BIM 数字技术在建筑行业中的应用分析

前言

信息技术已经成为产业进步和企业发展的最强大的推动力以及最重要的技术手段之一，在每个领域的产业升级和快速发展中均发挥了巨大作用。信息化在建筑行业的应用尚不成熟，加之建筑业的竞争日趋激烈，利用信息化技术提高竞争力，带动设计行业现代化，是这一时期必须要努力的方向。BIM 数字技术是我国建筑行业信息化建设的一个新阶段，它提供了一个全新的生产方式，运用数字化的方式来表达建筑的物理特征和功能特征，对建设项目中不同阶段的信息实现集成和共享，为项目各参与方提供协同工作的平台，使生产效率得以提升，项目成本大大降低，工程周期得以缩减。以 BIM 数字技术在建筑行业中的应用现状为切入口，分析了该技术在建筑行业中的实际应用。

1. BIM 数字技术的概念与在我国建筑行业中的应用现状 

1.1 BIM 数字技术的概念

在 CAD 技术风靡建筑行业的同时，BIM 数字技术(Buliding Information Modeling)也逐渐兴起。 BIM 数字技术即“建筑信息模型技术”，在西方发达国家已经得到了非常广泛的应用。BIM 数字技术可以理解为建筑工程项目由规划到设计再到施工，直到报废拆除的全生命周期，对于工程数据管理与分析的技术载体与过程。BIM 数字技术的技术 核心在于三维模型方面，以计算机为载体，根据相应的工程参数创建建筑工程的三维模型，搭配与之相对应的建筑工程信息库,与建筑工程相关的专业属 性和状态信息全部包含在其中。BIM 数字技术数据管理平台功能图如图 1 所示。

虽然，我国建筑行业在 BIM 数字技术的实际应用方面尚不及西方的发达国家，然而也正在逐渐普及并不断提高应用的水平，可为建筑工程的集成管理环境提高理想的支持作用，可增强建筑工程项目应对未知风险与提高效率。近年来，BIM 数字技术的发展更为迅速，目前在我国部分的大型建筑项目中也得到了良好的应用，如北京水立方、国家电力馆和上海世博文化中心等均采用了 BIM 数字技术。 无论是软件开发层面，还是技术支持层面均有了长足的进步；但也存在着明显的不足，如开发的经费不足,BIM 数字技术专业人才培养不足等。BIM 数字技术流程示意图如图 2 所示。

2. BIM 数字技术在建筑过程全寿命周期的应用分析

BIM 数字技术在建筑过程全寿命周期的应用 具体可划分为 4 个阶段：规划阶段、设计阶段、施工阶段和运营阶段。BIM 数字技术在建筑过程全寿命周期的应用示意图如图 3 所示。

2.1 BIM 数字技术在规划阶段的应用 

建筑工程项目规划的要点在于帮助业主更好地掌握市场与产品之间的关系，BIM 数字技术可帮助建筑项目的各方作出最大的市场利益规划，也可帮助相关人员从经济与技术 2 个方面论证建筑项目的可行性，以确保论证结果的科学性，很大程度上摒弃了传统人工论证耗时耗力的缺点,以业主的要求标准，创建概要模型，分析并模拟整个建筑项目的方案，以期降低成本，缩短工期。 如“天津团泊新城综合体育馆”建筑项目,该建筑项目的定位是天津市内十一个卫星城，打造重点服务区域，通过采用 BIM 数字技术分析了规划方案的可行性，创建了集旅游基地和产业群等的数字模型，论证结果具有高度的可行性，经济标准与技术标准均符合要求。“天津团泊新城综合体育馆”内部的游泳馆所采用的是采光屋顶，与其他结构形成统一 的构筑物，整体为巨型的环带相绕而成，这正是基于 BIM 数字技术才得以实现的。 

2.2 BIM 数字技术在设计阶段的应用 

设计阶段是 BIM 数字技术在建筑行业当中的核心应用部分，而在 BIM 数字技术正式应用于建筑工程设计当中，其采用的主要方法是 CAD 技术，然 而 CAD 技术存在明显的局限性，如 ZD 图错误率高、难以沟通协作、数量繁多且冗杂等。较之 CAD 技术,BIM 数字技术更为简便而精确。在建筑项目的设计阶段,BIM 技术促进了二维至三维的飞跃进步。在 BIM 数字技术之下，设计人员不必再采用以往的二维图样表示三维形态，实现了“可视化设计”， 设计人员的任何构想均可在计算机上显示出来，同时帮助业主打破“技术壁垒”，令其可在第一时间内了解到自身的投资达到了怎样的设计成果。

如“北京某地铁站建设项目”，其组成部分为站 厅与站台，分 4 个进出口，且相互贯通。鉴于该工程的合同工期比较紧，采用了平行发包的方式，参建单位非常多，包括土建施工和机电安装等单位,再加上该工程的允许施工作业场地非常有限，进出施工现 场只有 1 条道路,即便如此,施工方案绝不允许无端 变更。基于提高决策效率的目的,采用 BIM 数字技术进行设计,组建 BIM 工作组,拟定具体而详细的设计目标，较之传统的设计方案，其工期需要减少约 30 d，设计成本需要降低约 45%。对于该项目而言, BIM 数字技术的作用在于如下 2 点：1)以 BIM 数字技术为手段，以计算机为载体，创建地铁站点工程专业三维模型，并进行碰撞试验，明确三维模型的合理性；2)针对地铁站点工程进行 Four D 模拟施工,以高度的虚拟仿真技术还原现场施工的情况，以便制定更为合理的施工方案。该工程全面竣工之后,经统计分析,BIM 数字技术较之传统的设计方案，其工期共减少 33.5 d，仅出现了 1 次设计方案的变更，应用效果非常理想。 

2.3 BIM 数字技术在施工阶段的应用

BIM 模型与建筑工程项目中的真实构件可以 一一对应，建筑工程项目中所存在的纰漏均可通过 BIM 数字技术予以发现并及时纠正，确保施工正常 进行，避免造成工期的迁延，增加建筑工程项目的整体成本。鉴于以往常采用的 CAD 技术之下的 ZD 图样难以保证施工的质量，容易造成工期的迁延。 BIM 数字技术通过 Four D 模拟施工对施工方案进 行优化，促进“精益化施工”。以 BIM 数字技术为 手段集成建模所需要的全部数据，每月甚至是每天 的具体施工方案与目标均可在计算机上清楚地显示，以施工现场的实际情况为标准进行适当的修正 与调整，优化既定的施工方案。对于建筑工程项目 的重点部分，可将施工方案进行更为详细的分解，对 其可行性进行模拟，大至施工设备的进场与材料的放置，小至管线的安装等均可进行 BIM 模拟施工。 

如“上海世博会国家电网馆”的施工方案，其建筑的规模非常大，被誉为“世博会之心”，肩负着在世 博会期间为西园区输电的重要任务，因此其施工质量与工期都必须要得到最为有效的保证。“上海世博会国家电网馆”的施工最为重要的是合理调配现场的施工资源，合理安排工期，其中的技术难点是钢 结构的施工部分，在立面表皮肌理高度结合以及斜交叉结构体系的双重要求之下，钢结构部位的施工 难度大大增加。采用 BIM 数字技术，创建钢结构的斜交叉结构体系模型，同时进行 Four D 模拟施工安装，优化原先所制定的施工技术方案，掌控整体的施工进度，确保工期，显示出了 BIM 数字技术在施工 阶段的应用价值。

2.4 BIM数字技术在运营阶段的应用

针对建筑工程项目的运营阶段而言，BIM数字技术的应用价值集中体现在帮助业主掌握建筑物的使用情况方面，以便对建筑物进行具有针对性的管理与维护。BIM数字技术的参数模型可为建筑工程项目的运营提供相应的信息平台，在BIM数字技术的参数模型之下，对建筑工程项目施工阶段的全部数据进行实时地更新与管理，继而形成BIM竣工完结模型，可为建筑工程项目的设备管理提供可靠的技术依靠与参考。在建筑工程项目的全寿命周期之内，BIM数字技术所创建的三维模型可体现出数据记录的特殊优势，与运营维护系统高度结合，优化运营维护的方案，降低建筑物出现意外情况的风险性。

如“某大厦的改建工程”，该大厦始建于20世纪70年代，其主体为钢筋混凝土结构，属于公共建筑的范畴。经论证，施工方案决定采用钢框架结构进行主体加固与维护，后经过改造，建筑物的抗震等级与防火等级均有所提升。建筑平面的两边为北向与西向，主入口位于西侧。以Plug-in软件为载体，采用BIM数字技术进行运营管理，形成较为完整的BIM数字技术流程与信息标准，主要是基于设备查看和模型导入等加以实现实时运营管理的。随后采用FM插件进行BIM模型的二次编辑，把空间数据全部导入运营维护的数据库中，继而实现BIM模型数据与运营维护图形报表的双向互动。在BIM数字技术的支持下，以作业流程为标准，整栋大厦在进行改造之后，其运营维护的过程更为高效与可靠，可有效避免建筑物在使用过程中出现意外情况的风险性，维护业主与开发商的双向利益，体现BIM数字技术的优越性。 

3. 结语

20世纪已是信息化时代，各行各业都已经逐渐引进了与本行业相关的数字技术。针对建筑行业，当前业内所应用的热门技术就是BIM数字技术，可辅助计算机进行绘图与设计，提高建筑行业整体的科技含量，以保证建筑工程项目的整体质量与施工期限。

作者：聂瑞