BIM技术在建筑施工全过程中的应用.doc

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摘 要
高度复杂化的建筑施工工程建设项目向以Auto CAD为主体的、以工程图纸为核心的设计和施工管理模式发出了挑战，急需寻找一些新的技术手段或者方式方法来取得新的进展，BIM技术引入解决这一问题提供了新的方向。在我国，BIM 技术主要应用于建筑工程项目的设计阶段，施工阶段的应用较少，而在建筑施工工程中的应用研究也比较少，但其优势是不容忽视的。
关键词：BIM；施工模拟；建筑工程
目录
第一章 绪论 1
第二章 BIM技术 2
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技术的应用现状 3
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第三章 BIM技术应用于建筑工程的必要性 4
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到三维BIM设计 5
第四章 BIM在工程施工及运营阶段的应用分析 7
在工程施工阶段的应用分析 7
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在工程施工阶段应用BIM技术的益处 7
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模型在建筑施工其他方面的应用 10
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结论 12
参考文献 13
致 谢 14
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绪论
BIM（Building Information Modeling）即建筑信息模型，是近几年来建筑行业提出的新理念，也是信息化技术手段的一大变革。住建部于《2011~2015 建筑业信息化发展纲要》中表明：全面推进BIM技术在建设项目设计、施工阶段的广泛应用，促进BIM技术发展，并将其作为建筑行业信息化推广的重点，将4D管理模式运用于目前大型复杂化建筑项目施工进程当中，实现建筑工程可视化管理。近期，住建部副部长易军在BIM技术促进建筑产业现代化高层论坛发表讲话时，强调建筑产业现代化和BIM 技术的推广应用是我国建筑业发展和改革的重要任务和目标，BIM技术应用是推进建筑业信息化的重要手段，为产业链贯通、工业化建造提供技术保障，谁掌握了BIM，谁就掌握了未来。
随着我国经济的持续快速发展，城市化、工业化进程的不断加快，国家和地方政府十分重视建筑施工过程的建设，致力于扩建设规模，改进施工工艺，提高施工效率，这也导致建筑施工工程设计、施工管理难度越来越大，传统的以Auto CAD为主体的、以工程图纸为核心的设计施工管理模式不能满足高度复杂化的建筑施工工程的要求，急需寻找一些新的技术方法来取得新的进展。BIM技术的引入为解决这些问题提供了新的方向。
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BIM技术
BIM概念
在建筑的规划、设计、施工、运维等各阶段的计算机辅助作业过程中，以信息传递标准来协调各阶段间信息的共享，以 BIM实施标准来指导各工种作业及协同的工程方法，可通俗理解为：利用一系列的计算机辅助工具，以构件、部件、组件、族等基本工程对象为单位，对建筑工程的各阶段、各个场景进行综合管理，基于信息的生产、传递、分析，进行多工种实务协同作业的建筑过程。
BIM的主要特征

参数化是BIM从CAD中脱颖而出的最鲜明的特征，基于参数化建模的模型拥有更加完整的信息。应用参数化这一特性构建的三维可视化模型是一个包含着项目所有构件属性的信息系统，且该模型能够根据变更内容变换属性，维持相互间的空间及逻辑关系。例如，在基于BIM技术的Structures软件中取消一个柱子，模型会自动重新量取梁和柱子的尺寸，自动设计其节点，然后模型内相关联的柱子及其内部结构会相应地自动调整。
随着 BIM 技术的发展，模型应用的不断完善，生成模型所包含的参数已不仅
仅是几何参数和拓扑参数，对于拟建对象的材料、性能、行为等属性，也可以添加到模型中，与之相适应的建模软件中的工具也必将由仅能处理几何特征提高到处理知识信息的新高度。

可视化的本意是“所见即所得”，即易于看到并理解。对于建筑行业来说，可视化的运用是广泛的，但此处的可视化并不是经渲染或后处理过的效果图，而具有更多含义。BIM 的可视化是一种能够同构件之间形成互动性和反馈性的可视，没有艺术处理的真实的建筑空间展现。建筑信息模型所展示的结果，是与建筑工程或实物的实际空间尺寸和构件属性严格统一的，在模型的可以达到的精度范围内，将所有设计缺陷都充分暴露出来，这也是BIM可视化的主要作用之一。利用此模型来发现工程设计及施工组织设计中潜在的问题，如业主的建设需求与建筑师设计结果之间的矛盾、建筑师创作构思中存在的缺陷问题、各专业设计在空间上存在的冲突问题以及对施工设计不当的问题等。在BIM环境里，建筑信息模型可视化的结果不仅仅局限于对成果的展示和汇报，更多体现在，在建设项目各个阶段中，为不同专业及不同参与方在项目建造在进行沟通、决策提供一个信息交流的平台。

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BIM与CAD 的另一重大区别表现为：BIM技术在技术层面的能力，如应用系统或软件之间的数据互用，明显高于CAD。BIM是一个包含建筑项目各类信息的三维模型，但它不仅仅是一个模型，更多的是一个数据交互协调的平台，项目的参与方（包括政府、建设单位、设计方、施工方、运维机构方等）可以通过这一平台同外界进行信息的交换，具体表现在：政府部门借助该平台完成对各企业、项目的管理；建设单位借该平台完成资产管理和项目成果的评价；施工单位则侧重于在3D模型的基础上进行4D施工模拟、虚拟建设；运营单位关注的则是建设过程中对物业和资产的管理。
BIM 技术的应用现状

BIM技术的提出，是CAD等设计软件的研发应用的结果。因此，BIM技术首先达到应用的领域是建筑设计。目前比较成熟的BIM软件，如 Graphisoft 公司的Archi CAD，Bentley 公司的 Tri Foma以及Autodesk 公司的 Revit，这些软件的应用过程雷同，主要是将建筑物实体和构件通过数字参数化设计，并将其作为设计元素，通过元素间的空间关系、功能联系的自动计算和反映，为设计师提供了发挥想象力的空间。BIM 技术在建筑设计中应用，就是利用 BIM 软件，创建一个虚拟的建筑信息模型，包含实际建筑物中所有信息，这是设计的核心。在建筑信息模型中不仅仅是漂亮的 3D 渲染，也不仅仅标注详细的施工图，这些只是其中的一部分，它所包含的信息，可以应用于项目建设的全生命过程。

与设计机构不同，施工单位在BIM技术的应用中较为主动。分析其原因，一方面由于目前的施工建设现状下，施工企业的效率较低，每年超过30%的项目在实际施工过程需要返工。另一方面，由于施工企业的利润率较低，迫使他们急需寻找一种新的技术方法，降低施工成本，实现利润最大化。
施工单位可直接利用设计单位提供的BIM信息模型，修改形成适用于施工阶段的实时模型，将施工计划与施工方案通过模型进行初步模拟，消除设计中隐藏的问题，优化施工进程，提高施工效率，减少窝工、返工的现象，降低由于工程变更造成人力、物资的浪费，从而达到提高利润的目的。
目前，已有很多施工企业拥有自己的BIM团队，但实际应用仅停留在软件本身的应用上，随着BIM技术在施工阶段的应用发展，及其优势的不断展露，会有更多的企业使用BIM技术。
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BIM技术应用于建筑工程的必要性
建筑施工工程，作为市政公用工程的有机组成之一，是城市基础设施的重要一环，为城市生产、生活的稳定有序进行，提供基础服务和保障。随着我国现代化城市的发展，建筑施工工程作为解决人口、经济发展等问题的关键，国家和政府十分重视市建筑施工工程建设质量及建筑施工效果。建筑施工工程的规模不断增大、建筑施工工艺更加繁杂，建筑施工工程施工规模、技术、管理难度也就越来越大。
建筑施工的现状分析

传统建筑施工的设计工作都是以CAD为操作平台，以平、立、剖面图等二维图纸的方式展现设计成果。设计人员通过绘制二维图形，加上各种尺寸标注，反映建筑物三维状态下的位置关系，可视化差，信息表达不准确，存在错误在所难免。在信息的传递过程中，设计师的三维设计理念通过二维图纸表达，施工方通过对二维图纸的理解进行三维建筑的施工，在这个过程中，经历了两次二、三维信息的转换，很容易出现设计师在二维设计时表达的偏差以及施工方对二维图纸的理解偏差，信息传递的偏差，若不能及时发现，必将导致施工过程中出现问题，甚至会导致问题扩大，阻碍施工进度的正常进行。

传统的施工进度计划是通过网络计划图实现的，这也是工程项目进度管理最常用的工具，但通过以往实际工程的实施可以看到，该方法存在自身的局限性。首先，网络计划图运算过程比较复杂，需要耗费大量时间精力完成，且非专业认识理解起来比较困难，不利于进度计划与业主及施工方的交流。其次，通过网路计划图所表达的进度计划相对比较抽象，不能将整个项目的规划进度精确地表达出来，更不利于对实际工程施工情况的跟踪检查，不能对工程的变更及环境变化等突发情况进行及时的应变处理，调整优化复杂。最后，使用传统的施工进度管理工具，依靠经验确定逻辑关系，准确性收到极大的限制，即使有不合理之处，也难以发现。

建筑施工的建设过程中，项目管理不到位主要体现在以下几点：首先是施工总体目标不明确，没有精确地分目标，不能系统的对施工过程进行指导和控制，从而导致施工的盲目性。其次是没有完善的施工计划，或者施工计划不够准确，导致施工过程中出现实际施工进度与材料进厂时间不相符等脱节问题，导致工期的滞后，或窝工浪费现象。人力、财力以及资源没有得到合理的分配，必将导致施工过程浪费大、工期长、效率低等问题的产生，严重影响施工质量。
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BIM在建筑施工工程中的应用优势

BIM 技术所创建的建筑信息模型并不是一个图形，它是一个包含着指定项目相关信息的完整的数据库。该数据库中包含建设项目所有构建的大小尺寸、数量、位置关系等一系列信息，通过这些参数化信息所表达出来的及时项目建成后的真实效果，通过该模型能够看到二维图纸不能表现的视觉角度和效果。在设计阶段创建的建筑信息模型上做施工图的优化设计，可以将数据库及视图进行双向联系，轻松得到平、立、剖面的图形，可根据需求选择不同位置的剖面图，对于模型中的非图形数据也可通过明细表进行统计，提高施工效率。

建筑施工工程设及多个专业，基础工程是多个部门协作完成的，在BIM技术中也是不同专业各自进行设计的，各专业设计的最终模型可通过相关应用软件，整合成一个整体，实现协同设计，从根本上改变过去通过文字及图纸表达设计意图的工作方式。软件通过对模型中不同专业之间的冲突进行碰撞检查，并进行修改以达到规定要求，避免了因协同问题造成的对工程进度的影响。

可视化是BIM最直观的特点，BIM模型可视化的应用主要体现在两个方面：一是通过对施工进度的可视化模拟，及时发现进度计划中存在的问题，优化施工方案；二是通过可视化的建筑信息模型指导施工，尤其是对异形结构、预埋件等。
三维可视化的建筑信息模型加上时间维度，形成4D模型进行虚拟施工。在4D 模型中，在虚拟的环境中，可以准确的发现使用中可能存在的问题，从而优化施工方案计划，达到有效控制项目进度的目的。施工人员可以通过控制视图，全方位查看建筑内部构件的空间位置，不再局限于二维平立剖面图的二维表达，更加直观、准确，避免了施工错误造成的不必要的浪费。另外，施工企业通过4D模型在项目的招标投标中获得巨大的优势，他可以快速并直观的了解施工方对项目的理解和施工方法的一系列措施，并对施工单位作出更准确的评估。
到三维BIM设计
利用二维图纸进行建筑设计，对设计师的空间想象能力要求比较高，设计师需要根据二维图纸想象建筑内部的结构特征。但是即使设计师能想象出建筑内部的结构也无妨将其以一种连续的方式展现在二维图纸上。但三维设计方式可以实现建筑工程项目三维立体展示的目标，利用 BIM 技术可以对建筑工程项目进行虚拟模拟，设计师可以对建筑工程项目有一个直观的了解，不需要再进行凭空的想象。同时，BIM 技术不仅能展示建筑工程项目的空间结构，还能显示建筑工程项目使用的材料特性等具体内容，设计师可以根据自己的需要进行数据库访问，这样可以让设计人员对建筑工程项目有一个更加全面的了解。
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此外，BIM 三维设计还能将较为复杂的几何结构以一种比较直观的方式展现出来，例如比较著名的国家大剧院、鸟巢体育场等都属于外观机构较为复杂的建筑，二维设计无法对其进行全面的展示，但 BIM 三维技术却能将设计的成果直接模拟出来，使人能直接看到建筑工程项目的效果。虽然，BIM 三维设计方法能较为直观的展示建筑工程项目的几何空间结构，但这不是 BIM 技术唯一的功能特点，BIM 技术还包括很多其它方面的数据信息，如建筑工程的材料、力学原理、物理性质等，这些非几何信息的存在使得 BIM 技术的功能变得更加强大，一些在二维设计中需要人工完成的任务就可以通过输入相关数据而自动生成，例如建筑施工需要使用的各种二维图纸。

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BIM在工程施工及运营阶段的应用分析
BIM 在工程施工阶段的应用分析

1、在施工阶段应用 BIM 技术可以优化施工方案。利用 BIM 技术可以对施工阶段进行四维处理。不仅包括三维几何立体坐标轴，还包括时间轴，即进度计划。通过四维应用可以对从月、季度、周、天等时间段对施工进度计划进行分析，并可以根据施工现场实际情况进行相应的调整，从中寻找最优的施工方案。此外，还可以对施工过程中的重点项目内容和难点项目内容进行模拟演练，从而选择最优的施工顺序和施工工艺，使得整体的施工方案更加完善；
2、在施工阶段应用 BIM 技术可以实现虚拟施工的目标。虚拟施工过程对于整个施工阶段而言具有重要的价值。一方面可以通过虚拟了解到真实施工过程进展的情况，从而判断计划是否合理；另一方面利用 BIM 技术的协同能使项目参与方面全面了解建筑工程项目的情况和存在的问题。无论是监理单位、施工单位还是业主都能进行信息共享，确保彼此之间信息的对称性。从而减少摩擦和矛盾；
3、在施工阶段应用 BIM 技术可以进行三维动画渲染。业主在进行建筑产品销售时由于建筑工程还没有完工，需要使用三维动画手段虚拟建筑工程项目，但这些三维动画效果都是经过渲染的，主要目的是为了吸引客户。但是在没有素材的情况下，创建三维动画是一个比较困难的过程，即使制作完成的三维动画效果也很难使业主满意。而且进行广告宣传还需要大量的投入，如果不能起到预期的效果，宣传工作就是无效的。BIM 三维技术包括大量建筑工程项目的真实数据，为广告公司制作三维动画提供有用的素材，从而使得制作出的三维动画效果更能真实地反映建筑工程项目的实际情况；
4、在施工阶段应用 BIM 技术可以进行模型校验。BIM 三维技术将建筑工程项目的实际情况如实地反映在计算机中，通过虚拟结果和实际工程的对比能及时发现其中存在的偏差，便于对建筑工程项目进行校验。此外，业主还将更加直观的看到建筑工程项目的效果图，便于业主对建筑工程项目做出调整。
在工程施工阶段应用BIM技术的益处
1、在施工阶段应用 BIM 技术可以进行碰撞检查。在传统的二维CAD设计方法中，各个专业的图纸都是进行独立进行设计的，在施工开始前由总工程师进行检查核对，发现其中存在问题。这种人工检查的方法存在很大的偏差性，同时也会浪费大量的时间和精力，建筑工程施工对于工期有着严格的要求，这种检查方式必然会影响建筑工程项目完工的日期。在施工过程中，最怕遇到设备管线碰撞的问题，这个问题一旦发生视情况的而定，可能需要重新进行部分安装也可能需要全部重新安装，不仅会耽误工期，同时还会造成严重的经济损失。在施工阶段应用BIM技术可以有效避免这种现象的发生，BIM 技术具有碰撞检查的功能，能在设计阶段就发现管线碰撞的问题，并给出解决方案，从而有效减少工程施工阶段因管线碰撞问题而导致的损失；