【摘要】近年来，随着建筑行业的信息化水平迅速攀升，BIM技术也在日益完善。施工过程是建设项目的关键阶段之一，是BIM技术应用最直观、最全面的阶段。通过对施工过程建立BIM参数化模型，使用碰撞检查检验设计方案可行性，针对模型优化施工方案和场地布置，并对模型进行施工可视化模拟。引用BIM技术能有效地辅助解决建筑施工过程中的施工难题，保证现场施工高效有序地进行。
【关键词】BIM；设计施工；优化；场地布置
BIM（建筑信息模型）技术是将建筑工程项目的基本信息，如空间位置、构建尺寸和配筋信息等作为基础数据，通过三维虚拟仿真软件用一个三维模型集中体现。由于BIM模型真实的三维特性，其可视化可以直观纠错，有助于设计师预先发现施工过程中可能出现的问题，进行提前的修改，减少施工阶段的反复，不仅节约了成本，更加快了建设工期。对于施工过程有着指导及辅助作用，合理运用BIM技术将大大提高施工效率。
1国内外研究现状
美国BIM研究处于国际领先水平，2012年BIM技术在工程建设行业的应用比率超过70％。北欧是一些主要的建筑信息技术的软件厂商所在地，北欧建筑企业都会自觉采用BIM技术。因为很多全球领先设计公司的总部都在伦敦，英国BIM技术的使用也相当普遍。由此可见，BIM技术在国外发达国家已得到了广泛应用。当前BIM技术在国内已经有了一定的发展，越来越多的国内外业主提出明确的BIM要求。BIM将成为国内下一代主流技术，但其技术的发展应用与推广仍不够。对于设计阶段、场地布置、施工阶段以及建成后的维护和管理阶段，BIM技术的应用并未形成完善的体系。
2研究原因
研究BIM技术在优化施工过程中的应用，弥补了当前BIM研究集中在设计阶段的不足，进一步扩大BIM理念的价值，实现BIM技术在建筑全寿命期的管理。从实践上，考虑到未来建筑增多，建筑运营阶段的设施管理将是投入资本最多，建筑成本质量控制最困难的阶段，设施管理信息化势在必行。而研究以BIM技术为主的房屋建筑施工，有利于从信息化的角度，指导未来施工阶段的设施管理及场地优化，实现高效施工。随着应用BIM技术建造的建筑增多，提前研究基于BIM技术进行施工过程优化，为未来的建筑施工提供有效的施工过程优化依据，进一步为建筑设计以及决策，提供以完善和考虑房屋建筑设施管理目的为依据的建筑规划和设计。
3研究内容
3.1设计优化
设计优化主要指碰撞检查。碰撞检查指通过BIM模型检测工具发现项目中图元之间的冲突。这些图元可能是模型中的一组选定图元，也可能是所有图元。通过BIM模型对施工阶段的构件和管线、建筑与结构、结构与管线等等进行碰撞检查，在施工前尽早地发现未来将会面对的问题及矛盾，寻找出施工中不合理的地方及时进行调整，降低传统2D模式的错、漏、碰、缺等现象的出现，提高施工效率和质量，缩短工期。传统的CAD二维表达方式不完整，特别是一些工程构件的表达，经常用一些简单的线来表示一些主要的部位比如一种直径的部件在CAD中表达方式为一个线段，然而实际中还要考虑倾斜角度和体积以及很多时候在对节点的设计中都采用引出标注的方式来表达设计意图，且一些构件的尺寸是有标明但实际安装放置时又会有其他碰撞问题。种种原因导致图纸错误或者施工错误。
3.2设计优化的研究方法———基于Revit的模型
建立针对一个项目，使用Revit2016软件建立一个虚拟的建筑工程三维模型，利用其数字化技术，为这个模型提供完整的、与实际情况一致的建筑工程信息库。对建筑中的复杂构件通过Revit软件异型结构绘制功能对其进行更详细清晰的展示，利用Revit软件自带的碰撞检测功能进行检测，减少设计失误及建设投资进而缩短工期。在模型建立的过程中，设计人员可以查看各施工进程的构件位置，根据不同构件的施工要点，进行合理的工序安排。Revit软件建立的模型中可以设置不同构件的材料类型，通过此设置可以看到一个工程应用不同材料所带来的效果，对于外观效果体现最为明显，一些对外观有特殊要求的工程此方式将极大提高选材的合理性，对于门窗等构件的选择也可以提供指导。Revit的双向关联可以确保建筑构件彼此之间的关系能够随时随刻保持一致。在建立模型过程中，可以随时更改项目构件中的任意参数、属性、位置等，Revit可以通过其关联性让设计人员不需重新绘制或是重复大量的检查，直接自动变化，保持BIM模型的一致。由此Revit设计可以节省设计变更，加快工程周期（图1、图2）。
3.3场地布置
传统施工场地布置往往都是现场技术负责人根据现场CAD平面图并结合施工经验，进行大致布置。因为CAD图纸是平面二维图，没有具体的模型信息，项目技术负责人往往是凭经验和感觉进行的场地布置，因此很难及时发现场地布置中存在的问题，更没有能对场地布置方案进行合理优化的可靠依据。借助BIM技术对施工场地布置进行预演，通过三维可视化模型，可以规避施工过程中可能出现的设备工作范围碰撞、临时设施布置缺漏、材料二次搬运距离过长等问题，促进安全文明施工，保障施工计划实施，控制现场成本支出。通过初步的场地布置方案，建立施工设施构件库，对现场施工设施进行一比一的建模，并录入相应的材料、型号等相关信息，为场地模型的建立提供精确的族文件，在进行施工现场三维模型建模时，可以将相关族文件成批导入到三维模型中，有效提高了三维场地模型搭建速度和精度。根据三维模型来设置施工机械的进场和施工过程的行走路径，找出并优化其行进过程中的碰撞点。同时对办公室、生活宿舍、材料堆放、材料加工、塔吊、电梯等施工设施进行合理的布置。
3.3.1场地布置的研究方法———VR对BIM的拓展应用
现在我国建筑行业最大的困难点在于规划资源的整理、具体化的联系和平台的创建。BIM和VR技术的结合有极大的希望解决行业的困难点。如今BIM技术也受到国家政府的大力支持，再加上互联网5G技术的推动，进一步促进了我国建筑行业的发展。VR在BIM的模型建筑中，将模型进一步具体化，并更加具有可视性。通过构建虚拟展示，为使用者提供交互性设计和可视化印象。我国的VR技术设备在房屋建筑行业上已经形成某些重要结构集中在清水房中的展示，图3为虚拟模拟现实VR样板房。BIM系统比起CAD系统在主观视觉上虽然有很大的进步，但是具体的施工效果还处于最开始的阶段，将事物具体化的能力有限。在实际施工中，可能施工部门仍然还对某些部分的部件不清楚。如果插入VR技术，BIM技术就可以提供最真实的视觉感受，从而有效提高整体的资源利用，提高建筑施工的施工能力。VR＋BIM技术将有效推动未来建筑行业的发展。VR可以将BIM技术的真实度提高，也可以提升捕捉精度和显示分辨率，真实的表现整个模型。图4、图5是VR在工程中的有效应用，为了更好地展示建筑项目，将前期创建好的各个模型导入VDP虚拟设计平台，设计生成BIMVR二维码，使用移动设备即可扫码观看。
3.3.2场地布置的研究方法———Revit软件场地布置
模拟针对一个项目，使用Revit2016软件建立一个虚拟的建筑工程三维模型，对于建筑模型再加以补充，建立不同工序所需设备以及场地的模型，通过模型的建立，可以清晰的观察到不同施工时期所需设备的布置情况，提前对场地布置人员布置方式的合理性进行检查，在实际施工前有效降低成本投入。图6为建立的场地布置模型，针对施工场地中的大型器械例如吊车、混凝土搅拌车、塔吊、泵车等设备可以在施工前进行模拟，通过更加合理经济的布置减少造价。图7为Revit软件定向到具体楼层的操作界面，通过此操作可以将建筑分层，再针对不同施工时期调整场地布置方式尤其是其中的消防器械位置以及材料的堆放位置的调整，使场地得到最为合理的布置。
3.4施工过程
具体的施工过程这里不作赘述，主要阐述施工过程中BIM技术针对的一些主要步骤的研究。对于施工过程中的主体结构部分施工阶段，传统的主体结构施工包括模板支架搭设、墙柱钢筋绑扎、梁板支模、梁板钢筋绑扎、混凝土浇筑等，这些工序的施工是按照CAD图纸设计经由专业人员指导下进行的，对于一些结构点通常是以图纸加口头表述为主。对于一些文化水平相对较低的施工人员在具体施工过程中还是会因为无法完全理解出现一些错误。如果在此过程中通过BIM技术建立模型，并制作相关动画，再将模型给施工人员展示即可使施工人员在原有介绍施工方法下有更直观的理解。对于施工过程所需要的设备比如吊装车辆，运输车辆，塔吊等，通过模拟设备的位置以及所需空间能够更好的安排设备的数量以及施工顺序，对于设备的型号选择也会提供指导信息特别是一些大中型设备的安装以及使用上。模型建立可以提前模拟其运行时可能遇到的问题，例如在有限场地空间内，设备能否正常状态使用，设备之前互相的配合能否正常进行。通过BIM可以有效提高施工过程的智能化以及有序性。
3.4.1施工过程的研究方法———制作动画
首先是利用3dsMax软件对所建立的建筑模型进行动画制作并配以文字与声音，演示施工全过程、施工的重难点和施工过程中所对应的场地布置详情，使施工人员能够清楚地了解施工的过程，同时弥补Revit碰撞检测中未发现的问题。以一个人的视角去建筑模型的内部观察建筑的重难点具体施工过程，如梁柱节点的钢筋构造、梁板整浇等，还可以观测到基础部分、建筑内部的预留孔道等隐蔽工程。保证工人按正确的做法施工、减少施工中的错误。图8为一个动画的截取图片，通过软件建立的模型可以形象的展示施工全过程及施工后的理想状况。
3.4.2施工过程的研究方法———运用BIM5D软件模拟
BIM5D就是一款基于BIM的施工过程的管理工具，可以通过BIM模型集成进度、预算、资源、施工组织等关键信息，对施工过程进行模拟。其模拟动画画面虽不及3dsMax所制造的动画画面，但动画过程与施工周期相关联，可以十分方便的查看具体工期时间段内的工程建设进度以及具体工程项目所产生的费用。通过给技术人员观看BIM5D动画演示的技术交底方式，可以有效提高施工效率。例如图9所展示的是BIM5D中工程管理中的时间视图部分这种模拟方式将可视化和即时性充分结合，为工程管理者提供极大便利。图10展示的是BIM5D软件针对模型进行的碰撞检查，与Revit软件的碰撞检查相同，是检查模型中可能出现的构件体积之间碰撞，这类碰撞在传统CAD图纸中很难发现。图11展示的是流水视图的工作面，通过此工作面进行工程流水的设置与查看可以有效跟进实际施工进度。
4结束语
随着我国建筑行业的不断发展，在此背景下结合BIM技术的运用可以不断提高我国的施工技术以及建筑水平。通过BIM可以实现施工过程中施工工序的优化设计，具有缩短工期、节约成本、提高项目管理效率等优点，场地布置时可以提供形象的指导作用，施工阶段对模型进行可视化模拟，使设计方案简单易懂，有效降低工人失误概率。在BIM技术的运用中，可以结合各种其他技术不断地优化更新BIM技术，例如与VR技术结合可以提供交互性设计和可视化印象，完善建筑设计，提高工程效率，且此技术应用广泛可贯穿整个施工过程，将模拟建筑与实际工程相结合，保证建筑设计的合理性。完善并推广BIM技术应用于设计优化、场地布置、施工过程方面，可以有效推动我国建筑行业的发展，与国际建筑发展趋势接轨。
作者：高雅杰 倪娜 刘婉晴 冷俊杰 刘苗苗 单位：四川师范大学