BIM(Building Information Modeling)作为一项新技术,有效地将建筑信息的表达方式由传统的二维平面(2D)表达转变成了三维立体(3D)表达甚至4D(3D+时间)表达,可以帮助业主方、设计方和施工方直观、高效地理解项目情况,便于参建各方开展项目建设工作。BIM概念自提出以来便迅速成为建设领域的研究热点,其应用价值也已逐步得到各国政府的高度关注和行业的普遍认可。

在国内项目建设过程中,BIM技术已经逐渐得到推广应用。目前,基于BIM技术在项目建设中的主导方不同,其应用模式大致可分为三类,即:建设方驱动模式、设计方驱动模式、施工方驱动模式。从实际工程中的应用情况来看,BIM技术应用的广度和深度还有待提高,三种应用模式的特点还有待进一步研究。

本文在广泛归纳总结国内众多项目BIM应用经验的基础上,对建设方驱动模式、设计方驱动模式、施工方驱动模式三种BIM技术在建设项目中的应用模式进行研究,并提出相应的BIM应用推广建议,为BIM技术在建设项目中的工程应用提供参考依据。

建设方驱动模式主要由项目建设单位主导采用BIM技术,理想状态下,建设方可将BIM技术应用至前期工作阶段、建设实施阶段和后期运营维护阶段等项目的全生命周期,从而达到在项目前期阶段降低工程造价、提升工程品质、提供决策依据,在施工阶段提升工程质量、把控进度计划,在后期运营维护阶段实现精细化管理的目的。中国尊、上海国际金融中心、上海中心大厦、广州白云机场T2航站楼等工程均在项目全生命周期采用了BIM技术,从项目投资、工程质量、后期管理等方面均取得了显著成效。

建设方驱动模式中,建设方从一开始即建立BIM理念,明确树立BIM应用目标和管理方案,可以真正做到在全生命周期中对BIM技术地推广和应用,实现为项目增值的目的。

首先,建设方驱动模式下BIM技术的应用更为系统化。从项目设计阶段开始,即建立起项目BIM应用系统,形成统一的三维标准平台,从而使得所有设计人员在共同的标准体系下进行全方位协同设计。在项目建设实施阶段,利用BIM标准平台将施工方整合到同一标准体系下,通过技术手段解决BIM转型问题,实现BIM技术从设计阶段到施工阶段的无缝衔接。该模式保证了BIM技术应用的系统性和连续性,能够在达到设计方案完整度的同时,保证项目建设实施的质量,对于缩短项目建设工期和降低工程造价也比较有利。

其次,建设方驱动模式下BIM技术的应用更加深入。由于在项目建设实施过程中,现场施工条件复杂、作业人员众多,工程安全、质量、进度实时把控要求较高,因此项目建设实施阶段的管理是建设项目全生命周期过程中最复杂的阶段。为了保证建设项目顺利实施,需在施工阶段利用BIM技术在设计阶段应用的基础上,进一步进行高精度深化设计、复杂工况下施工模拟、多部门综合协调等工作,从而使得BIM技术在建设项目中应用更深入、更细致,保证参建各方对项目人员、安全、质量、进度等管理内容的全面把控与调节。

最后,建设方驱动模式下BIM技术的应用更加广泛。BIM技术不仅应用于项目前期设计和建设实施阶段,还可以更广泛地应用于项目运营使用阶段。工程竣工后,依据汇集各类信息的BIM模型,建设单位可以制定出科学合理的运营维护方案,支持使用方的后期运营管理。基于BIM平台,还可以有效解决能源、车库、安防、监控等多种智能管理系统的互联互通问题,实现全天候精细化运营管理。此外,基于BIM技术,使用方可以处理各种功能变更需求,测算功能变更的可行性,为管理者提供决策依据,同时形成空间的使用、变更记录,实现空间的全过程管理。

建设方驱动模式下BIM技术的实践应用最能体现BIM理念,更能充分发挥BIM的真正功能,但其在应用实践过程中也更加困难。

首先,建设方驱动模式需要强有力的建设方来推动BIM从理论走向实践。该模式不仅需要建设方树立正确的BIM理念,不能为了BIM而BIM,而是要本着为建设项目增值的目的来应用BIM技术,而且需要建设方在BIM管理上投入一定的专业人员和资金支持,真正在项目全生命周期中,从整体上把控BIM技术的实施。

其次,建设方驱动模式需要建设方做好BIM技术与实际管理的融合。当前阶段,BIM技术本身已相对成熟,且已基本具备了硬件、软件的基本条件,关键是缺乏技术与管理相互融合的实践经验。在项目建设过程中,BIM技术的应用实践如何从设计阶段无缝衔接到施工阶段甚至于如何顺利过渡到运营阶段的实践经验还不够成熟,这就需要建设方加强对建设项目全生命周期过程中BIM技术及管理的整体规划,在BIM管理模式上不断摸索、不断创新,协调好参建各方在BIM实践过程中的关系,树立互利共赢理念,减少规划、设计、施工、运营等环节之间的沟通障碍,充分发挥BIM技术的实践价值。

最后,建设方驱动模式的顺利实施需要全社会、全行业的大力支持。当前阶段,BIM概念通过国家和行业的大力推广已形成广泛共识,BIM技术通过不断发展也已比较成熟,但具体的实施标准还需要进一步细化、改善,需要全社会大力支持、全行业通力合作,以理论指导实践,并不断在实践中进一步深化、完善理论成果,最终形成达到具体操作层次的、参建各方能够参照执行的相关标准。

设计方驱动模式主要由设计单位主导采用BIM技术。该模式下设计单位主要通过运用BIM技术进行方案设计、施工图设计、工程量统计等工作,实现设计阶段的精细化管理,提升项目的设计质量与效率,同时促进与业主单位的有效沟通,强化业主的决策依据。北京水立方、天津港国际邮轮码头、中央音乐学院音乐厅、银川火车站等工程均在项目BIM应用中采取此种模式,取得了一定成效。

首先,基于BIM的方案设计可以最大限度地展现设计师的意图。随着建筑使用功能越来越综合化,建筑外形越来越多样化,建筑结构越来越复杂化,传统的CAD二维设计很难将建筑设计方案有效地展现出来。而通过BIM技术可有效地将设计师脑海中的设计方案最大限度地通过三维模型可视化地展现出来,同时进行日照、温度、湿度、噪声和能耗等模拟分析,不仅可以使业主方直接有效地了解设计方案的整体情况,还可以分析建筑在真实环境中的使用体验,做到在设计阶段全方位贯彻节约、绿色、环保、低碳理念。

其次,基于BIM的施工图设计可以有效提高出图质量。传统的CAD二维制图无法有效表达空间布局情况,往往导致结构与机电以及各专业管线综合排布协调方面出现较大问题,且在异性空间节点处,管线综合排布的美观效果难以实现。而基于BIM技术的施工图设计,各专业设计人员共同遵守同一个建模标准,通过链接方式使建筑、结构、机电等各专业图纸汇集到同一个BIM模型中协同工作,根据实时协同设计情况,不断调整模型矛盾或不合理之处,最终实现各专业无缝衔接,有效避免错、漏、碰、缺现象,提高施工图出图质量。

最后,基于BIM的造价控制可以更精确地把控项目预算。设计阶段决定了建安成本的70%,因此设计阶段的造价控制至关重要。基于BIM的造价控制,在完成BIM三维建模后即可以通过软件自动导出各类建筑材料品种、数量统计,生成材料用量明细表,且材料明细表与BIM模型中构件参数实时关联,实际材料用量会随设计方案改变而调整,极大地缩短了人工计算时间、降低了发生计算错误的概率,从而做到对项目预算的精确把控,极大提升造价管理效率。

首先,设计方驱动模式不能完全实现BIM的真正价值。该模式下,BIM仅应用于项目设计阶段,甚至于大多设计方仅利用BIM技术进行建筑方案的设计来提高竞标时的竞争力,一旦中标就很难主动利用BIM进行深化设计。这就导致BIM技术仅在项目建设初期阶段浅尝辄止,无法发挥其在建筑全生命周期过程中的真实应用价值。

其次,工程建设周期的要求限制了BIM技术在设计阶段的深入开展。当前背景下,大多工程对建设周期都有较高的要求,设计阶段作为项目建设阶段的一部分,其周期往往较短,而BIM技术的应用在项目设计阶段恰恰需要花费大量精力与时间,这就导致在设计方驱动模式下难以深入、系统地将BIM模型深化,更难以有效地传递给下一阶段使用。

最后,设计师从CAD设计模式到BIM设计模式的过渡仍需进一步推进。虽然BIM设计有众多优势,但由于大多数设计人员已习惯于传统CAD设计模式,BIM设计经验较少,在实际BIM应用中仍出现上手难、效率低、质量忧等问题。当前,国内大多数设计院仍采用“翻模”的方式进行BIM设计,而坚持做正向BIM设计的设计院仍为少数,设计方式转变仍需逐步推进。

施工方驱动模式主要由项目施工单位主导采用BIM技术。该模式下施工单位通过采用BIM技术进行复杂工况下施工模拟、复杂节点3D模型技术交底、机电管线综合排布优化以及通过利用BIM平台提升现场安全、质量、进度、造价等全方位管理,从各个方面保证项目施工任务的顺利进行。广州珠江新城西塔、成都大魔方演艺中心、中国人民大学东南区项目等均在项目BIM应用中采取此种模式,取得较好效果。

首先,该模式下施工方对于BIM技术的应用较为灵活。根据现场实际情况,施工方既可以基于BIM模型可视化技术,合理布局施工现场场地,提高现场机械设备的覆盖率,降低材料进场后的二次搬运,最大限度地提高施工场地的利用率,还可以在复杂节点施工前,以3D模型的形式进行现场技术交底,从而对复杂节点做到最精准的把控,帮助现场作业人员理解复杂节点和施工工艺,保证施工质量;既可以通过利用BIM技术进行碰撞检查,对发生冲突的地方进行调整优化,从而有效避免现场施工发生错误导致返工,保证施工质量,缩短施工工期,还可以对各专业管线进行统筹协调,优化整体布局,在有效解决原设计各类管线布局不合理、交叉结点凌乱等问题的基础上,进一步优化室内空间、提升整体美观效果。

其次,施工方可以利用BIM技术实现项目建设过程中的精细化管理。施工方基于BIM管理平台,可为项目建设各职能部门提供项目安全管理、质量管理、进度管理、物资采购管理、现场人员实名制管理等多样化功能,有效实现各业务之间的联合管理。在此基础上,项目管理人员可通过查询数据、事件分析等内容对项目进行实时控制,进一步加强施工过程管理的规范性,提高管理质量和效率,从而提升工程管理的精细化水平。

最后,施工方驱动模式更有利于BIM技术的应用实施。相比于其他两种模式,施工方在BIM应用中无论在人力、物力还是财力方面投资均相对较小;相比于整个工程造价,施工方应用BIM的成本相对较低。且作为项目的施工主体,其利用BIM技术在辅助现场施工管理、协调解决技术难题等方面收效直接、迅速。因此该模式下,施工方可以达到以较小的投入获得较大回报的效果,故BIM技术在施工方的应用较为普遍。

首先,同设计方驱动模式一样,施工方驱动模式只是在施工阶段的局部应用,不能完全实现BIM技术在建筑全生命周期过程中的真正价值。

其次,由于设计阶段没有采用BIM技术,导致施工阶段需在原CAD图纸的基础上进行“翻模”,不仅造成工作重复,且BIM并不能完全主导项目施工,只起到改善现场管理、辅助施工的作用,传统CAD制图出现的一些弊端不能完全在施工阶段利用BIM来解决。

最后,基于BIM平台对项目安全、质量、进度、人员、物资等的精细化管理需要施工方真正贯彻执行,按照既定的BIM使用方案严格落实,否则在工程实际中很容易名存实亡,无法达到精细化管理效果。

三种模式下的BIM技术应用在实际工程中可发挥不同功能,在项目建设不同阶段有效解决相应的建设难题,进一步提升工程整体质量和项目精细化管理水平。但由于三种模式的应用特点不同,也导致其应用范围及效果等不尽相同。

在设计方驱动模式下,通过利用BIM技术可以最大限度地表现设计意图,提高施工图质量,更精确地把控项目预算。该模式下需要从传统CAD等设计模式逐步转变为BIM平台下的设计模式,这就需要设计方从长远利益出发,投入较多的资金和时间,打造较为雄厚的BIM技术人才储备力量和培养较好的BIM技术应用环境。因此在当前实际建设项目中,该模式适用于由综合实力较强、有专门BIM工作团队坚持做正向BIM设计的设计单位参与设计的工程。对于由规模较小的设计单位参与设计的工程,设计方亦可应业主要求,根据工程实际需要局部利用BIM技术来达到相应目的。

在施工方驱动模式下,可以有效利用BIM技术指导现场施工,进行机电管线碰撞检查及综合排布优化,实现项目建设过程中的各领域精细化管理等。由于该模式下BIM技术应用具有投资小、收效直接、应用灵活等特点,施工方可以以小博大,性价比较高。因此该模式可以普遍应用于规模较大的建设项目中。但该模式同设计方驱动模式类似,均存在使用范围较窄、应用深度不够等问题,具有较大的局限性,不能充分发挥BIM技术的真正功能。

在建设方驱动模式下,BIM技术应用贯穿于建设项目全生命周期,最能体现BIM理念,BIM技术的各项功能在深度和广度上均能充分展现,从而最大限度地服务于建设项目。但该模式实施也最为困难,不仅需要综合实力强、精于BIM技术的设计方和施工方配合BIM技术的实施工作,更需要深谙BIM理念、有专业BIM技术力量、能够强有力贯彻BIM理念并监督落实的建设方来主导BIM技术在建设项目中的全方位应用,最终发挥BIM技术的最大优势,满足现代化项目建设需求。

总之,BIM技术在建设项目中的应用普及,需要国家和整个建筑行业共同努力,逐渐完善相关制度与规范标准,营造良好的BIM技术应用环境,需要整个社会进一步推广BIM理念,给予政策支持,也需要参建各方同心协力,贯彻落实各项规定,加大BIM领域的科学研究、人才培养与工程应用力度,以实际行动推进BIM技术在建设项目中的应用和发展。