BIM：智慧建造的“中枢神经”

信息技术已经成为建筑工业化的重要工具手段，以云计算、移动应用、大数据、BIM技术等为代表并快速发展的信息技术，为现代建筑业的发展奠定了技术基础。2013年8月30日，住房和城乡建设部工程质量安全监管司发布《关于推进BIM技术在建筑领域应用的指导意见（征求意见稿）》，明确至2016年，政府投资的2万平方米以上大型公共建筑以及申报绿色建筑项目的设计、施工均要采用BIM技术。

新型城镇化是以城乡统筹、城乡一体、产城互动、节约集约、生态宜居、和谐发展为基本特征的城镇化，是大中小城市、小城镇、新型农村社区协调发展、互促共进的城镇化。作为中国未来战略发展支点的新型城镇化倡导走集约、智能、绿色、低碳的建设之路，这对建筑行业提出了新的更高的要求，时代正在召唤能够提供绿色、智能、宜居的建筑产品的现代建筑业的出现。

建筑业是一个最大的大数据行业，但当前也是最没有数据的一个行业，同时，工程项目的管理本质又决定了如果没有强大的基础数据支撑能力，再好的流程、制度、激励措施和管理团队，也无法真正实现建筑业的转型升级。目前，信息技术已经成为建筑工业化的重要工具手段，以云计算、移动应用、大数据、BIM 技术等为代表并快速发展的信息技术，为现代建筑业的发展奠定了技术基础。以BIM 技术为代表的信息技术在建筑智能化的应用，已经得到验证。

高效、协同、共享的数据平台

2013 年8 月30 日，住房和城乡建设部工程质量安全监管司发布《关于推进BIM 技术在建筑领域应用的指导意见（征求意见稿）》，明确至2016 年，政府投资的2 万平方米以上大型公共建筑以及申报绿色建筑项目的设计、施工均要采用BIM 技术。

BIM（建筑信息模型技术），是对建筑的全生命周期进行全方位管理，它是实现建筑信息化变革发展的必然趋势。BIM 技术的核心是通过在计算机中建立虚拟的三维模型，并利用数字化技术为这个模型提供完整的、与实际情况一致的数据信息库。其中不仅包含描述建筑物及设备构件的几何信息、专业属性及状态信息，还包含了非构件对象信息。借助这些富含工程信息的三维模型，工程的信息集成化程度大大提高，为工程项目的相关利益方提供了一个工程信息交换和共享的数据平台。

过去，传统的设计方式是依靠二维设计软件，这些设计软件尽管在一定程度上提高了设计效率，但还是存在很多不足，对于需要多视图、多剖面描述的复杂空间设计内容，二维设计缺乏直观的效果，难免造成遗漏和差错，有些差错到施工阶段才能发现，造成了不必要的返工和浪费。更为严重的是有些差错甚至在运营期间才发现，给运维安全埋下极大的隐患。

传统的设计方式下，设计人员在设计过程中难于对施工现场的地形地貌、桥隧路基等构筑物有直观认识和全面的感知，一些复杂和特殊的工点，往往必须通过设计人员反复地现场踏勘实测，才能确定技术方案，从而造成设计周期长，工作效率低。由于只能生成二维设计效果图，难以展示设计的立体效果，不能给业主等相关利益方提供评估和决策依据。同时，设计成果仅反映各专业单一的设计内容，缺乏共同的设计平台，难以检查专业间的接口关系，不能及时发现相互间的冲突，造成设计质量总体性差。

与传统设计方式相比，BIM 具有不可替代的优势。BIM 技术利用完全真实的尺寸和形状在计算机屏幕上展现项目的形状、特征、加工状态、材质等信息，便于项目相关数据的交流和共享。同时，BIM 技术还可以对虚拟设计的三维模型进行二维设计无法实现的各种操作，例如对电气设备或装配件进行各种形式运动模拟等等。利用BIM 技术构建的三维模型能够广泛地应用到静/ 动态干涉检查、性能仿真和模拟等领域，在设计前期对这些工作进行模拟和设置，可以有效地减少设计变更、错误和返工。更为重要的是，BIM 技术通过对项目构建可视化的数字建筑模型，可以实现施工进度模拟、装配模拟、物料跟踪等工作，对材料进场与人员、机械及环境进行高效配置，使得整个工程项目在设计、施工和运维等各个阶段都能够有效实现科学化、智能化管理，对项目的全生命周期进行数字化模拟。

基于BIM 的智慧建筑

以某科研楼工程项目为例，该工程项目总建筑面积71105.4 平方米，地上12 层，地下结构2 层，工程投资造价为2.06 亿元。项目周围环境复杂，西面为已建成的一期A 栋技术孵化楼，南面北侧是拟建工程唯一的进出通道；东北侧为其他企业办公楼，西边2.5 公里处是直升机场，属建筑高度控制区域。

本工程项目拟建工程地下室用于停放车辆，没有太多人员在内活动，负二层设计层高3.85m、负一层3.8m；正负零上首层设计层高4.2m，标准层设计层高均为3.6m；最大柱网间距8.95m*8.2m； 楼面（ 室内）梁最大截高600mm；标准层水平喷淋最大管径DN150；通风管道除地下室是设计的外，正负零上标准层房间内的通风空调管道均由二次装修设计，风管最大截高控制在200mm。

为了更好的验证设计的正确性，减少因设计错漏发生的变更，并对变更和复杂节点的施工进行模拟，找出最合理的解决方案，将土建和安装模型相结合，对拟建工程中的构件、管线、设备进行碰撞检查，将问题杜绝在设计阶段，减少因盲目设计和施工造成的工期、人工、材料、设备使用的损失。项目利用模型统计工程量，分阶段进行进度款支付，避免延付或超付，并利用模型作为“工程沙盘”，让决策者全盘掌握工程进展及动态。

由于该项目主要用于科研研发及办公，施工图于2011 年11 月设计完成，当时业主没有将BIM 技术引入项目。当2012 年7 月项目开始动土修建时，发现施工图中存在大量问题，为避免将问题带入施工过程，造成不必要的损失或将损失降低到最低范围，业主确定利用BIM 技术对拟建工程进行信息模型建模，并通过信息模型来对整个项目的设计正确性、施工方便性、造价可控性、建设过程的有效管理性等内容进行跟踪和管理。

工程施工到2012 年10 月，地下室部分基本完工，施工单位准备进行标准层备料时，业主提出标准楼层是否过低的质疑；利用BIM 通过建立虚拟现实模型，发现标准层楼层高度设计确实过低，因此决定增加层高。首先使用建筑设计软件建模，将室内净高进行表达，为3.6（设计层高）—0.6（梁高）—0.2（梁底风管高）—0.05（吊顶厚）—0.05（地面装饰厚）=2.7m。之后利用VR 虚拟UC-win/Road 软件现实场景仿真并得到效果图。由于该工程项目地处我国南方，在空间大的情况下，2.7 米的净高会使人觉得空间感压抑，产生沉闷感，且自然照明采光不好，取不到窗口足够的自然衍射光源；净高低吊顶上的光源离桌面近，衍射光源也不能有效扩展，不利于节能。因此，采用增加楼层高度可解决，但仍然需要考虑几个因数对楼层高度给予控制，即不能超过直升机场规定的周边环境建筑物高度，同时需注意增加高度最好是在一个合理范围，将环境效果最大化，而增加投资费用最小。增加楼层高度有两个尺度供选择，层高由原来的3.6 米变为3.7 或3.8米。对于层高的具体确定需要先进行采光检测，看看哪个高度采光效果好，使用采光软件将建筑模型在软件中打开，赋予当地自然环境数据后，通过计算增高3.7 或3.8 米的采光效果。通过采光模型测评，3.8 米层高优于3.7米层高。

增加楼层高度后在结构方面首先出现了变化，需验证楼层高度的改变对原结构设计影响多大，如柱截面、原设计的配筋是否应调整增加等。将原结构模型在结构设计及分析软件内打开，楼层水平荷载均不变，分别按3.7 米或3.8 两个楼层高度调整后进行比对。通过结构模型测评，结果是3.7米高度时柱子截面不需调整钢筋不需增加，3.8 米时截面不需调整钢筋需要增加。

验证增加费用方面，用土建工程计量软件将原设计算量模型打开，按3.7 米和3.8 米两个楼层高度分别进行工程量统计，将工程量导入造价计算软件，得出结果为标准层共计11 个楼层，层高为3.7 米时总增高1.1 米。按深圳市2003 土建定额，单楼层混凝土结构柱、梁、板、墙均没有超高，但总高度有变化，其外墙综合脚手架由原40.5 米步距子目，变为50.5米步距子目。结果是改为3.7 米层高，总计增加费用67.87 万元；改楼层为3.8 米高，按深圳市2003 土建定额，其混凝土结构柱、梁、板、墙均不超高，外墙综合脚手架子目不变，增加费用128.7 万元+4.5 万元（柱增加钢筋），共计133.2 万元。安装工程部分只是增加了竖向给排水管道的1.1 米的量，不左右局势故略去不计。决策时间快捷方面，在确定增加层高3.7 还是3.8米的选择时，如果用手工计算需耗时2-3 天，这样的时间延误是施工单位不能接受的。过程中用已建好的算量模型，2 个小时就确定了不同层高所需费用。

BIM 技术的应用，有很多方面是常规技术不能比拟的，BIM 技术除了可以有效的控制成本之外，还可以在节约施工原材料的情况下最大可能的保证工程项目的质量。以该科研楼项目为例，施工现场模板（竹夹板）规格为1220mm（宽）*2440mm（ 长）， 在楼层层高3.7 时柱模板按一宽一长配置1220mm+2440mm 等于3660mm， 按层高3700mm 计算减去楼板厚120 等于3580mm，配一宽一长模板时需裁去80mm。按层高3800mm 计算减去楼板厚120 等于3680mm，配一宽一长模板时需增加20mm，得另外补贴一小条模板。根据现场经验，模板裁料比拼接料用工少，且平整度好，能够充分保证质量。

通过建模计算，楼层为3.7 米高时，增加技术人工1186 工日，平均到每楼层108 工日；装饰人工1142工日，平均到每楼层104 工日；为3.8米高时，增加技术人工和装饰人工均为3.7 米的一倍。主体施工时施工现场各工种人员有230 人，按3.7 米增加层高，每楼层需延期0.45 天，考虑综合因素，11 层楼的层高变更需增加工期3 天；按3.8 米增加层高，每楼层需延期0.9 天，考虑综合因素，11层楼的层高变更需增加工期6 天。

将BIM 技术用于环境模拟方面，可以在工程未完成之前，就生成环境，使业主有先见之感，将问题处理在施工前期，避免工程完工使用过程中无可挽回的缺陷。通过建模，发现3.8米层高比3.7 米层高采光好，但有直升机场总高度的控制，不能一味的追求层高，而综合其他因素，则取3.7米层高也比原设计好。由于有了费用确定时的模型工程量，直接利用已有数据调整施工进度和配料，对工程质量控制和进度管理方面，解决优选方案问题。

BIM 技术为项目全过程精细化管理提供了强大的数据支持和技术支撑，不仅能对项目的各个节点进行精细化管理，同时利用协同平台可以大大提高工作效率，减少不必要的返工和浪费。对一个工程项目建设全过程而言，采用BIM技术进行决策和管理，会给行业带来极大的效益和价值。

BIM 技术可以自始至终贯穿建设的全过程，支撑建设过程的各个阶段，实现全程信息化、智能化。以BIM 模型为核心理念的数字化三维技术的出现，给工程建设企业生产及管理效率提升带来新的驱动力，先进的三维设计技术和全生命周期的项目信息管理，可以帮助企业更准确、更有效的控制工程建设过程，极大优化设计流程、控制施工质量和简化运营管理，从而提高工程质量，降低建设成本，无疑是建筑行业未来发展的必然趋势。