柳雨辰
浙江财经大学东方学院
一、BIM技术简介
BIM是将实体的建筑物转化为数字化的信息表达，是一种虚拟的建筑模型信息系统，该系统中包含着建筑工程的各阶段的详细信息。施工或者管理人员可以通过计算机从BIM系统上快速获得相关的建筑信息，通过相比于传统图纸更加直观的虚拟立体模型的分析，高效精准地进行判断和决策。
虚拟技术最大的优势就是可视化，BIM将复杂的抽象建筑图纸转化为可视化的模型结构，每一个结构所对应的各种详细信息能快速地直观地展现给技术人员，操作性更强，若遇到有需要变更的方案，可以通过联机进行信息资源的共享，快速传递变更信息给对应的有关部门，这种高效的联动节省了社会资源，使得决策错误率降低。因此，BIM对于建筑工程的安全管理起到重要的作用，该技术可以进行模拟阶段施工，在模拟软件中预先发现安全隐患，最大程度避免了真实施工时所无法预测的风险。
自 2002 年以来，国际建筑业便兴起了以围绕BIM 为核心的建筑信息化的研究，它基于 IFC（Industry Foundation Classes）标准，用于相互协作的共享数字式信息描述模型，是建筑生命周期各种信息的集成，其基本前提是为土木建筑建造过程中的不同参与者（如建筑师、结构师、建造师 等）提供相互协作的平台，方便对数据信息进行及时更新或修改等处理，加强设计协调性和施工可行性。
二、BIM虚拟施工技术
虚拟施工 （ Virtual Construction，简称 VC），是实际施工过程在计算机上的虚拟实现。意为将二维的图纸转化为三维的电脑模型。该技术衔接了建筑数据分析审查与实际部署施工操作，其特性是具有可预见性，通过3D动画描述了整个或者分布建筑工程项目的施工流程，最大可能地增强施工安全，避免材料的浪费，人力资源的浪费以及施工风险。利用虚拟施工技术可以进行分析与优化，分析施工方案 （包括可建性分析和冲突碰撞检查分析）、优化施工管理（包括工作内容和工作条件）。
在面对复杂多变的工程量变更的建筑施工环节，缺少计算机程序的辅助计算以及信息传播交流，使得施工效率降低。通过虚拟施工技术的动态管理技术，信息化传递了施工中的工程问题，充分连接了施工方、预制构件厂商和开发商，使其对出现的问题进行快速反应，进行商讨决策。其具体流程如下图。
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三、BIM虚拟施工技术在主体施工三阶段的应用
完整的建筑工程包括众多环节，在施工环节，主要由三个阶段组成，依次土方阶段、结构阶段和装饰阶段。施工过程中具有许多不确定因素，面对繁多冗杂的工程信息，技术人员需要快速，准确，高效地获得资源信息。在获取信息后，进行修正，通过BIM虚拟施工技术预览变更结果，避免二次错误。
（一）土方阶段
建筑主体是承载于基础之上的结构，所以开挖土方，构建基坑是工程施工的第一个重要步骤。此步骤附属其余的施工项目还包括了场地围挡，施工道路、生活区域等的建设。BIM软件基于可以通过已设计完成的CAD图纸，对其进行深化设计。依据构件布置区的图示例如基坑边缘线快速计算并形成基坑，然后可以根据实际的要求变更基坑放坡系数。开挖土方时通常需要分区域开挖以及运输，通过软件可以将土方分块，然后设立中心岛，以及在基坑外围建立合适的施工道路。所有的这些构件在完成平面二维的设计之后，都可以通过三维显示展现出来，并且通过虚拟施工程序内部对施工进度的控制，调整工期或者拖动横道图进行施工顺序修正，最后生成施工动画。
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土方阶段经常性出现的问题有：场地积水、边坡塌方、回填土密实度不达要求等。面对这些问题，BIM系统通过内部所存储的施工问题数据库，快速进行分析。例如场地积水问题，可能的原因就包括——场地平整未分层回填压实，图的密实度差、遇到水产生不均匀下沉；场地标高不一；场地排水坡度不当或者存在反向排水坡。技术人员找出问题所在并修改之后，使用BIM虚拟施工系统具有的天气效果插件，进行试验。
（二）结构阶段
首先，BIM系统可以整合整套建筑图纸，包括了建筑的基础结构布置、各层梁平法施工、各层结构施工等。使用二维图纸查询相关结构图纸较为繁琐，BIM所给予的优势就是快速查询定位功能，根据关键词搜索并且快速定位，附加相应的结构信息，操作更加便捷。
其次，建筑结构设计通常情况下并不是百分百完美的，并且绝大部分建筑工程项目的结构设计复杂，无法通过二维的图纸进行分析修正，尤其是建筑装修工程阶段主体结构内部的管线碰撞问题。
一般二维图说无法说明高程差异，所以不易发现电缆线架与空调风管或是总线与梁是否有空间冲突。碰撞检测功能是BIM虚拟施工技术在结构设计管理阶段的重要应用。BIM系统基于Revit操作平台，将二维CAD图纸导入Revit后可以进行翻模操作，管网的布置就可以三维清楚地展现出来。通过系统对结构数据的分析，由虚拟施工进行的模拟铺设中，找出管线设计中出现的管线碰撞问题，并进行汇总，技术人员使用软件进行管线避让修正，优化布置结构，提早进行设计修改减少施工阶段变更设计，以缩短施工时间。在上海中心大厦的整个项目中，运用 BIM 技术提前发现并解决的碰撞点数有 10 万多个， 累计节约成本大于 1 亿元。
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（三）装饰阶段
装饰阶段是建筑主体建造的最后一个阶段，包括建筑物外墙、门窗、屋面以及各种抹灰。这个阶段主要的工程监管难点就是保证工人施工的精确性和安全性，还有材料堆砌的合理性。装饰工程过程往往要求进度更快，所以使用BIM虚拟施工的预先施工分析判断起到了重要作用
在结构主体搭建完善之后，装饰工程的目的是为了让建筑物更加美观、精致、一体化，并且将各部分功能构件合理使用，例如外装饰的雨水管等。在面对这一阶段的施工操作的过程中，往往存在现场操作人员文化水平较低，试图能力不足的情况，利用BIM虚拟施工技术将三维动画结合图纸进行展示，便于操作者施工，减少施工失误。
装饰阶段所用到的材料种类多，所以在材料堆砌的时候需要进行合理的规划，包括堆场类型的合理布置，不同堆场之间的距离。后者直接影响到的是吊机的安全操作。近年来，塔吊碰撞是施工中存在的巨大安全问题，过去经常出现的塔吊碰撞事件除了操作人员的失误因素，更多的原因是出现在场地布置设计阶段塔吊布置不规范。用BIM虚拟施工系统可以对相应阶段的塔吊高度，塔吊臂长进行设置，然后生成动画演示，便于判断塔吊运行过程中是否会出现极端的碰撞问题。
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四、BIM虚拟施工技术在实际应用中的问题
（一）对BIM虚拟施工技术的认识有所欠缺
目前国内许多大型施工项目均已经使用上了BIM虚拟施工技术，但是大部分的中小型施工项目由于项目相关方对于信息化施工的作用不够敏感，从事的都是一般常规化的施工项目，从而缺少发展BIM系统的动力。此外，在 BIM 虚拟施工技术应用于工程管理时，一些管理者因为自身专业水平有限，无法及时找出其中存在的问题，导致BIM系统的功能没有得到有效的发挥，形同虚设。
（二）缺少对BIM虚拟施工系统的投资
BIM系统的建设需要投入企业相当一部分资金，并且需要对有关人员进行技术培训，又增加了额外的管理费用。但是事实情况是建设企业的产值效益不高，通常不能预留足够的资金进行信息化建设及其维护工作，这样也就无法根据工程项目的实际情况，对 BIM 虚拟施工技术之中的插件进行优化或是升级，以此对 BIM 虚拟施工技术的有效应用产生影响，促使效果不显著。
（三）缺乏专业技术人员
BIM虚拟施工技术的作用发挥需要技术人员的支撑。但目前的情况是缺少技能够熟练地使用虚拟施工操作系统，同时又具备良好的管理协调能力的人才，因此即使构建起BIM虚拟施工系统的建设企业也不能够在虚拟与实际的施工之间构建高效的运行渠道。对于施工项目中的动态信息不能进行及时的正确的反馈，可能导致质量问题或者安全风险的出现。
五、结论
如今，现代化建筑物的外观样式越来越独特，内部结构功能也越来越丰富，这些变化使得建筑工程施工管理的要求变得更加精细。BIM技术不断优化，虚拟施工的模型设立更加形象、直观、易懂，在土方阶段、结构阶段、装饰阶段都起到关键的作用。该技术加强各施工部门之间对施工信息分析、纠错的协同合作，使管理人员对工程项目的动态信息进行高效的把控。
在实际应用中存在的问题也展现了当前建筑行业总体对BIM虚拟技术的认可度还不够高，尤其是一些常规建设项目。但事实上，近年来工程质量问题以及安全事故在大型项目或者小型项目中频发，其中部分原因是传统工程管理的局限性以及BIM虚拟施工的实际操作缺陷。
BIM技术虽具有一定的技术门槛，但是在掌握传统工程管理的基础上，稍加学习便能掌握其基本技能。各建设单位应该强化对BIM系统的研发与建设，强化对技术人员的培养，国家也应该制定有关政策来推行BIM虚拟施工技术的运用，并且在高校中设立BIM基础课程，培养更多建设行业的信息化人才。