文/隋偉寧、潘利梅　沈陽(yáng)建筑大學(xué)土木工程學(xué)院　沈陽(yáng)　110168

BIM技術(shù)在建筑工程全生命周期的應(yīng)用現(xiàn)狀研究

文/隋偉寧、潘利梅沈陽(yáng)建筑大學(xué)土木工程學(xué)院沈陽(yáng)110168

迅速發(fā)展的建筑信息模型（BIM），已經(jīng)滲入到建筑行業(yè)的各個(gè)領(lǐng)域，以BIM技術(shù)為主題的研究數(shù)不勝數(shù)。本文以中國(guó)知網(wǎng)（CNKI）為依托，隨機(jī)考察了近6 年100篇有關(guān)BIM在建筑工程項(xiàng)目中應(yīng)用的期刊文獻(xiàn)，其中有36篇重點(diǎn)論述了建筑項(xiàng)目全生命周期各個(gè)階段（設(shè)計(jì)階段、施工階段、運(yùn)營(yíng)維護(hù)階段）的應(yīng)用，將36篇文獻(xiàn)按照各個(gè)階段進(jìn)行分類，并針對(duì)BIM技術(shù)在每個(gè)階段的研究現(xiàn)狀，得出了BIM在應(yīng)用過程中主要存在的問題以及相應(yīng)的解決方法，同時(shí)對(duì)尚存亟需解決的問題做出了進(jìn)一步的歸納。本研究意在為BIM在建筑全生命周期中的應(yīng)用提供理論依據(jù)與技術(shù)支撐。

BIM技術(shù)；建筑工程項(xiàng)目；全生命周期

1 引言

現(xiàn)階段，BIM技術(shù)對(duì)建筑工程的影響越來越大，業(yè)主、設(shè)計(jì)單位、施工單位、供應(yīng)商等多個(gè)利益相關(guān)方都開始思考如何應(yīng)用BIM技術(shù)來滿足行業(yè)的發(fā)展需求，這些需求主要集中在方案設(shè)計(jì)、施工管理及項(xiàng)目精細(xì)化管理上［ ］。建筑項(xiàng)目全生命周期包括設(shè)計(jì)階段、施工階段和運(yùn)營(yíng)維護(hù)階段。國(guó)外已有BIM在建筑全生命周期各個(gè)階段中的應(yīng)用研究，國(guó)內(nèi)BIM技術(shù)的引進(jìn)和發(fā)展已有16年的歷史，但相對(duì)于BIM技術(shù)巨大的應(yīng)用前景來說，其研究與應(yīng)用還處于初級(jí)階段。

另外，國(guó)內(nèi)BIM技術(shù)的應(yīng)用集中在設(shè)計(jì)和施工階段，運(yùn)維階段相對(duì)較少。目前，雖然針對(duì)不同階段取得了一些研究成果，但是還有相當(dāng)多的難題亟待解決，其中也包括BIM軟件在本土化的過程中存在的一些問題。本文以中國(guó)知網(wǎng)（CNKI）為依托，隨機(jī)考察了2011年-2016年100篇有關(guān)BIM在建筑工程項(xiàng)目中應(yīng)用的期刊文獻(xiàn)，共有42篇文獻(xiàn)與BIM技術(shù)在建設(shè)項(xiàng)目全生命周期中的應(yīng)用相關(guān)，其中36篇重點(diǎn)論述建筑項(xiàng)目全生命周期各個(gè)階段的應(yīng)用，其余64篇?jiǎng)t是涉及建筑工程的其他方面。將36篇文獻(xiàn)按照各個(gè)階段進(jìn)行分類，各個(gè)階段文獻(xiàn)數(shù)量如圖1所示，可見現(xiàn)階段關(guān)于BIM技術(shù)的應(yīng)用研究成果主要集中在設(shè)計(jì)階段和施工階段。接著針對(duì)BIM技術(shù)在每個(gè)階段的應(yīng)用情況，得出了BIM在應(yīng)用過程中主要存在的問題以及相應(yīng)的解決方法，同時(shí)對(duì)尚存亟需解決的問題做出了進(jìn)一步的歸納。本研究意在為BIM在建筑全生命

圖1　各階段文獻(xiàn)數(shù)量

2 設(shè)計(jì)階段

建筑工程設(shè)計(jì)包括建筑設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、機(jī)電設(shè)備設(shè)計(jì)等，并分別由建筑師、結(jié)構(gòu)工程師、設(shè)備工程師完成。施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行設(shè)計(jì)圖紙匯總時(shí)，不同專業(yè)之間的設(shè)計(jì)沖突問題頻繁發(fā)生，從而導(dǎo)致成本超支、進(jìn)度拖延及質(zhì)量缺陷等［ ］。BIM系統(tǒng)具有強(qiáng)大的信息綜合協(xié)同能力，在設(shè)計(jì)階段應(yīng)用BIM技術(shù)，可以有效地減少“設(shè)計(jì)問題，施工補(bǔ)救”現(xiàn)象的發(fā)生。

表1中設(shè)計(jì)階段的18篇期刊文獻(xiàn)，主要涉及BIM3D協(xié)同設(shè)計(jì)研究，BIM與國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)軟件鏈接，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件Tekla BIM應(yīng)用等內(nèi)容，具體分類如表1所示：

2.1BIM3D協(xié)同設(shè)計(jì)

協(xié)同設(shè)計(jì)（Computer Support Cooperative De-sign）是指在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)支持的環(huán)境下，由多成員共同完成一項(xiàng)設(shè)計(jì)任務(wù)的協(xié)同工作系統(tǒng)［ ］。協(xié)同設(shè)計(jì)以BIM技術(shù)系統(tǒng)為支撐，有效地加強(qiáng)設(shè)計(jì)者之間的交流合作，是建筑設(shè)計(jì)業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)。王勇等通過分析BIM協(xié)同設(shè)計(jì)中的用戶管理、模型管理、用戶通訊等關(guān)鍵技術(shù)問題，構(gòu)建起基于網(wǎng)絡(luò)的工程協(xié)同設(shè)計(jì)環(huán)境［ ］。陳杰等將云計(jì)算技術(shù)與BIM集成應(yīng)用于建筑工程協(xié)同設(shè)計(jì)，構(gòu)建了一個(gè)基于Could-BIM的協(xié)同設(shè)計(jì)平臺(tái)［2］。許蓁通過分析處理協(xié)同設(shè)計(jì)過程中產(chǎn)生的反饋信息，將“反饋-優(yōu)化”機(jī)制固定到設(shè)計(jì)流程中，有效地提高了設(shè)計(jì)的質(zhì)量［ ］。

目前，只對(duì)基于Could-BIM的協(xié)同設(shè)計(jì)平臺(tái)部分功能進(jìn)行了測(cè)試，未來的研究重點(diǎn)還需進(jìn)一步探索本協(xié)同設(shè)計(jì)平臺(tái)的有效性。另外，我們應(yīng)該看到，三維數(shù)字模型作為協(xié)同設(shè)計(jì)平臺(tái)的基礎(chǔ)，其在各功能軟件間的互操作性還需要更深入的研究［2］。

2.2BIM與國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)軟件鏈接

BIM軟件格式不能跟國(guó)內(nèi)軟件通用，與PKPM、盈建科等結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件間沒有統(tǒng)一的數(shù)據(jù)接口，建筑信息不能有效傳遞。王曉彤等將 CAD作為 Revit Structure 和 PKPM 的橋梁，把Revit Structure 中的物理模型導(dǎo)入 PKPM 中進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算［ ］。孫紅三等針對(duì)DeST軟件的發(fā)展，開發(fā)了該軟件的gbXML接口、完成了軟件BIM能力的提升［ ］。

但是，以上兩種方法，在導(dǎo)入信息過程中會(huì)有部分缺失，轉(zhuǎn)換效率不高，接口工作仍需要進(jìn)一步的完善，同時(shí)軟件智能功能仍有待改進(jìn)和開發(fā)。

2.3鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件Tekla BIM應(yīng)用

國(guó)內(nèi)的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件功能遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足鋼構(gòu)生產(chǎn)廠家深化圖紙的需求，多數(shù)中小企業(yè)需要進(jìn)一步設(shè)計(jì)才能直接用于車間生產(chǎn)。于海艷等指出國(guó)內(nèi)一些標(biāo)準(zhǔn)低機(jī)械式的軟件不能滿足設(shè)計(jì)，Tekla Structure在我國(guó)大型鋼結(jié)構(gòu)項(xiàng)目的應(yīng)用將會(huì)愈加明顯［ ］。陳曉蓉等將TeklaBIM和傳統(tǒng)BIM進(jìn)行具體分析對(duì)比，指出TekIaBIM對(duì)于業(yè)主來說具有強(qiáng)勁的發(fā)展?jié)摿Γ彩墙窈蠼ㄖI(yè)發(fā)展方向［ ］。夏海兵簡(jiǎn)要介紹了上海城建集團(tuán)在PC深化設(shè)計(jì)中使用Tekla Structure軟件的情況，指出Tekla BIM建筑行業(yè)的應(yīng)用前期非常廣闊［ ］。

但是，Tekla BIM的4D（3D+時(shí)間）和5D（3D+時(shí)間+成本）模型功能有一定的缺陷，異形構(gòu)件配筋功能不夠完善、圖紙中尺寸標(biāo)注的不夠智能化［10］。這需要Tekla公司能夠不斷改進(jìn)軟件功能，帶給我們更加美好的用戶體驗(yàn)。

另外，曾雯琳等基于Revit二次開發(fā)技術(shù)，提出了一種將DfS規(guī)則轉(zhuǎn)化為Revit能識(shí)別的計(jì)算機(jī)語言，高效識(shí)別施工安全風(fēng)險(xiǎn)［ ］。胡振中等利用BlM技術(shù)實(shí)現(xiàn)了支架半自動(dòng)設(shè)計(jì)、管道輔助劃分和管組智能拼裝［ ］。孫曉峰等分別論述CAAD各發(fā)展階段技術(shù)特征，客觀地認(rèn)識(shí)了當(dāng)前BIM和參數(shù)化設(shè)計(jì)發(fā)展存在的問題［ ］。

3 施工階段

建筑工程項(xiàng)目過程復(fù)雜，設(shè)計(jì)變更和施工返工現(xiàn)象普遍存在，導(dǎo)致成本增加。在這種情況下，利用BIM技術(shù)能夠詳細(xì)展現(xiàn)工程三維信息，在施工前對(duì)設(shè)計(jì)和施工方案進(jìn)行檢驗(yàn)，降低了返工率。

表3中設(shè)計(jì)階段的17篇期刊文獻(xiàn)，主要涉及虛擬施工，碰撞檢查，4D-BIM模型，施工安全管理等內(nèi)容，具體分類如表2所示：

表2主要涉及內(nèi)容及文獻(xiàn)報(bào)道

3.1虛擬施工

虛擬施工技術(shù)能夠更好地對(duì)施工過程進(jìn)行動(dòng)態(tài)模擬與渲染，預(yù)先檢測(cè)施工過程中可能存在的問題，進(jìn)而提高施工效率。任琦鵬等對(duì)虛擬施工場(chǎng)地進(jìn)行合理地劃分與組織，完成了不同規(guī)模場(chǎng)景中施工過程的高效動(dòng)態(tài)模擬與分析［14］。胡蕓根據(jù)工作實(shí)踐提出了BIM虛擬施工技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)以及實(shí)際的應(yīng)用程序和技術(shù)要點(diǎn)［15］。

3.2碰撞檢查

根據(jù)設(shè)計(jì)施工圖紙，建立BIM3D模型，可以對(duì)建筑工程項(xiàng)目進(jìn)行碰撞檢測(cè)，同時(shí)生成碰撞檢測(cè)報(bào)告，提前解決施工過程中可能出現(xiàn)的碰撞問題，減少工程返工。楊士玨等以龍信老年賓館工程為例，利用BIM進(jìn)行了各專業(yè)信息間的碰撞檢查［16］。

3.34D-BIM施工仿真

4D施工仿真技術(shù)就是將BIM三維核心模型與施工進(jìn)度計(jì)劃進(jìn)行匹配，賦予模型的每個(gè)構(gòu)件具體的時(shí)間進(jìn)度參數(shù)，實(shí)現(xiàn)三維建筑模型與施工進(jìn)度的聯(lián)動(dòng)，有效控制施工進(jìn)度［17］。林佳瑞等在清華大學(xué)4D-BIM系統(tǒng)研究成果基礎(chǔ)上，建立進(jìn)度計(jì)劃及資源信息與進(jìn)度-資源仿真優(yōu)化模型的轉(zhuǎn)換機(jī)制，實(shí)現(xiàn)了施工進(jìn)度與資源配置的均衡與優(yōu)化［18］。王仁超等建立混凝土壩工程施工信息模型，將基本信息模型同大壩進(jìn)度信息、資源信息等相鏈接提出了大壩4D信息模型［19］。

3.4施工安全管理

建筑施工現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境復(fù)雜多變，作業(yè)人員流動(dòng)性大，大型機(jī)械設(shè)備作業(yè)集中。這些特點(diǎn)決定了建筑施工現(xiàn)場(chǎng)不可預(yù)測(cè)因素較多。因此，建立安全事故預(yù)防機(jī)制，提高施工現(xiàn)場(chǎng)安全管理水平，具有重要意義。郭紅領(lǐng)等結(jié)合BIM和RFID技術(shù)，建立了施工現(xiàn)場(chǎng)工人實(shí)時(shí)定位與安全預(yù)警系統(tǒng)模型，實(shí)時(shí)進(jìn)行安全警報(bào)［20］。郭紅領(lǐng)等構(gòu)建集成BIM和定位技術(shù)（PT）的工人不安全行為預(yù)警系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場(chǎng)事故的預(yù)防［21］。姚佳夢(mèng)等構(gòu)建并優(yōu)化了三維安全標(biāo)志信息模型，使施工現(xiàn)場(chǎng)安全標(biāo)志達(dá)到合理的布置［22］。張麗麗從施工現(xiàn)場(chǎng)安全因素的多個(gè)方面闡述了BIM技術(shù)在施工階段安全管理體系中的應(yīng)用［23］。

另外，吳厚增等建立建筑業(yè)農(nóng)民工精益管理的新觀念，使農(nóng)民工從傳統(tǒng)的自由施工狀態(tài)進(jìn)入嚴(yán)謹(jǐn)BIM技術(shù)施工狀態(tài)［24］。張家昌等將BIM技術(shù)與FRID技術(shù)相結(jié)合，隨時(shí)追蹤和監(jiān)控預(yù)制構(gòu)件的儲(chǔ)存和吊裝［25］。

4 運(yùn)營(yíng)維護(hù)階段

目前，國(guó)內(nèi)外有關(guān)運(yùn)維階段的BIM應(yīng)用研究，總體還處于初級(jí)階段。美國(guó)美國(guó)一些大學(xué)雖然提出了運(yùn)維階段信息標(biāo)準(zhǔn)，但依舊沒有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)［26］。

建筑項(xiàng)目運(yùn)維管理周期長(zhǎng)、涉及人員復(fù)雜，傳統(tǒng)的運(yùn)維管理效率比較低下。在建筑項(xiàng)目的運(yùn)維階段應(yīng)用BIM技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)維的信息共享，提供與完工現(xiàn)場(chǎng)完全吻合的竣工模型，同時(shí)建立項(xiàng)目的產(chǎn)品庫(kù)和建材庫(kù)，增強(qiáng)建筑企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。胡振中等廣泛調(diào)研文獻(xiàn)，從技術(shù)層面和應(yīng)用層面對(duì)當(dāng)前國(guó)內(nèi)外BIM運(yùn)維的研究和應(yīng)用現(xiàn)狀進(jìn)行綜述［27］。

5 結(jié)論

BIM技術(shù)在建筑項(xiàng)目全生命周期應(yīng)用過程中，雖然針對(duì)不同階段取得了相應(yīng)的研究成果，但是還有相當(dāng)多的難題亟待解決。國(guó)內(nèi)建筑企業(yè)對(duì)BIM技術(shù)的應(yīng)用大多停留在三維建模，BIM技術(shù)在理念和商業(yè)模式上的發(fā)展還需要進(jìn)一步的完善，要想使BIM技術(shù)在建筑工程項(xiàng)目上得到合理的應(yīng)用，就需要建立統(tǒng)一的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（包括分類編碼標(biāo)準(zhǔn)，BIM制圖標(biāo)準(zhǔn)，BIM施工標(biāo)準(zhǔn)等），雖然一些地方標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)出臺(tái)，但是沒有真正意義上指導(dǎo)建筑施工。但是，比起B(yǎng)IM技術(shù)巨大的發(fā)展?jié)摿?，這些難題在不久的將來會(huì)逐一得到解決。

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