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BIM技术在工程建设中的应用

学术期刊发表网 位置:理工论文 时间:2022-06-23 08:59 (12)

摘要:[摘要]BIM作为一种全新的理念和技术,在工程建设中得到了广泛应用,主要应用于工程规划设计、施工和运维中,但在应用和推广中也存在一些难点,本文通过对BIM技术应用于工程建设全生命周

  [摘要]BIM作为一种全新的理念和技术,在工程建设中得到了广泛应用,主要应用于工程规划设计、施工和运维中,但在应用和推广中也存在一些难点,本文通过对BIM技术应用于工程建设全生命周期进行分析,并分析BIM技术应用于工程建设中的难点,提出促进BIM技术发展的建议,为推动BIM技术更广泛深入的应用于我国工程建设提供参考。

  [关键词]BIM技术;工程建设;难点;建议

BIM技术在工程建设中的应用

  随着我国社会经济的快速发展,各类工程建设取得了巨大的成就,但同时也存在着许多问题,如对工作质量缺乏严格的控制,安全事故频发,严重威胁到施工技术的运用,甚至威胁人的生命安全[1]。由于工程建设中各参与方较多,需要考虑的因素多,而项目建设各阶段是相对独立的,很容易造成信息不对称,难以协同管理。而BIM技术的应用将有效提高工程建设的信息化管理水平,实现工程项目更精细化的管理,为项目目标的实现和项目建设的增值服务提供技术支持。

  1BIM的内涵及其发展现状

  BIM(BuildingInformationModeling)是数字技术在工程建设中的直接表达,集成了工程项目各种信息的工程数据模型,在工程建设的不同阶段,不同的参与方从BIM技术模型中提取、更新和修改信息,以支持和反映各自职责的协同工作[2]。目前,BIM技术在一些发达国家得到了推广,许多西方国家对BIM技术进行了专门的研究,KhalesiH,BalaliA,ValipourA将分步体重评估比率分析方法和BIM技术相结合,以识别和减少建筑项目返工造成的时间延迟[3]。随着我国改革开放的实施,各类工程项目的建设得到了快速发展,但BIM技术应用于工程建设中较晚,从2001年中华人民共和国建设部(现更名为中华人民共和国住房和城乡建设部)制定了《建设事业信息化“十五”计划》,提出建筑业的总体目标为“完善建设领域信息化标准体系”,为我国BIM技术的应用奠定了政策基础[4]。至今,BIM技术被越来越广泛和深入地应用于我国工程建设的各领域,但是,经工程实践证明和调研表明,如同任何一种新兴技术一样,BIM技术作为一个新生的技术,其应用和推广过程,是一个曲折的过程,需要各方的共同努力,克服阻碍,推进BIM技术的更广泛和深入的应用。

  2BIM技术的应用特征

  2.1可视化特征

  相较于传统的二维图形,BIM三维模型则更为直观,可以从任何角度查看,便于各参与方人员的学习和参考。BIM模型还能够同各构件之间形成互动性和反馈性,直接反映建筑构件之间的层次关系,避免了传统建筑设计中复杂的图形规则。

  2.2智能化特征

  BIM技术智能化特征主要体现在可以利用BIM数据库中的建筑信息自动模拟工程项目的整体状态,对工程项目建设过程中规划设计、施工和运维方案进行测试和比较,从而发现方案中的不足,并进行优化。还可以通过模拟,对工程的各项设计细节展开碰撞检查,找出设计错误、遗漏等问题,并对各专业参数进行分析与整合,减少项目实施过程中的重复浪费。

  2.3协同工作特征

  目前,我国的工程建设在建设过程中各相关单位相对独立,缺乏有效的沟通,不同的单位会出现各种各样的问题,很难进行协调,容易影响后续工作,造成工期延误。而BIM技术具有协调性特点,在工作中可以及时发现问题并反馈,并将其传递给相关单位解决,从而提高工作效率,保障工程质量。

  3BIM技术应用于工程建设各阶段的应用分析

  BIM技术可以应用于工程项目建设的全生命周期(如图1),包括前期的规划设计,实施过程中的施工以及后期的运行维护,均可以发挥出更加形象化、智能化和协同工作的特点。

  3.1BIM技术在工程建设规划设计阶段的应用

  BIM技术应用到工程规划设计管理中,可以开展主要内容为:三维模型的建立、设计校核、碰撞检验等。通过三维模型的建立,可以更直观可视化地呈现项目的概况,还可以作为对设计成果提供设计检验,及时发现设计缺陷,并通过可视化的呈现表达出问题所在并提出解决建议,从而减少设计缺陷,BIM技术还可以通过对项目的成本进行优化,节省项目投资,从而为业主的前期立项以及项目建设过程中的管理提供更科学的决策。张雷[5]通过对重庆高科希尔顿项目应用BIM技术进行设计管理的研究发现,经过设计校核发现土建类设计错误有90处,设计遗漏48处,通过模拟碰撞,发现建筑结构多处节点碰撞,因此应用BIM技术可以提前暴露设计中可能出现的设计问题。还通过对该项目成本进行优化,可以节省土建成本约210万元。通过对该项目综合分析,能缩短工期5%~10%,成本投入节省10%~15%,减少返工50%~60%,业主人员配置减少并提升40%管理效率。

  3.2BIM技术在工程建设施工阶段的应用

  施工阶段应用BIM技术,主要应用功能包括:质量、进度、成本、安全和组织协调控制。3.2.1质量控制。施工阶段质量控制的主要影响因素是人、材料、机械和施工环境,其中人的因素起主导作用,因此保证人、材、机的合格和制定环境因素的控制措施是质量控制的主要目标。通过BIM模型数据库,建立一个BIM数据集成平台,各参建方可以通过该平台迅速便捷地查到相关人员资质、建筑材料材质、施工设备型号、尺寸和施工环境等信息,实现对现场的实时监控,以及对施工质量的动态追踪和分析,保证施工质量。3.2.2进度控制。施工进度控制主要在对项目进度进行整体规划、实时管控和调整。施工过程中具有较强的复杂性和不确定性,对于工程量和工作强度无法精确把握,要做到合理的进度预测和管控难度较大。利用BIM信息模型,借助管理工具对项目进行全过程进度控制,充分考虑施工过程中的不确定性因素,分析预测工期与实际工期的关系,对实际进度情况进行实时管控和调整。3.2.3成本控制。当前我国建筑施工成本控制存在着管理难度大、组织混乱等诸多问题,要实现成本控制的目标,需要由传统的粗放式管理模式逐步地向精细化管理模式迈进。BIM模型可以实现全项目周期的数据管理,快速精确地统计各工程量,得出分析报告,实现成本有效控制,还可以通过三维模型进行碰撞模拟检查,排查施工过程中各施工方时序是否合理,避免由此带来的额外成本。3.2.4安全控制。在施工工地现场,各施工方常常因为施工作业时间的不确定性,容易造成现场秩序混乱和各种材料堆积,影响施工效率和安全。利用BIM技术建立的虚拟模型提前规划实际的施工现场,在BIM平台上对施工设备与材料进场时间进行科学规划,充分考虑现场安全死角,并适当配备安全设施,使施工现场作业有序进行,提高施工效率和安全[6]。3.2.5组织协调控制一个项目的建设需要各参建方共同参与和深入有效的沟通协作,传统施工模式下难以做到这一点,常常会因为缺少沟通协调,造成现场秩序混乱。通过BIM数据库建立的数据集成平台,各参与方均可从该平台中获取需要的信息,使得各方的沟通更加便捷高效,还可以对各自所需工程量、人员、材料以及机械设备需求进行合理安排,对施工组织协调工作的展开带来很大帮助。郭子琪[6]通过对云南省昆明市三十四中学宿舍楼进行实例分析,该项目没有采用BIM技术进行施工,最终该项目超支了3.50%。通过对该项目使用BIM技术进行效益分析,则可以减少返工,为项目成本节约约60万元,缩减工期约20天,提升计算速度误差精度控制在2%以内,提高沟通效率。

  3.3BIM技术在工程建设运行维护阶段的应用

  从工程项目传统的运行维护成本考虑,整个工程项目全寿命周期中,设计及建造成本占约20%,而运行维护成本占到约17%,其中主要成本为人力成本,且容易出现资料存档丢失与查找困难,因此,对于工程项目运行维护阶段增效降本有着重要意义。BIM-FM利用BIM轻量化技术和可视化模型,结合物联网技术,将建构筑物内的无线传感器和摄像头赋能物联网,可以实现数据或信息的实时共享,管理人员可以随时了解整个项目的运行情况,发现问题可以及时做出处理。将人力成本降低,效率提高,实现项目安全高效运维。

  4现阶段BIM技术应用于工程建设中的难点和建议

  4.1缺乏较完善的BIM应用标准

  目前国内BIM技术应用于工程建设起步较晚,缺乏较完善的BIM应用标准,导致BIM应用推广不够成熟[8]。例如,国家游泳中心(水立方)在建造过程中,采用BIM技术在施工过程中能有效利用项目信息,缩短建设工期,但也存在工作标准不统一,沟通受到障碍等问题。完善BIM技术应用标准,政府、企业和相关从业人员应积极参与BIM标准制定,完善建筑业行业体制、机制,同时在实施过程中鼓励和引导相关企业和从业人员执行该标准。

  4.2软件技术不完善

  现阶段,BIM技术推进缓慢很重要的一个因素是产品的功能不够精确,技术不够完善。主要体现在:各软件的计算规则和统计方式不同,比如对于同一个工程由不同软件建立模型后算出来的量和价是不同的。对于软件技术不完善的问题,主要的解决办法是解决软件技术层面的问题,逐步提高软件的精确性和适应性,将软件开发得更完善。主要可以从两个方面入手:①从源头上解决软件精度和适应性问题,可以从国家政策入手,国家可以给予BIM软件开发者创新产品奖励政策的支持,激励BIM软件的开发与完善。②从使用者上,国家给予项目优惠,解决BIM软件投入造价高的情况[9]。

  4.3缺乏专业的技术人才

  尽管BIM技术在工程建设应用中有着较大的优势,但市场上有着熟练掌握BIM技术并应用于工程建设中的技术人员相对匮乏,使得BIM技术难以在工程建设中得到充分发挥。一个工程项目要想获得较好的BIM使用效果,首先应加强对BIM团队负责人的选择和培养,BIM团队的负责人能帮助和支持各项目实施、应用BIM技术,为项目提供BIM应用解决方案,同时还应加强对各高校土木相关人才的培养模式的接轨:①融入BIM技术的专业人才培养方案,调整人才培养目标,形成“核心能力+BIM”的培养目标;②实施1+X证书制度,体现对学生的社会用人评价;③教学内容的转变,采取新增课程或者采取强化某些相关课程内容的方式融入BIM内容的教学[10]。

  5结语

  BIM技术是当前工程建设过程中最为重要的信息化技术,可以提高生产效率、减低资源浪费。当前我国建筑业的黄金期和高峰期已过去,将面临着经济结构调整带来的建筑市场持续下行的压力,在此背景下只有加强对工程建设的信息化管理,实现工程建设管理精细化,对业主来说可以节省投资,对设计单位来说可以提高竞争力,对施工单位来说可以提高利润,但目前对于BIM技术的推广应用还比较缓慢,需要政府、企业以及个人三方的共同努力,有阶段性地、有针对性地应对所面临的问题,奠定我国工程建设BIM技术引进和应用的基础。

  作者:袁东东 孟海燕 邓 斌

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