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基于BIM技术的施工可视化应用研究蔡星雨

发表时间：2020/10/23 来源：《基层建设》2020年第19期作者：张亚楠白帆蔡星雨

[导读] 摘要：BIM技术是一种应用于工程设计建造管理的数据化工具，其主要应用在建筑工程的全生命周期中，通过建立数据信息库，实现信息在建筑工程各个阶段的集成和共享。

        北京建工集团有限责任公司北京市 100055
        摘要：BIM技术是一种应用于工程设计建造管理的数据化工具，其主要应用在建筑工程的全生命周期中，通过建立数据信息库，实现信息在建筑工程各个阶段的集成和共享。BIM建筑信息平台的建立，能够使项目的各个参与方及时掌握业主需求、设计变更以及现场管理情况，实现建筑工程各个单位之间的协同合作，有效达到对建筑项目的集成化管理。
        关键词：BIM技术；施工可视化；应用
        1BIM技术概述
        BIM技术涉及数据、过程、共享与管理四方面内容，包括数据集成技术与软件互操作技术。数据集成将不同来源格式的数据在逻辑上进行集中，为企业提供全面数据共享。促使分布应用设备借助各项信息实施协调，从而达到共同的目标。传统的CAD图纸依赖人脑几何处理构建建筑实体形象，在建筑实体不大的情况下可用人脑形成建筑物轮廓。而通过BIM模型能模拟建筑物实体，大大节省构建模型这一过程，促使建立的施工模型更真实、形象。在设计阶段，利用模型可以直观展现设计意图，在招投标阶段，利用可视化可与业主沟通施工方案。模拟是BIM技术最具应用价值的功能，其模拟建筑在实际环境中的操作，验证某项活动的实施性能。通过模拟展示施工详细过程，提高施工的科学性。
        2BIM技术的特点
        2.1可视化
        传统的建筑设计是工作人员在图纸上对建筑项目进行描述，施工人员要通过抽象的线条和自己的想象进行描绘。而BIM技术的出现可以将设计人员脑海中的设计思路和数据变换为可视化的模型，以三维立体图像的形式来展示建筑工程的设计方案，这是一种更加清晰、直观的工程结构设计展现方式，BIM技术的可视化如图1所示。

                      图1BIM技术的可视化
        2.2协调性
        在实际的项目建设过程中，由于预制房屋整体专业设计很复杂和完整，以及预制装配式建筑的设计、施工等一系列环节的协调沟通不顺利造成的建设效率低下。BIM技术的出现可以有效避免协调性差的现象发生，该技术能够对各部门之间可能存在的协调问题生成自动协调数据，消除专业问题。
        2.3优化性
        建筑工程开展的过程实际上就是对建筑工程进行不断优化的过程。BIM技术虽然不能直接对建筑工程进行优化，但是BIM模型能够提供建筑物实际存在的信息。除外，由于现在的建筑工程复杂程度较高，工作人员不可能对所有的信息都了如指掌，因此要借助一些科学手段，其中BIM技术的出现能够很好的帮助工作人员对复杂的工程进行优化。
        3基于BIM技术施工可视化应用
        BIM技术的应用贯穿于建筑工程的整个生命周期，在建筑工程施工阶段的可视化应用主要体现在：
        3.1施工设计阶段BIM技术的可视化应用
        BIM技术在建筑工程施工中，能够将二维图纸建立成三维模型，其中主要是将场地模型、设备模型和土建模型进行有效整合，形成一个整体的建筑模型，平面、立面和剖面图是二维方向上的剖切图，实现了三维设备的布置，能够进行多角度的精确定位。建筑中的表皮幕墙、结构柱梁和管道都以三维方式体现在BIM模型中，这种模型更方便所有人员之间的沟通和交流。例如，在三维模型中，能够实现对一些复杂钢筋节点的可视化观察，如果将复杂的钢筋节点放置在一个二维的模型中，新学员是很难识别出来的，也会出现节点钢筋加工错误的情况，是需要通过多个剖面图才能够清晰表达钢筋节点。但是在BIM技术中的应用，可以建立三维数字模型，能够通过真实立体化的空间比例关系将钢筋节点清晰的呈现出来，即使是再复杂的钢筋节点，都能够被人们用360°的视角辨别出来，能够比较容易地展开施工工作。
        3.2BIM技术在设备管线检测中的可视化应用
        BIM可视化技术能够对复杂的结构进行分析，对重要的施工部位提供视觉上的参考，将建筑空间与各个系统之间的关系明确，例如，在对暖通管道进行布设时，施工参考的图纸是不同专业设计人员绘制出来的图纸，在实际的施工过程中，很容易存在管线布置不合理或者是梁构件妨碍到管线的布置，通过将BIM技术应用到管线碰撞的检测中，能够排查出存在的管线碰撞问题，可以利用三维空间模型将存在的碰撞点找出来，各个专业的设计人员通过模型对碰撞点位置进行调整和修改，优化工程设计，也会避免返工的问题，促进了工程施工的进度，对工程施工方案进行优化，提高施工管理的质量和效率。
        3.3建筑工程施工现场BIM技术的可视化应用
        通过对工程施工现场复杂结构进行模拟，能够对重要部位的施工提供相应的参考，进一步确认施工建筑空间的关系，对建筑的整体构造和布局进行认识和理解，确保各个空间结构之间的正常运行。例如，在传统的建筑工程建设过程中，在设备房的建设中会涉及到大量的设备和配件等，如果不能充分掌握设备房的空间布局，很容易导致管道设计中存在操作空间狭小等不合理施工问题，如果临时进行更改，很容易存在对材料的浪费，也会影响到工程的施工进度和施工质量。例如，在施工现场采用BIM技术建立真人空间比例，给机房的建设提供相应的依据，能够通过对设备房空间进行验证，达到对各个管道支架的优化处理，可以清晰直观地看到设备房的布置情况。在该施工阶段，通过采用BIM技术对工程施工进度进行模拟控制，实现对各个参与方信息的整合，施工方、监理方等都会对工程项目的各种情况了如指掌，能够有效控制工程项目施工中的可预见风险，保障工程的施工进度，减少工程中各种纠纷的发生。
        3.4BIM技术的可视化运用能够给招商引资带来便利
        在工程项目传统的招商引资过程中，业主多是通过效果图和户型平面图等广告形式吸引顾客，在沟通交流方面的工作量相对较大，而且也不能起到较好的效果。借助BIM技术能够提前将样板房区域的相关模型设计好，同时将样板房中的各种陈设设计精细，能够更好地起到渲染作用，也能够将周围的绿化渲染出来，将现实中需要展示的工程提前在计算机中完成，让顾客能够在虚拟的模型中感受到现实中的场景，具有较好的展示效果。
        4BIM技术下桥梁施工可视化管理
        桥梁工程属于高层复杂结构建筑，需要庞大的专业图纸，采用BIM技术可以把所有的工程信息都集中到以模型为基础的协同平台上，按照图纸来进行精细化的建模，并将工程中的各项信息都添加到BIM模型当中，并明确在不同阶段不同主体应当承担的责任。每个参与者都明白自己在BIM模型构建和应用当中应当承担的责任，让不同主体有机结合起来，更好地完成配合，促进BIM计划的实施。
        BIM技术在工程计量中的应用，可大大提升工作效率。以往桥梁工程计量统计中，工程造价以excel文档形式保存使得数据孤立存在资料量大，信息完整，保存过程容易丢失损坏，为后期结算造成了困难。BIM数据库覆盖项目生命周期内所有数据，利用BIM在工程量统计建立建筑信息模型中材料与价格的链接，减少很多人工消耗。借助BIM技术有利于打破二维平面管理模式的不足之处，把施工进度、设备成本、人力资源等信息进行动态管理，依托4D形式展示出来，提升整个施工阶段的信息化程度，确保多目标、多阶段之间的更好的协调工作。
        通过BIM技术开展桥梁施工可视化管理，主要功能展现在下列方面：（1）可视化交底：依托BIM构建的模型可视化动画借助施工管理平台传送至现场施工人员的手机APP终端，用于更好的指导现场施工，提升现场施工管理效果。（2）开展进度管理：建立的BIM模型与设计的施工进度计划存在密切的联系，并把实际施工进度和计划进度相关联，组成空间和时间结合起来的4D模型，做好施工进度的监督工作。（3）做好成本管理：根据制定的施工计划与实际施工进度，合理推算资金用量及其后续资金使用量，促使成本达到动态化管理的效果。（4）开展施工模拟：对三维立体模型构建过程中，根据模型构造情况逐步优化施工方案，并设计合理的施工流程，做好施工各环节模拟工作。
        5施工现场管理中BIM技术应用
        5.1对相工作人员进行培训
        在建筑工程中进行施工现场管理过程中，管理人员的专业水平和综合素质对管理工作的效率和质量有着直接的影响，管理人员的个人能力和素质是决定管理工作质量和效率的最直接原因，因此对管理人员的培训和教育是极其重要的，要不断学习先进的管理理念和技术，更好的落实管理工作。在实际的工程中往往存在着施工队伍建设参差不齐的现象，因此在培训及学习过程中可以以分层的形式来推进。要将BIM技术贯穿在整个施工管理的全过程，以BIM技术的辅助，实现工程的管理的信息化建设，更好的服务于建筑工程效益的提高，并且保障整个项目的质量水平。在企业中选择具有较高学历和较高素质的管理人员来进行BIM系统的学习和使用，从而使得BIM系统能够较高效率的在工程中得以应用。通过BIM三维模拟功能，能够有效的结合平面图纸以及立体模型，有利于工作人员更加清楚和直观的了解建筑细节，避免工程中出现私自更改现象。在工程中安装大型的设备前，可以通过BIM系统来模拟具体的安装步骤以及安装位置，从而确定最为适宜的方案，并且模拟工程中各方面的风险和不确定因素，有利于提前制定好一定的防护措施，防止对工程产生不利影响。
        5.2BIM技术在施工质量管理中的应用
        对施工质量的管理主要体现在以下几个方面：对构件的质量管理和对技术的质量管理。由于在实际的施工过程中，工作量很大而且质量检查工作实施起来较为困难，因此在对构件的安装位置进行科学的选择之后，可以将每个部件都进行标号，并且将每个部件的尺寸以及性质等信息都记录在BIM系统当中，然后建立起相应的三维模型，来模拟各个部件的分布，这样就能够在检测时从系统中直接调取相关数据，快速地定位到安装点，还可以通过此项技术对各类建筑产品进行监控。BIM技术中的动态模拟技术，在复杂的工序作业中可以有效避免因人为原因而发生的偏差，对建筑的碰撞点进行检验能够减少作业过程中的失误，从而减少返工情况，线路设施的破坏情况减少，节约了成本，进一步提高了工作效率，
        5.3BIM技术在施工成本管理中的应用
        BIM系统中增加了一项新的信息统计功能，即成本信息。通过成本信息功能能够对施工进行更加全面的监管，根据实际情况对资金进行分配，能够提高资金的利用率。通过BIM技术可以对工程中的成本数据进行对比，找出错误和不足，及时进行修改。还能够对现场各类原料进行合理的利用，减少物料的浪费。利用BIM技术可以准确地判断各项工作所需的时间，并且可以直观地与共享平台上的数据进行比对，得到最佳的材料分配方案，进一步地降低施工成本。
        5.4施工进度管理中BIM技术的应用
        在施工进度管理中使用的通常为4DBIM模型，其中通过4D进度模拟能够全面的工程各项时间安排，并且在三维可视平台中实现可视化施工环节建设。其应用具体体现在两方面：①促进建立健全信息模型平台，结合工程中各方面的信息和数据，例如工程参与方所提供的信息以及工程进度等等，在整个施工设计以及实际施工环节中，促进各个建设方实现高效的交流和沟通，保障各个施工环的完整性。在建筑工程中实施进度管理过程中，BIM系统可以将施工进度的具体安排通过时间信息来呈现出来，有利于工作人员实时观察工程进展，为工程方案优化做出提前量。BIM系统有利于实现项目的动态管理，结合项目自身的实际情况和需要来对作业方案进行相应调整，与传统的平面图纸相比，BIM技术能够实现进度管理以及现场情况的同步，这样就能帮助工作人员尽早的发现缺陷和不足，并及时采取解决措施。②通过BIM技术模拟施工进度能够有效减少工程逻辑层面的错误。通常来说建筑工程会受到现场各方面因素的共同影响，情况复杂，面临众多的问题，管理难度通常较大。在传统施工进度管理模式中，大多数都是以工作人员经验为基础来进行的，因此经常出现逻辑性的错误。而BIM技术的应用降低了人工参与度，一定程度上提高了管理依据的可靠性，减少不必要的错误，同时有助于工作人员及时排查错误，提高整个工程的合理性。
        5.5合理设置设备和材料的到货时间和存放地点
        建筑施工所耗费的时间较长，使用到的原料种类繁多，所以建筑材料保存的保存容易出现问题。某些施工单位忽视了对原材料的贮存管理，导致其无法在合理的环境下保存，这会大大增加材料变质的可能，从而致使建筑材料质量降低，导致建筑整体质量下降严重。传统建筑项目材料的管理对于人依赖性是比较大的，极易发生状况，对材料的用量与成本控制是不利的。这个工程是采取建筑信息的模型，能够运用到建筑信息的模型实施材料的管理工作，其主要涵盖了事前计划与事中控制以及事后分析这三个方面的内容。
        首先，预先打算。安排物资进入前，根据建筑信息模型形成站点编号模型，和建筑工地规模的大小的建设预算组合材料存储多少和购买多少，实施加强管理，杜绝还没有用到或者不需要用的物资进入施工现场，同时避免多次重复处理的出现，使人工现场物资控制工作更加容易。
        其次，做好工程施工过程的管理工作。在物料输送及吊装过程中，如果出现有进展情况落后于预定计划，可以在建筑信息模型来检查进展状态，比较研究实际进度和预计进度的区别，探讨造成不同的原因，并更改物资订购、物资进入的估算，管理好物资的耗量。
        最后，工程完工后要进行经验总结。根据实际的工程施工进度，施工周期分为几个阶段，每一阶段结束后，应当对建筑材料的使用情况和剩余数量进行清查。
        5.6施工安全管理与应用
        现在的建筑，安全问题备受重视，然而影响建筑安全性和稳定性的最主要因素，就是施工期间的施工管理，不仅仅关乎企业的声誉，更是直接影响居住人员的生命安全，如何高质量地保证建筑安全性，实现科学合理化把握施工进程，在尽可能节约企业施工成本的前提下，提高工程质量，从而不断加强企业的影响力和竞争力是当今最值得关注的问题。在深基坑支护、开挖等地下工程的建设中，BIM技术可以建立模型功能，其模型的应用可以很大程度减少施工过程的风险。施工过程中不小心就会发生坠落事故，BIM技术模型的建立，能够通过分析研究模型，提前了解可能坠落的施工节点。根据BIM模型进行危险源的分析，BIM工程技术人员应该根据工程实际情况，建立多种相关构件模型，如防坠落围栏等，模型中应显示围栏的拆除安装时间和位置，这将极大地减少坠落的可能性。
        结束语
        综上所述，BIM技术整合了建筑产业链的全生命周期，能够为每一个施工过程提供全方位的信息支持，在施工可视化方面有着显著的优势，有效实现了各个施工阶段的工作效率，为各个施工阶段注入新鲜元素，有利于工程项目各个施工参与方之间的协同合作，实现信息资源的共享。
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