高層建筑全生命周期中BIM技術(shù)應(yīng)用分析

摘要：針對(duì)高層建筑全生命周期中BIM技術(shù)的應(yīng)用，從高層建筑前期規(guī)劃、勘察設(shè)計(jì)、招標(biāo)應(yīng)用、施工管理、竣工驗(yàn)收、營(yíng)銷策劃和后期運(yùn)維等環(huán)節(jié)進(jìn)行了分析，重點(diǎn)研究施工管理和后期運(yùn)維中的應(yīng)用，詮釋了BIM技術(shù)應(yīng)用的主流方向和發(fā)展趨勢(shì)。

關(guān)鍵詞：高層建筑;全生命周期;BIM技術(shù)

中圖分類號(hào)：F293 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1001-9138-（2022）05-0015-05 收稿日期：2022-04-02

作者簡(jiǎn)介：曹智，天津國(guó)土資源和房屋職業(yè)學(xué)院組織部部長(zhǎng)，副教授。

伴隨著我國(guó)踏上建設(shè)社會(huì)主義現(xiàn)代化強(qiáng)國(guó)的新征程，信息化技術(shù)與國(guó)民經(jīng)濟(jì)各領(lǐng)域間的聯(lián)系更加緊密，建筑業(yè)也從傳統(tǒng)建造向智能建造轉(zhuǎn)型升級(jí)，BIM技術(shù)的應(yīng)用將成為現(xiàn)代信息技術(shù)與傳統(tǒng)建筑技術(shù)有機(jī)融合的有效途徑，也成為智能建造技術(shù)的具體體現(xiàn)。本文以較詳細(xì)的BIM技術(shù)分析和高層建筑全生命周期中BIM技術(shù)應(yīng)用進(jìn)行分析，重點(diǎn)研究施工管理和后期運(yùn)維中的應(yīng)用，詮釋BIM技術(shù)應(yīng)用的主流方向和發(fā)展趨勢(shì)。

1 BIM技術(shù)綜述

1.1 BIM基本概念

BIM全稱建筑信息模型（Building Information Modeling），是指工程項(xiàng)目規(guī)劃、建設(shè)、運(yùn)營(yíng)、維護(hù)的全周期相關(guān)信息數(shù)據(jù)為模型基礎(chǔ)，進(jìn)行建筑信息模型建立，利用數(shù)字信息模擬仿真建筑工程項(xiàng)目全部真實(shí)信息。具體應(yīng)用的描述包括兩個(gè)方面：一是BIM作為數(shù)據(jù)平臺(tái)，用于建筑項(xiàng)目前期規(guī)劃設(shè)計(jì)招標(biāo)、中期建設(shè)管理驗(yàn)收、后期運(yùn)營(yíng)維護(hù)保養(yǎng)的數(shù)字化信息管理;二是BIM作為管理工具，基于模型信息、大數(shù)據(jù)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)云技術(shù)，對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行綜合性的管理。綜上所述，BIM技術(shù)的核心技術(shù)是由電腦完成的三維立體信息模型所形成的數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)，此數(shù)據(jù)庫(kù)包含的信息是從建筑工程規(guī)劃設(shè)計(jì)到建筑主體終結(jié)的全生命周期信息。

1.2 BIM技術(shù)作用

三維渲染，動(dòng)畫展示。一是利用BIM技術(shù)將施工技術(shù)方案從書面轉(zhuǎn)化為三維立體直觀展示，生動(dòng)呈現(xiàn)施工全過程和現(xiàn)場(chǎng)布局;二是對(duì)BIM模型進(jìn)行三維渲染和動(dòng)畫制作，提高標(biāo)書質(zhì)量、樹立企業(yè)形象，給業(yè)主更為直觀的宣傳介紹，提升中標(biāo)幾率;三是為企業(yè)宣傳提供虛擬現(xiàn)實(shí)素材;四是制作標(biāo)準(zhǔn)施工工藝動(dòng)畫及技術(shù)交底動(dòng)畫。

精度提升，快速算量。一是BIM數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)精度極高，可準(zhǔn)確快速獲取施工項(xiàng)目各種數(shù)據(jù)信息，有效提升工程管理效率;二是利用BIM技術(shù)導(dǎo)入圖形算量軟件，可快速精準(zhǔn)統(tǒng)計(jì)工程量，提高工作效率，有效避免錯(cuò)算、漏算、重算等算量缺陷，有效控制工程計(jì)量與計(jì)價(jià)和工程總造價(jià)或工程結(jié)算總額。

精準(zhǔn)規(guī)劃，避免浪費(fèi)。一是BIM技術(shù)可以使現(xiàn)場(chǎng)管理人員快速準(zhǔn)確獲取工程相關(guān)信息，精準(zhǔn)制定人員和建筑材料使用計(jì)劃，為實(shí)現(xiàn)限額領(lǐng)料、消耗控制提供技術(shù)支撐;二是使項(xiàng)目精細(xì)化管理擺脫經(jīng)驗(yàn)主義，實(shí)現(xiàn)工程數(shù)據(jù)快速準(zhǔn)確獲取，用以支持資源計(jì)劃。

多算對(duì)比，有效管控。BIM技術(shù)搭建的數(shù)據(jù)庫(kù)可對(duì)任何時(shí)點(diǎn)、任何部位、任何工藝上的工程信息快速獲取、匯總計(jì)算。通過對(duì)計(jì)劃工程量與實(shí)際工程量計(jì)算，通過對(duì)單項(xiàng)工程量與總計(jì)工作量計(jì)算，形成多種計(jì)算方法的全面科學(xué)對(duì)比，有效控制項(xiàng)目消耗與資金。

模擬施工，高效協(xié)同。一是應(yīng)用BIM技術(shù)進(jìn)行施工過程模擬，直觀快速展現(xiàn)施工方案及施工過程，將與施工過程有關(guān)的建設(shè)、施工、監(jiān)理等人員有效協(xié)同，共同了解掌握項(xiàng)目施工過程中的各種情況和重難點(diǎn)問題;二是動(dòng)態(tài)反應(yīng)按照計(jì)劃進(jìn)度和方案的建造過程，減少項(xiàng)目質(zhì)量和安全問題。

模擬碰撞，降低失誤。一是利用BIM技術(shù)所形成的三維可視化模擬施工動(dòng)畫，在施工前進(jìn)行結(jié)構(gòu)構(gòu)件或管道排布碰撞檢查，可大幅度減少真實(shí)項(xiàng)目施工階段出現(xiàn)的施工錯(cuò)誤，避免返工;二是應(yīng)用BIM技術(shù)對(duì)室內(nèi)凈空進(jìn)行優(yōu)化，利用模擬碰撞優(yōu)化后的管線方案進(jìn)行施工，可最大限度提升市內(nèi)空間。

深化設(shè)計(jì)，高效施工。一是針對(duì)BIM模型，可以實(shí)時(shí)進(jìn)行復(fù)雜節(jié)點(diǎn)和復(fù)雜施工工藝的深化設(shè)計(jì);二是利用BIM技術(shù)的可出圖性，可以隨時(shí)將三維深化設(shè)計(jì)合理的模型輸出成各類施工圖，高效完成施工工藝和結(jié)構(gòu)構(gòu)件的各項(xiàng)施建工作。

數(shù)據(jù)詳實(shí)，運(yùn)維便捷。一是重點(diǎn)區(qū)域重要參數(shù)均融入模型，使建筑項(xiàng)目使用方能夠直觀掌握運(yùn)維重難點(diǎn);二是參數(shù)化大數(shù)據(jù)歸檔，便于建筑項(xiàng)目在使用過程中的故障排查、日常維護(hù)和改造提升。

2 BIM技術(shù)應(yīng)用

高層建筑工程具有體量龐大、工藝復(fù)雜、施工困難、算量精度難控、維護(hù)多點(diǎn)并發(fā)的顯著特征。針對(duì)上述特征，能夠同時(shí)做到規(guī)避諸多不利因素，完成其全生命周期的有效控制管理，只有采取有效的智能建造技術(shù)才可實(shí)現(xiàn)，而BIM技術(shù)的全面應(yīng)用使這個(gè)目標(biāo)無限接近，其在高層建筑全生命周期中的作用如圖1所示。

2.1 規(guī)劃決策階段

高層建筑工程項(xiàng)目在前期規(guī)劃階段，使用BIM技術(shù)進(jìn)行初步概念設(shè)計(jì)和規(guī)劃設(shè)計(jì)，著重進(jìn)行高層體量構(gòu)建、建造方案對(duì)比與決策、場(chǎng)地現(xiàn)狀分析、環(huán)境影響分析、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)分析，初步確定基本建造方案，形成可視化呈現(xiàn)效果，同時(shí)搭建高層建筑項(xiàng)目BIM協(xié)同平臺(tái)，輔助進(jìn)行項(xiàng)目決策。

2.2 勘察設(shè)計(jì)階段

在地質(zhì)勘察過程應(yīng)用BIM技術(shù)建立地質(zhì)BIM模型。將勘察設(shè)計(jì)單位采集和匯總的施工場(chǎng)地?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行分析處理與集成，信息內(nèi)容輸入BIM模型得到施工場(chǎng)地三維地質(zhì)模型，進(jìn)行地質(zhì)效果展現(xiàn)，形成高層基坑挖填找平，指導(dǎo)三維效果圖。

在設(shè)計(jì)過程應(yīng)用BIM技術(shù)進(jìn)行高層建筑建設(shè)方案設(shè)計(jì)、初步設(shè)計(jì)、施工圖設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)過程中，進(jìn)行審圖與驗(yàn)證、建筑結(jié)構(gòu)性能分析、構(gòu)件碰撞檢測(cè)分析、樓層凈空分析、管線綜合布置、室內(nèi)外景觀設(shè)計(jì)。最終進(jìn)行擬建工程信息數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、技術(shù)可行性和經(jīng)濟(jì)合理性分析、BIM輔助出圖、形成虛擬現(xiàn)實(shí)成果。

2.3 招標(biāo)投標(biāo)階段

建設(shè)單位招投控制過程中，應(yīng)用BIM技術(shù)可以對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行優(yōu)化，對(duì)建設(shè)項(xiàng)目工程量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、優(yōu)化和對(duì)比，對(duì)相關(guān)結(jié)構(gòu)構(gòu)件進(jìn)行碰撞檢查，對(duì)項(xiàng)目工期進(jìn)行預(yù)期校驗(yàn)。

在投標(biāo)管理過程中，應(yīng)用BIM技術(shù)可以模擬高層項(xiàng)目施工工藝，預(yù)先進(jìn)行施工5D模擬，實(shí)現(xiàn)投標(biāo)報(bào)價(jià)優(yōu)化。同時(shí)，可進(jìn)行施工方案展示和項(xiàng)目可視化模擬，提高中標(biāo)率。

2.4 施工管理階段

高層建筑施工工期長(zhǎng)，工藝繁多復(fù)雜，專項(xiàng)方案抽象，成本控制、誤差及安全控制困難。有效利用BIM技術(shù)從施工進(jìn)度模擬、施工現(xiàn)場(chǎng)模擬、施工方案模擬、專項(xiàng)深化設(shè)計(jì)、工程量統(tǒng)計(jì)、BIM5D成本管理、施工質(zhì)量誤差分析、施工安全分析等方面全面應(yīng)用，可大幅規(guī)避上述不利因素，也是未來施工管理的必然趨勢(shì)。

2.5 竣工驗(yàn)收階段

高層建筑施工結(jié)束后，應(yīng)用BIM技術(shù)將工程施工過程的寫實(shí)性管理信息，包括但不局限于工程各類施工及管理人員現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際工程信息導(dǎo)入BIM模型。在項(xiàng)目施工過程中的所有工程技術(shù)資料均要以數(shù)據(jù)形式儲(chǔ)存，并導(dǎo)入或關(guān)聯(lián)BIM模型，竣工驗(yàn)收過程中可根據(jù)信息模型核對(duì)相關(guān)規(guī)范規(guī)定比較篩查，形成高效竣工驗(yàn)收方式。

2.6 營(yíng)銷宣傳階段

高層建筑項(xiàng)目在竣工驗(yàn)收后，乃至于項(xiàng)目建設(shè)期內(nèi)就可進(jìn)入營(yíng)銷宣傳期，傳統(tǒng)的營(yíng)銷宣傳手段無非通過傳單、海報(bào)、報(bào)紙平面廣告信息、電視電臺(tái)傳播等多種方式進(jìn)行營(yíng)銷宣傳。在信息化時(shí)代，若沒有讓潛在客戶形象直觀、一目了然地看到項(xiàng)目信息及周邊社會(huì)環(huán)境、自然環(huán)境等多種信息的渠道，則會(huì)失去一大批無法在疫情常態(tài)化防控形勢(shì)下了解項(xiàng)目的人群，從而降低了該項(xiàng)目的購(gòu)買預(yù)期值。而BIM技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)再次體現(xiàn)，未完工的項(xiàng)目三維立體效果圖、完工后的樣板間、與周圍社會(huì)環(huán)境、自然環(huán)境融為一體的智慧社區(qū)均能用BIM技術(shù)進(jìn)行電子化、信息化展示，從而通過多種網(wǎng)絡(luò)渠道進(jìn)行信息擴(kuò)散，使更多的不同需求層次的人群通過互動(dòng)式VR體驗(yàn)、招商管理展示、三維電子檔案庫(kù)等方式了解更多、更全面的項(xiàng)目信息，產(chǎn)生置業(yè)欲望，從而達(dá)到營(yíng)銷宣傳目的。

2.7 運(yùn)行維護(hù)階段

高層建筑在交付使用后，由于體量龐大、構(gòu)造復(fù)雜、設(shè)備繁多，其運(yùn)行與維護(hù)就成為勞動(dòng)密集型產(chǎn)業(yè)，以物業(yè)管理服務(wù)尤為突出，大量的人力資源投入到日常運(yùn)維過程，效率低、成本高。BIM技術(shù)有效規(guī)避了運(yùn)行維護(hù)風(fēng)險(xiǎn)，提升了效率，降低了成本。

BIM技術(shù)的應(yīng)用方式是搭建高層建筑運(yùn)維管理平臺(tái)，在平臺(tái)上嵌入若干子系統(tǒng)，進(jìn)行運(yùn)維系統(tǒng)集成、運(yùn)維數(shù)據(jù)分析、運(yùn)維數(shù)據(jù)與模型整合和運(yùn)維管理平臺(tái)部署實(shí)施。其技術(shù)路線是基于BIM技術(shù)，搭建物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)，利用云技術(shù)作為控制中心，將高層建筑在運(yùn)行與維護(hù)過程中的每個(gè)子系統(tǒng)，以BIM模型為載體統(tǒng)一集成整合到一起，形成可視化的管理者、建筑設(shè)備、建筑物之間的互聯(lián)互通。同時(shí)，通過高層建筑各項(xiàng)數(shù)據(jù)分析、建筑物使用功能分析、建筑設(shè)備運(yùn)行性能分析，為高層建筑提供一個(gè)綜合性的BIM技術(shù)運(yùn)行維護(hù)平臺(tái)，達(dá)到建筑功能最大化效果。通過調(diào)研，將常見平臺(tái)展示方式和應(yīng)用系統(tǒng)做出如下簡(jiǎn)介。

BIM運(yùn)維綜合平臺(tái)：以視覺管理方式代替以往的二維圖形管理，所見即所得的三維界面高度仿真，視覺表現(xiàn)強(qiáng)大，真實(shí)感更強(qiáng)，可視化呈現(xiàn)高層建筑設(shè)備與高層建筑內(nèi)部空間的運(yùn)行與維護(hù)狀態(tài)，能夠做到第一時(shí)間顯示圖像，同時(shí)在三維立體模型上的直觀顯示核心數(shù)據(jù)信息或性能指標(biāo)，為高層建筑物業(yè)管理等運(yùn)維人員提供方便快捷的整體控制方法。

安保管理系統(tǒng)：匯總展示建筑內(nèi)當(dāng)前安防安保相關(guān)信息。系統(tǒng)化可視化提供監(jiān)控視頻信息、門禁開關(guān)信息、圍墻報(bào)警信息、消防設(shè)備信息、應(yīng)急管理信息以及電子巡更信息。

設(shè)備運(yùn)行系統(tǒng)：展示設(shè)備維保項(xiàng)、設(shè)備維修項(xiàng)、本年報(bào)修趨勢(shì)圖，匯總顯示各系統(tǒng)的在線監(jiān)控設(shè)備數(shù)、正常運(yùn)行時(shí)間、設(shè)備故障數(shù)、本月維修計(jì)劃、本月維修量、維修完成度等信息。

電梯管理系統(tǒng)：展示建筑內(nèi)電梯的整體運(yùn)行情況、電梯的運(yùn)行策略、電梯能耗走勢(shì)、電梯的啟停趨勢(shì)圖以及電梯的維保事項(xiàng)。電梯當(dāng)前的停靠樓層，電梯的名稱、運(yùn)行狀況、承載人數(shù)等參數(shù)信息;電梯內(nèi)當(dāng)前監(jiān)控畫面。

能源管理系統(tǒng)：展示建筑內(nèi)各分項(xiàng)能耗占比（包括空調(diào)、照明與插座、動(dòng)力）、能耗排名前七的設(shè)備展示、分區(qū)耗能、節(jié)能改造前后能耗對(duì)比、節(jié)能改造事項(xiàng)等信息。

環(huán)境管理系統(tǒng)：展示建筑內(nèi)當(dāng)前的環(huán)境狀況，當(dāng)前的環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)，不同參數(shù)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)及監(jiān)控區(qū)域空調(diào)的運(yùn)行模式等信息。在大屏展示系統(tǒng)中，建筑模型可以直接打開，展開監(jiān)控樓層，分別顯示不同樓層的溫度渲染云圖。

車位管理系統(tǒng)：展示項(xiàng)目?jī)?nèi)的停車場(chǎng)車位剩余折線圖、車位占用信息、違停情況以及出入口監(jiān)控畫面、車位占用信息及本月車位占用分析。以動(dòng)畫的形式打開建筑模型，定位到停車區(qū)域，通過顏色渲染顯示該區(qū)域內(nèi)的車位占用情況;在模型中選擇車位，可以查看入口到該車位的路線圖。

照明管理系統(tǒng)：展示建筑內(nèi)的照明能耗曲線、建筑內(nèi)照明當(dāng)前模式、回路信息;管理人員可在照明管理界面中選定特定區(qū)域，在大屏展示系統(tǒng)中集中展示照明的管控功能。

資產(chǎn)管理系統(tǒng)：實(shí)現(xiàn)建筑的有形資產(chǎn)可視化，更加直觀，便于建筑后勤運(yùn)維。對(duì)建筑的高值移動(dòng)資產(chǎn)、高值耗材、大型醫(yī)療設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)資產(chǎn)的動(dòng)向溯源、移出建筑報(bào)警。

智慧分析系統(tǒng)：對(duì)接入的各子系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)信息匯總，建立數(shù)字模型，主要包括設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)信息、環(huán)境狀態(tài)信息、報(bào)警級(jí)別及次數(shù)信息、建筑能耗信息等進(jìn)行智能分析，對(duì)建筑后勤運(yùn)行綜合評(píng)估，形成考評(píng)分值;形成健康指數(shù)、能效分析、設(shè)備質(zhì)量分析、運(yùn)維效率分析、人員績(jī)效分析等各種報(bào)表。為高層管理者提供直觀信息，為建筑布局優(yōu)化調(diào)整提供快速?zèng)Q策平臺(tái)。

3 結(jié)語

BIM技術(shù)的應(yīng)用隨著社會(huì)信息化程度的日益提高變得越來越多，應(yīng)用的領(lǐng)域隨之普遍化、深入化。特別在建筑業(yè)向智能建造過渡的特殊時(shí)期，BIM技術(shù)在高層建筑項(xiàng)目全生命周期中的應(yīng)用越來越普遍、越來越成熟，尤其體現(xiàn)在施工管理和后期運(yùn)維中。

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