BIM技术在建筑工程全生命周期的应用现状研究

2016-09-07隋伟宁潘利梅沈阳建筑大学土木工程学院沈阳110168

中国房地产业 2016年13期

文/隋伟宁、潘利梅　沈阳建筑大学土木工程学院　沈阳　110168

文/隋伟宁、潘利梅沈阳建筑大学土木工程学院沈阳110168

迅速发展的建筑信息模型（BIM），已经渗入到建筑行业的各个领域，以BIM技术为主题的研究数不胜数。本文以中国知网（CNKI）为依托，随机考察了近6 年100篇有关BIM在建筑工程项目中应用的期刊文献，其中有36篇重点论述了建筑项目全生命周期各个阶段（设计阶段、施工阶段、运营维护阶段）的应用，将36篇文献按照各个阶段进行分类，并针对BIM技术在每个阶段的研究现状，得出了BIM在应用过程中主要存在的问题以及相应的解决方法，同时对尚存亟需解决的问题做出了进一步的归纳。本研究意在为BIM在建筑全生命周期中的应用提供理论依据与技术支撑。

BIM技术；建筑工程项目；全生命周期

1 引言

现阶段，BIM技术对建筑工程的影响越来越大，业主、设计单位、施工单位、供应商等多个利益相关方都开始思考如何应用BIM技术来满足行业的发展需求，这些需求主要集中在方案设计、施工管理及项目精细化管理上［］。建筑项目全生命周期包括设计阶段、施工阶段和运营维护阶段。国外已有BIM在建筑全生命周期各个阶段中的应用研究，国内BIM技术的引进和发展已有16年的历史，但相对于BIM技术巨大的应用前景来说，其研究与应用还处于初级阶段。

另外，国内BIM技术的应用集中在设计和施工阶段，运维阶段相对较少。目前，虽然针对不同阶段取得了一些研究成果，但是还有相当多的难题亟待解决，其中也包括BIM软件在本土化的过程中存在的一些问题。本文以中国知网（CNKI）为依托，随机考察了2011年-2016年100篇有关BIM在建筑工程项目中应用的期刊文献，共有42篇文献与BIM技术在建设项目全生命周期中的应用相关，其中36篇重点论述建筑项目全生命周期各个阶段的应用，其余64篇则是涉及建筑工程的其他方面。将36篇文献按照各个阶段进行分类，各个阶段文献数量如图1所示，可见现阶段关于BIM技术的应用研究成果主要集中在设计阶段和施工阶段。接着针对BIM技术在每个阶段的应用情况，得出了BIM在应用过程中主要存在的问题以及相应的解决方法，同时对尚存亟需解决的问题做出了进一步的归纳。本研究意在为BIM在建筑全生命

图1　各阶段文献数量

2 设计阶段

建筑工程设计包括建筑设计、结构设计、机电设备设计等，并分别由建筑师、结构工程师、设备工程师完成。施工现场进行设计图纸汇总时，不同专业之间的设计冲突问题频繁发生，从而导致成本超支、进度拖延及质量缺陷等［］。BIM系统具有强大的信息综合协同能力，在设计阶段应用BIM技术，可以有效地减少“设计问题，施工补救”现象的发生。

表1中设计阶段的18篇期刊文献，主要涉及BIM3D协同设计研究，BIM与国内设计软件链接，钢结构设计软件Tekla BIM应用等内容，具体分类如表1所示：

2.1BIM3D协同设计

协同设计（Computer Support Cooperative De-sign）是指在计算机网络支持的环境下，由多成员共同完成一项设计任务的协同工作系统［］。协同设计以BIM技术系统为支撑，有效地加强设计者之间的交流合作，是建筑设计业的发展趋势。王勇等通过分析BIM协同设计中的用户管理、模型管理、用户通讯等关键技术问题，构建起基于网络的工程协同设计环境［］。陈杰等将云计算技术与BIM集成应用于建筑工程协同设计，构建了一个基于Could-BIM的协同设计平台［2］。许蓁通过分析处理协同设计过程中产生的反馈信息，将“反馈-优化”机制固定到设计流程中，有效地提高了设计的质量［］。

目前，只对基于Could-BIM的协同设计平台部分功能进行了测试，未来的研究重点还需进一步探索本协同设计平台的有效性。另外，我们应该看到，三维数字模型作为协同设计平台的基础，其在各功能软件间的互操作性还需要更深入的研究［2］。

2.2BIM与国内设计软件链接

BIM软件格式不能跟国内软件通用，与PKPM、盈建科等结构设计软件间没有统一的数据接口，建筑信息不能有效传递。王晓彤等将 CAD作为 Revit Structure 和 PKPM 的桥梁，把Revit Structure 中的物理模型导入 PKPM 中进行结构计算［］。孙红三等针对DeST软件的发展，开发了该软件的gbXML接口、完成了软件BIM能力的提升［］。

但是，以上两种方法，在导入信息过程中会有部分缺失，转换效率不高，接口工作仍需要进一步的完善，同时软件智能功能仍有待改进和开发。

2.3钢结构设计软件Tekla BIM应用

国内的钢结构设计软件功能远远不能满足钢构生产厂家深化图纸的需求，多数中小企业需要进一步设计才能直接用于车间生产。于海艳等指出国内一些标准低机械式的软件不能满足设计，Tekla Structure在我国大型钢结构项目的应用将会愈加明显［］。陈晓蓉等将TeklaBIM和传统BIM进行具体分析对比，指出TekIaBIM对于业主来说具有强劲的发展潜力，也是今后建筑业发展方向［］。夏海兵简要介绍了上海城建集团在PC深化设计中使用Tekla Structure软件的情况，指出Tekla BIM建筑行业的应用前期非常广阔［］。

但是，Tekla BIM的4D（3D+时间）和5D（3D+时间+成本）模型功能有一定的缺陷，异形构件配筋功能不够完善、图纸中尺寸标注的不够智能化［10］。这需要Tekla公司能够不断改进软件功能，带给我们更加美好的用户体验。

另外，曾雯琳等基于Revit二次开发技术，提出了一种将DfS规则转化为Revit能识别的计算机语言，高效识别施工安全风险［］。胡振中等利用BlM技术实现了支架半自动设计、管道辅助划分和管组智能拼装［］。孙晓峰等分别论述CAAD各发展阶段技术特征，客观地认识了当前BIM和参数化设计发展存在的问题［］。

3 施工阶段

建筑工程项目过程复杂，设计变更和施工返工现象普遍存在，导致成本增加。在这种情况下，利用BIM技术能够详细展现工程三维信息，在施工前对设计和施工方案进行检验，降低了返工率。

表3中设计阶段的17篇期刊文献，主要涉及虚拟施工，碰撞检查，4D-BIM模型，施工安全管理等内容，具体分类如表2所示：

表2主要涉及内容及文献报道

3.1虚拟施工

虚拟施工技术能够更好地对施工过程进行动态模拟与渲染，预先检测施工过程中可能存在的问题，进而提高施工效率。任琦鹏等对虚拟施工场地进行合理地划分与组织，完成了不同规模场景中施工过程的高效动态模拟与分析［14］。胡芸根据工作实践提出了BIM虚拟施工技术的应用优势以及实际的应用程序和技术要点［15］。

3.2碰撞检查

根据设计施工图纸，建立BIM3D模型，可以对建筑工程项目进行碰撞检测，同时生成碰撞检测报告，提前解决施工过程中可能出现的碰撞问题，减少工程返工。杨士珏等以龙信老年宾馆工程为例，利用BIM进行了各专业信息间的碰撞检查［16］。

3.34D-BIM施工仿真

4D施工仿真技术就是将BIM三维核心模型与施工进度计划进行匹配，赋予模型的每个构件具体的时间进度参数，实现三维建筑模型与施工进度的联动，有效控制施工进度［17］。林佳瑞等在清华大学4D-BIM系统研究成果基础上，建立进度计划及资源信息与进度-资源仿真优化模型的转换机制，实现了施工进度与资源配置的均衡与优化［18］。王仁超等建立混凝土坝工程施工信息模型，将基本信息模型同大坝进度信息、资源信息等相链接提出了大坝4D信息模型［19］。

3.4施工安全管理

建筑施工现场环境复杂多变，作业人员流动性大，大型机械设备作业集中。这些特点决定了建筑施工现场不可预测因素较多。因此，建立安全事故预防机制，提高施工现场安全管理水平，具有重要意义。郭红领等结合BIM和RFID技术，建立了施工现场工人实时定位与安全预警系统模型，实时进行安全警报［20］。郭红领等构建集成BIM和定位技术（PT）的工人不安全行为预警系统，实现了现场事故的预防［21］。姚佳梦等构建并优化了三维安全标志信息模型，使施工现场安全标志达到合理的布置［22］。张丽丽从施工现场安全因素的多个方面阐述了BIM技术在施工阶段安全管理体系中的应用［23］。

另外，吴厚增等建立建筑业农民工精益管理的新观念，使农民工从传统的自由施工状态进入严谨BIM技术施工状态［24］。张家昌等将BIM技术与FRID技术相结合，随时追踪和监控预制构件的储存和吊装［25］。

4 运营维护阶段

目前，国内外有关运维阶段的BIM应用研究，总体还处于初级阶段。美国美国一些大学虽然提出了运维阶段信息标准，但依旧没有统一标准［26］。

建筑项目运维管理周期长、涉及人员复杂，传统的运维管理效率比较低下。在建筑项目的运维阶段应用BIM技术，可以实现设计、施工和运维的信息共享，提供与完工现场完全吻合的竣工模型，同时建立项目的产品库和建材库，增强建筑企业的竞争优势。胡振中等广泛调研文献，从技术层面和应用层面对当前国内外BIM运维的研究和应用现状进行综述［27］。

5 结论

BIM技术在建筑项目全生命周期应用过程中，虽然针对不同阶段取得了相应的研究成果，但是还有相当多的难题亟待解决。国内建筑企业对BIM技术的应用大多停留在三维建模，BIM技术在理念和商业模式上的发展还需要进一步的完善，要想使BIM技术在建筑工程项目上得到合理的应用，就需要建立统一的行业标准（包括分类编码标准，BIM制图标准，BIM施工标准等），虽然一些地方标准已经出台，但是没有真正意义上指导建筑施工。但是，比起BIM技术巨大的发展潜力，这些难题在不久的将来会逐一得到解决。

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