吴明亚，卜俊铭，许娜，田静雅 （合肥工业大学 土木与水利工程学院，安徽 合肥 230009）
城市化进程的逐步加快，带动了建筑业及相关产业的发展，相应的建筑数量也在不断增加。因此，人们对现代建筑设施的性能要求也越来越高。优势多样，建筑工程中重要综合管线的整合也越来越复杂。传统的综合管线在设计和施工过程中，大多处于管理混乱的状态。各部门之间的管线埋设数据相互隔离，综合管线的实际可用空间越来越小。在维修改造过程中，为了保证施工方案的科学性，通常需要单独进行检测工作，对检测设备要求较高[1-2]。
BIM 技术可以将工程数据转变成可视化模型，方便管理人员掌握工程情况，实现成本全过程控制，提高建筑企业在成本控制方面的能力。此外，建立BIM 模型，可以在施工安装前进行方案预览，准确规划，准确放置各专业，及时发现和解决各专业的冲突问题，最大程度地实现施工安装零碰撞[3]，减少施工过程中存在的问题。因此，将BIM 技术合理应用于建筑中的不同协作单位，可以对整个施工周期进行信息化和科学化的操作，实现施工的动态模拟操作，将工程的质量安全和成本控制达到最佳优化值。
建筑信息模型（简称BIM）技术是利用计算机技术，通过BIM 相关软件如Revit 来建立三维模型，利用参数、数值化等概念，实现实时提取项目人员管理、明细、成本等数据信息，并运用数据库建立三维模型。应用BIM 技术，创建和使用建筑信息模型，并利用其可视化、协调性、信息完备性与模拟性的特点，使建筑业从传统的二维模式进入三维模式。
1.1 可视化
在项目施工阶段，运用BIM 技术建立模型并对施工过程进行模拟、多方案筛选并实行优化。传统CAD 只能呈现二维的效果，无法清晰地将细节表达出来，需要施工人员根据经验自行判断，极易产生主观上的误差。而BIM 能够以三维的形式全方位展现出复杂的构造节点和结构，弥补了传统模式的不足[4]。简而言之，也就是BIM 通过模拟施工过程，达到了施工组织可视化的目标。
图1 传统CAD中复杂的结构体现
图2 BIM中复杂节点的立体体现
1.2 协调性
在施工阶段，建设单位、业主、项目单位等各方的有效协作对项目的整个施工过程起着至关重要的作用，因此协调工作非常重要。BIM 可以通过初步建模解决建筑施工前期各专业的碰撞问题，减少在施工过程中因设计阶段发现的结构与构件之间的冲突而导致的设计变更。在项目设计阶段，各相关专业的设计人员信息交流不及时极有可能造成严重后果，甚至影响工程进度。例如，一张图纸是由不同专业的设计师单独设计并组合而成的，如果水暖专家在实际工程中放置管道，可能会出现管道的位置与结构设计中梁的位置相冲突的情况，应用BIM 可以避免这些常见的问题。换言之，BIM 可以在施工前阶段用来解决不同专业之间沟通不充分而造成的矛盾问题。
1.3 信息完备性
BIM 技术可以应用于工程项目的各个方面，包括三维几何信息的描述、拓扑关系的描述和完整工程信息的描述[5]。能够为后期的建模提供信息建模、出图以及后续的施工、运行和维护，可以在工程项目建模的同时输入相关的模型信息，包括信息名称、类型、材料、性能等。
图3 给排水管道的属性体现
1.4 模拟性
应用BIM 技术，对建筑模型的相关构建属性、材料性能等信息。在进行模拟时，可直接将模型导入到分析模拟软件中进行性能分析，极大地提高了工作效率。
2.1 BIM碰撞检测的概念及应用原理
BIM 碰撞检测就是在三维建模中直观地展示出建筑结构的相关参数，通过碰撞仿真实验来提前把握和调整施工计划。
传统行业的做法大多是先绘制出二维平面图纸，再将各专业图纸进行汇总。施工人员多依靠经验和主观想象来实施建设，与实际设计图纸会产生一定误差，从而引发碰撞。而BIM 碰撞检测技术实现了各构件的可视化，能提前使施工人员发现可能存在的硬碰撞、软碰撞问题，从而做出应对措施来实行优化。
科学应对洪涝干旱灾害。重新修订了《自治区防汛抗旱应急预案》，对全自治区42座水库蓄水安全进行了专项检查。拨付防汛经费1.41亿元，取得黄河防凌和抗击春季东部地区融雪性洪灾、夏汛期嫩江流域、额尔古纳河水系洪涝灾害的全面胜利，最大程度地保护了受灾群众生命财产安全。申请中央特大抗旱补助费3 000万元，自治区财政下达特大抗旱补助费2 000万元，兴建抗旱水源工程900多处，有效增强了旱灾抵御能力，最大程度地避免和减轻了灾害造成的损失。
2.2 BIM技术在机电综合管线安全控制中的应用
2.2.1在综合管线设计中的应用
传统模式下的建筑工程平面设计工作通常无法带来直观感受，难以帮助设计师对建筑物的空间立体形成较强把控，在细节上容易忽视某些内容，导致设计效果不够理想。而BIM 在管综设计中展现得更加直观，提升了设计工作效率。
图4 水、电、暖专业管线设计图
2.2.2在综合管线碰撞检查中的应用
上文提到，传统设计中，施工人员在缺乏直观感受的情况下会做出主观上的失误判断，容易忽视细节上的内容，人为失误在采用二维设计来审视是不可避免的，这不仅会造成建筑返工现象，引起巨大浪费，还影响了建筑的进度。
应用BIM 管线碰撞检查技术，施工人员就能在施工前进行模拟碰撞检查，运行并生成冲突报告，不但能够彻底避免碰撞的发生，减少在建筑施工管理阶段可能存在的错误损失以及返工的可能性，而且可以不断优化净空的使用情况，提高空间上的利用率，在考虑经济性的同时优化各专业管线的排布。
碰撞监测主要是在给排水、电气和暖通等专业之间实行检查，在网页版冲突报告生成后，使用构建ID 号查找可以直接定位碰撞位置,实现精确修正碰撞点，确保建筑结构的安全管理。
3.1 工程施工成本控制概念
图5 运行冲突报告
施工成本控制是引用系统工程原理，加强对影响工程造价的各种因素的管理，采取有效措施，对建筑工程中产生的各种耗费进行调控的过程。成本控制过程是一个动态过程，是一个复杂的体系，在控制过程中经常遇到许多超出预期问题。因此，要将建筑工程施工成本按照不同的类型进行拆分。
3.2 BIM技术在施工成本控制上的应用
3.2.1 施工阶段的应用
在施工阶段，工作量巨大，种类繁多，而CAD 的显示仅限于二维平面，所以在涉及复杂形状的结构时，一些细节在二维平面上无法直观地表达出来，设计师无法借此了解结构的细部结构，导致在施工过程中出现了很多问题，而有些问题是在工程完工后才发现的。应用BIM 技术可以有效避免此类问题，首先根据Revit软件提供的图纸创建模型，然后利用Navisworks 软件可以直观地了解施工阶段和设计方法，可以有效避免在传统模式下，施工人员理解时常出现错误，以及设计和建设单位信息交流不及时，导致设计变更，项目的成本和进度不能得到有效保证。面对工程项目的施工过程中的工作的进度、信息处理和资源安排等，二维的CAD 图纸难以系统地表达出所有。BIM 技术可以通过相应手段与相关的计算软件相结合，通过软件输入对工程项目数据信息进行控制和分析。项目所需的信息可以实时查看，可以更有效地控制施工细节、现场管理和成本控制。在成本控制的过程中，工程款的支付和工程的进度是直接相关的，业主根据工程量的大小，对目前的工程进度进行支付[6]。
3.2.2 施工变更中的应用
一般来说，建筑工程的规模大，涉及的范围比较宽泛，从而导致工程建设中不可控因素较多，产生工程变更。一旦产生工程变更，就会对工程质量以及整体造价造成巨大的影响，而且还会影响施工进度。因此，施工负责人必须重视管控可能遇到的不可控因素。
在项目建设过程中，由于建设单位临时设计变更、图纸错误、施工方合理建议等原因，都会造成施工变更。在传统二维处理方法中，难以对施工进程进行实时的查看与管控，而利用BIM 技术，在一定程度上能对施工现场进行有效管理与监控，具有实时性。同时，可以将施工项目更改进行及时反馈，利用BIM 技术构建的平台，实现不同专业与专业间的查看，不同构件与构件之间预设模拟，并将建成的模型导入Navisworks 建筑建模软件，不仅可以检测出错误、遗漏和缺陷等问题，还可以提示不符合相关规定的具体区域。最终，这些问题将以结果反馈的形式报告出来，这对设计师或建筑商来说非常方便，有效地提高了效率。简言之，在BIM 技术的作用下，防止管线出现碰撞，一次完成施工任务，减少返工次数，由此提高成本控制水平，防止出现成本超标的情况[7]。
3.2.3 施工结算中的应用
在中国，目前广泛使用的建设工程款支付方式大约有四种：按月支付、分项工程支付、单位工程支付、竣工结算支付。施工过程中记录的工程量清单是施工单位支付工程款的主要标准，在结算过程中，施工单位先提交给监理单位审核，再由施工单位支付。校核成功后按施工合同约定的金额支付相应工程款。然而，传统的CAD 图纸无法表现这些细节。应用BIM 技术，在三维动态模型的基础上，对人员、材料、技术应用、成本控制等方面实施科学管理，对各方在每个阶段所需的人、物、技术和成本控制进行管理，从而及时管理好人力、物力以及财政资源。
3.2.4 竣工阶段中的应用
一个工程项目的施工过程非常漫长，一旦项目定案，和项目成本相关的信息量就非常大，这个阶段是非常复杂的，因为CAD 图纸是二维的，通过应用BIM技术，可以在进入问题区域时不断地完善项目，在最后阶段形成完整的工程数据。在竣工移交的阶段，项目的结算效率可以得到明显的提高。在项目结束后，还可以通过软件获得具体的成本指标。获得的指标经过汇总，最终填充到企业的BIM 数据库中，使企业在今后的工作中可以作为参考。
BIM 技术是建筑业随着时代发展的信息化产物，合理利用信息化管理能有效监控施工过程中的信息数据的变化，并进行计算累计，减少工作量，提高工作效率，降低成本。
4.1 图纸的审查与更改
BIM 模型施工过程也是一个建筑施工的模拟过程，通过建模，可以完成对图纸的详细审核，在施工未进行时发现并与甲方沟通图纸问题。甲方及时设计，提前提出修改意见，避免后续施工过程中因图纸有误而耽误工期，导致成本增加。
同时，在项目管理中，各类专业模型都能利用BIM 技术，进行多专业整合，有效关联不同专业的设计图纸、变更、合同等方面的信息，能够实时查询任意时点的模型状态及其对应的图纸与各个施工环节的文档资料，以此保证工程文档在共享、流通的过程中具有一定的安全性和便捷性，降低工作成本。
4.2 结构设计的优化
BIM 模型中包含了结构构件的参数、所属专业等信息。由于给排水、消防等专业受现场、技术等因素的影响较大，若在施工期间不能很好地协调与配合，很容易出现许多无法预见的隐患问题，导致各专业在建筑的某些平面或立面位置形成交叉、重叠等情况，使施工作业无法严格按照施工图进行。通过不同专业之间的碰撞检查，可以提前发现各专业之间的施工冲突，通过BIM 可视化功能可以直观地识别出碰撞点是否可以自行调整，如果可以自行调整，可以在施工前做好调整和优化方案，如果不能定制则可以反馈到施工中，在施工前进行修改，避免浪费返工，节省施工成本[8]。
4.3 动态化管理
BIM 技术同时也提供了一个参建各方交流的平台，各方都能实时掌握数据变化，增强了从设计到运维整个过程的整体控制能力。可以通过各方的参与来评定项目的支出情况，使其使用效率得到较大的提升。
一般来说，项目的设计和施工阶段是一个多专业协同合作的过程，需要各部门信息共享、各部门信息联动。利用BIM 技术的构建建筑信息模型管理进度、成本以及安全，使其构成一个整体，在设计时及时模拟碰撞并导出碰撞冲突报告，可在一定程度上实现安全管控；
然后利用模型计算项目的不同施工阶段的人力、财力、物力的需求量，合理规划成本。在施工过程中，及时统计实际成本，了解项目的盈亏情况，追溯超支的原因，并采取针对性措施将成本控制在规定范围内，可实现动态分析成本控制。
目前，BIM 技术正在中国建筑行业中迅速推广。随着市场需求的增加，软件的不断开发和优化，以及应用理论的不断完善，BIM 技术将更全面、更有效地应用于未来项目的安全和成本管理，建筑业可以逐步实现全面信息化。
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