1、第六章 BIM 及其在工程項目管理中的應用第一節 BIM 簡介1、 BIM 的由來BIM ( Building Information Modeling )可翻譯為“建筑信息建模” ，也有翻譯為“建筑 信息模型”的，但相比之下，前者更為準確。導致工程建設行業效率不高的原因是多方面的， 整體行業水平的提高和產業升級只能依靠先進生產流程和技術的應用。 BIM 是這樣一種技術、方法和機制。通過集成項目信息的收集、管理、交換、更新、存儲過程和項目業務流程，為建設工程全壽命周期不同階段、不同參與方提供及時、 準確、足夠的信息， 支持工程建設不同進展階段、 不同參與方以及不同 應用軟件之間的信息交流和共享

2、，以實現工程設計、施工、運營、維護效率和質量的提高，以及工程建設行業生產力水平持續不斷的提升。2、 BIM 的基本概念BIM的定義有多種版本。麥克格勞希爾(McGraw Hill )在2009年BIM的商業價值(The Business Value of BIM )的市場調研報告中對BIM 的定義比較簡練，認為“ BIM 是利用數字模型對工程進行設計、施工和運營的過程” 。美國國家 BIM 標準對 BIM 的定義比較完整： BIM 是一個設施 (工程項目) 物理和功能特性的數字表達； BIM 是一個共享的知識資源，是一個分享有關這個設施的信息，為該設 施從概念到拆除的全壽命周期所有決策提供可靠

3、依據的過程； 在項目不同階段， 不同利用相 關方通過在BIM 中插入、提起、更新和修改信息，以支持和反映其各自職責的協同作業。BIM 是通過現代計算機技術以多種數字技術為依托的。建筑工程與之相關的工作均可從建筑信息模型中獲得各自需要的信息， 可以指導相應工作又能將相應工作的信息反饋到模 型中。BIM 不只是簡單地將數字信息進行集成，還是一種數字信息的應用，它可以用于設計、 建造、 管理的數字化應用， 這種應用可以使建筑工程在其整個進程中顯著提高效率、 大量減 少風險。BIM 可以在建筑工程整個壽命期中實現集成管理，這個模型既包括建筑物的信息模型，同時又包括建筑工程管理行為的模型。 將建筑物的信

4、息模型與建筑工程的管理行為模型進行完美組合。 可以在一定范圍內模擬實際的建筑工程建設行為， 例如：建筑物的日照、外部維 護結構的傳熱狀態等。3、 BIM 的特點BIM 有以下五個方面的特點：(一)可視化可視化即“所見即所得” 。對于建筑行業來說，可視化的作用是非常大的。目前，在工程建設實施中所用的施工圖紙， 只是將各個構件信息用線條來表達， 其真正的構造形式需要工程建設參與人員去自行想象。 但對于現代建筑而言，形式各異、 造型復雜， 光憑人腦去想象就不太現實了。 BIM 可將以往的線條式構件形成一種三維的立體實物圖形展開在人們面 前。在 BIM 中，由于整個過程都是可視化的，不僅可以用來展開效

5、果，還可生成所需要的各種報表。更重要的是，在工程設計、建造、運營過程中的溝通、討論、決策，都可在可視化狀態下進行。（二）協調性協調是工程建設實施過程中的重要工作。應由 BIM 技術，可以事先事先協調。如在工程設計階段，可應用 BIM 技術對施工過程中建筑物內設施的碰撞問題進行協調。此外，還可對空間布置、防火分區、管道布置等問題進行協調處理。（三）模擬性在工程設計節點，應由 BIM 技術可對節能、緊急疏散、日照、熱能傳導等進行模擬；在工程施工階段，可根據施工組織設計，將3D 模型加施工進度（ 4D ）模擬實際施工，從而通過確定合理的施工方案指導實際施工，還可進行5D 模擬，實現造價控制；在運營階

6、段，可對日常緊急情況的處理進行模擬，如地震人員逃生模擬及消防人員疏散模擬等。（四）優化性工程設計、施工、運營過程均可應用 BIM 技術進行優化。目前，基于 BIM 的優化可完成以下工作：（ 1）設計方案優化。將工程設計與投資回報分析結合起來，可以實時計算設計變化對投資回報的影響。（ 2）特殊項目的設計優化。有些部位往往存在不規則設計，如裙樓、幕墻、屋頂、大空間等處。 這些部位通常也是施工難度較大、 施工問題比較多的地方， 對這些部位的設計和 施工方案進行優化，可以縮短施工工期、降低工程造價。（五）可出圖性利用 BIM 對建筑物進行可視化展示、協調、模擬、優化后，還可幫助輸出如下圖紙或報告：（

7、1）綜合管線圖；（ 2）綜合結構留洞圖；（ 3）碰撞檢查偵錯報告和建議改進方案。四、國內外應用狀況（一）國外應用狀況（ 1）美國。 BIM 的研究和應用起步較早并初具規模。各大設計事務所、承包商和業主 紛紛主動在工程項目中應由 BIM 。 政府和行業協會也出臺了各種BIM 標準。 統計數據顯示，2009 年美國建筑業300 強企業中， 80% 以上都應用了 BIM 技術。（ 2）日本。 BIM 應用已擴展到全國范圍，并上升到政府推進層面。（ 3） 韓國。 已有多家政府機關致力于BIM 應用標準的制定，如韓國公共采購服務重型下屬的建設事業局制定了 BIM 實施指南和路線圖： 20122015 年

8、 500 億韓元以上的工程項目全部采用 4D 設計管理系統； 2016 年實現全部公共設施項目使用 BIM 技術。（二）國內應用狀況BIM 技術在香港地區已廣泛應用于各類房地產開發項目中， 2009 年成立了香港BIM 學會。中國大陸地區的現狀是：（ 1） 一定數量的工程項目在不同階段和不同程度上使用了 BIM ，其中在建第一高樓 的上海中心大廈項目最受關注。（ 2） 筑業相關企業和 BIM 咨詢顧問以不同形式合作開展BIM 的實施。（ 3） BIM 已經逐步滲透到軟件公司、咨詢顧問、設計單位、科研院校、建筑企業、房 地產開發商和行業協會等。（ 4） 中國房地產協會商業地產專業委員會在2010

9、 年組織研究并發布了 中國商業地產BIM 應用研究報告 ，用于指導和跟蹤商業地產領域BIM 技術的應用和發展。（ 5） 筑企業開始對 BIM 人才有所需求， BIM 人才的商業培訓已經逐步啟動。（ 6） 筑行業現行法律法規、標準尚未對 BIM 的應用提出要求。五、 BIM 的應用前景隨著技術的不斷發展和BIM 應用的不斷實踐， BIM 技術的應用已經朝著更多的發展方向展開。（ 1）多維度的應用，應結合施工管理、協調等有關內容：進度管理、質量管理、成本管理、安全管理、采購、運輸、招標、總包管理與分包管理、平面布置和數碼測量定位等。（ 2） 在 BIM 以建筑物信息為主的信息系統中還可以補充合同管

10、理、文檔管理，或將工程監理的標準文檔納入BIM和P6應用中。（ 3）只停留在 BIM 的模型是不夠的，應結合三維掃描、云技術、移動、平板電腦、三維地圖、 GPS 定位、三維打印、三維的逆向工程、 RFID 的材料取樣的二維碼掃描以及電子 芯片等拓展其使用范圍。第二節 BIM 的應用一、城市規劃BIM 在城市規劃的三維平臺中，可以完全實現目前三維仿真系統無法實現的多維應用。特別是城市規劃方案的性能分析，可以解決傳統城市規劃編制和管理方法無法量化的問題，諸如舒適度、空氣流動性、噪聲云圖等指標。 BIM 的性能分析通過與傳統規劃方案的設計、評審結合起來， 將會對城市規劃多指標量化、 編制科學化和城市

11、規劃可持續發展產生積極的 影響。城市規劃微環境模擬是建立在城市規劃是三維信息模型的基礎上，通過微環境模擬平臺， 對城市規劃控制性詳細規劃和修建性詳細規劃進行微環境指標模擬評估， 并以此評估結 果來對控制性規劃用地指標進行修正和對修建性詳細規劃的建筑空間布局進行調控， 輔助城 市規劃管理和城市規劃設計。（一）日照采光分析建筑物日照間距是城市規劃管理部門審核建設工程的重要指標， 也是規劃設計的主要參考標準。它直接關系到城鎮居民的生活環境質量，也是控制建筑密度的有效途徑之一。利用 BIM 相應建模和分析軟件，可以對模擬區域建立 3D 模型，然后通過輸入模擬區域的氣象數據等信息資料， 對該模擬區域內建

12、筑的日照進行模擬和分析， 從而為規劃設計提 供參考依據。（二）建筑微環境的空氣流動分析通過 BIM 技術與 CFD 技術的結合運用，可以方便、快捷地對建筑內、外環境的氣流流場進行仿真模擬， 可以形象直觀地對建筑內外環境的氣流流動形成的流體環境做出分析和評價，并及時地調整方案。這樣，有利于規劃師、建筑師在方案設計時全面、直觀地對環境影響的因素進行把握。同時，利用不同技術的綜合運用來使規劃設計更加科學、合理。（三）城市規劃可視度分析通過 BIM 技術，可以對取樣內地標建筑進行可視度分析模擬，從分析結果可以清晰地看到城市道路上對該地標建筑的可視度分布。 軟件會統計不同可視程度類型的面積， 而道路 上

13、網格的顏色區域變化則顯示了能看到的景觀建筑的區域變化。（四）城市建筑群熱工分析主要是分析規劃建筑空間形成后， 在自然狀態下得到太陽熱量的自然分布， 通過這種熱量分布計算， 可以很清楚地看到建筑群內部熱量集中的地方。 得到該結果后， 在深化規劃方案設計過程中， 可通過各種措施調整， 如增加綠地、 水系或者引入自然通風廊道等方法減少高溫區域。二、工程造價管理BIM 在工程造價管理信息化方面具有不可比擬的優勢，對于提升工程造價管理信息化水平、改進工程造價管理流程、提高工程造價管理效率，都具有積極意義。（一）提高工程量計算的準確性BIM 的自動化算量方法比傳統的計算方法更加準確。工程量計算是編制工程預

14、算的基礎，但計算過程非常繁瑣和枯燥，容易因人為原因造成計算錯誤，影響后續計算的準確性。此外， 由于各地定額計算規則不同， 也是阻礙手工計算準確性的重要因素。 每計算一個構件要考慮哪些相關部分要扣減，需要具有極大的耐心和細心。BIM 的自動化算量功能可使工程量計算工作擺脫人為因素的影響，得到更加客觀的數據。無論是規則或者不規則構件，均可利用所建立的三維模型進行實體扣減計算。（二）合理安排資源計劃工程建設周期長，涉及人員多，管理復雜，沒有充分合理的計劃，容易導致工期延誤，甚至發生工程質量和安全事故。利用 BIM 模型提供的基礎數據可以合理安排資金計劃、人工計劃、材料計劃和機械計劃。在 BIM 模型

15、所獲得的工程量上賦予時間信息，可以知道任意時間段的工作量，進而可以知道任意時間段的工程造價， 據此來制定資金使用計劃。 此外， 還可根據任意時間段的工程量，分析出所需要的人、材、機數量，合理安排工作。（三）控制工程設計變更對于工程設計變更， 傳統的方法是靠手工先在圖紙上確認位置， 然后計算工程設計變更引起的量的增減。同時，還要調整與之相關聯的構件。這樣的過程不僅緩慢，耗費時間長，而且難以保證可靠性。 加之工程設計變更的內容沒有位置信息和歷史數據， 查詢也非常麻煩。利用 BIM 模型，可以將工程設計變更內容關聯到模型中，只需將模型稍加調整，就會自動反映出相關的工程量變化。 甚至可以將工程設計變更

16、引起的造價變化直接反饋給設計人員，使其能清楚地了解工程設計方案的變化對工程造價的影響。（四）對工程項目多算對比進行有效支持利用 BIM 模型數據庫的特性，可以賦予模型內的構件各種參數信息。例如， 試件信息、材質信息、施工班組信息、位置信息、工序信息等。利用這些信息，可以將模型中的構件進行任意的組合和匯總， 從而可以快速地進行統計， 對未施工項目進行多算對比提供有效支撐。（五）歷史數據積累和共享以往工程的造價指標、 含量指標等數據， 對今后類似工程的投資估算和審核具有非常重要的價值，工程造價咨詢單位視這些數據為企業核心競爭力。利用 BIM 模型可以對相關指標進行詳細、準確的分析和抽取，并且形成電

17、子資料，方便存儲和共享。三、施工進度管理好的施工進度計劃可以使工程項目各參建方達到“協調一致” 。因此，不管是業主方還是施工方，做好施工進度計劃的編制與管理工作非常重要。BIM 從 3D 模型發展到 4D 建造模擬功能，使工程項目相關人員都能夠更加輕松地預見到施工進度。 由此方式產生的相關任務可以自動地關聯到 BIM 軟件上， 調整施工進度圖后，進度安排也會自動變化， 并在 4D 施工模擬時體現。 BIM 可以在工程建設前期形成可視化的進度信息、 可視化的施工組織方案以及可視化的施工過程模擬， 在建設過程中可對工程變更結果及風險事件結果進行模擬。在工程施工中， 利用 4D 模型可以使全體參建人

18、員很快理解進度計劃的重要節點； 同時，進度計劃通過實體模型的對應表示， 有利于發展施工過程中的問題， 及時采取措施， 進行糾偏調整；遇到設計變更、施工圖更改時，也可以快速地聯動修改進度計劃。需要指出的是， 4D 模型所承擔的分析推理工作離不開使用者的介入，這就要求使用者具有一定程度的操作經驗和足夠的專業知識。4D 模型在施工過程中可以應用到進度管理和施工現場管理等多個方面，主要表現為進度管理的可視化、監控、 記錄、 進度狀態報告和計劃的調整預測等功能，以及事故現場管理策劃可視化、輔助施工總平面管理、輔助環境保護、輔助防火保安等功能。同時，還可應用到物資采購管理方面， 表現為輔助編制物資采購計劃

19、、 物質現場管理及物資倉庫可視化管理等功能。通過4D 模型的應用，可以在整個工程建設過程中實現工程信息的高度共享，提高信息的利用價值，提高施工技術水平。四、設施運行維護維護保養是一種針對設施全壽命期的操作， 確保建筑設施在全壽命期內性能良好。 維護保養做得不好，會導致設備壽命縮短，直接后果就是增加成本。 BIM 技術對設施管理企業提高運作和維護水平、 設法利用設施提供舒適安全的工作場所、 改善員工的工作強度和提高生產率等方面發揮積極作用。設備設施出現故障而進行的恢復性能的維護活動需要的是快速查找故障根源， 此時， 可用到 BIM 的分析和可視化功能。比如，搶修時的快速定位和信息查詢；還有，一臺

20、設備經常出故障， 其原因可能是與附近的另外一臺設備有關， 這在三維空間視圖上， 很容易看到這種關聯性。預測性維護與 BIM 的結合是一個富有挑戰性的課題。在我國已經有一些橋梁和大型工程項目中使用了結構檢測技術， 其目的是為了對部件進行連續或定期的檢測和診斷， 從而對 故障做出預測。所有這些模擬都可以在工程設計的早起、 設計進行過程中以及運營期間進行， 其輸入的參數和輸出的結果可能不同，但都有其利用價值。整合到 CAFM ，就能夠進行建筑績效分析，尤其是將運行維護成本和一系列性能指標引入。無論是能源消耗， 還是維修費用、 人員開支，都錄入到一個集成的 BIM 系統中，通過分配計算，能夠得到很多關

21、于建筑設施的績效指標，用于衡量運營管理工作成果。這種衡量，是在運營過程中控制成本的基本工作。第三節 BIM 在工程項目管理中的應用一、應用目標BIM 的主要任務就是通過借助 BIM 理念及其相關技術搭建統一的數字化工程信息平臺， 實現工程建設過程中各階段數據信息的整合及應用， 進而更好地為委托方創造價值， 提 高建設效率和質量。（一）可視化展示BIM 技術可利用計算機實現工程項目在建設完工前的可視化展示。與傳統單一的設計效果圖等表現方式相比，由于數字化工程信息平臺包含了工程建設各階段所有的數據信息，基于這些數據信息制作的各種可視化展示將更準確、 更靈活地表現工程項目， 并輔助各專業、各行業之間

22、的溝通交流。（二）提高工程設計和項目管理質量BIM 技術可幫助工程項目各參建方在工程建設全過程中更好地溝通協調，為做好設計管理工作， 提高工程設計質量及工程項目在技術、 經濟上的可行性論證， 提供更為先進的手段和方法，從而提升工程項目管理的質量和效率。（三）控制工程造價通過數字化工程信息模型， 實現工程項目各階段數據信息的準確性和唯一性， 進而在工程建設早期發現問題并予以解決，減少工程過程中的變更，大大提高對工程造價的控制力。（四）縮短工程施工周期借助 BIM 技術，實現對各重要施工工序的可視化整合，協助委托人、設計單位、承包單位更好地溝通協調與論證，合理優化施工工序。二、應用范圍現階段，工程

23、項目管理公司運用 BIM 技術提升咨詢服務的價值，仍處于初級階段，其應用范圍主要包括以下幾個方面：（一）可視化模型建立可視化模型建立是BIM 的基礎，包括建筑、結構、設備等各專業工種。在BIM 中，由于整個過程都是可視化的， 因此， 可視化的結果不僅可用效果圖進行展示及報表的生產， 更 為重要的是，工程設計、建造、運營過程中的溝通、討論、決策都是在可視化的狀態下進行 的。BIM 模型在工程建設中的衍生路線就像一棵大樹，其源頭是設計單位在設計階段培育的種子模型； 其生長過程伴隨著廠家的深化補充； 施工單位進行二次設計和重塑， 以及業主、項目管理單位、 監理單位等多方審核； 后端衍生的各層級應用如

24、同果實一樣。 他們之間相互維系， 而維系的血脈就是帶有種子模型基因的數據信息， 數據信息如同新陳代謝般隨著工程項目壽命期的進展不斷進行更新維護。目前， 一些具備先進管理理念及技術的工程項目管理公司已不僅僅滿足于依靠設計單位來完成建模工作，而是開始在內部培養、組建3D 建模團隊，為后續工作的開展奠定基礎。（二）工程設計優化具備工程設計、 施工豐富經驗的團隊對從方案設計到施工圖設計的各個階段設計成果進行評估，發現問題，提出合理化改進建議，從而提升工程項目設計管理能力。（三）管線綜合隨著建筑業的快速發展， 對協同設計與管線綜合的要求愈加強烈。 但是， 由于缺乏有效的技術手段， 不少設計單位都沒有能夠

25、很好地解決管線綜合的問題， 各專業設計結果之間的沖突嚴重地影響了工程質量、進度和造價等。 BIM 技術的出現，可以很好地實現碰撞檢查，尤其對于建筑形體復雜或者管線約束多的情況是一種很好的解決方案。（四）性能分析利用 BIM 技術提供的完整信息模型，可以對建筑的各種性能進行模擬測試，并進行優化設計，從而達到節能環保、降低成本、 提高建筑使用舒適度的目的。 主要包括日照采光分析、 城市規劃分析、 室內外風環境模擬和建筑使用能耗分析等。 工程項目管理公司涉及此方 面內容較少，主要由設計單位依托專業軟件進行數據分析及優化。（五）4D虛擬施工當前， 絕大部分工程項目仍然是采用橫道圖表示進度計劃， 用直方

26、圖表示資源計劃， 無 法清晰描述施工進度以及各種復雜關系， 難以準確表達工程施工的動態變化過程， 更不能動態地優化分配所需要的各種資源和施工場地。工程項目管理公司將BIM 和進度計劃軟件的數據進行集成，可以按月、按周、按天看到工程施工進度并根據現場情況進行實時調整， 分析不同施工方案的優劣， 從而得到最佳施工方案。此外，還可對工程項目的重點或難點部分進行可建性模擬，按秒、分、時進行施工安裝方案的分析優化。 通過對施工進度和資源的動態管理及優化控制， 以及施工過程的模擬，可以更好地提高工程項目的資源、能源利用率，對整個工程建造過程有實際的指導意義。（六）成本核算對于工程項目而言， 預算超支現象是

27、極其普遍的。 而缺乏可靠的成本數據是造成成本超支的重要原因。 BIM 是一個包含豐富數據、面對現象、具有智能和參數特點的建筑數字化標識。 借助這些信息，計算機可以快速對各種構件進行統計分析， 完成成本核算。 通過將工程設計和投資回報分析相結合， 實時計算設計變化對投資回報的影響， 合理控制工程總造價。（七）運行維護模擬將 BIM 與運營維護管理計劃相鏈接，設備管理數據的實時錄入，實現建筑物業管理與樓宇設備的實時監控相集成的智能化和可視化管理。 同時， 結合運營階段的環境影響和災害破壞，針對結構損傷、材料劣化及災害破壞，進行建筑結構安全性、耐久性分析與預測，這是 BIM 在運營維護和改造升級過程

28、中的應用，雖然目前還沒有成熟的實際案例，但應是未來發展方向之一。由于工程項目本身的特殊性， 建設過程中隨時都可能出現無法預計的各類問題， 而 BIM技術數字化手段本身也是一項全新的技術。因此，在工程項目管理服務過程中，使用 BIM 技術具有開拓性意義， 同時， 也對工程項目管理團隊帶來極大的挑戰。 這不僅要求項目管理團隊具備優秀的技術和服務能力，還需要強大的資源整合能力。三、服務內容項目管理團隊在工程項目各進展階段的服務內容見表6-1 。表6-1各階段服務內容前期/設計 階段模型建立建筑、結構、設備各專業信息模型搭建各階段各工種綜合可視化分析、供溝通交流、設計協調 各種規格圖形輸出：靜態、動態

29、設計優化審查各階段圖紙 把控工程設計質量管線綜合各專業間進行碰撞檢查生成碰撞報告優化調整建議成本核算生成各類明細表，精確材料統計投資優化建議：設計變化對投資回報的影響建設成本概預算性能分析日照分析，采光環境模擬與優化建議 熱環境分析，建筑能耗模擬與優化建議 遮陽設計風環境模擬與設計優化聲環境模擬與優化、聲場設計優化數據整合整合項目共參與方的交付成果（數據格式） 輔助搭建信息化模型平臺施工階段P模型建立施工階段的信息模型建立四維施工模 擬確定四維模擬流程對重要建設周期進行四維模擬動態碰撞檢 查施工現場布置的動態碰撞 生成碰撞報告設計協調各參與方的三維數據文件的整合與協調協調專業施工及材料單位對于復雜建筑體形，提供空間