BIM技术在建筑工程项目中的应用价值
收稿日期:2013-10-23
作者简介:李昂(1988- ),男,黑龙江哈尔滨人,研究生.主要从事BIM 技术方面研究工作 单位地址:黑龙江省哈尔滨市香坊区和兴路26号(150040)
联系电话:137******** E-mail:liang19880516@https://www.wendangku.net/doc/c1799829.html,
BIM 技术在建筑工程项目中的应用价值
李昂,石振武
(东北林业大学 土木工程学院，黑龙江 哈尔滨 150040)
摘要：BIM 技术是以三维数字技术为基础，集成了各种相关信息的工程数据模型，可以为设计、施工和运营提供相协调的、内部保持一致的并可进行运算的信息。在建筑工程项目的规划设计阶段、施工阶段，以及运维阶段等全建筑生命周期管理过程中，BIM 技术都能够通过自身的优势使建筑工程项目达到缩短工期、节约成本的理想目标。本文试从BIM 技术在不同建筑工程项目实例中不同阶段上的应用来分析其在建筑工程项目中的应用价值。
关键词：BIM ；全建筑生命周期；应用价值 中图法分类号：TU17 文献标志码：A
The application value in construction project of BIM technology
LI Ang SHI Zhenwu
(Northeast Forestry University of Civil Engineering, Harbin, HeiLongjiang, China )
Abstract : BIM technology is an integrated engineering data related information model that is based on the 3D digital technology, it can provide design, construction and operation to provide internal coordination, maintain a consistent and can carry out operation information. During the design process, the construction management of construction projects, as well as the property and operation management of the entire building lifecycle management process, BIM technology can shorten the construction period, save the cost goal of the construction project through its own advantage. This paper will try to research from the BIM technology in different instances of construction projects at different stages of the application to analyze its application value in construction project.
Key words : BIM; entire building lifecycle; application value
1.引言
与快速进步的工程建设技术相比，我国的项目管理技术还处在一个相对落后的地步[1]。进入信息化时代以来，信息技术已经成为制造业、电子业等行业不断创新、发展的强力助推剂。在过去的几十年当中，航空、航天、汽车、电子产品等其他产业的生产效率和竞争力通过使用新的信息技术和生产流程有了巨大的提高，而占全球 GDP 巨大投入的工程建设行业的生产效率的增长却没有跟上其他行业的步伐，市场对其改进的工作效率和质量的压力日益增大[2]。
在这种环境背景下 BIM （建筑信息模型，Building Information Modeling ）技术应运而生，通过应用 BIM 模式创新充分整合并利用建筑工程项目全生命周期所涉及到的信息，不仅缩短了建筑工程所需时间、节约 资源成本，同时还帮助所有工程参与者提高了决策效率和设计质量[3]。那么BIM 技术真的有益于建筑行业么？BIM 技术在工程项目中会有多大的应用价值呢？
本文试从BIM 技术在具体工程项目中的应用来分析其在建筑工程项目中的应用价值。
2 BIM 技术概况
2.1 BIM 技术简介
BIM 是Building Information Modeling 的缩写，中文意思为: 建筑信息模型，也可理解为建筑数字模型。是近年来在建筑设计行业中新兴的一种工程数字化的设计方式，通过整体虚拟建筑信息模型的方式实现全方位、全方面的土建设计及相关检测、管网控制等工作。涉及到的领域越发广泛，目前大量应用于设计、建造、管理等的数字化管理工作。
BIM 最初发源于上世纪70年代的美国，由美国乔治亚理工大学建筑与计算机学院(Georgia Tech College of Architecture and Computing )的查克伊士曼博士(Chuck Eastman ，Ph.D.)提出。其被定义为:“Building information modeling integrates all of the geometrics and capabilities ，and piece behavior
information into a single interrelated description of a building project over its lifecycle. It also includes process information dealing with construction schedules and fabrication processes.” [4]其翻译如下:“建筑信息建模是将一个建筑建设项目在整个生命周期内的所有几何特性、功能要求与构件的性能信息、综合到一个单一的模型中。同时，这个单一模型的信息中还包括了施工进度、建造过程的过程控制信息。”随着BIM的发展，对于BIM的定义与解释有了其他版本。
麦格劳-希尔建筑信息公司对建筑信息模型的定义为，创建并利用数字模型对项目进行设计、建造及运营管理的过程，即利用计算机三维软件工具，创建包含建筑工程项目中完整数字模型，并在该模型中包含详细工程信息，能够将这些模型和信息应用于建筑工程的设计过程，施工管理，以及物业和运营管理等全建筑生命周期管理（BLM：Building Lifecycle Management）过程中[5]。这是目前比较全面且完善的关于BIM的定义。
2.2全建筑生命周期（BLM）
全建筑生命周期即BLM，全称Building Lifecycle Management，是建筑工程项目从规划设计到施工，再到运营，直至拆除为止的全过程。建筑工程项目具有技术含量高、施工周期长、风险高、涉及单位众多等特点[6]，因此全建筑生命周期的划分就显的十分重要。一般我们将全建筑生命周期划分为四个阶段，即规划阶段、设计阶段、施工阶段、运营阶段。
规划设计是在建筑项目定位的基础上，对其进行较具体的规划及总体上的设计，使其功能、风格符合其定位。工程施工是建筑安装企业归集核算工程成本的专用科目，是根据建设工程设计文件的要求，对建设工程进行新建、扩建、改建的活动。运营则包含建筑物的操作、维护、修理、改善、更新以及物业管理等过程，见图1。
图1 全建筑生命周期的划分
BIM作为一种先进的工具和工作方式，不仅改变了建筑设计的手段和方法，而且通过在全建筑生命周期中的应用，为建筑行业提供了一个革命性的平台，并将彻底改变建筑行业的协作方式。对于BIM在建筑的全生命周期有哪些应用的问题，美国bSa（building SMART alliance）联盟对BIM在建筑的全生命周期的应用现状做了比较详尽的归纳[7]。
BIM在工程项目全建筑生命周期各阶段的主要应用为：①规划阶段主要用于现状建模、成本预算、阶段规划、场地分析、空间规划等；②设计阶段主要用于对规划阶段设计方案进行论证，包括方案设计、工程分析、可持续性评估、规范验证等；③施工阶段则主要起到与设计阶段三维协调的作用，包括场地使用规划、雇工系统设计、数字化加工、材料场地跟踪、三维控制和计划等；④在运营阶段主要用于对施工阶段进行记录建模，具体包括制定维护计划、进行建筑系统分析、资产管理、空间管理/
跟踪、灾害计划等，见图2[7]。
图2 BIM在全建筑生命周期的应用现状
3 BIM在全建筑生命周期的应用
3.1 BIM在项目规划阶段的应用
在项目规划阶段，是否能够帮助业主把握好产品和市场之间的关系是至关重要的一点，而BIM恰好能够帮助项目各方在项目策划阶段做出市场收益最大化的工作。同时BIM在规划阶段对于建设项目在技术和经济上可行性论证提供了帮助，提高了论证结果的准确性和可靠性[7]。在规划阶段，业主需要确定出建设项目方案在满足类型、质量、功能等要求下是否具有技术与经济可行性。但是，如果想得到可靠性高的论证结果，需要花费大量的时间、金钱与精力。BIM
可以为业主提供概要模型对建设项目方案进行分析、模拟，从而为整个项目的建设降低成本、缩短工期并提高质量。
实例：天津团泊新城综合体育馆
“天津团泊新城综合体育馆”项目定位于建设天津市是一个新城中独具魅力和特色的典范卫星城，重点服务于天津市中心城区及京津冀地区，辐射环渤海地区。新城的产业定位为：体育产业为主，发展创意产业、生态旅游、休闲度假、房地产开发、职业培训基地，最终发展成具有鲜明特色的体育生态魅力之城。
在项目的规划阶段，建筑设计师充分考虑到该项目的定位及产业定位，极力营造一个朴实且与环境紧密结合的建筑。该体育馆有一个巨型的环带，而游泳馆的顶部选用采光的顶部选用采光的屋顶，同时它们又形成统一的整体构筑物，而这样一个巨型环带的场馆正是借助BIM技术才得以实现的，从而体现出BIM 技术带给建筑工程项目的巨大应用价值[9]，见图3,4。
图3天津团泊新城综合体育馆
图4天津团泊新城综合体育馆—BIM模型图
3.2设计阶段
相对于传统CAD时代存在于建设项目设计阶段的ZD图纸冗繁、错误率高、变更频繁、协作沟通困难等缺点，BIM所带来的价值优势是巨大的[7]:
（1）保证概念设计阶段决策正确
（2）更加快捷与准确地绘制3D模型
（3）多个系统的设计协作进行、提高设计质量（4）对于设计变更可以灵活应对
（5）提高可施工性
（6）为精确化预算提供便利
（7）利于低能耗与可持续发展设计
在项目的设计阶段，BIM让建筑设计从二维真正走向了三维，这对建筑设计方法而言是一次重大变革。使得建筑师们不在困惑于如何用传统的二维图纸表达复杂的三维形态这一难题，从而极大拓展了复杂三维形态的可实施性。而BIM可视化的特性，使得不仅设计师对于自己的设计想法能够“所见即所得”，而且能够让业主摆脱技术壁垒的限制，随时了解自己的投资究竟能获得什么样的回报。
实例：北京某地铁站 BIM 应用项目
该地铁站由站台与站厅两层组成，有4个出入口，其中两个出入口通过地下通道与地铁站相连。地下建筑面积约 2.5×104m2。由于工期紧业主采取了平行发包方式，土建、机电等参建单位多达数十家，另外由于地处繁华地带，施工场地东侧紧邻一所小学，南北两侧均为高层居民楼，东侧为一正在建造的商场，施工场地狭小，建造初期由于部分拆迁尚在进行中，出入施工场地只有一条道路。因此对施工技术和管理水平提出了很高的要求，另外工期紧张，业主要求施工阶段不能有过多或较大的变更[10]。
为了提高决策的准确度和效率，业主决定从设计阶段开始即采用 BIM 技术，通过使用BIM 技术减少设计变更，通过 BIM 模型指导项目施工。项目初期业主对 BIM 工作组订立的具体目标为和常规设计相比减少50% 以上的设计变更以及缩短工期 1 个月。BIM 在该项目中主要应用内容包括两个方面 : 建立基于BIM 技术的地铁站点工程全专业模型，对整体工程进行各专业间碰撞检查；对整体工程进行虚拟仿真及 4D 施工模拟[10]，见图5，图6。
图5项目整体模型图
图6 建筑、结构半透明化后的整体模型图
通过采用BIM技术，项目共检测出碰撞点875处，经具有丰富施工经验的班组长筛查后，施工前修改了
其中影响较大的 297 处设计图纸问题，避免了这些设计错误出现在施工过程中，从而减少了施工过程中可能出现的大量变更处理。同时，采用 BIM 技术进行施工 4D 施工模拟，打破了传统项目管理和施工模式，通过施工模拟计算出地铁站建造过程中对材料的准确需求量，从而避免了施工现场大量施工材料的堆放。
工程完工后，统计最终数据表明，项目最终完成的目标为较常规设计减少设计变更达 86%，缩短工期34天，可以说很好的证明了BIM技术在建筑工程项目中的应用价值[10]。
3.3施工阶段
正是由于BIM 模型将反映完整的项目设计情况，因此BIM模型中构件模型可以与施工现场中的真实构件一一对应。我们可以通过BIM模型发现项目在施工现场中出现的错、漏、碰、缺的设计失误，从而达到提高设计质量，减少施工现场的变更，降低项目成本的最终期望目标。
对于传统CAD时代存在于建设项目施工阶段的ZD图纸可施工性低、施工质量不能保证、工期进度拖延、工作效率低等缺点，BIM所带来的价值优势是巨大的[8]：
（1）施工前改正设计错误与漏洞
（2）4D施工模拟、优化施工方案
（3）使精益化施工成为可能
在项目的施工阶段，施工单位可以将BIM模型和进度计划进行数据集成，从而实现BIM基于时间维度的4D应用。通过BIM的4D应用，除了可以按天、周、月看到项目的施工进度并同时根据现场情况进行实时调整，对不同施工方案进行优劣对比，从而得到最优施工方案；也可以按秒、分、时对项目的重点或难点部分进行可建性模拟，诸如对建筑机械的行进路线和操作空间、土建工程的施工顺序、设备管线的安装顺序、材料的运输堆放安排等施工安装方案的优化。实例：世博会国家电网馆
世博会国家电网馆占地4000m2，地上总建筑面积6000m2，建筑高度20m。项目作为世博之心的国家电网馆，同时也是一个大型的变电站，为整个世博浦西园区输送电力[7]。
国家电网馆项目施工周期紧，施工难度大，因此最关键的就是要有效地调配现场施工资源并制定合适的施工进度。而钢结构部分又是难点中的难点，由于建筑的结构和立面表皮肌理充分结合，形成斜交叉的结构体系，大大增加了施工难度，因此在钢结构安装环节，设计师与钢结构施工方一起合作，通过把BIM 模型与施工组织进度计划相链接，利用Navisworks 软件对钢结构的安装施工进行了4D施工模拟，从而对原有安装方案进行了优化和改善，大大提高了各方对施工进度的把握控制，充分体现了BIM技术对建筑工程项目的巨大应用价值，见图7。
图7 4D施工模拟
3.4运营阶段
BIM在建筑工程项目的运营阶段也起到非常重要的作用。BIM的参数模型可以为业主提供建设项目中所有系统的信息，在项目施工阶段做出的修改将全部同步更新到BIM参数模型中形成最终的BIM竣工模型(As-built model)，该竣工模型将作为各种设备管理的数据库为系统的维护提供依据。
在建筑物使用寿命期间，建筑物的结构设施（如墙、楼板、屋顶等）和设备设施（如设备、管道等）都需要得到不断的维护。BIM模型结合运营维护管理系统恰恰可以充分发挥空间定位和数据记录的优势，合理的制定维护计划，分配专人专项维护工作，从而降低建筑物在使用过程中出现突发状况的概率。
此外，BIM还能同步提供有关建筑使用情况或性能、入住人员与容量、建筑已用时间以及建筑财务等方面的信息；同时，BIM可以提供数字更新记录，并对搬迁规划与管理进行改善。BIM还大大促进了标准建筑模型对商业场地条件的适应。有关建筑的物理信息(例如完工情况、承租人或部门分配、家具和设备库存等)以及关于可出租面积、租赁收入或部门成本分配的重要财务数据都变的更加易于管理和使用。通过稳定的访问这些类型的信息可以有效提高建筑运营维护过程中的收益与成本管理水平。
实例：申都大厦改建工程
申都大厦改建工程原建于1975年，为3层车间，1995年改造设计成办公楼，属多层公共建筑，耐火等级为二级，地下室耐火等级为一级主体结构采用钢筋混凝土框架结构，局部采用钢框架结构。改造采用钢结构加固措施。改造后框架抗震等级为三级。建筑呈L形平面，L形两边长分别为南向、东向。基地东侧为主入口面，结合市政广场、绿化等，统一设计。人行主入口位于建筑东北角，保留原有位置。半地下室
为机动车停车库和配套设备用房。首层东侧为入口餐厅，南侧设有展示休闲区域、餐厅等公共空间。二层局部为首层入口门厅的上空，其余为公共办公空间。三至六层以开放式大空间办公空间为主。屋面层设置屋顶花园、机房设备区，结合布置太阳能光伏电池，太阳能热水器等系统，见图8[11]。
图8申都大厦改建工程
在该项目中，将模型通过软件Plug—in方式导入到运营管理软件中，利用BIM技术帮助业主进行运营管理，充分实现BIM的最大价值[11]。
申都大厦改建工程在改建时充分考虑了日后运营要求，突出空间管理和设备维护检修这两大管理主体，完成了初步知识体系的梳理，形成了BIM信息标准和作业流程。主要工作包括：①模型导入；②设备资产查看；③生产运维图形报表；④利用FM插件编辑BIM模型；⑤调用运维系统的空间类型；⑥将空间数据导入运维数据库；⑦调用运维系统人员数据库在BIM模型中分配座位；⑧调用BIM模型数据导入运维数据库；⑨将BIM空间数据导入运维数据库；⑩运维图形报表与模型数据双向互动[11]。
通过BIM信息标准的建立和作业流程的实施，将使得大厦在改建完成后的运营过程更加的系统、高效、可控，极大的降低了建筑在使用过程中可能出现的突发状况，从而实现了项目各方的利益最大化，再次体现出BIM技术对于建筑工程项目的重要应用价值。
4. 结论
BIM是信息化技术在建筑业的直接应用,在于其服务于建设项目的设计、建造、运营维护等整个生命周期,为项目各参与方提供了协同工作、交流顺畅的平台,其对于避免失误、提高工程质量、节约成本、缩短工期等具有巨大的优势作用。应用BIM技术进行各个专业设计的碰撞检查，不但能彻底消除硬碰撞、软碰撞，优化工程设计，减少在施工阶段可能存在的错误损失和返工的可能性，并且可以优化空间，方便使用和维修。最后，现场工程师还可以使用碰撞优化后的方案进行施工交底、施工模拟，提高施工质量，同时也提高了与业主的沟通能力。
BIM技术的采用，不仅可以实现设计阶段的协同设计，施工阶段的建造全过程一体化和运营阶段对建筑物的智能化维护和设施管理，同时打破从业主、施工单位到运营方之间的隔阂和界限，从而实现对建造全生命周期管理。
通过以上实际工程案例的分析，我们很容易从中发现BIM在建筑工程项目全建筑生命周期中的各个阶段所发挥的重要整合作用，有力的证明了BIM对于建筑工程项目的重要应用价值。
BIM技术在欧美等发达国家已经普遍开展与应用，但在我国，应用BIM技术的项目还不多，还处于探索阶段，国内还没有统一的BIM应用标准[12]。相信随着BIM在越来越多的工程项目中的应用，会有越来越多的业内人士发现BIM的价值，从而不断推广普及BIM技术，让更多的项目从中受益，使建筑在全生命周期各阶段都能做到参数化、可视化、协同化、智能化和最大效益化，让BIM技术成为建筑业可持续发展的强力助推器。
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