建筑信息模型 (Building Information Modeling, BIM) 具有可视化、协调性、优化性、可出图性等特点。随着我国建筑行业信息化的发展及BIM平台软件的逐步完善, 为建筑界提供了解决建设领域信息问题的方法。2011年住房和城乡建设部明确指出信息化建设是建筑业发展的重要推动力, 在建筑信息化发展进程中, BIM自2003年引入我国后, 引起政府、行业及各类培训咨询机构的广泛重视。BIM技术以其贯穿建筑全生命周期 (主要包括设计、施工、运营维护3个阶段) 的广泛应用起到重要作用。近年来, 随着BIM技术应用的不断深入, 国内诸多学者和工程技术人员也围绕这一课题展开了研究和探索。张建平等根据我国施工管理特点和实际需求, 提出工程施工BIM应用技术架构、系统流程和应对措施, 并将BIM与4D技术相结合, 自主研发建筑施工BIM建模系统和基于BIM的4D施工项目管理系列软件, 从而形成一套工程施工BIM应用整体实施方案^[1];翟越等从保障建筑施工安全角度, 基于BIM虚拟施工技术, 构建了由资料基础模块、BIM虚拟施工模块及安全监控模块3部分组成的多维数字化安全管理体系, 重点分析了其中的关键环节^[2];王宇佳等根据现阶段我国建筑工程施工管理中亟待解决的问题, 介绍了BIM技术在建筑工程施工管理中的应用优势, 并从施工管理角度探讨BIM技术对于推进施工过程管理精细化、信息化的重要意义^[3]。高成等运用BIM相关软件对中国尊建筑工程建立三维可视化模型, 对深化设计、施工过程进行4D模拟及钢结构辅助施工进行分析, 并基于BIM技术应用提出BIM工程管理的组织架构^[4]。晏平宇结合施工企业管理现状, 对BIM技术实施要点进行分析, 同时对现阶段BIM技术在建筑施工阶段的项目实践内容进行介绍^[5]。

土方开挖是施工组织设计的重要组成部分, 其对土方工程计算、施工进度安排及土方工程填挖平衡设计都有很大影响。传统土方量计算方法 (平均断面法、DEM三角网法、网格法、散点法) 由于平面地形图可视性差及求各网格点高程值繁琐, 导致工作量很大, 并有时会因为网格划分不合理而产生较大误差。

一般情况下, 甲方提供的地形图为二维CAD格式的等高线平面图。要计算开挖土方量, 首先须将二维等高线平面图转化为三维地形图。为论证使用Revit进行场地土方量计算的精度, 考虑现场先采用大开挖方式不留土堆进行土方的计算。使用Revit将场地平面布置CAD图导入后, 与之前建立的地形表面模型形成对应关系, 对比CAD图中基础边线确定开挖的边线, 并采用平整场地功能, 将模型中各高程点调整至基槽底部开挖设计高程后, 通过Revit软件计算得到的挖土方量。

建设工程中模板与脚手架安全性与经济性的平衡一直是不可回避的设计难题。从成本角度, 模板工程占钢筋混凝土结构工程费用的20%~30%;从工期和用工角度, 用工量占钢筋混凝土结构总用工量的30%~40%, 工期的50%;更为重要的是, 脚手架或模板支撑坍塌事故占国内建筑较大事故的30%~50%。

传统模式下的模板脚手架往往存在方案选型、安全计算、施工图绘制繁琐, 方案展示不够直观, 管理困难, 材料浪费等问题或难点, 其与BIM模式下的模板脚手架方案比较如图1所示。采用BIM技术可方便快捷地处理模板配置问题, 降低设计强度, 节省时间。模板的配置可采用动态规划方法优化, 采用BIM技术特性完成复杂的模板配置过程, 从而最大限度地利用模板, 可减少模板浪费, 提高模板施工效率。

依据JGJ 130—2011《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》及BIM建立脚手架施工计划。在施工模拟阶段, 根据专家和施工技术人员经验并结合可视化脚手架模型, 对施工中存在的安全隐患进行排查。依据安全隐患存在的位置和危险等级等因素进行分类, 形成分类别的重大危险源名单, 并将危险源位置在模型中进行标记。在现场实施阶段, 根据各危险源的特点与部位, 制定相应的安全措施, 安排安全管理人员进行施工过程控制, 保证施工质量与信息模型一致, 最后将该部分信息加入安全信息库。脚手架的安全信息模型实现了安全问题的事前和事中有效控制, 通过对安全模型进行分析, 可安排专人对关键部分进行现场监督, 并可将脚手架搭设流程及要点进行直观展示。

在复杂项目施工管理过程中, 机电管线综合布线问题一直是困扰工程技术人员的一大难题。在实际施工管理中, 每个专业设定好各自专业的布线规则, 利用BIM进行虚拟仿真, 在模型中模拟各系统管道布置, 通过生成管道分支的过程可及时发现错误。传统项目建设过程中, 项目参建各方有时需要花费巨大费用弥补由设备管线碰撞而引起的拆装、返工及浪费。在管线综合设计时, 可利用BIM的可视化功能进行管线碰撞检测, 将碰撞信息反馈给设计人员及时做出调整, 以减少管线碰撞及返工, 降低成本, 如图2, 3所示。

BIM技术为钢结构的数字化建造提供了发展思路, 使钢结构的全面工业化管理成为可能。通过智能工艺方案设计、自动化排板套料、数控设备联网集成、云计算技术等应用, 大大降低了管理失误率和施工数据跨域传递的成本, 为工程大数据库的建立提供了技术平台;通过建立常备材料库和对物流过程进行全方位追溯, 进行准确、高效的材料快速盘点, 提高了材料综合利用率;借助BIM技术建立了钢结构施工全过程质量验收体系, 实现各参与方信息共享。

随着钢结构体系发展, 伸臂桁架、环带桁架在结构体系中的应用越来越多, 在梁柱节点处多肢多腔钢结构与钢筋相互交叉的节点设计越来越复杂在劲性结构的深化设计中, 可通过BIM虚拟仿真进行模拟, 在减少钢材穿孔、钢筋中断的前提下尽量减少连接板设置, 以降低成本。在纯钢结构深化设计时, 构件加工制作前可利用BIM技术进行虚拟预拼装, 提前检验各构件尺寸的准确性, 以保证最终尺寸满足结构设计要求。

装饰节点深化设计要考虑的关联因素较多, 既要与结构受力相匹配, 又要不影响机电系统功能在考虑防火要求的同时, 还要兼顾功能格局的要求。通过BIM技术利用, 将可能的方案放置到具体的空间环境中, 才能在事前发现并及时处理好这些矛盾。同时实现所有构件或板块尺寸的精确计算实现数字化加工与制作, 从而节约资源。

项目风险管理、危险源识别大多依靠项目管理人员的施工管理经验进行初判, 由于项目施工过程是动态过程, 施工风险和危险源随施工的进行而变化, 这为施工安全管理带来许多不确定性因素。基于BIM技术平台可对施工进行全面形象模拟、施工全过程模拟和碰撞检查, 并可进行危险源识别、安全检查及可视化施工安全管理。

BIM技术在建筑设计、施工和后期维护等方面给建筑产业带来巨大的技术革新。在建筑施工过程中, BIM技术提供了可视化模型, 通过模拟可优化施工场地布置和施工方案, 并从施工进程、施工资源、资金分配等方面进行多维度施工管理。通过BIM模型模拟施工管理能实现最大限度的施工优化配置, 做到绿色节能、绿色施工。