BIM技术在建筑工程施工阶段中应用研究.docx
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BIM技术在建筑工程施工阶段中应用研究
《BIM技术在建筑施工阶段过程中的应用研究-以某学校文化中心项目为例》
作者：
孙文延
摘要
我国高难度建筑建设项目以AutoCAD为主体的,工程图纸为核心的设计，粗放式的管理模式发出了挑战，建设相关部门需要寻求新的技术手段和新的方法，来迎接新时代建筑信息化的发展。
BIM技术的引入解决了这个问题并为我国建筑行业发展指明了新的发展方向。
BIM技术能够充分反应建筑工程的各项信息，通过仿真的三维模型为设计者提供高精准的建设信息，对施工质量，现场管理，施工安全性具有重要作用。
因此，本文针对BIM技术在建筑施工中的应用做出分析。
关键词：
BIM技术深化设计施工管理
第一章绪论..........................4
第二章BIM技术......................5
2.1BIM概念......................5
2.2BIM的主要特征...................5
2.2.1参数化......................5
2.2.2可视化......................6
2.2.3建设项目信息的交互性.............6
2.3BIM技术应用现状.....................7
2.3.1设计机构.....................7
2.3.2施工单位.....................8
第三章BIM技术在建筑工程的现状及优势............9
3.1目前建筑工程施工现状................9
3.1.1设计与施工信息传递...............9
3.1.2施工进度计划.................9
3.1.3施工现场管理.................10
3.2BIM技术在建设施工中的优势.............10
3．2.1施工现场布置优化..............10
3.2.2建设项目的深化设计..............11
3.2.3施工中各专业的协同合作...........12
3.2.4建筑可视性的模拟..............12
第四章BIM技术在施工和运营阶段的应用...........14
4.1BIM在施工中应用分析...............14
4.1.1工程施工阶段BIM应用分析...........14
4.1.2工程施工阶段使用BIM的益处..........14
4.2BIM在工程造价管理中的应用分析...........15
4.3图纸及文档的管理.................16
4.4BIM在建筑施工中其他应用..............16
4.4.1施工图纸的提取...............16
4.4.2工程量统计.................17
结论...........................18
参考文献.........................19
第一章绪论
BIM（BuildingInformationModeling）即建筑信息模型，是近几年来建筑行业提出的新理念，也是信息化技术手段的一大变革。
党的十九届五中全会审议通过了中共中央关于制定国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标建议，建议明确提出要推动互联网，大数据，人工智能，等多个产业的深度融合，培育新技术，新产品，新业态，新模式，同时提出要加快数字化发展，实现数字产业化和产业数字化，推动数字经济和实体经济的深度融合，五中全会为国民经济的发展规划了宏伟蓝图，也为建筑业的改革发展指明了方向，建筑业是国民经济的支柱产业，也是典型的传统产业和基础产业，近年来我国建筑业持续发展，建造能力不断增强，产业规模不断扩大，2019年全国建筑业总产值达到24.8万亿元，同比增长5.6%，建筑业增加值达到7.09万亿元，占GDP得7.16%，建筑业的发展为我国经济持续发展做出了重要贡献。
目前建筑业的发展主要依靠资源要素投入和大规模投资拉动发展，建筑工业化，信息化程度很低，生产方式粗放，劳动效率低下，资源能源消耗较大，环境污染问题严重，科技创新能力不足等突出问题。
在特殊背景下粗放型经济难以为继，迫切需要加快科技创新，推动我们产业数字化发展，推动建筑业转型升级，发展智能建筑。
BIM技术的引入为我国建筑业发展提供了新的方向。
第二章BIM技术
2.1BIM概念
BIM技术及建筑信息模型，使建筑图纸从二维到三维的改变，具有划时代的意义。
在建筑工程项目中主要利用规划，设计阶段的数据为基础，在BIM相关软件上进行系统性的参数构建，形成直观的三维建筑模型。
这种三维模型实质是充分利用数字信息，在三维模型的帮助下，对设计人员的设计工作和施工人员对施工现场的管理工作进行指导。
最终为建设工程项目形成具有较高价值的施工文件。
BIM技术在建筑工程项目中的应用，使得工程项目由人员管理，粗放式管理向信息化，统一化方向发展，提升建筑行业的效率和工程质量，从而满足建筑工程项目的科学性。
2.2BIM的主要特征
2．2.1参数化
BIM是给建筑物生命周期中的各种信息做出特殊的定义，并将建筑信息建立类别与类别之间的逻辑关系，再根据这些信息类别建立参数化的模型并对模型进行具体描述。
因此参数化是BIM与CAD不可比拟的特征，参数化的模型具有更加完整的信息。
应用参数化不仅仅是对图形的绘制，其是由对象与对象信息之间的联系可以在计算机上进行仿真模拟，这就是传统图纸与CAD所达不到的。
例如，在基于BIM技术的REVIT软件中，绘制拟建构件可以对其尺寸，材质，等构件信息进行相对应的调整，并且在构件信息调整时，模型中的构件也会随之相应的做出调整。
随着BIM技术的不断发展，绘制模型方式的完善，模型的信息参数也不仅仅几何参数，对于模型的材料，外观，性能也可以在模型中进行表达，与其一同发展的辅助软件也大大提高了参数化的精确度和效率，更加满足建筑行业的发展，和设计人员，施工人员，后期维护人员的需求。
2.2.2可视化
BIM技术中的可视化运用是广泛的，与经过渲染处理后的效果图有着本质区别，而且具有效果图没有的含义，其能够实现构件之间反馈性，互动性和生成报表，为项目设计，现场施工，后期维护的讨论作为参考。
利用BIM技术来构建的三维模型，能使设计人员，施工人员更容易观察模型的复杂结构，把没有艺术处理的模型拿出来展示，在模型达到一定的精度要求时，会将建筑物，构筑物的缺陷完全暴露出来，这一点是BIM技术可视性的主要作用之一。
利用三维模型提前发现设计与施工时潜在的问题，比如各专业协同时管线与结构之间的碰撞，甲方对建筑物的需求与设计人员的构思不同时，以及设计人员的设计不当等问题。
用三维模型来展示施工工艺效果更加明显，技术交底时更加方便，使得施工工艺更加规范，施工管理更加高效，技术交底更加明了便捷。
在BIM技术前提下，建筑模型的可视化仅仅是用来对成果的展示，在项目中各阶段，不同专业，不同参与方在项目建设时进行沟通，决策时提供一个信息交互的平台。
2.2.3建设项目信息的交互性
BIM是一个包含建筑项目信息的三维模型，但是不仅仅只是一个模型，更侧重的是形成一个建设项目信息交互协调的平台，建设项目的参与方可以通过这一平台与其他参与方进行信息交互。
施工单位：
施工现场不同的管理部门，不同专业之间，情况复杂多变，分包单位多，专业之间的问题交涉工作多，各要素之间协同难度高。
基于BIM技术对模型进行深化设计，与时间要素形成4D模型，对建设项目进行全过程模拟，大大降低了项目建设难度，缩短时间。
建设单位：
在项目建设前期能够使项目的方案设计阶段提高效率，并且能够使项目建设资产管理更好的把握，以及对项目成果做出更为合理的评价。
BIM技术可以提高项目建设时的协调，BIM模型集资金，时间，资源等信息，为建设各部门做出提前准备工作。
2.3BIM技术应用现状
2.3.1设计机构
BIM技术是由二维的AtouCAD演化而来，所以BIM技术首先接触到的是建筑行业，目前比较成熟的BIM软件有Graphisoft公司的ArchiCAD，Bentley公司的TriFoma以及Autodesk公司的Revit，这些软件的操作系统相似，都是将建筑物的构件通过数字参数化设计，并将其作为设计元素，通过元素之间的空间关系、功能联系来对建筑信息模型进行反映，BIM软件为设计师提供发挥想象力的平台。
BIM技术在建筑设计过程中的应用，都是利用BIM软件以及BIM辅助软件，来创建三维的建筑信息模型，使建筑生命周期内的所有信息融入模型中，从而展现给设计人员，减轻设计人员在建筑设计阶段重复的大量工作，BIM技术并不只是通过艺术处理的渲染图片，完整的建筑施工图，三维模型更好的反应建筑信息，其所包含的信息才是BIM技术的最大亮点。
2.3.2施工单位
目前我国建筑行业面临有两大难题，一方面是：
项目施工慢效率低，每年平均需要返工率达到30%以上。
另一方面是：
施工单位利润低，关于材料，人力的浪费，降低了利润，所以施工方迫切需求一种新的方法来节约施工成本，实现利益最大化。
以前图纸在设计单位会进行审核，施工单位拿到图纸也会再次进行重复的审核，浪费了人力，物力，引入BIM技术后施工单位可以在设计单位模型上进行修改，从而使模型适用于施工阶段的需求，优化施工进程，提高施工效率，减少不必要的人力，物力浪费，从而达到提高利润的目的。
机电专业的管线碰撞问题尤为突出，并且因为此问题所产生的代价更为麻烦，不但影响施工工期还会对投资方产生影响，所以引入BIM技术可以在二维图纸基础上进行交底和模拟，最后对模型进行优化和碰撞检测，从而达到更优的效果。
第三章BIM技术在建筑工程的现状及优势
3.1目前建筑工程施工现状
3.1.1设计与施工信息传递
目前建筑行业大部分采用以前的是二维CAD图纸，二维图纸需要对其进行打印，施工图的平，立，剖面图，种类复杂多样，所导致图纸数量多切复杂，再加上人为因素会使其变得更加麻烦，设计人员通过对二维图纸的绘制，再加上各种标注使图纸看着不是太一目了然，通过二维图纸来表达三维的空间关系，在BIM面前显得有些鸡肋，二维图纸得可视性差，所表达的信息还是有很多偏差，其中人为因素更多，所产生的错误也是在所难免的。
二维图纸从设计人员手中到施工人员手中的过程，其中各方人员对图纸理解的偏差，再加上二维图纸信息量受人为因素影响更大，图纸信息传递的偏差，若不能及时发现，还可能对项目施工带来严重的问题，甚至可能影响施工工期，阻碍施工正常进行。
3.1.2施工进度计划
甲方作为投资方，他们对施工进度非常在意，直接影响甲方的资金回笼，所以施工进度在项目建设中会处于一个非常重要的地位，建设周期长其中可变因素多，再加上设计人员与施工人员对图纸理解的偏差等因素，都会对建设工期产生影响。
运用BIM技术可以提前对建筑模型进行分析，规避一些特殊问题，有利于施工进度的加快;通过运用BIM的辅助软件“NAVISWORKS”对模型构件进行定义，实现进度模拟，为施工进度的管理做出指导信息，BIM技术对施工进度可以实现精确计划和进度跟踪，动态的对施工进行管理，从而实现三维加上时间的新的运维方式，形成4D的管理方式，为管理项目的有关部门做好基础的工作。
另外，通过这种时间和空间的方法帮助施工人员更精准的把握现场的动态变化，确保任务分配合理，进度调整合理，在保证项目施工质量与安全的前提下，可以加快施工进度，从而形成良好的循环状态。
3.1.3施工现场管理
目前我国项目建设的实际存在施工目的不明确，对建设任务没有对其进行精确地分工，项目部不能够系统的对项目建设做出明确指导的情况，从而导致施工现场混乱复杂;其次是项目部没有一个完善的施工计划，导致施工现场材料进场与建设进度脱节等问题，使得施工过程存在浪费资源，人力，物力等情况。
运用BIM技术所生成的智能平台，生产管理者，项目经理等建设方把建设信息及时上传平台，并且BIM平台对问题做出统计，各建设方可以通过打开移动端，对问题做到心中有数，相关部门对管理问题及时做出处理，优化对施工现场的管理，从而提高对现场的把控。
3.2BIM技术在建设施工中的优势
3．2.1施工现场布置优化
随着近几年建筑业的发展，行业对建设标准也不断提高，对项目的组织协调要求也不断提高，建设项目往往还会伴随绿色施工，文明安全施工等问题的高度要求，并且加上现场施工面积大，各功能分区也会有不同的要求现场再加上人为因素影响较大，遇到突发情况几率大，且变化频率高，更为建设项目增加了难度。
BIM技术的出现为这一问题做出了很大的改善，首先，对建设用地进行合理划分，并且通过BIM技术模拟出现场的情况，具有非常高的灵活性，使划分出的区域更能满足施工现场的要求，更直观的为管理部门做出便利;其次是对建设项目的“材料”“人力”“物力”等资源进行整合，再通过BIM技术对其进行模拟，合理分配现场的资源，能够最大限度的做到资源的利用率，灵活的对现场整体的把控，实现现场布置的优化。
3.2.2建设项目的深化设计
BIM技术所形成的不只是简单的三维模型，如果进度够高，信息够全，其所包含的是一个项目整体的信息，从而形成一个项目完整的数据库，这种数据库包含的项目信息是CAD可望不可即的地步，即使是专业人员进行统计在BIM面前也会有些吃力。
BIM所形成的数据库包含建筑物构件的基本信息，还会对其数据库进行统计，以及构件位置等一系列信息。
最能反应的方面就是机电的深化，对于一些特殊建筑，空间布局复杂，机电系统复杂，对设备方面的要求高，通过BIM技术的优化可以很大程度上解决设备管线与管线之间，管线与结构构件之间的碰撞问题，做到提前发现，提前解决，避免造成二次施工，增加项目成本。
基于BIM模型中建筑，结构，机电模型的整合，再利用NAVISWORKS等辅助软件对模型进行碰撞检测生成碰撞报告，根据碰撞报告给出的结果对设备管线进行调整，对管线和结构进行综合布置，从而达到在施工前发现问题的效果，提高工程质量。
3.2.3施工中各专业的协同合作
建设施工项目涉及多个专业，专业与专业之间的协同成为建设的关键性问题，多专业协同的重要性是毋庸置疑的。
再多专业中机电方面的问题更为特殊，目前，暖通，给排水，消防，强弱电受多方面的影响较大，如果不进行专业协调，必将出现很多问题，为项目建设带来不必要的麻烦。
通过多专业的协调，各专业最终做出的模型通过在REVIT中进行整合，从根本上改变了过去通过图纸与文字表达设计意图的工作方法，在进行对模型的碰撞检测，并且对模型进行修改以达到规范要求，避免了因为协同的问题所造成的工期延续等问题，使项目建设得到优化。
3.2.4建筑可视性的模拟
BIM技术最大的特点，其一是能够把三维模型和时间相结合，呈现出一个虚拟的施工计划，能够减轻项目部对项目管理的难度，对建设施工有很大的指导意义;其二是能够通过三维呈现出建筑物的位置状态，项目施工时虚拟的三维模型为现场施工解决问题起着关键作用，能够更好的呈现施工工艺，尤其是一些异性构件，预埋构件等隐秘性高的构件起着很高的作用。
三维的可视化模型再加上时间维度形成一种新的施工模式，在时间维度里，发现在施工进度中可能出现的问题，对其问题做到提前发现提前改正，从而优化施工方案，提高对项目的把控。
在有三维模型前提下，施工人员可以对模型构件进行查看，对建筑物构建的位置做到心中有数，BIM技术的可视性能够更加直观的表达设计师的思想，避免了因为人为因素所造成的错误。
在项目招标中BIM技术占有很大的招标优势，它能够使各参与方提前对项目进行了解，并且对施工方的提前做出精准评估。
第四章BIM技术在施工和运营阶段的应用
4.1BIM在施工中应用分析
4.1.1工程施工阶段BIM应用分析
在工程施工阶段利用BIM技术可以优化施工方案。
BIM技术可以通过BIM的辅助软件增加时间轴，通过4D为项目施工进度做出最优的方案，通过模型增加对年月日，季度等时间段定义，并且根据实际情况对方案进行调整，从而选取最优的施工方案。
另外，在现场施工中所遇到重点难点问题可以进行模拟演练，从而达到传达建筑理念的效果，选择最优的方案和施工顺序，使得整体施工的方案更完善。
在施工阶段还可以利用BIM技术对三维模型进行艺术性渲染形成效果图，效果图的作用对施工中技术性问题作用很小，但是对建筑的外表有指导作用，效果图的质量还会对吸引客户起作用。
如果做效果动画其实难度很大，而且很难满足客户的要求，如果进行广告宣传，效果不令人满意，那么宣传工作就无作用了;如果利用BIM技术，建筑模型则包含建设项目的多种真实信息，用这种模型作为制作效果图的素材，更能够反映项目的真实性，效果更吸引人。
4.1.2工程施工阶段使用BIM的益处
BIM技术最大的益处就是碰撞检测，CAD制图的原理是各专业绘制各专业的图纸，最后经项目部进行对图纸的整合并进行审查，在这个过程中出问题的几率是非常大的，而且设计人员与建设人员对图纸理解也会产生偏差，甚至会浪费很多人力，精力。
在建设项目过程中最怕的就是遇见构件碰撞的问题，有些会进行部分重修，有些就需要大面积改动，不仅影响工期还会造成经济损失。
在BIM技术情况下，可以做碰撞检测报告，提前发现管线碰撞问题，并对问题做出解决，从而减少建设重修的成本。
其次的益处就是实现零库存，BIM技术通过绘制三维模型，对模型进行明细表统计，关于建筑方面可以得出混凝土用量，门窗的数量，尺寸;关于结构方面可以得出钢筋的使用情况，直径大小，钢筋级别，混凝土用量;关于机电方面可以统计设备的类型，数量，还会得出管线的口径，材料的使用量。
通过对材料的统计，再加上对材料进行分批次管理进场，优化施工现场，从而最大的保护业主的经济效益。
4.2BIM在工程造价管理中的应用分析
BIM技术在工程造价管理中可以做到随时查找项目信息，但是前提就需要把准确的项目信息输入到BIM软件中，虽然先进，但是需要有一个完整的数据库作为支撑，既能够存储建设项目生命周期的所有内容，还能够做到随时查看访问，确保工程信息的实时性和准确性。
随着BIM技术的成熟，三维模型在具有建筑信息的前提下，三维模型还具有数据的动态变化，即使修改一处数据其他方面也会做出变化。
BIM技术改变了传统的工程造价静态模式，使其能够随着信息变化数据也会跟着变化的能力。
BIM技术主要是为了让工程造价进入过程管控时代，其一是改变传统型的工程造价管理;其二是能够保证工程造价的准确性，利用BIM技术进行风险管控，实现工程造价精细化管理，从而使工程造价管理早日进入过程管控时代。
4.3图纸及文档的管理
在项目建设中，基于BIM技术的图纸及文档管理的基础，通过BIM对建筑，结构，机电的模型进行整合，并把不同专业的图纸，二次深化设计，变更，合同等文档信息与模型进行关联，能够做到项目信息的实时性，并且能够做到对模型，资料的随时查询，通过计算机可以节省大量的人力和精力。
通过互联网和移动端，项目参与人员可以同步项目信息，并通过权限控制，确保文档资料的准确，安全，便捷，同时还能通过移动端对三维模型进行查看，各参与方进行沟通时加强了沟通的便捷。
4.4BIM在建筑施工中其他应用
4.4.1施工图纸的提取
在实际项目中，设计师想表达设计理念，再加上建筑标准，就会形成大量图纸，再加上部分建设项目复杂程度高，无形中就会增加试图难度，所以图纸在建设项目中会处于关键位置。
在施工每一个环节所对应的相应构件，每一个构件的复杂程度，再加上多专业的协调程度，想要用二维图纸表达设计意图是很难的，其产生的附加工作量就会很大，更能保证项目建设的准确性和真实性。
BIM技术在这一方面就具有很大作用，不仅仅是通过三维模型来表达设计意图，BIM的相关软件还给出了提取图纸的功能，利用标高来定义图纸，所形成精准的图纸，还可以通过“剖面”功能，可以对模型做剖面处理，从而形成剖面图，在对剖面图做详图设计来表达构件的内容。
其次就是通过立面符号，来形成建筑物的立面图，图纸形成的过程都是由计算机来完成的，所以人为因素影响小，能够确保图纸的精准性。
4.5.2工程量统计
BIM技术不仅改变了施工方式，还改变了工程统计的方式，由于现场施工复杂，工程量大，设备种类繁多，无形中提升了项目统计的难度，传统方式是以人工计算为主，EXCEL为辅的方式，造价人员需要对大量的二维图纸进行统计，需要浪费大量的人力。
BIM技术在建模过程中建模人员把精力集中到自己所需要的方面，对构件进行设置，为构件定义尺寸大小，类型，材料。
因此BIM技术就能够提高材料，工程量的精准性。
BIM技术是以REVIT软件为核心其他辅助软件的操作过程，REVIT自带的有工程量统计的功能，对于统计建筑物体积，材料使用量等，需要在建模时对模型进行设置，从而对工程量进行统计，最终形成单独的明细表。
利用BIM技术可以直接导出建设项目的基本信息，最大的作用就是帮助造价人员统计一些技术低，耗时多，消耗精力多的简单统计，这种技术并不与造价人员的工作起冲突，只不过是辅助的作用，从而提高工作效率。
结论
在当下BIM技术随着建筑行业不断发展和完善，本文提出了BIM技术在现实是如何解决建设项目过程遇到的问题，并探讨了BIM技术对参与建设单位的工作方式的影响和施工各阶段的具体应用。
首先介绍了关于BIM的特点，概念，介绍关于BIM的软件。
其次是探讨BIM技术在建筑行业的现状，还有利用BIM技术对建设项目的益处。
总体而言BIM技术是以各种软件为基础，才能发挥它的作用:
首先根据CAD图纸，用REVIT进行对建筑，结构，机电，各专业模型的绘制，再导入到NAVISWORKS或者FUZOR进行模型的碰撞检测和施工进度动画，最后是制作效果图阶段，利用Lumion或者是3DMAX和VERY制作效果图。
通过一系列的工作来表达设计人员的设计意图，为施工人员进行施工指导，从而把那些繁多，简单的工作交给计算机，达到提高工作效率的效果。
参考文献
[1]刘晓光.BIM技术在建筑施工中的应用研究[J].消费电子,2014
（2）:
165-166.
[2]魏飞龙.BIM技术在建筑施工中的应用研究[J].城市建设理论研究,2014（12）.
[3]吴卫华,张云庚,郭兆儒,等.BIM技术在建筑施工中的应用研究[J].四川水泥,2015（10）.
[4]庞彬.BIM技术在建筑施工中的应用研究[J].城市建筑,2015（11）:
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[5]朱晓东.基于BIM的建筑工程施工安全管理研究[J].科技风,2015（8）:
195-195.
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