毕业设计施工BIM模型建立与应用过程关键技术研究报告.docx

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毕业设计施工BIM模型建立与应用过程关键技术研究报告

大连民族学院本科毕业设计

施工BIM模型建立与应用过程关键技术研究

学院（系）：

土木建筑工程学院

专业：

工程管理

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学号：

**********

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评阅教师：

高云莉

完成日期：

2013年5月31日

大连民族学院

摘要

本文通过介绍和总结现阶段施工BIM技术的应用，结合我国现阶段施工建设项目管理现状，从建设项目施工现场现状和施工企业等各方实际需求出发，对基于REVIT2013平台施工BIM模型的建立技术和在NAVISWORKS平台基于施工BIM模型的施工阶段的项目管理进行分析和应用，提出了更优化的navisworks平台建模方法，提高了施工方项目管理和工程量的计算效率和精确度，最终建立施工BIM模型，通过施工BIM模型来对施工方招投标、工程索赔、施工阶段成本控制、质量控制等进行更高效管理。

并通过对某培训楼施工阶段BIM模型的创建和应用，对基于BIM技术施工建设项目方案与传统施工技术管理方式的对比，充分反应了BIM技术在施工企业应用具有极大的潜力。

关键词：

施工BIM模型；Revit2013；NAVISWORKS；CAD

A Research of Key Technology in the Modeling and Application Process of Construction BIM

Abstract

Inthispaper,wegetNAVISWORKSthemoreoptimizedmodelingmethodofplatformthroughtheintroductionandthesummaryoftheapplicationofthetechnologyBIMoftheconstructionatpresent,combinedwiththemanagementatthepresentstageoftheconstructionoftheproject;westartwiththepresentsituationoftheconstructionoftheprojectandtheactualrequirementofallparties;weanalyzeandapplythetechnologyofconstructionofthemodelBIMbasedonREVIT2013platformandthemanagementoftheprojectonconstructionstageonNAVISWORKSplatformbasedontheBIMmodel.Thismethodraisetheefficiencytocomputeandtheaccuracyofthemanagementoftheprojectofconstructionsideandtheworkamount,andconstructtheBIMmodelofconstructionintheend,manageefficientlythebiddingoftheconstructionside,theclaimofproject,thecostcontrolonconstructionstage,thequalitycontrol,etcthroughtheBIMmodelofconstruction.ThispaperreflectthattheBIMtechnologyhasgreatproficiencyintheapplicationoftheconstructionenterprisebytheestablishmentandapplicationoftheBIMmodelontheconstructionstageofuntrainingbuildingandthecomparisonbetweentheprojectofconstructionbasedontheBIMtechnologyandthetraditionalmethodofthemanagementofthetechnologyofconstruction.

KeyWords：

ConstructionofBIMmodel；Revit2013；NAVISWORKS；CAD

1概述

1.1项目背景

随着计算机技术的越来越成熟，计算机涉及的行业越来越广泛。

特别是工程建设行业（ArchitectureEngineeringandConstructionAEC），由手工画图变为现在的计算机辅助设计。

早在上世纪六十年代计算机便在AEC中开始运用，到上世纪八十年代，传统CAD技术的广泛推广[1]，标志着建筑设计由手工绘制时代进入到传统CAD设计时代，同时CAD技术使AEC行业进入高速发展的时代。

高速发展的同时二维CAD技术本身的局限性越来越明显，在施工项目管理中尤为突出，迫切需要一种新的技术来解决，施工项目管理存在的问题。

在这种需求的推动下，BuildingInformationModel（即建筑信息模型，简称BIM）技术应运而生。

许多建筑业软件开发公司看到了BIM技术应用的前景，纷纷加入到BIM技术应用软件的研究中去。

近十年来，Autodesk（欧特克）、Graphisoft等国际型软件开发公司都致力于BIM技术的研究，都开发出了自己的核心平台。

它们很努力的推动解决建设工程项目问题，已经取得了阶段性的成果。

BIM技术理论的完善和工程实际应用的分析证明：

信息的有效利用是BIM给建筑业带来的主要价值之一[2]。

BIM技术的发展与应用已经掀起了建筑业的又一场革命。

目前BIM技术的研究成果主要集中于建筑设计阶段，在建设工程项目管理施工阶段的BIM技术应用还是停留在比较低的水平，技术还很不成熟。

施工阶段是工程建设项目由设计到建筑实体的阶段，建设项目整个生命周期中占据着十分重要的地位，施工阶段的BIM技术应用和发展已经被越来越多人所关注。

各国政府越来越关注BIM技术的应用与推广，许多国家都制定了本国的BIM技术建筑各个阶段发展规划，同时强调BIM技术向施工阶段延伸。

1.2国内现状

在我国现代化发展需求下，我国的建筑业需求正以大约20%的增速成长，但是建筑业整体管理水平停留在较低水平，根据相关资料统计显示，国际建筑业信息化率的平均水平是0.3%，而我国仅为0.03%，差距高达10倍之多[3]。

目前BIM技术的应用价值已经得到政府和行业的高度关注和普遍认可，尤其是《2011-2015年建筑业信息化发展纲要》的颁布，让BIM技术成为我国建筑业未来发展的关键技术和方向，拉开了BIM技术在我国施工企业全面推进的序幕，同时标志着我国施工领域将在BIM技术的推动下进入到了高速发展的时期。

2施工阶段BIM技术应用意义

2.1施工阶段技术现状

目前，我国施工进度的管理主要采用网络图、横道图等技术，施工阶段项目造价管理主要通过广联达、鲁班等软件的直接算量计价核算成本，施工阶段质量控制主要凭借项目管理者的经验。

由于网络图和横道图本身的局限性，网络图和横道图不能很好的与施工图纸、施工造价信息和施工过程中的其他信息相结合，导致在施工的组织设计过程中，往往不能够将施工的实际过程考虑全面，工程施工计划不合理，导致常常出现“破网”的现象，严重影响了工程的工期控制、造价和质量等。

通过研究分析这些问题的原因主要有：

（1）建筑设计本身存在问题

我国的建筑设计主要是以二维CAD图纸为主，每个建设工程项目都有十几张到几百张不等，如果工程特别复杂图纸会更多。

图纸包含着建设项目的设计意图等信息，信息量极大，设计方不可能确保所有信息的表达都完全正确，并且项目各专业的设计是独立完成的，很容易出现空间处理上的碰撞，这些信息很难在项目施工开始前全部发现出来。

同时，施工过程任务包含设计的深化和设计实现两部分，随着设计的不断深化在设计实现过程中，会产生很多的设计变更，设计变更后设计的信息到现场施工工程师这个过程，同样会对施工的进度造成影响。

现阶段新兴的BIM设计技术可以让项目的设计产生的错误越来越少，可以进行多专业协同设计，建筑设计意图表现更加形象，但是BIM技术还在发展阶段，只有少数项目采用了该技术。

同时BIM技术设计到指导施工还是有着一段距离，设计的BIM模型应用到施工阶段依旧很难，因为设计师眼中的模型与施工人员眼中的模型是不相同的。

建筑设计师眼中的模型主要是建筑的外形和空间，结构设计师眼中的模型是建筑受力情况，而施工人员眼中的模型是整个建筑或局部建筑的施工过程。

（2）施工现场人员素质问题

项目施工现场的施工工程师素质参差不齐，对图纸的理解能力和项目经验也存在差异，每个工程师都有自己的处理问题方法；施工现场的工人大多数为农民工，他们中绝大部分没有识图能力，只是听从施工技术人员的安排；施工工程师在对施工工人分配工作时，由于施工工人对工程缺乏整体的认识，在执行工程师的任务时缺乏效率很容易误解工程师的意图，以上原因都可能影响到建设工程的进度、造价和质量。

同时施工工艺的熟练程度和操作技能水平等其他现场因素都对项目项目的进度、造价和质量有着影响。

（3）项目参与的各方对建设信息问题。

建设项目施工组织过程中有大量的项目信息需要去协调、制定项目详细的资金、材料计划，去安排项目的交通设施、供水设施、供电设施等附属设施。

在实际工程项目中，工程项目的各个专业的设计承包方与施工承包方在项目信息的交流和甲方的资金计划和供货商供应计划与施工进度不一致等，都影响着建设项目施工阶段的进度、成本、质量。

2.2施工阶段应用BIM技术的意义

基于BIM的虚拟施工技术是指在施工之前，将施工方能够应用的BIM模型加入时间的维度、成本、质量等因素，对工程建设项目建造整体过程和局部过程过进行模拟分析，发现整体与局部建造过程中的不合理的施工组织计划，施工材料的供应可能出现的情况，项目的质量可能出现的问题，以及施工过程应该注意的可能发生的状况等，并针对相应的问题在施工前提出相应的应对方案，使制定的施工方案过程达到近乎最优，从而达到对施工阶段“三控”、“两管”、“一协调”的目的。

再用来指导实际的项目施工，从而保证项目施工的顺利完成[4]。

如果有设计变更、施工图修改、施工工艺跟换等情况，也可时时的对建设项目施工工艺、进度等进行修改优化，同时保证工期、质量、造价等最优。

基于施工BIM模型的施工管理实施过程示意图如下：

3施工阶段BIM模型

3.1施工中模型的应用现状

在BIM技术的指导下，BIM模型成为BIM技术的核心，工程建设项目的信息都将融入或者关联到BIM模型中。

由于国内与国外软件专业不配套以及设计规范的限制，主要用于相关专业的BIM建模，工程设计仍以二维设计为主，设计过程中无法直接创建BIM模型，需要按照2D设计图纸另行建模。

设计方提供的BIM模型在施工阶段无法直接用于指导施工，设计师眼中的模型施工人员眼中的模型是不相同的，建筑设计师眼中的模型主要是建筑的外形和空间，结构设计师眼中的模型是建筑的梁板柱受力情况，而施工人员眼中的模型是能够指导施工的模型。

BIM技术如果要应用到实际工程指导施工，必须建立施工阶段BIM模型。

本文基于Revit2013平台建立施工BIM模型建立，利用NAVISWORKS对建设工程项目在施工阶段项目管理，应用鲁班软件进行造价分析，从而对BIM在施工阶段的应用技术进行研究，并针对建模和应用中的相应问题，提出合理的解决方案。

3.2基于REVIT2013建立混凝土施工阶段BIM模型

本论文施工BIM模型是基于Revit2013的结构样板下研究应用，在建模前需要建立结构样板，对Revit2013默认的结构样板所有视图的属性进行调整，要将视图属性中的规程由原来的结构调整为协调，这样的好处会让建筑构件和结构构件能够同时显示在一个视图中，如下图所示。

由于我们研究的是施工BIM模型对施工阶段的应用，所以我们在放置结构构件族时，需要将结构分析取消掉，如果不取消再导入NAVISWORKS中后会有结构分析模型出现，将对BIM模型施工阶段的应用产生严重的干扰。

如果技术成熟的话，可以自己建立施工BIM模型Revit2013施工样板。

以上情况在论文下面内容中将不再重复指出。

图3.1Revit2013视图属性修改

3.2.1利用Revit2013建立混凝土工程施工BIM模型建模技术

（1）Revit2013中施工BIM模型柱的建立技术研究

Revit2013中柱分为建筑柱和结构柱两种。

建筑柱是一种以装饰为主功能的主体结构，默认情况下将Revit2013中柱模型导入到NAVISWORKS中后会被任何一种与它相交的Revit2013建筑构件（这里的构件在Revit中称为族，论文中为了叙述方便均称为相应专业的构件）进行扣除掉，建筑柱建模时候往往要将结构柱包裹在里面，因为建筑柱无法做受力结构，上部无法承载梁、板等结构，要想把模型建立起来就必须有受力结构，如果把结构柱比作人的话，建筑柱就是衣服。

在混凝土施工BIM模型中，建筑柱在装饰工程中是很好的表现柱装饰的方式，建筑柱能方便的与相连墙体统一材质，结构柱需要单独设置。

结构柱是建筑物的荷载主要承受结构，不会被Revit中建筑专业的构件切割扣减。

结构柱是对于结构工程师非常重要的构建，除了建模之外，结构柱还带有分析线，可直接导入分析软件进行分析（这个对于混凝土施工的意义有待研究）。

混凝土的结构柱里面可以放钢筋，以满足施工图需要。

结构柱在计算混凝土施工工程量时，承担着导出模型的作用。

在BIM模拟混凝土建设工程施工过程中，柱一定要分楼层建立，如果该工程建设项目有现成的BIM设计模型，设计模型中没有进行分楼层，要人为的对BIM设计模型进行切割分楼层处理，如果处理过程过于繁琐建议施工方自己重新建立施工BIM模型。

分楼层建立后的模型导入NAVISWORKS，在进行施工组织设计、施工过程模拟时，更符合实际的工程建设现场场景，在实际建设项目施工中不会将一根跨5层混凝土柱一次性浇筑完成，而是根据实际工程情况进行浇筑，同时分楼层建立柱模型还可以实现柱全过程精细化管理，能够对每一个柱子的建立时间进行掌控，对施工企业科学化管理有着重要意义。

（2）Revit2013中施工BIM模型墙的建立技术研究

在Revit2013中，墙分为建筑墙和结构墙两种。

建筑墙主要起装饰功能无法作为承重结构，结构墙分为承重、抗剪和复合结构几类，承担建筑物的主体受力。

在Revit2013默认情况导入NAVISWORKS后，建筑墙不会对结构专业构件进行切割，只会对建筑构件进行分割。

将其导入到NAVISWORKS中后建筑墙与建筑柱相交部分和与结构柱相交部分如下图所示：

图3.2建筑柱与建筑墙（结构墙）

图3.3结构柱与建筑墙

在Revit2013默认情况导入NAVISWORKS后，结构墙除了无法对建筑墙进行切割，对其他的建筑构件和结构构件都会进行分割。

导入NAVISWORKS后，结构墙与结构柱相交显示效果如下图，结构墙和建筑柱相交显示效果与结构柱和结构墙相同。

图3.4结构柱与结构墙

通过模型效果测试，建议在建立柱子与墙体相连施工BIM模型时，要尽量避免建筑墙直接穿过结构住，在建立多根柱子之间的墙体需要分段建立，即在建筑模型结构柱梁柱内边缘建立墙体，在Revit2013三维显示模型如下图：

图3.5Revit2013三维显示模型

Revit2013平面效果显示直接建立建筑墙和分段建立建筑墙相同，在出图时没有区别，显示效果如下图，但是在三维显示中有所不同，如上图。

图3.6Revit2013平面效果

导入NAVISWORKS中进行碰撞检测时，直接画墙发现了四个错误，分段画墙没用显示发现碰撞错误，在实际建设项目工程中发现的这些碰撞错误是合理。

碰撞效果显示如下图：

图3.7碰撞效果显示

导入鲁班土建软件进行显示二维显示效果如下图：

图3.8导入鲁班土建软件

在鲁班软件套定额后，应用区域校验命令，对直接建立的建筑墙和分段建立的建筑墙进行工程量计算，对比发现两组模型的工程量存在少量的差异，根据手算据分段建立的墙算出工程量更加准确，区域校验结果对比如下图显示：

图3.9区域校验结果对比

通过以上数据分析对比，墙的建立过程中要分段建立可以明显减少进行三维碰撞时因墙引起的无效碰撞，由于模型分段比较详细可以很快的识别发生碰撞位置；将模型导入算量软件时构件工程量识别更准确；在实际施工建立墙体过程中不会出现墙穿柱的情况，同样对施工段划分，施工进度计划制定，施工中协调管理[5]，以及施工过程精细化管理有着重要的意义。

（3）Revit2013中施工BIM模型梁的建立技术研究

在Revit2013默认情况导入NAVISWORKS后，结构梁会与结构柱和结构墙发生扣减关系，与建筑构件之间不发生扣减关系，结构梁与结构柱与结构墙三者关系显示效果如下图所示：

图3.10结构柱与结构墙与结构梁

结构梁与结构柱与建筑墙三者关系显示效果如下图所示：

图3.11建筑墙与结构柱与结构梁

Revit2013在结构梁的建立时建议在梁下的每一个柱子中心处点击一次已达到导入NAVISWORKS中后结构梁的分段识别效果，这样做的好处是：

在碰撞检测时，如果梁与其他构件发生碰撞，能够很容易找到发生碰撞的位置梁的位置。

有时需要一次性建立并识别的碰撞是整段梁与构件的碰撞时，如果梁过长，则会不利于一次性找到碰撞位置，不能及时发现错误。

（4）Revit2013中施工BIM模型板的建立技术研究

Rvit2013中板分为建筑楼板和结构楼板两种。

两种板的特点与建筑柱和建筑墙的关系类似。

在Revit2013默认情况下导入NAVISWORKS后，建筑板与结构构件不发生扣减关系，但是在碰撞检查是会被识别为碰撞。

所以在建立施工BIM模型时尽量不要应用建筑板。

结构板会与结构柱与结构墙和结构梁发生扣减关系，与建筑构件之间不发生扣减关系。

在楼板的建立过程中会提醒我们“是否希望将高达此楼层标高的墙附着到此楼层的底部？

”这要根据工程的实际情况进行选择，如果墙体上部没有梁则需要选择“是”，如果有的情况大多数选择“否”，则需要根据实际情况去对墙进行处理。

在实际指导施工应用中，板在建立时要根据施工习惯去建立，最好是咨询相关施工人员，根据实际浇筑混凝土工程的情况分块浇筑板。

（5）Revit2013中施工BIM模型楼梯的建立技术研究

在Revit2013中只有在建筑专业中有楼梯，因为一般在结构设计时不会计算楼梯的受力情况，而在施工中需要考虑楼梯的施工过程，同样要考虑楼梯的与管线之间位置关系。

这样的话 ，我觉得一定要保证平台的高度是对的 和MEP协同碰撞，这个是楼梯的关键，因为管线可能从平台底下穿过可以先用楼板把平台准确的做出来再做梯段 。

图3.12楼梯案例立体图

3.2.2Revit2013中施工BIM模型管理其他相关技术

（1）Revit2013中施工BIM模型在族相关技术研究

   Revit中的所有图元都是基于族的。

Revit中有三种类型族分别是系统族（可以修改复制，不能创建新族）、标准构件族（可以修改复制，同时能够根据需求创建新族）、内建族（针对与特定的项目，特定的对象，无法应用到其他项目中）。

每个工程中都会应用到大量的标准族文件，多个工程也可能用到多个相同的标准族文件，由此标准族文件的命名规则规范化的重要性显得尤为突出。

一套定义良好并且完整的、在公司中统一使用的命名规则规范将大大提升族文件的可读性和可维护性。

关于族文件的命名和管理提出一下几点建议：

特点性名称要包含构件的主要特点，如“钢管—混凝土—矩形—柱”；

同一性对于相同种类构件保存在同一文件夹下，同一文件夹细分类需在同一文件夹下建立相应的文件夹，如“柱文件夹”包含“混凝土柱”、“钢柱”、“预制混凝土柱”、“轻钢柱”等。

同时需要注意，所分的层级不宜过多、过细，否则会增加日后的工作量。

独立性整个公司要建立一个统一的族库，每个单个项目要将自己需要的族复制出去单独建立一个自己的族库，这样可以大大提高工作效率。

规范性对于公司的族库文件，需要专门的人进行库维护，所有族库文件的删除和修改要设有权限，文件新增要有专门的人去放到族库中，其他人只有查看的权利，删除和修改的权限需要向族库管理员索要，再由管理员传给需要人员。

（2）Revit2013与NAVISWORKS工作流中Revit导出项目图纸指导施工技术研究

现阶段，我国施工方一般不承担设计任务，施工方只需建立一个能够指导施工、能够进行工量计算、能够发现设计方碰撞的是施工BIM模型即可。

施工方不需要按照国家规范进行审读施工图，也不需要考虑设计构件之间的关系，只需要根据业主或者设计方提供的图纸建立施工BIM模型建模，即使设计有不足之处，施工方也不需要承担责任，甚至还会获利。

为了能导入NAVISWORKS中，Revit2013建立的施工BIM模型能够达到施工方的需求，导出的视图提供以下两点建议：

三维视图部分对于Revit2013，施工BIM模型建立的三视图需要包含建筑物的整体三维效果、建筑物的每层的三维效果、建筑物的以下复杂部分的三维效果和其他三维效果。

如一个多层建筑，这个建筑的三维视图应该包括：

整体三维、基础层、首层、标准层、技术层、顶层、标准楼梯间、标准卫生间、施工复杂点等效果视图。

三维效果视图建立原则是：

在导入NAVISWORKS后，施工工程师应用三维视图去建立施工计划和指导施工等。

二维视图部分对于BIM模型二维视图指导施工部分可以有三种来源：

第一种，如果该工程的图纸设计方采用Revit进行项目设计，则可以直接导出dwfx格式文件后添加到NAVISWORKS中该工程的项目管理器中，应用到指导施工，这种方法是最便捷的方式；

第二种，施工方根据自己建立的施工BIM模型出图，这种方法适合总承包制度，适用于不同的建设项目；

第三种，是将设计方提供的模型直接导入到NAVISWORKS中该工程的项目管理器中，应用到指导施工，这种方法适用于传统二维cad设计的工程，这种方法的导入将cad图纸导入到NAVISWORKS中前要对图纸的名称、包含内容进行规范化以便于指导施工时应用更加便捷。

3.3施工BIM模型在NAVISWORKS中的应用

基于BIM的施工管理理念为解决施工进度管理提供了一个值得努力探索的方向。

BIM技术是建筑业管理思想的一次革命性的变革，它将建筑业从图形、表格、文字的二维时代，带入到以建筑三维可是化模型为建设项目信息核心载体的三维时代，它为建设项目各阶段、各专业的相关人员搭建了一个信息共享的平台，减少了建设项目信息的流失，提高整个建筑业从业人员和建筑资源的利用效率[5]。

3.3.1三维施工模型碰撞检查：

在施工之前，将建设工程项目的一个专业或多个专业的施工BIM模型导入到同一个NAVISWORKS工程中，应用NAVISWORKS的碰撞检测功能技术对三维管线进行碰撞检查，可以及时发现管线与主体结等的碰撞，及时优化工程设计，减少施工时可能出现返工的可能性，同时也可以优化管线的排布方案。

在我国施工背景下，