第 3 章 BIM 技术的应用
3.1 BIM 技术在工业化生产方式的保障性住房中的应用概述
（1）上海城建集团 BIM 技术可以应用在项目实施的全生命周期的各个阶段。上海城建是将 BIM 技术应用于设计、深化设计以及 PC 构件生产过程管理中。上海城建目前完成了基于 BIM 技术的贯穿于工业化生产方式的保障性住房的深化设计、生产和建造阶段的管理平台的建设工作[4].通过这个信息管理系统平台，可以动态掌控装配式房屋的预制构件的生产进度、产量、仓储、物流情况以及现场的施工进度。该管理平台集成了一个中心数据库和四大子系统[5]:即 PC 工程的BIM 模型中心数据库以及深化设计子系统、PC 构件生产阶段管理子系统、现场施工管理子系统、工程远程监控子系统。每个预制构件的唯一编码 RFID 始终贯穿其中实现了全过程 BIM 管理。
（2）中国 22 冶集团 中国 22 冶集团公司已经开始进行工业化生产方式的保障性住房的项目试点，并成立 BIM 工作小组，成员包括下属各分公司优秀 BIM 人才。开始进行 BIM 相关培训，BIM 技术应用软件为 Autodesk Revit（三维建模）+P6 软件（进度管理）+Synchro 软件（四维模型）等。公司在装配式房屋中应用BIM 的宗旨不再仅局限于掌握简单的软件操作，更重要的是实现建筑软件的设计方式和思维模式的转换，以此来创造更大的社会效益、经济效益和环境效益。
（3）远大住工集团 远大集团是中国装配式房屋事业的开拓者，当然 BIM 技术应用在工业化生产方式的保障性住房中的研究也不能落后。远大集团以及旗下的企业，与 BIM 行业内知名的软件提供商盈建科、GRAPHISOFT,Progman OY,Trimble 等公司签订了相关合作协议，采用 MagiCAD、ArchiCAD、Vico 等软件进行装配式房屋的 BIM 应用，根据现行技术标准实现 BIM 技术应用贯穿于工业化生产方式的保障性住房的建筑、结构、机电、系统模拟等各个环节。
（4）深圳华阳国际设计公司 深圳华阳公司将 BIM 技术应用在了工业化生产方式的保障性住房的设计阶段，使用 Revit 软件进行设计。BIM 技术的应用可以使得设计过程可视化，可进行装配式房屋的性能分析、仿真模拟等工作，如日照模拟、小区太阳量辐射、通风环境、管线碰撞等；也可以将装配式房屋各参与方提供的 BIM 模型和数据信息进行集成和整合，可以对各方数据信息的合理性、正确性、一致性、完整性等进行审核，更高效的统计各类信息报表，如：预制混凝土构件体积统计、预制混凝土构件数量统计、部品数量统计表、门窗统计表、构件类别统计、钢筋类别及重量等。
3.2 BIM 技术应用的七个层次
任何一种技术的应用和发展都需要经历由浅入深、从初级到高级的过程。只有充分发挥其自身的效用，才可能最大的实现其价值[18].BIM 技术应用和发展也不例外。通常，我们可以将 BIM 技术的应用层次划分为七个层次[19]如下图 3-1:
（1）3D 模型 BIM 技术应用的第一个层次，是 3D 模型的应用。在最开始的建筑业里，是将三维的建筑实体，以平立剖的二维图纸表现出来，这也算是建筑业史上的一个里程碑，一项伟大的发明，为建筑业带来了快速进步和发展。由于理解传统的二维图纸需要丰富的专业知识，对人员的素质要求也很高，造成了工程项目各参与方之间的交流障碍，在一定程度上阻碍了建筑业的进步。BIM 技术应用在工业化生产方式的保障性住房中，将建筑设计从二维的转变为三维的，在一定程度上模拟了建筑实体的样子，减少了个人主观理解之间的差异。而且 3D模型的应用，能够提高项目设计的精确度，减少设计中的错误产生，方便各参与方更直观的理解建筑物。
（2）综合检测 BIM 技术应用的第二个层次，是综合检测。一个工业化生产方式的保障性住房项目需要进行的相关工作经常涉及到很多方面，并且品种繁多，难度很大，要做到没有一丝错误是不可能的。一旦在设计上出现失误，便难以弥补，而且会导致进度落后、增加不必要的成本、资源点浪费甚至发生危险的事故等等。另外，如果在建设过程中，建设单位本身的需求发生了变化，也会导致设计变更的发生。虽然只有很少的项目能够完全按照最初设计进行下去，但是这种变更还是能免则免。BIM 技术应用能够做到综合检测，能够检测多专业间的碰撞、空间净高是否符合要求等。进行综合检测便能够使设计变更最大程度的减少，减少返工和劳动力的浪费，降低了成本也保障了计划进度的正常进行。
（3）4D、5D 模型 4D 就是建筑实体的三维加上时间的维度，在 4D 的基础上加上成本的维度，便成为了 5D 的建筑信息模型。4D 模型的应用能够观察到工业化生产方式的保障性住房项目的动态进度，而 5D 模型的应用能够解决工业化生产方式的保障性住房项目中的成本的动态控制。根据模型可直接在 BIM 模型中框图即可完成进度款的汇总，分类生成统计报表，方便快速统计进度款，使得进度款有理有据[20].同时，利用 BIM 的 5D 模型可以编制动态的资源、材料需求计划，根据施工计划、工程造价做到现场无过剩材料，节约资源的同时最大程度上发挥投入的资金效益。由于在模型中存储了建设项目的所有信息，在此基础上的 4D 以及 5D 的建筑信息模型的应用能够为建设项目带来比传统二维图纸更高的效益。
（4）改变项目各参与方的合作方式 工业化生产方式的保障性住房的建设是一项对各参与方的配合度要求很高的生产工作。因此，项目要想达到项目预期目标，就必须注重各参与方之间的沟通与合作。BIM 技术的第四层应用是能够改变项目各参与方的合作方式。一方面体现在交流的方式的改变上，另一方面体现在信息传递的完整性。
传统的信息交流方式和与基于 BIM 技术的参与方之间的信息交流之间存在着一定的差异[8].如图 3-2.传统技术中，项目各参与方的交流都是两两之间，有时候同样的数据信息需要提供给不同的参与方，并且一旦部分出错，整体都要重新修改后再次提供，重复的工作需要做多次。而基于 BIM 技术的信息交流，便会大幅度减少这种重复工作。项目建设的各参与方只需要将提供的信息数据传到系统的 BIM 中，通过项目协同管理平台，其他参与方便可实时下载。
此外，世界各地的理论研究和工程实践证明，应用 BIM 技术可以减少信息衰减，利于信息保全。BIM 技术可以使建筑信息无损地从设计、施工准备传导到构件生产以及后期的构件安装环节这也就形成了一种新型的团队组织模式。同时，基于 BIM 技术的信息交流减少了人工对接，这样就减少了信息在传递过程中的衰减，最大限度上保持了信息的完整性和准确性。
（5）现场整合 BIM 技术应用的第五个层次是能够对施工现场的管理进行整合。工业化生产方式的保障性住房项目的建设会受到很多因素的影响，施工现场的工作要做好随时接受挑战的准备。如果说前几个层次的 BIM 技术应用都是理论研究，对现场的整合便是具体的实施。
应用 BIM 技术能够以 BIM 的 3D 模型代替传统的二维图纸，由于三维的建筑模型能更直观的让施工人员理解，因此，就会减少施工人员由于对图纸的错误理解而造成的损失，正确的指导现场施工。BIM 技术也能够在施工前进行施工方案的预演，进行施工的模拟，对施工工序的准确性能够提前预判，对施工现场有着很大的意义。结合互联网技术、移动通信技术、以及新兴的 RFID 技术，将 BIM模型和施工现场的需求整合，便能够形成 BIM 技术对现场工作的最大支持，通过多方高效协同的方式，大幅度提升管理的效率。
（6）建筑工业化 制造业之所以效率高，成品率高，质量好，就是因为他们有标准化的流程以及完善的生产线。建筑业如要采用工业化的生产方式，则必须形成标准化生产流程，将产品的加工形成一个标准的流水线，由此来降低生产成本，提高产品质量。做到标准化生产后，还可以做到节约资源，提高工作效率，减少建筑垃圾的排放，在工厂里预制了构件之后，就能够减少现场施工的自然条件的限制，因此能够做到项目的质量更好、价值更高。
BIM 技术的应用为建筑工业化提供了创建标准化信息库的条件，并为信息化管理提供了可靠的应用基础。而且基于 BIM 技术的各个专业的模型、构件库以及生产和生命周期全过程跟踪等手段，为建筑业全面实现现代化提供了强有力的支撑。此外，BIM 技术的应用还能为预制构件自动化生产的实现提供了基础，对于设计复杂的构件，BIM 技术与工业生产的相关技术相结合，可以完成传统工作方法很难实现的工作[21].国内外大量的工程实践和理论研究证明，BIM 技术的应用将加速推进我国建筑业采用工业化生产方式的进程。
（7）产业链的全生命周期管理 BIM 技术应用的最高层次是产业链的全生命周期管理。工业化生产方式的保障性住房项目的整个产业链的参与方包括：政府机关、建设单位、设计单位、施工单位、监理单位、预制构件厂、材料设备供应单位等。这些参与方之间的有效联系，可以提高建筑业整体的生产效率。
将 BIM 技术应用到产业链的各参与方当中，能够从根本上传统工程建设各方之间的信息传递的方式，以此来辅助建筑全生命周期管理，使 BIM 技术能够最大限度的发挥价值，这也是 BIM 技术应用的最高层次。BIM 技术结合建筑全生命周期管理，一定是未来的研究和应用的主流发展方向，同时也将成为 BIM 技术发展中的重大课题。
3.3 不同项目参与方的 BIM 应用比较
工程项目的建设过程中会有大量的参与者，并且各司其责，这样才能确保顺利完成项目目标。有的参与方直接参与项目建设，另一些参与方则能够对建设项目间接的产生影响。如图 3-3,项目全生命周期中，工业化生产方式的保障性住房的之间参与方包括政府机构、建设单位、设计单位、施工单位、监理单位、运营单位、预制构件生产单位以及材料设备供应商。项目参与方的数量众多，也是工业化生产方式的保障性住房项目的一大特点。
3.3.1 政府机构
保障性住房属于政策性住房，属于政府投资项目，更看重的民生问题，需要有更高的社会效益和环境效益。我国建筑业工业化生产方式的发展还处于初级阶段，需要有政策扶持来拉动市场，因此一开始的试点项目都是从政府投资的保障性住房建设开始。
现在的政府机构的工作重点发生了改变，已经由职能型政府向服务型转变，传统的管理模式已不能满足城市发展建设的需。BIM 技术在工业化生产方式的保障性住房中应用，能够辅助政府机构解决民生问题。利用 BIM 技术可以提升和优化工业化生产方式的保障性住房工程工期、质量、成本等目标的控制水平，改善民生。作为建设工程行业管理部门的政府机构，颁布的政策法规、技术规范，也会引导行业 BIM 技术的应用，提高行业的信息化水平提升工作效率。
3.3.2 建设单位
建设单位的职责是正确处理好与项目所有参与方的关系，协调各方，督促各方按照建设法规、合同协议的要求，在规定的时间内完成合同内的内容。由于建设单位需要自始至终对项目进行监督和协调，因此，建设单位的决策水平、协调能力和沟通能力，对项目的成败起到关键的作用。
BIM 技术的应用能够协助建设单位进行各参与方协调的工作。从建设单位的角度考虑，应用 BIM 技术在工业化生产方式的保障性住房中，在履行作为自己的责任和义务的同时，也要追求产能最大化，注重产生的环境效益和社会效益。相比传统管理模式，应用 BIM 技术更能清楚的表达项目的目标，并可以将大脑中的想象，以数字化信息的方式表达出，使设计人员能够清晰的了解到项目的目标，有的放矢，设计的成果便可以提升整个项目的性能。建设单位在工业化生产方式的保障性住房中应用 BIM 技术，还能在项目协同系统中，随时随地了解项目的进行状态，结合项目的目标和各参与方的意见，发现并解决该项目可能出现的问题，提高项目对风险的抵抗能力的同时提高管理效率。
3.3.3 设计单位
设计单位是在项目全生命周期过程中，首先建立起三维 BIM 模型的。设计单位将建设单位的需求在 BIM 模型上体现出来，进而保证后续工作的正常进行。BIM技术在社会上的认同度、发展力和普及的方法，均从在设计领域普遍应用 BIM 技术开始。设计单位需要首先确定工程项目的建设规模、使用功能等，根据项目的总投资和质量目标来建立 BIM 模型。这个阶段建立的 BIM 模型既是建设单位需求的体现，也是后期项目施工的依据，也是后期运营的依据。它与项目的全生命周期管理紧密相连。
工业化生产方式的保障性住房属于绿色生态建筑，他对环境的污染相对于传统建筑，污染可以减小 60%,进行这种新型住宅的设计，便成为设计单位愿意尝试的新工作[22].工业化生产方式的保障性住房由“零件”组成，在实现建筑设计标准化的过程中，建立构件库是其中一个重要的任务。构件库就相当于是制造业的零部件，每个不同的构件都有唯一的信息，在这个过程中应用 BIM 技术，也就是将传统的建筑业向建筑业工业化向前推进了一步。设计单位应用 BIM 技术，能够帮助设计师进行能源消耗的分析，更加注重能源利用率，以此来减少资源的浪费，争取更佳的环境效益，有利于社会可持续发展。
设计单位能够根据 BIM 模型进行碰撞检测，还能够对施工方案的可行性进行测试，尽量减少在施工过程中可能发生变更。设计单位将 BIM 技术应用在工业化生产方式的保障性住房中，能够更加有利于工程项目预制构件的划分，能够从项目之初就提高生产效率，加快了项目进度。设计修改与变更也变得更加容易，设计时间不断在缩短，设计师最终展示成果时也更加直观，方便各方交流。
3.3.4 施工单位
施工单位是工业化生产方式的保障性住房项目现场协同管理的主要参与者和反馈者，因此，应用 BIM 技术会取得十分明显的成效。施工单位是将虚拟的建筑模型转变为工程项目实体。在中标之后，根据企业经济水平、管理水平、和技术水平，制定具体的施工方案，在合同承诺的时间内，保质保量的完成项目建设。
施工单位应用 BIM 技术，可以实现对项目进行施工前的综合碰撞检测、能够对成本进行实时控制、对施工方案以及工序的准确性进行论证、对材料采购做出最恰当的计划，保证在项目竣工时，完成项目的目标。
施工单位可以在施工前，使用综合碰撞检测软件进行三维碰撞检查，这样做可以有效减少在工业化生产方式的保障性住房项目的施工过程中，由于设备管线与预制构件碰撞，造成的拆卸和返工。这些重复工作会付出巨额的费用来进行弥补，甚至会导致进度延期。 BIM 技术的应用便能够提前避免这种资源浪费现象的发生。
保障性住房属于政府投资项目，因此施工单位应用 BIM 技术，最能直接降低成本。在 BIM 3D 模型中加入施工进度和工程造价信息，生成 5D 模型，方便日后结算工程进度款，使进度款的支付数额与实际相一致。还可以观察工程在任何时间节点上的施工进度状态，实现整个施工过程的可视化模拟。
施工单位应用 BIM 技术还可以优化净空高度，进行预制构件进出场的高度检测，优化管线、斜撑的排布方案等等。对于工业化生产方式的保障性住房来说，现场的安装是项目质量保障的关键点。施工单位应用 BIM 技术，便能够提高安装质量，确保施工速度。应用 BIM 技术可以确保在安装过程中构件之间连接位置的准确和连接顺序的合理，还有利于加强施工过程中的安全管理。
3.3.5 监理单位
监理单位是协助建设单位解决复杂的工程技术问题，需要有丰富的专业知识和技能，并为其监理的建筑工程承担技术和经济责任。监理单位必须熟悉与项目相关的国家标准、政策、技术规范等，了解建设项目的最终目标，以及阶段性目标，协助建设单位对整个工程进行质量、进度、成本以及信息的管理，并做好咨询服务。监理单位在工业化生产方式的保障性住房中应用 BIM 技术，便可以做到现场管理与协同，将施工现场发现的质量、安全、进度等问题，分类别、实时上传到项目协同管理系统上，完成监理单位的监督职能，并对施工单位起到警示作用，也便为日后的纠纷提供依据。
3.3.6 运营单位
当工业化生产方式的保障性住房即将收尾，进入到运营维护阶段时，就需要有专门运营单位介入到项目管理中。运营单位负责该项目日常的运营和物业管理，例如房屋维护、设备的定期检修、排查安全隐患等。BIM 技术的投入应用可以还能在项目竣工时生成一个带有建设项目全部信息的模型，将在项目运营阶段发挥重要的作用。
工业化生产方式的保障性住房项目的运营单位可以是建设单位主管，也可以雇用专业运营单位。运营单位在全生命周期管理中也会起到重要作用，能够对项目进行后评价，保证项目的可持续使用。BIM 技术的应用不仅可以在项目设计和施工阶段创造更大的效益，在运营阶段也可以帮助运营单位更好的管理该项目。
运营单位应用 BIM 技术，能够增加保障性住房居民的居住舒适度，以及项目后期运营的可控性。
3.3.7 预制构件生产单位
工业化生产方式的住房和普通住宅的区别就在于，工业化生产方式的住宅中的构件大部分是在构件厂内预制好的，有标准流程的生产线，房屋由各个构件在现场拼装起来。因此，预制构件厂商也成为项目直接参与方里面不可缺少的一方。对于建筑信息模型的建立与维护都起着至关重要的作用。
预制构件的生产有一定的生产周期，环环相扣，出现纰漏便会影响后面项目的计划。预制构件生产商应用 BIM 技术，便可以优化构件生产计划，保证预制构件按时运输到施工现场的同时，并且能够保证没有过剩的构件堆积。
例外，如果预制构件生产商根据以往的二维图纸进行工业化生产方式的保障性住房施工，还需要将图纸进行二次拆分，拆分成各个构件，造成了劳动力的浪费。但是如果将 BIM 技术引进到项目建设中之后，前期设计单位创建的预制构件库中有各个标准化构件的 BIM 模型，包含预制构件的所有信息，根据构件库的信息数据，无需二次拆分，便可进入到生产环节。
预制构件生产单位拿到构件库的信息后，根据 BIM 模型，能够实现对预制构件进行数控加工，提高构件的精确度，做到尺寸、质量都能够像制造业生产的配件一样准确。
3.3.8 材料设备供应商
项目实体是由各种材料通过施工技术建成，因此建设项目所需的各种设备、预制构件、建筑材料的质量、价格、性能、供货时间等因素，会影响到项目建设的各个目标的完成，是确保项目顺利进行的必要条件之一[23].
通过应用 BIM 技术，材料设备供应商可以提前参与到项目工作中，根据工业化生产方式的保障性住房项目的特点，制定具有针对性的材料或设备生产计划，或者研发特有的材料与新工艺。
材料供应商应用 BIM 技术，可以对材料的需求量实时掌控。通过建筑信息模型的模拟，我们可以预计到项目实时的材料需求情况，由此制定的材料供应计划，便可以确保不耽误工程进度，并最大化的减少现场材料的过量堆放，减少材料损耗，为项目创造更大的效益。
此外，作为建筑材料设备的生产厂商和供应商，必须提供完整的材料信息，作为 BIM 模型中的重要组成部分，以便日后的维修和更换。
