BIM在施工项目管理中的应用

总结BIM在深化设计、施工组织、碰撞检查这三大应用中的优势，准确地定位BIM的应用，使得BIM在工程建设中得到充分表达。

深化设计

深化设计是指在工程实施过程中对招标图纸或原施工图的补充与完善，使之成为可以现场实施的施工图。深化设计具有工作复杂，涉及专业众多，需满足各专业技术和规范，了解材料及设备的知识的特点。所以深化设计的工作极其繁琐，特别是在大型复杂的建筑工程项目设计中，设备管线由于系统繁多、布局复杂，常常出现管线之间或管线与结构构件之间发生碰撞的情况，给施工带来麻烦，影响建筑室内净高，造成返工或浪费，甚至存在安全隐患。

另外在建筑的相关行业中，由于缺乏跨行业的相关标准规范，设计到制造过程中的数据链条断裂，导致行业的协同困难效率低下，严重影响了行业的工业化进程。例如，幕墙行业与传统制造业相比，幕墙板块的定制化程度更高，不仅体现在各个项目的设计不同，甚至有时在一个项目中的幕墙面板也各不相同，需要灵活、快速的按需生产。同时随着新材料、新技术的出现以及人类对建筑外观的不断追求，使得幕墙的尺寸越来越大，形状也日益复杂，随之而来的便是现场安装的困难。如果交货顺序和安装过程管理不善，混淆幕墙板块的安装位置，就可能造成工期延误和资源的浪费。

为了避免上述情况的发生，传统的施工流程中通过深化设计时的二维管线综合设计来协调各专业的管线布置，但它只是将各专业的平面管线布置图进行简单的叠加，按照一定的原则确定各种系统管线的相对位置，进而确定各管线的原则性标高，再针对关键部位绘制局部的剖面图。由于传统的二维管线综合设计存在以上不足，采用BIM技术进行三维管线综合设计方式就成为针对大型复杂建筑管线布置问题的优选解决方案。

BIM技术在深化设计中的优势：

传统深化设计过程中系统参数复核计算是拿着二维平面图在算，平面图与实际安装好的系统几乎都有较大的差别，导致计算结果不准确。偏大则会造成建设费用和能源的浪费，偏小则会造成系统不能正常工作。对于大型复杂的工程项目，采用BIM技术进行深化设计有着明显的优势。BIM模型是对整个建筑的全尺寸、全信息的三维模型，建模的过程可发现大量隐藏在设计中的问题，同时也是一次全面的“三维校审”过程。所以与传统2D深化设计对比，BIM技术在深化设计中的优势主要体现在以下几个方面：

1、三维可视化、精确定位

采用三维可视化的BIM技术却可以使工程完工后的状貌在施工前就呈现出来，表达上直观清楚。模型均按真实尺度建模，而传统表达予以省略的部分（如管道保温层等）均得以展现，从而将一些看上去没问题，而实际上却存在的深层次问题暴露出来。传统的平面设计成果为一张张的平面图，并不直观，平面图纸与三维模型实时对应三维模型与实物对照。

2、碰撞检测、合理布局

传统的二维图纸往往不能全面反映个体、各专业个系统之间的碰撞可能，同时由于二维设计的离散型为不可预见性，也将使设计人员疏漏掉一些管线碰撞的问题。而利用BIM技术可以在管线综合平衡设计时，利用其碰撞检测的功能，将碰撞点尽早的反馈给设计人员，与业主、顾问进行及时的协调沟通，在深化设计阶段尽量减少现场的管线碰撞和返工现象。这不仅能及时排除项目施工环节中可以遇到的碰撞冲突，显著减少由此产生的变更申请单，更大大提高了施工现场的生产效率，降低了由于施工协调造成的成本增长和工期延误。

3、设备参数复核计算 

在机电系统安装过程中，由于管线综合平衡设计，以及精装修调整会将部分管线的行进路线进行调整，由此增加或减少了部分管线的长度和弯头数量，这就会对原有的系统参数产生影响。现在运用BIM技术后，当您绘制好机电系统的模型，接下来只需点击几下鼠标就可以让BIM软件自动完成复杂的计算工作。模型如有变化，计算结果也会关联更新，从而为设备参数的选型提供正确的依据。 

施工组织

借住BIM数据库中的数据具有可计量的特点，大量相关的工程信息可为工程提供数据后台，将成为施工管理巨大支撑。具体的讲，运用BIM技术，能使工程结构信息、成本数据、进度数据、合同信息、产品数据、报告信息等紧密地联系起来。施工各个步骤变得具体、清晰，施工步骤间的关系变得直观、明了。进而人力、资金、材料、机械和施工方法这五要素能够被安排得科学、合理，使工程活动得以实现有组织、有计划、有秩序的施工，使得工程项目质量好、进度快、成本低。具体的，BIM施工组织中的运用体现在以下几个方面：

一、现场布置优化

随着建筑业的发展，对项目的组织协调要求越来越高。这体现在施工现场作业面大，各个分区施工存在高低差；现场复杂多变，容易造成现场平面布置不断变化；项目周边环境的复杂往往会带来场地狭小、基坑深度大、周边建筑物距离近、绿色施工和安全文明施工要求高等问题。BIM技术为平面布置工作提供一个很好的平台，在创建好工程场地模型与建筑模型后，通过创建相应的设备、资源模型进行现场布置模拟。同时还可以将工程周边及现场的实际环境以数据信息的方式挂接到模型中，建立三维的现场场地平面布置，并通过参照工程进度计划，可以形象直观地模拟各个阶段的现场情况，灵活地进行现场平面布置，实现现场平面布置合理、高效。

二、进度优化

建筑工程项目进度管理在项目管理的重要组成部分，而进度优化是进度控制的关键……BIM对工程的模型的建立达到构建级别，所以BIM技术可实现进度计划与工程构件的动态链接。这样可通过甘特图、施工模拟等多种形式直观表达进度计划和施工过程，形象直观、动态模拟施工阶段过程和重要环节施工工艺，将多种施工及工艺方案的可实施性进行比较，为最终方案优选决策提供支持。为工程项目的施工方、监理方与业主等不同参与方直观了解工程项目情况提供便捷的工具。

基于BIM技术对施工进度可实现精确计划、跟踪和控制，动态地分配各种施工资源和场地，实时跟踪工程项目的实际进度，并通过计划进度与实际进度进行比较，及时分析偏差对工期的影响程度以及产生的原因，采取有效措施，实现对项目进度的控制，保证项目能按时竣工。

三、工作面管理

在施工现场，不同专业在同一区域、同一楼层交叉施工的情况是正常现象，对于一些大型工程和超高层建筑项目，由于分包单位众多、专业间频繁交叉施工，不同专业之间的协同、资源合理分配、工作过程的衔接显得尤为重要。

碰撞检测

根据美国建筑行业研究院2007颁布的美国国家BIM标准，建筑业的无效工作（浪费）高达57%。BIM就是解决建筑业资源浪费，建立建筑业低碳经济时代的有效方法。美国斯坦福大学在总结BIM技术价值时发现，使用BIM技术可以消除40%的预算外变更，通过及早发现和解决冲突可降低10%合同价格。碰撞检查则是利用BIM技术消除变更与返工的一项主要工作。 

工程中实体相交定义为碰撞，实体间的距离小于设定公差，影响施工或不能满足特定要求也定义为碰撞，为区别二者分别命名为硬碰撞和间隙碰撞。

硬碰撞：实体在空间上存在交集。这种碰撞类型在设计阶段极为常见，发生在结构梁、空调管道和给排水管道三者之间。

间隙碰撞：实体与实体在空间上并不存在交集，但两者之间的距离d比设定的公差T小时即被认定为碰撞。该类型碰撞检测主要出于安全、施工便利等方面的考虑，相同专业间有最小间距要求，不同专业之间也需设定的最小间距要求，同时还需检查管道设备是否遮挡墙上安装的插座、开关等。

碰撞检查流程主要工作分为以下五个阶段：

第一阶段：土建、安装各个专业模型提交；

第二阶段：模型审核并修改；模型审核并修改；

第三阶段：系统后台自动碰撞检查并输出结果，撰写并提供碰撞检查报告；

第四阶段：根据碰撞报告修改优化模型；

第五阶段：重复以上工作，直到无碰撞为止。

对于大型复杂的工程项目，采用BIM技术进行碰撞检查有着明显的优势及意义。在此过程中可发现大量隐藏在设计中的问题，这些都是在传统的单专业校审过程中很难被发现。所以与传统2D管线综合对比，三维管线综合设计的优势具体体现在： 

1、三维渲染的动画视频，给人以真实感和直接的视觉冲击。在投标阶段能给业主更为直观的宣传介绍，大大提升中标几率。 

2、BIM最直观的特点在于三维可视化，在将所有专业管线放在同一模型中时，可全面检测管线之间、管线与土建之间的所有碰撞问题，进而反馈给各专业工程师进行调整，既能优化工程设计，减少在建筑施工阶段可能存在的错误损失和返工整改的可能性，也能优化净空，优化管线排布方案。最后施工人员可以利用碰撞优化后的三维管线方案，进行施工交底，提高施工质量。 

3、三维的BIM模型可浏览、可漫游，管线关系一目了然。全方位的三维模型可在任意位置剖切大样及轴测大样图，观察并调整该处管线的标高，以多种角度进行直观展现。 

4、BIM模型对管线标高进行全面精确的定位，通过旋转视图直观反映楼层净高的分布状态，轻松发现影响净高的瓶颈位置，从而优化设计，优化管路走向。 

5、由于BIM模型已集成了各类管线的信息数据，因此可以准确快速计算工程量，并对设备管线进行精确的列表统计，从而提升施工预算的精度与效率，大大降低由于人工统计工程量而出现的潜在错误。

由此可见，BIM技术进行三维的管线综合设计的优势是非常巨大的，有了BIM这样一个信息交流平台，可以使业主、管理公司、施工单位、施工班组等众多单位在同一个平台上实现数据共享，使沟通更为便捷、协作更为紧密、管理更为有效。

本文分别从城市规划、工程造价、施工管理、设备运维等四大方面的BIM应用分析，解读BIM在城市建设中的作用与影响。

一、城市规划

BIM在城市规划的三维平台中，可以完全实现目前三维仿真系统无法实现的多维应用。特别是城市规划方案的性能分析，可以解决传统城市规划编制和管理方法无法量化的问题，诸如舒适度、空气流动性、噪声云图等指标。BIM的性能分析通过与传统规划方案的设计、评审结合起来，将会对城市规划多指标量化、编制科学化和城市规划可持续发展产生积极的影响。

城市规划微环境模拟是建立在城市规划是三维信息模型的基础上，通过微环境模拟平台，对城市规划控制性详细规划和修建性详细规划进行微环境指标模拟评估，并以此评估结果来对控制性规划用地指标进行修正和对修建性详细规划的建筑空间布局进行调控，辅助城市规划管理和城市规划设计。

（一）日照采光分析

建筑物日照间距是城市规划管理部门审核建设工程的重要指标，也是规划设计的主要参考标准。它直接关系到城镇居民的生活环境质量，也是控制建筑密度的有效途径之一。

利用BIM相应建模和分析软件，可以对模拟区域建立3D模型，然后通过输入模拟区域的气象数据等信息资料，对该模拟区域内建筑的日照进行模拟和分析，从而为规划设计提供参考依据。

（二）建筑微环境的空气流动分析

通过BIM技术与CFD技术的结合运用，可以方便、快捷地对建筑内、外环境的气流流场进行仿真模拟，可以形象直观地对建筑内外环境的气流流动形成的流体环境做出分析和评价，并及时地调整方案。这样，有利于规划师、建筑师在方案设计时全面、直观地对环境影响的因素进行把握。同时，利用不同技术的综合运用来使规划设计更加科学、合理。

（三）城市规划可视度分析

通过BIM技术，可以对取样内地标建筑进行可视度分析模拟，从分析结果可以清晰地看到城市道路上对该地标建筑的可视度分布。软件会统计不同可视程度类型的面积，而道路上网格的颜色区域变化则显示了能看到的景观建筑的区域变化。

（四）城市建筑群热工分析

主要是分析规划建筑空间形成后，在自然状态下得到太阳热量的自然分布，通过这种热量分布计算，可以很清楚地看到建筑群内部热量集中的地方。得到该结果后，在深化规划方案设计过程中，可通过各种措施调整，如增加绿地、水系或者引入自然通风廊道等方法减少高温区域。

二、工程造价管理

BIM在工程造价管理信息化方面具有不可比拟的优势，对于提升工程造价管理信息化水平、改进工程造价管理流程、提高工程造价管理效率，都具有积极意义。

（一）提高工程量计算的准确性

BIM的自动化算量方法比传统的计算方法更加准确。工程量计算是编制工程预算的基础，但计算过程非常繁琐和枯燥，容易因人为原因造成计算错误，影响后续计算的准确性。此外，由于各地定额计算规则不同，也是阻碍手工计算准确性的重要因素。每计算一个构件要考虑哪些相关部分要扣减，需要具有极大的耐心和细心。

BIM的自动化算量功能可使工程量计算工作摆脱人为因素的影响，得到更加客观的数据。无论是规则或者不规则构件，均可利用所建立的三维模型进行实体扣减计算。

（二）合理安排资源计划

工程建设周期长，涉及人员多，管理复杂，没有充分合理的计划，容易导致工期延误，甚至发生工程质量和安全事故。

利用BIM模型提供的基础数据可以合理安排资金计划、人工计划、材料计划和机械计划。在BIM模型所获得的工程量上赋予时间信息，可以知道任意时间段的工作量，进而可以知道任意时间段的工程造价，据此来制定资金使用计划。此外，还可根据任意时间段的工程量，分析出所需要的人、材、机数量，合理安排工作。

（三）控制工程设计变更

对于工程设计变更，传统的方法是靠手工先在图纸上确认位置，然后计算工程设计变更引起的量的增减。同时，还要调整与之相关联的构件。这样的过程不仅缓慢，耗费时间长，而且难以保证可靠性。加之工程设计变更的内容没有位置信息和历史数据，查询也非常麻烦。

利用BIM模型，可以将工程设计变更内容关联到模型中，只需将模型稍加调整，就会自动反映出相关的工程量变化。甚至可以将工程设计变更引起的造价变化直接反馈给设计人员，使其能清楚地了解工程设计方案的变化对工程造价的影响。

（四）对工程项目多算对比进行有效支持

利用BIM模型数据库的特性，可以赋予模型内的构件各种参数信息。例如，试件信息、材质信息、施工班组信息、位置信息、工序信息等。利用这些信息，可以将模型中的构件进行任意的组合和汇总，从而可以快速地进行统计，对未施工项目进行多算对比提供有效支撑。

（五）历史数据积累和共享

以往工程的造价指标、含量指标等数据，对今后类似工程的投资估算和审核具有非常重要的价值，工程造价咨询单位视这些数据为企业核心竞争力。利用BIM模型可以对相关指标进行详细、准确的分析和抽取，并且形成电子资料，方便存储和共享。

三、施工进度管理

好的施工进度计划可以使工程项目各参建方达到“协调一致”。因此，不管是业主方还是施工方，做好施工进度计划的编制与管理工作非常重要。

BIM从3D模型发展到4D建造模拟功能，使工程项目相关人员都能够更加轻松地预见到施工进度。由此方式产生的相关任务可以自动地关联到BIM软件上，调整施工进度图后，进度安排也会自动变化，并在4D施工模拟时体现。BIM可以在工程建设前期形成可视化的进度信息、可视化的施工组织方案以及可视化的施工过程模拟，在建设过程中可对工程变更结果及风险事件结果进行模拟。

在工程施工中，利用4D模型可以使全体参建人员很快理解进度计划的重要节点；同时，进度计划通过实体模型的对应表示，有利于发展施工过程中的问题，及时采取措施，进行纠偏调整；遇到设计变更、施工图更改时，也可以快速地联动修改进度计划。

需要指出的是，4D模型所承担的分析推理工作离不开使用者的介入，这就要求使用者具有一定程度的操作经验和足够的专业知识。

4D模型在施工过程中可以应用到进度管理和施工现场管理等多个方面，主要表现为进度管理的可视化、监控、记录、进度状态报告和计划的调整预测等功能，以及事故现场管理策划可视化、辅助施工总平面管理、辅助环境保护、辅助防火保安等功能。同时，还可应用到物资采购管理方面，表现为辅助编制物资采购计划、物质现场管理及物资仓库可视化管理等功能。通过4D模型的应用，可以在整个工程建设过程中实现工程信息的高度共享，提高信息的利用价值，提高施工技术水平。

四、设施运行维护

维护保养是一种针对设施全寿命期的操作，确保建筑设施在全寿命期内性能良好。维护保养做得不好，会导致设备寿命缩短，直接后果就是增加成本。BIM技术对设施管理企业提高运作和维护水平、设法利用设施提供舒适安全的工作场所、改善员工的工作强度和提高生产率等方面发挥积极作用。

设备设施出现故障而进行的恢复性能的维护活动需要的是快速查找故障根源，此时，可用到BIM的分析和可视化功能。比如，抢修时的快速定位和信息查询；还有，一台设备经常出故障，其原因可能是与附近的另外一台设备有关，这在三维空间视图上，很容易看到这种关联性。

预测性维护与BIM的结合是一个富有挑战性的课题。在我国已经有一些桥梁和大型工程项目中使用了结构检测技术，其目的是为了对部件进行连续或定期的检测和诊断，从而对故障做出预测。

所有这些模拟都可以在工程设计的早起、设计进行过程中以及运营期间进行，其输入的参数和输出的结果可能不同，但都有其利用价值。整合到CAFM，就能够进行建筑绩效分析，尤其是将运行维护成本和一系列性能指标引入。无论是能源消耗，还是维修费用、人员开支，都录入到一个集成的BIM系统中，通过分配计算，能够得到很多关于建筑设施的绩效指标，用于衡量运营管理工作成果。这种衡量，是在运营过程中控制成本的基本工作。

随着BIM技术（建筑信息模型）的快速发展，越来越多的设计单位、施工单位和业主认识到了BIM在提高生产效率、节约成本和缩短工期方面发挥着重要作用。从目前国内的BIM应用来看，主要的研究方向还是建筑单体和管线综合的内容，在场地设计方向BIM的研究和应用还是相对较少。本文就目前正在进行的一个项目，对BIM在场地设计方面的探索和应用做一些简单的介绍。

一、项目简介

本项目规划在福建某山区建立一所学校，学校总占地1500亩，总投资30亿元，规划建筑面积约56万平米，项目总共分四期完成。其中一期规划建筑面积约11万平米，目前一期单体已封顶，室外总体的施工已经开始。二期已完成部分单体和道路的施工图设计。

二、BIM应用的探索

在山地项目中，由于其生态的敏感性和形态的多样性，这就要求我们在建设的时候尽量少破坏山体，减少破坏植被，少变动水文状况，力求保护地貌。因此我们在设计之初就要多方面考虑，特别是竖向方案将是重中之重。

本项目在前期方案阶段及室外总体施工图设计阶段主要采用Autodesk公司Civil3D进行场地的分析、建模及后期施工图的设计工作。以下就从几个方面进行简单的介绍。

1.前期地形分析及方案的优化

 在项目前期设计阶段，特别是复杂地形的项目中，前期对原始场地的研究和分析是方案的第一步，也是做好方案必须要掌握和了解的信息。目前地形分析的软件有很多种，每个软件都有自己优点和缺点。本项目中选择Civil3D是因为它不仅可以在前期对场地高程、坡度、坡向进行快速、准确的分析（图1），更重要的是随着方案的深入，以前建立的各种模型和分析可以随着方案一起深化，一直到后期施工图阶段，完成施工图的出图工作。

图1：原始场地高程、坡度、坡向的分析

2.山地道路的应用

山地项目，在方案阶段一般情况下是道路先行设计。一条合理的道路方案将会给工程建设的进度和节省投资带来显著的效益。因此在方案阶段，道路的方案尤为重要。一条道路方案的优劣不仅仅有形的美，而且要有量的少。这就要求在方案阶段调整过程中要能快速的观察实际完成后的样子，而且要估算出工程量。Civil3D可以很好的解决道路方面的这些问题，调整的道路不仅仅可以所见即所得的看到道路和原始地形的结合（如图2），而且可以很快速的统计出道路的工程量。即使调整了道路的走向和高程，这些信息都是联动的，可以跟着同步进行调整。这就给方案的调整带来很便利的条件。在调整道路的过程中不仅仅可以带来效率的提升，而且在道路与场地的结合方面也是可以得到所想即所见的效果（如图3）。

图2道路和原始场地的结合

图3：场地建筑基坑和道路的关系

如何把方案可以快速的转化为可以施工的施工图，这个问题解决的好，设计人员的效率就会有很大的提高。Civil3D在道路设计方面就可以把方案阶段内容经过简单的整理过程，就可以转换为施工图。这个就可以很好的提高我们的工作效率。如图4，本项目采用Civil3D完成的道路施工图。

图4：某学校一期道路施工图

3.室外总体的应用

以前做室外总体确定标高的时候大多数是靠想象的，现在我们结合Civil3D的建模功能，可以把想象的东西具体的展示出来（图5、图6），这就给我们方案的合理性提供了很直接的信息。而且我们所建立的这些曲面信息模型，可以在土方计算、场地平整方面直接的调用，即精准又可以反映实际情况，后期经过整理又可以迅速的完成施工图的出图工作。

图5：单体标高和原始地形、设计道路之间的关系

图6：单体完成后标高和场地的关系

三、BIM在项目中的展望

目前本项目所做的工作都是BIM在方案及室外总体阶段的探索及应用，下一步将把单体的建筑、结构、管线等BIM模型整合到场地的模型中，从而实现正真意思上的从场地到单体的信息模型一体化。