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浅谈BIM技术在房屋建筑工程施工中的应用前景王谈 15121159北京交通大学 土木建筑工程学院 地质资源与地质工程专业摘 要：本文从某建筑施工企业现状出发，就BIM技术目前在房屋建筑施工企业的具体应用进行了总结，提出了BIM技术具有的一些优势和现阶段存在的问题。并就BIM技术在房屋建筑施工中未来的应用前景和方向提出了两点想法：开发基于企业的定制级BIM方案；开发基于预算和成本控制的施工企业BIM管理平台。关 键 词：BIM 房屋建筑施工 具体应用1 引言BIM(Building Information Modeling)即建筑信息模型，自2004年国内引入这一概念以来，已成为目前工程建设行业信息化领域的主要议题。其形式直观、工作高效、易操作、实现协同作业、能够贯穿工程建设运营全周期等优势随着BIM实现手段的逐渐完善而开始受到工程建设相关单位的青睐1。目前，各大建设单位、设计院、施工单位已在积极尝试将BIM技术运用于工程实践中。部分大型工程，例如新建沈阳南站项目、新建兰州西站项目运用BIM手段进行建筑、结构设计，复杂结构体施工模拟，综合管线碰撞等工作取得了非常满意的效果。然而，在BIM技术的推广中，其暴露出的一些短板，例如外接口导出问题，复杂的结构（如钢筋工程）设计表达困难，族库不丰富，与国内设计，施工规范吻合度较差，不同软件交互性能差等问题，为BIM技术的进一步运用带来了阻力。本文就现有BIM技术在房屋建筑施工方面的具体应用进行简单阐述，并就目前运用中存在的问题做归纳和分析，最后对其应用前景做出个人预判。2 BIM技术在房屋建筑施工中的具体应用BIM技术从理论上来讲应是运用于建筑全生命周期的。从项目的可行性研究开始，经过方案设计、成本预算、进入建筑、结构设计阶段，并在施工阶段指导施工的开展，最终进入运营维护阶段，为运营维护提供足够的信息支持。本文就其中的施工阶段，以房屋建筑施工为例进行分析讨论。将全施工阶段按照时间顺序分为五个阶段，即施工前准备阶段（包含施工组织设计，方案编制，计划安排人员、机械、材料准备，技术、质量、安全交底）；基础、结构及砌筑工程施工阶段（包含土方开挖，维护结构施工，地基基础施工，地下室及地面结构施工，钢结构施工，砌筑工程施工等）；室内管线安装工程；室内、外装饰装修及幕墙工程施工阶段；扫尾、竣工阶段2.1 施工前准备阶段施工前准备阶段的主要任务是进行施工组织设计，编著施工方案，确定人员数量、机械台班、材料需求，进行交底工作，完成施工图预算以及招投标工作等。1）进行施工图预算工作：BIM技术目前在这一阶段的运用大多集中在进行施工图预算时的工程量计算方面。传统的方法需要预算人员及技术人员通过阅读图纸，参考定额规定和计算规则对工程量进行计算。尤其是钢筋工程方面，由于涉及到的计算规则较为复杂，钢筋翻样工作往往需要由工作经验丰富的老工程师进行，且计算量大，计算结果的精确性和合理性与工程师个人经验有很大关系，具有一定的主观性。而利用BIM手段，例如目前施工单位多使用国内的广联达BIM软件进行绘图，在绘制三维模型的基础上，通过赋予具体的材料性能参数，能够对工程量进行精确的计算。广联达BIM 软件较Autodesk Revit软件的优势在于能够与国内最新设计规范相适应，套用规范规定进行计算，计算结果实用性好；且能够方便地进行钢筋绘制，通过内置程序计算进行钢筋翻样工作。如图1所示，为中铁建工集团沈阳出版集团项目使用广联达BIM软件进行的钢筋翻样工作。而Revit与国内规范的吻合程度较低，且使用Revit进行钢筋绘制需要很大的工程量，导致在某些方面具体实践时有实用性不强的缺点。 图1 某工程钢筋工程三维示意图2）进行交底工作：即利用BIM模型对复杂的工程施工过程和环节进行技术交底与安全交底工作。相比于传统的使用图纸和施工方案进行交底的方式，该方法能够更加直观地表达设计者的意图和工程师的操作步骤要求，便于具体施工人员理解和掌握。如图2所示，为“中铁建工集团沈阳铁路局调度所改扩建工程”的基坑支护方案示意图。图2-a为方案平面示意图，图2-b为方案的三维示意图，明显可见右图用于方案交底的直观性明显优于左图。2-a 2-b图2 某工程基坑支护方案平面图与三维示意图3）进行施工动态模拟：进行施工过程汇报的传统手段多通过文字或图纸结合PPT的方式进行，该方法存在的缺点在于对演讲者的专业水平和语言表达能力要求较高，不恰当的表达容易产生误解。利用BIM 手段，例如Navisworks或其他动画制作软件，通过对已有模型进行深化加工，制作出符合要求的展示动画，用以进行施工进度模拟、工法模拟等。2.2 基础、结构、砌筑施工阶段基础、结构施工阶段的重点是现场各施工要素（如已完成工程量、材料周转情况、工程检验检测进度等）的实时统计和施工现场的质量、安全检查工作。传统的技术手段面临的困难有如下几个方面：1）对于工程体量较大的工程信息沟通渠道闭塞。以中铁建工集团沈阳南站工程为例，工程总建筑面积，划分为东站房、中央站房和西站房三个部分，三个站房管理相对独立，在具体的施工过程中，材料的周转、已完成工程量等信息往往不能做到及时的更新和传递。导致办公室、经营部门、财务部门对现场实际施工情况的掌握不及时，造成许多已成型的计算结果和文件与现场实际不符的困扰，带来人力资源浪费和工作效率低下的问题。2）现场结构施工与建筑施工发生碰撞。由于建筑图纸和结构图纸设计的不合理，在施工中出现许多不合常理的问题。例如某工程在楼梯休息平台标高处设计有平开窗，图纸会审中未发现该问题，直到砌筑工程完工后进行门窗安装时才发现该问题，造成不必要的返工损失和人机料浪费。3）现场结构施工与建筑施工和机电、给排水工程发生碰撞。许多机电、给排水的穿墙孔洞应在结构施工的过程中做预留工作。然而由于图纸本身存在设计缺陷，许多套管在结构施工的过程中信息未能够在建筑和结构施工图中显示而导致遗漏。后续使用水钻打孔器进行打孔的工作由于切断了原有连续钢筋，且导致部分钢筋缺乏混凝土保护层。这一处理措施的弊端在于：破坏了局部原有的结构强度，导致孔洞局部承载力下降；缺乏保护层的钢筋在后期的使用过程中易出现“反锈”的问题。4）复杂工况缺乏合理的手段进行预判。以房建工程结构施工为例，在进行某些复杂节点，如梁柱收头段的钢筋工程时，常出现由于设计钢筋过密且施工顺序排布不合理导致部分筋无法满足规范要求的锚固长度。该阶段BIM技术的应用：BIM不同于Sketch up等其他三维模型的一个特点在于信息的集成。换句话说，BIM模型是包含有建筑物各项参数信息的模型。通过实时更新建筑物模型中的各项信息便于施工单位各部门及时、便捷地掌握工程的实时进展，信息快速、准确的交换是提升工作效率和准确性进而提高项目管理水平的有力措施。另一个方面，BIM手段能够通过各专业协同建模，将不同专业的图纸信息融合在一个模型中。这样能够更加便捷地确定设计中的不合理因素，例如通过在建筑模型中直观地反映出机电和水暖的管线排布，并使用碰撞检查更好地确定所有预留通道的数量和位置的精确，保证施工的准确性。在三维模拟方面，使用BIM手段对复杂节点的三维图进行分析，对复杂工况进行施工模拟，确定施工的关键环节和技术指标，保证工程施工的顺利进行。2.3 装修及室内管线安装阶段在内业方面，装修及室内管线安装阶段的重点工作是对各单项工程的工程量统计和材料用量清单的核算。由于装修阶段所涉及的工作内容较为繁杂，各单项工程的数目多，在实际的计算中往往需要花费大量的人力对图纸中的内容进行逐一的累加和统计，且计算结果精度往往较粗略。在室内管线安装方面，需要对开关、插座、桥架、接头、法兰等材料进行逐一统计，这项工作占据了该阶段大部分内业工作时间。在施工现场方面，常由于图纸设计问题导致各专业管线发生碰撞，或由于在设计时未能够对法兰或接头的尺寸进行合理评价导致施工时无法满足设计要求。BIM在这一阶段的主要运用是进行工程量清单的统计和碰撞检查。3 BIM技术在国内的运用现状和在房建施工领域的运用前景3.1 BIM技术在国内的运用现状就BIM目前的现状而言，在其发挥的作用方面存在很大的争议。一些开发商或供应商认为BIM已无所不能；一些用户尝试了几年却没有大的收获。二种观点都有失偏颇，不够客观。就目前而言，BIM技术推广的十多年年，在建造阶段各个专业（土建、钢筋工程、安装机电）有了诸多应用，但相对BIM技术的发展空间和潜力来讲，仍然是还是初级阶段，还将有更多更好的BIM应用被研发出来。第二，许多BIM应用已产生很大的价值。 就中铁建工集团的项目管理来说，现有的BIM应用可提升利润的空间是巨大的，部分项目利润提升达到10%左右。 虽然BIM技术还处在初级阶段，许多应用还是不成熟的。但企业应用BIM技术，并不需要完美了再用，因为将BIM软件引入企业，按照企业的经营运作模式进行融合直至形成自己的操作规程还需要一个很长的适应阶段。在中国建筑施工阶段，单一个单项应用建模算量，已产生很高的效果和价值。现如今，在从单项应用向信息交互、资料平台建设等方面扩展的阶段，BIM的应用价值不言而喻。最后，BIM技术对现代土木工程领域产生的影响是巨大的，革命性的。这意味BIM技术良好的运用能够成为市场有力的竞争。当前阶段，利用BIM技术提升精细化管理、提升管理竞争力，是施工企业是急迫的需求。3.2 BIM技术的运用前景开发基于企业的定制级BIM方案 BIM模型的建立应当是基于管理平台的，应当是与现行规范和定额相适应的，应当是针对不同企业，不同的管理模式因地制宜的。只有构建这样的办公平台和数据共享才能够实现与企业管理相适应的多部门的协同。实时更新的数据保证了信息的准确性。并可以在这一基础上实现“无纸化办公”，这样的平台使项目的工作效率更高，更利于提高母公司对各项目的管控能力，提升企业竞争力。目前一些本土化的BIM公司已经搭建有这样的管理平台，例如中建二局使用的鲁班BIM，可以实现将Revit设计的BIM模型通过API数据接口直接导入鲁班软件系统。通过构建的基于云存储的BIM系统平台，有效实现多部门间的协同，使用户端可以访问云端数据库，实现协同办公和数据共享，项目参与单位可以根据授权查看BIM模型中更新的信息。BIM未来的发展应当是基于不同企业定制化的。应根据企业的需求，在BIM平台中导入企业自有的指标库、定额库、构件库，实现相关指标、数据在企业内部成员共享。通过搭建企业“大后台”，了解项目上的真实数据与情况，提升项目管控能力，并利用集团公司资源优势直接为项目提供支持与服务。这一目标是目前各施工企业推行精细化管理所迫切需求的，也是基于BIM的系统平台在未来一个很好的发展方向。另一方面，针对目前许多BIM软件与国内相关定额、清单等规则适应性较差的现状，应在开发时注重符合中国的施工企业管理现状与项目管理特色，形成操作方便，自动集成，一模多算的功能。在符合国内工程设计规范、造价管理规范和工程量计算规则的前提下，根据当地计算规则生成工程量。 3.3 BIM技术的运用前景基于预算和成本控制的施工企业BIM开发利润是企业生存和发展的物质基础，产生利润的两个主要环节是预算和施工。前者是基于收入控制，而后者是基于成本控制。只有当这两方面的控制都达到较高水平时，企业才能够获得利润的高值。预算，是根据施工合同、施工图纸、图纸会审纪要及相关的国家规范、地方规范等与业主书面确认技术核定单、签证单、工程联系单、变更单等的相关规则和文件内容，编制工程项目预算书的过程，该过程贯穿了整个项目管理全周期，是针对上游业主方支付等重要的依据手段。当前，我国的工程承包合同模式主要有：固定总价合同与固定单价合同，这两种合同模式的共同特点是在合同签订后施工过程中综合单价不予以调整（通常合同模式规定在竣工结束后如主材价格超过5%予以调差）。因此，过程款无论是按照工程阶段（如：地下一次结构出0.000）；或是按照月进度支付，都关系到过程预算中工程量的确定。BIM技术由于具有随时、随地、随意拆分工程量的特点，正满足了这一需求。另外，我国工程项目合同中包含的经济分析方式通常有清单和定额两种模式，清单又分为国标清单和港式清单，在前两种基础上演变的企业清单标准。定额分为地方定额和在地方定额基础上演变的企业定额标准。无论哪种方式都有其自身具备的计算规则、规范、项目划分等规定。这也为基于预算要求的BIM开发提供了定制化的市场。而企业通过这种灵活、快速的计算方式在各种标准中切换的条件，能够极大的提高预算数据获取分析的效率。例如，在招投标阶段，建筑施工企业可以根据招标图纸和招标文件及业主方确定的分部分项清单列项明细、计算规则和相关规范建立一个基于预算要求的BIM模型以核对业主招标文件中提供的工程量等数据，做好投标报价策略分析。在中标签订合同后，项目部可以根据确定的施工图和图纸会审纪要对预算BIM进行细化调整，以达到与图纸和业主方确认的相关规范一致的模型数据。在施工全过程中，根据业主方、监理方签字确认变更单、签证单、技术核定单、工程联系单等对BIM模型进行进一步的维护，并利用预算 BIM数据的内容及时准确的调用分析，以满足月报，产值预计，过程结算的需要。通过对模型的动态维护，至工程项目竣工结算时，与业主方进行竣工工程量的数据核对。BIM模型的利用能够在项目全过程中保证了针对业主方数据的及时、准确和有利性，避免漏项和滞后。成本控制，即施工过程管理。是在预算BIM的基础上根据现场施工方案，实际技术、企业自身规范、特殊工艺手法等在施工全过程中创建、维护、共享的BIM模型数据。从合同签订进场准备到竣工结束，使施工BIM贯穿整个项目管理全过程，成为针对自身成本核算管理、分包班组结算、材料供应商结算的重要依据手段。目前我国施工企业无论是国营、民营，直营、挂靠都采用劳务班组的方式进行现场的实际施工操作，企业人员不参与实际的生产活动中，而是作为管理人员进行监督指导。因此，如果没有相关的操作规范条件下，劳务班组所用的施工工艺、施工技术大同小异。也就是说，在具体操作的流程中，是具有一定的普遍性和通用性的。换言之，BIM技术运用在施工操作的过程中并没有很强的针对性。而不同的是，BIM技术却能够根据自身参数属性的优势，运用在项目施工生产的管理工作中，即更偏重于现场实际操作所产生的数据，成为施工指导的利器。即结合预算BIM，并在此基础上进行优化和细化。以混凝土工程为例，大部分地区的楼梯混凝土量在施工预算阶段是按照投影面积处理。而实际施工中混凝土计划用量就必须使用体积量进行计算。所以说，施工BIM的许多方面应是根据预算阶段的BIM模型，根据现场的实际情况进行调整维护的。通常情况下预算BIM只考虑业主确认的或由于业主原因造成的变更。施工BIM在侧重于全面考虑现场情况，