2.5 BIM在施工管理中的应用

2.5.1 虚拟施工

基于BIM的虚拟施工，其施工本身不消耗施工资源，却可以根据可视化效果看到并了解施工的过程和结果，可以较大程度地降低返工成本和管理成本，降低风险，增强管理者对施工过程的控制能力。建模的过程就是虚拟施工的过程，是先试后建的过程，施工过程的顺利实施是在有效的施工方案指导下进行的，施工方案的编制主要是根据项目经理、项目总工程师及项目部的经验，施工方案的可行性一直受到业界的关注，由于建筑产品的单一性和不可重复性，施工方案具有不可重复性。一般情况，当某个工程即将结束时，一套完整的施工方案才展现于面前。

施工进度拖延，安全、质量问题频发，返工率高，施工成本超支等已成为现有建筑工程项目的通病。在施工开始前，制订完善的施工方案是十分必要的，也是极为重要的。虚拟施工技术不仅可以检测和比较施工方案，还可以优化施工方案。

2.5.2 建筑构件建模

首先根据建筑图样，将整个建筑工程分解为各类构件，并通过3D构件模型，将它们的尺寸、体积、重量直接测量下来，以及采用的材料类型、型号记录下来。其次针对主要构件选择施工设备、机具，确定施工方法。通过建筑构件建模，可以帮助施工人员事先研究如何在现场进行构件的施工和安装。

施工前，施工方案制订人员先进行详细的施工现场查勘，重点研究解决施工现场整体规划、进场位置、卸货区位置、起重机械位置及危险区域等问题，确保建筑构件在起重机械安全有效范围作业；利用5D建模，可模拟施工过程、构件吊装路径、危险区域、车辆进出现场状况、装货卸货情况等。施工现场虚拟5D全真模型可以直观、便利地协助管理者分析现场的限制，找出潜在的问题，制订可行的施工方法；有利于提高效率、减少传统施工现场布置方法中存在漏洞的可能，及早发现施工图设计和施工方案的问题，提高施工现场的生产率和安全性。

2.5.4 施工机械建模

施工方法通常由工程产品和施工机械的使用决定，现场的整体规划、现场空间、机械生产能力、机械安拆的方法又决定施工机械的选型。

2.5.5 临时设施建模

临时设施是为工程施工服务的，它的布置将影响到工程施工的安全、质量和生产效率，5D全真模型虚拟临时设施对施工单位很有用，可以实现临时设施的布置及运用，还可以帮助施工单位事先准确地估算所需要的资源，以及评估临时设施的安全性，是否便于施工，以及发现可能存在的设计错误。

2.5.6 施工方法可视化

5D全真模型平台虚拟原型工程施工，对施工过程进行可视化模拟，包括工程设计、现场环境和资源使用状况，具有更大的可预见性，将改变传统的施工计划、组织模式。施工方法的可视化使所有项目参与者在施工前就能清楚地知道所有施工内容以及自己的工作职责，能促进施工过程中的有效交流，它是目前评估施工方法、发现问题、评估施工风险简单、经济、安全的方法。

采用BIM进行虚拟施工，须事先确定以下信息：设计和现场施工环境的5D模型；根据构件选择施工机械及机械的运行方式；确定施工的方式和顺序；确定所需临时设施及安装位置。

2.5.7 施工方法验证过程

BIM技术能全真模拟运行整个施工过程，项目管理人员、工程技术人员和施工人员可以了解每一步施工活动。如果发现问题，工程技术人员和施工人员可以提出新的施工方法，并对新的方法进行模拟来验证其是否可行，即施工试错过程，它能做到在工程施工前绝大多数的施工风险和问题都能被识别，并有效地解决。

2.5.8 项目参与者之间有效的交流工具

虚拟施工使施工变得可视化，这极大地便利了项目参与者之间的交流，特别是不具备工程专业知识的人员，通过施工模拟，可以增加项目参与各方对工程内容及完成工程保证措施的了解。施工过程的可视化，使BIM成为一个便于施工参与各方交流的沟通平台。通过这种可视化的模拟缩短了现场工作人员熟悉项目施工内容、方法的时间，减少了现场人员在工程施工初期犯错误的时间和成本，还可加快、加深对工程参与人员培训的速度及深度，真正做到质量、安全、进度、成本管理和控制的人人参与。

2.5.9 工作空间可视化

BIM可以提供可视化的施工空间。BIM的可视化是动态的，施工空间随着工程的进展会不断地变化，它将影响到工人的工作效率和施工安全。通过可视化模拟工作人员的施工状况，可以形象地看到施工工作面、施工机械位置等，并评估施工进展中这些工作空间的可用性、安全性。

2.5.10 材料费用控制

BIM可以提供准确的施工预算，BIM模型被誉为参数化的模型，因此在建模的同时，各类的构件就被赋予了尺寸、型号、材料等约束参数，BIM是经过可视化设计环境反复验证和修改的成果，由此导出的材料设备数据有很高的可信度，应用BIM模型导出的数据可以直接应用到工程预算中，为造价控制、施工决算提供了有利的依据。以往施工决算的时候都是拿着图样在计算，有了模型以后，数据完全自动生成，提高了决算、预算的准确性。

2.5.11 施工组织控制

施工组织是对施工活动实行科学管理的重要手段，它决定了各阶段的施工准备工作内容，协调施工过程中各施工单位、各施工工种以及各项资源之间的相互关系。BIM可以对施工的重点或难点部分进行可见性模拟，按网络时标进行施工方案的分析和优化。对一些重要的施工环节或采用施工工艺的关键部位、施工现场平面布置等施工指导措施进行模拟和分析，以提高计划的可执行性。利用BIM技术结合施工组织设计进行计算机预演，以提高复杂建筑体系的可施工性。借助BIM对施工组织的模拟，项目管理者能非常直观地理解间隔施工过程的时间节点和关键工序情况，并清晰地把握施工过程中的难点和要点，也可以进一步对施工方案进行优化完善，以提高施工效率和施工方案的安全性。

2.5.12 可视化图样输出

可视化模型输出的施工图样，分发给施工人员可作为可视化的工作操作说明或技术交底，用于指导现场施工，方便现场的施工管理人员进行施工指导和现场管理。

2.5.13 基于BIM施工管理目标

BIM建筑信息模型的引入，将促进工程施工的标准化、预制化，从某种意义上讲就是为工程行业引入一条生产线，它可以减少一次性带来的风险和成本增加。通过基于BIM技术的虚拟施工，施工单位可以达到以下目标：创建、分析和优化施工进度；针对具体项目分析将要使用的施工方法的可行性；通过模拟可视化的施工过程，提早发现施工问题，消除施工隐患；形象化的交流工具，使项目参与者能更好地理解项目范围，提供形象的工作操作说明或技术交底；可以更加有效地管理设计变更；全新的试错、纠错概念和方法。

目前，BIM不仅用于建筑工程，还推广至桥梁、隧道、风电、高速公路和设备安装等工程领域，如上海国际金融中心、昆明新机场设备安装、邢汾高速公路等工程项目。BIM能提高施工企业总承包总集成能力，能合理控制工程成本，提高施工效率，实现绿色环保施工的理念，是施工企业信息化建设的有效途径。

2.5.14 建设工程质量管理

BIM是建筑设计人员提高设计质量的有效手段。目前，建筑设计专业分工比较细致，一个建筑物的设计需要由建筑、结构、安装等各个专业的工程师协同完成。由于各个工程师对建筑物的理解有偏差，专业设计图样之间“打架”的现象很难避免。将BIM应用到建筑设计中，计算机将承担起各专业设计的“协调综合”工作，设计工作中的“错漏碰缺”问题可以得到有效控制。

BIM是业主理解工程质量的有效手段。业主是工程高质量的最大受益者，也是工程质量的主要决策人。但是，受专业知识局限，业主同设计人员、监理人员、承包商之间的交流存在一定困难。当业主对工程质量要求不明确时，造成工程变更多，质量难以有效控制。BIM为业主提供形象的3D设计，业主可以更明确地表达自己对工程质量的要求，如建筑物的色泽、材料、设备要求等，有利于各方开展质量控制工作。

BIM是项目管理人员控制工程质量的有效手段。由于采用BIM设计的图样是数字化的，计算机可以在检索、判别、数据整理等方面发挥优势。无论监理工程师还是承包商的项目管理人员，都不必拿着厚厚的图样反复核对，只需要通过一些简单的功能就可以快速、准确地得到建筑物构件的特征信息，如钢筋的布置、设备预留孔洞的位置、构件尺寸等，在现场及时下达指令。而且，将建筑物从平面变为立体，是一个资源耗费的过程。无论建筑物已建成、已经开始建设或已经备料，发现问题后进行修改的成本都是巨大的。利用BIM模型和施工方案进行虚拟环境数据集成，对建设项目的可建设性进行仿真试验，可在事前发现质量问题。

2.5.15 建设工程进度管理

有时，我们将基于BIM的设计称为4D设计，增加的1D信息就是工程进度信息。从目前看，BIM技术在工程进度管理上有三方面应用：首先，是可视化的工程进度安排。建设工程进度控制的核心技术，是网络计划技术。目前，该技术在我国利用效果并不理想。究其原因，可能与平面网络计划不够直观有关。在这一方面BIM有优势，通过与网络计划技术的集成，BIM可以按月、周、天直观地显示工程进度计划。一方面便于工程管理人员进行不同施工方案的比较，选择符合进度要求的施工方案；另一方面也便于工程管理人员发现工程计划进度和实际进度的偏差，及时进行调整。其次，是对工程建设过程的模拟。工程建设是一个多工序搭接、多单位参与的过程。工程进度计划，是由各个子计划搭接而成的。传统的进度控制技术中，各子计划间的逻辑顺序需要人来确定，难免出现逻辑错误，造成进度拖延。而通过BIM技术，用计算机模拟工程建设过程，项目管理人员更容易发现在2D网络计划技术中难以发现的工序间逻辑错误，优化进度计划。第三，是对工程材料和设备供应过程的优化。当前，项目建设过程越来越复杂，参与单位越来越多，其中大部分参建单位都是同工程建设利益关系不十分紧密的设备、材料供应商。如何安排设备、材料供应计划，在保证工程建设进度需要的前提下，节约运输和仓储成本，正是“精益建设”的重要问题。BIM为精益建设思想提供了技术手段。通过计算机的资源计算、资源优化和信息共享功能，可以达到节约采购成本，提高供应效率和保证工程进度的目的。

2.5.16 建设工程投资（成本）管理

BIM比较成熟的应用领域是投资（成本）管理，也被称为5D技术。其实，在CAD平台上，我国的一些建设管理软件公司，如深圳斯维尔科技公司已经对这一技术进行了深入的研发。在BIM平台上，预计这一技术可以得到更大的发展空间。首先，BIM使工程量计算变得更加容易。在用CAD绘制的设计图样中，用计算机自动统计和计算工程量必须履行这样一个程序：由预算人员告诉计算机它存储的那些线条的属性，如梁、板或柱，这种“3D算量技术”是半自动化的。在BIM平台上，设计图样的元素不再是线条，而是带有属性的构件。也就不再需要预算人员告诉计算机它存储的模型是什么东西了，“3D算量”实现了自动化。其次，BIM使投资（成本）控制更易于落实。对业主而言，投资控制的重点在设计阶段。目前，设计阶段技术经济指标的计算通常不准确，业主投资控制工作的好坏更多需要运气。运用BIM技术，业主可以便捷、准确地得到不同建设方案的投资估算或概算，比较不同方案的技术经济指标。而且，由于项目投资估算、概算比较准确，业主可以降低不可预见费比率，提高资金使用效率。同样，由于BIM可以较准确快捷地计算出建设工程量数据，承包商依此进行材料采购和人力资源安排，也可节约一定成本。BIM有利于加快工程结算进程。在我国，工程实施期间进度款支付拖延，工程完工数年后没有进行结算，这样的例子并不鲜见。如果排除业主的资金因素，造成这些问题的一个重要原因在于工程变更多、结算数据存在争议等。BIM技术有助于解决这些问题。一方面，BIM有助于提高设计图样质量，减少施工阶段的工程变更；另一方面，如果业主和承包商达成协议，基于同一BIM模型进行工程结算，结算数据的争议会大幅度减少。