院发布了nbims，由BSA（建筑智能）联盟负责BIM应用研究。到2008年底，BSA已经有了一系列应用标准，例如IFC标准，美国国家CAD标准等。2009年，威斯康星州要求在大型公共建筑项目中使用Bim，德克萨斯州设施委员会还要求在州政府投资的设计和建设项目中使用BIM技术；2010年，俄亥俄州政府颁布了BIM协议。
        2010年，日本国土交通省宣布实施BIM技术。目前，Bim在日本的应用已扩展到全国，并得到了政府的推广。欧洲和韩国的许多政府机构已致力于开发BIM应用程序标准。
        中国的“第十个五年计划”确定了建筑信息化的发展趋势，提出了“完善建筑领域信息化标准体系”的总体目标。“十一五”规划支持BIM技术的研究；在“十一五”重点项目中，进行了基于BIM技术的成本预测测算，节能设计，建筑设计，施工安全和优化的研究和软件开发。《2011-2015年建筑业信息化发展纲要》指出，在“十二五”期间，建筑业信息化发展的总体目标是“基本实现建筑企业信息系统的推广和应用”，加快建设。BIM技术在工程中的应用，促进信息标准建设。
        2.BIM应用软件分析
        BIM是信息技术在建筑业中应用和发展的必然产物。目前，建筑信息模型（BIM）的概念已为学术界和软件开发人员所认可。利用BIM技术开发了Archicad，triforma，Revit等建筑设计软件，可支持建筑项目整个生命周期的集成管理环境。
        BIM由软件实现。与CAD技术不同，BIM需要一系列软件支持。除了BIM的核心建模软件外，BIM的实现还需要许多其他软件的合作和帮助。一般来说，BIM软件可以分为BIM核心建模软件和基于BIM模型的分析软件。
        3.BIM技术的概述和特点
        建筑信息建模（BIM）也称为建筑信息模型。BIM技术主要综合各种房建建设项目的数据，实现建设项目的可视化和定量分析，提高房建建设项目的效率。
        3.1可视化
        可视化就是“看着就能得到”。对建筑行业来说，可视化是非常有用的。所谓BIM技术的可视化，是将传统意义上需要建筑者理解和想象的线材对象作为三维立体的实物图进行展示，有助于人们的理解，更直观地看待将来的实物图的情况[1]。在BIM建筑信息模型中，由于流程整体可视化，因此BIM技术的可视化便于效果图的展示和报告的生成。另外，建设项目的设计、建设、运营中的交流、讨论、决策可以在可视化的状态下进行。
        3.2碰撞检测
        建筑、结构、电、水和废水、HVAC以及其他专业BIM模型的集成可检测管线冲突。通过检测，我们发现建筑中的不合理位置与图形（如高程、墙、门、梁和其他位置）不一致。不同专业领域的竞争管线需要现场协调，管子和梁的位置碰撞等。
        3.3精确计算
        在正常建设中，对项目数量、设备和材料数量无法进行正确的数据计算，经验丰富的工作人员往往对数量进行估算。但是，如果实际进行建设的话，推定数量往往不足现场所需要的数量。不会影响实际工作进度，但可能会导致材料浪费和成本增加。BIM技术用于精确计算工程、材料和设备的数量，因此不仅可以提高材料的使用效率，还可以控制成本基础。BIM技术可有效解决材料废弃物问题并节省成本。
        3.4虚拟化施工
        在建设单位中，可以根据虚拟化结构来判断整个建设过程中的关键节点，并在时间内处理可预见的相关问题。对于建设单元，虚拟化工程可以预测建设计划的缺陷，实际建设前的改善可以提高建设进度和安全性，确保建设质量[2]。通过使用BIM技术构建专业的BIM模型，设计者可以快速发现和解决虚拟三维环境中可能出现的问题，避免许多必要的更改应用程序，提高工作效率，降低建筑成本，消除建筑延迟的风险。
        4.建设方驱动模式应用特点
        建设方驱动模式中，建设方从一开始即建立BIM理念，明确树立BIM应用目标和管理方案，可以真正做到在全生命周期中对BIM技术地推广和应用，实现为项目增值的目的。首先，建设方驱动模式下BIM技术的应用更为系统化。从项目设计阶段开始，即建立起项目BIM应用系统，形成统一的三维标准平台，从而使得所有设计人员在共同的标准体系下进行全方位协同设计。在项目建设实施阶段，利用BIM标准平台将施工方整合到同一标准体系下，通过技术手段解决BIM转型问题，实现BIM技术从设计阶段到施工阶段的无缝衔接。该模式保证了BIM技术应用的系统性和连续性，能够在达到设计方案完整度的同时，保证项目建设实施的质量，对于缩短项目建设工期和降低工程造价也比较有利[3]。其次，建设方驱动模式下BIM技术的应用更加深入。由于在项目建设实施过程中，现场施工条件复杂、作业人员众多，工程安全、质量、进度实时把控要求较高，因此项目建设实施阶段的管理是建设项目全生命周期过程中最复杂的阶段。为了保证建设项目顺利实施，需在施工阶段利用BIM技术在设计阶段应用的基础上，进一步进行高精度深化设计、复杂工况下施工模拟、多部门综合协调等工作，从而使得BIM技术在建设项目中应用更深入、更细致，保证参建各方对项目人员、安全、质量、进度等管理内容的全面把控与调节。最后，建设方驱动模式下BIM技术的应用更加广泛。BIM技术不仅应用于项目前期设计和建设实施阶段，还可以更广泛地应用于项目运营使用阶段。

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工程竣工后，依据汇集各类信息的BIM模型，建设单位可以制定出科学合理的运营维护方案，支持使用方的后期运营管理。基于BIM平台，还可以有效解决能源、车库、安防、监控等多种智能管理系统的互联互通问题，实现全天候精细化运营管理。此外，基于BIM技术，使用方可以处理各种功能变更需求，测算功能变更的可行性，为管理者提供决策依据，同时形成空间的使用、变更记录，实现空间的全过程管理。
        5.BIM理念及BIM软件在建设项目中的应用
        5.1全过程造价管理
        项目决策阶段，可以利用BIM储存的同类工程造价信息，估算拟建工程项目价格；工程设计阶段，可以优选设计方案，避免施工过程中出现造价损失；招投标阶段，招标人可以利用BIM编制工程量清单及标的控制价，投标人可利用BIM编制投标报价表，在施工阶段，施工方可以利用BIM优化施工组织设计，还可在工程变更时实时地进行成本的动态管理，使造价数据更接近实际造价[4]，可为竣工结算奠定良好的基础。在进行后期成本管理时，可以利用BIM将施工进度和工程成本相关联，动态地进行控制管理，利用BIM的模拟性，管理者不必到施工现场就能进行实时的动态管理，有效降低了相关费用损失。甲乙方按月结算劳务，应用BIM按劳务分包的施工范围随时计算出工程量和价格，也可按照不同的标段进行成本管理，自动生成各个标段的工程成本，既节约时间，又节约人力，提升成本管理和成本控制的效率。
        5.2快速测算成本
        BIM造价精确性高，搭建完成的BIM模型直接统计生成主要材料的用量，辅助完成工程管理和造价的概预算。企业可以在开工前精准测算成本、需要的材料量、人工工时等，企业可以根据中标价提出目标利润，然后制订项目成本方案，细化到各专业，各专业人员根据自己的专业细化分析项目成本，提出合理合规的方案。首先，财务筹划。确定该项目适合简易计税还是一般计税，分包适合专业分包还是清包工分包，劳务是选择劳务分包还是劳务派遣等。其次，材料采购。对于一般计税项目，材料成本占比较大，且收到的专用发票进项税额可以抵减应交增值税额，在材料价、招投标、签订合同时都要考虑增值税问题，不要一味地认为增值税专用发票税额越高越好而择高成本的材料供应商。材料的付款方式不仅影响项目成本而且涉及公司的资金筹划。最后，风险分析。建筑企业可以通过签订合同、购买保险等进行风险转移，通过项目部的各项规章制度进行风险规避。
        5.3基于BIM技术的施工可视化改进进度管理
        项目进行的正确和顺利与否需要得到有效的监控管理，通过施工监控和可视化中心，管理人员可以借助信息建模系统的进度控制平台实现项目施工进度监测，并且对进度控制状态进行可视化表达，这可以看作管理团队的核心所在。另外，架设在施工现场的拍摄设施可以实现对施工场地的全角度、全天候跟踪拍摄，方便各个部门之间进行可视化协调调度。凭借BIM技术平台强大的信息处理功能，汇集了许多工程管理方面的信息，为项目的施工进度管理提供了非常重要的理论技术支持。借助信息建模技术平台的施工可视化功能，可以有效解决传统问题，可以从以下几方面改进传统进度管理方法：使施工图纸（模型）的质量、分析可行性提升，模拟施工流程更加完善，大幅提升施工人员的各项能力，提高施工过程中各阶段、各专业之间的沟通协调能力，合理进行施工布置和划分施工场地，提高资源供应的及时性，实现构件的预制生产和现场安装。
        5.4 BIM技术在项目施工中的应用优化
        利用BIM技术可以对施工中的原材料进行可视化分配，利用其信息收集功能，建立原材料存储二维码，通过二维码扫描可以及时了解工程的材料信息和用料情况，从而及时了解和跟进工程进度，加强各部门的紧密合作，保证工程品质。在施工阶段，也可利用BIM软件对项目的进度进行优化控制。BIM的进度管理模块把施工中的材料、人员、设备、资金等进行资源整合和模拟，可以在现场进行把控和现场管理[5]。各个项指标和成本分层次区分并合理分配到进度计划的各个项目和阶段中去，进一步对建设方案进行合理的优化，施工工序和施工工艺都能够根据实际情况进行合理把控。利用BIM技术可对项目进度和工程成本进行联合控制。BIM平台的收集计算功能，可以快速精准算出当月的工程进度，结合之前平台中的数据收集，能够随着施工方案的改变而进行及时的调整，进一步节约了各个部门的沟通和审核时间，从而加快项目单位工程款的拨付，达到进一步提高项目进度与工程成本的联合把控。
        5.5加强成本控制
        首先，虚拟施工，有效协同。BIM最直观的特点在于三维可视化，企业可以利用BIM的三维技术进行施工模拟，随时地将施工计划与实际进展进行对比，同时，使监理方甚至非工程行业出身的领导都对工程项目的各种情况了如指掌。结合施工方案和现场视频监测等进行碰撞检查，优化工程设计方案，减少在建筑施工阶段可能出现的损失，降低建筑的质量问题、安全问题发生的概率，避免停工、返工和整改等情况的发生。其次，精确计划，减少浪费。相关部门在每一施工阶段可以利用BIM技术快速准确地获得工程基础数据，制定精确人才计划，大大减少资源、物流和仓储环节的浪费，为实现限额领料、消耗控制提供技术支持，为降低项目成本提供指导。
        5.6房建施工质量管理中的BIM技术
        工程质量的好坏与人民的生命财产安全直接相关。在人们的安全意识不断提高的过程中，建设项目的质量逐渐受到社会的关注。生产技术水平不断得到优化，建筑材料推陈出，房建建设质量也大幅提高，但建筑工人专业技能低下，建筑材料使用低于标准，房建建设项目质量不能准确预测等，房建建设工程仍然存在很多质量问题。为了解决这些问题，BIM技术对这些问题可以进行有效地解决，提高房建工程建设项目质量使项目施工过程中各项资源配置有效落实。BIM技术可以加强建筑材料的管理和技术质量。在建筑材料方面，BIM技术设计的平面布局包含用于存储有关建筑材料和设备信息的模块。利用互联网技术，项目管理人员首次发现物料和设备的必要信息，同时快速比较建筑工地使用的材料和设备模块是否一致，以便在短时间内防止无资格产品出现在项目中，确保顺利合格的施工过程。在技术卫星管理中，BIM技术可以模拟建设项目的施工流程，建立标准，并按照流程进行工作，以确保实际工作符合计划。BIM技术保证了建设的准确性和建设材料的合理性，对房建建设项目的质量具有很大的正面效果。
        结语
        随着建筑工程的不断发展，传统的施工方式已经无法满足现在的需求，必须探索新型的管理施工模式。BIM技术为工程施工和工程管理带来了新的机遇也带来了新的挑战。BIM技术把施工准备和施工管理进行优化和统筹安排，提高了建筑工程的施工质量和施工效率。但是，要把BIM技术在施工管理中运用好，需要整合组织、管理、技术等各方面的力量来与之配合，这就更需要我们调整和改进原有的建筑方式，整合各方面的资源与BIM进行匹配，保证各项工作的顺利进行，才能加大BIM技术的利用和推广，保证施工企业的效率和发展。
        参考文献：
        [1]王巧雯，张加万，牛志斌.基于建筑信息模型的建筑多专业协同设计流程分析[J].同济大学学报（自然科学版），2018，46（08）：1155-1160.
        [2]郭红领，潘在怡.BIM辅助施工管理的模式及流程[J].清华大学学报（自然科学版），2017，57（10）：1076-1082.
        [3]傅筱.建筑信息模型带来的设计思维和方法的转型[J].建筑学报，2009（01）：77-80.
        [4]后平，何雯娟.BIM技术在建筑工程施工管理中的应用解析[J].居舍，2019（22）：43.
        [5]蒋凤昌，周桂香，李永奎，董杰.上海市胸科医院科教综合楼设计阶段的BIM应用[J].工业建筑，2018，48（02）：39-46.