摘要：BIM＋PM、BIM＋云計算、BIM＋物聯(lián)網(wǎng)……“BIM＋”＋什么？怎么＋？梳理2015版中國建筑施工行業(yè)信息化發(fā)展報告，在BIM與九大技術集成應用的理論與實踐中尋找答案。

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BIM＋智能型全站儀

施工測量是工程測量的重要內(nèi)容，包括施工控制網(wǎng)的建立、建筑物的放樣、施工期間的變形觀測和竣工測量等內(nèi)容。近年來，外觀造型復雜的超大、超高建筑日益增多，測量放樣主要使用全站型電子速測儀（簡稱全站儀）。隨著新技術的應用，全站儀逐步向自動化、智能化方向發(fā)展。智能型全站儀由馬達驅動，在相關應用程序控制下，在無人干預的情況下可自動完成多個目標的識別、照準與測量，且在無反射棱鏡的情況下可對一般目標直接測距。

BIM與智能型全站儀集成應用，是通過對軟件、硬件進行整合，將BIM模型帶入施工現(xiàn)場，利用模型中的三維空間坐標數(shù)據(jù)驅動智能型全站儀進行測量。二者集成應用，將現(xiàn)場測繪所得的實際建造結構信息與模型中的數(shù)據(jù)進行對比，核對現(xiàn)場施工環(huán)境與BIM模型之間的偏差，為機電、精裝、幕墻等專業(yè)的深化設計提供依據(jù)。同時，基于智能型全站儀高效精確的放樣定位功能，結合施工現(xiàn)場軸線網(wǎng)、控制點及標高控制線，可高效快速地將設計成果在施工現(xiàn)場進行標定，實現(xiàn)精確的施工放樣，并為施工人員提供更加準確直觀的施工指導。此外，基于智能型全站儀精確的現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集功能，在施工完成后對現(xiàn)場實物進行實測實量，通過對實測數(shù)據(jù)與設計數(shù)據(jù)進行對比，檢查施工質量是否符合要求。

與傳統(tǒng)放樣方法相比，BIM與智能型全站儀集成放樣，精度可控制在3毫米以內(nèi)，而一般建筑施工要求的精度在1~2厘米，遠超傳統(tǒng)施工精度。傳統(tǒng)放樣最少要兩人操作，BIM與智能型全站儀集成放樣，一人一天可完成幾百個點的精確定位，效率是傳統(tǒng)方法的6~7倍。

目前，國外已有很多企業(yè)在施工中將BIM與智能型全站儀集成應用進行測量放樣，而我國尚處于探索階段，只有深圳市城市軌道交通9號線、深圳平安金融中心和北京望京SOHO等少數(shù)項目應用。未來，二者集成應用將與云技術進一步結合，使移動終端與云端的數(shù)據(jù)實現(xiàn)雙向同步；還將與項目質量管控進一步融合，使質量控制和模型修正無縫融入原有工作流程，進一步提升BIM應用價值。

BIM＋GIS

地理信息系統(tǒng)是用于管理地理空間分布數(shù)據(jù)的計算機信息系統(tǒng)，以直觀的地理圖形方式獲取、存儲、管理、計算、分析和顯示與地球表面位置相關的各種數(shù)據(jù)，英文縮寫為GIS。BIM與GIS集成應用，是通過數(shù)據(jù)集成、系統(tǒng)集成或應用集成來實現(xiàn)的，可在BIM應用中集成GIS，也可以在GIS應用中集成BIM，或是BIM與GIS深度集成，以發(fā)揮各自優(yōu)勢，拓展應用領域。目前，二者集成在城市規(guī)劃、城市交通分析、城市微環(huán)境分析、市政管網(wǎng)管理、住宅小區(qū)規(guī)劃、數(shù)字防災、既有建筑改造等諸多領域有所應用，與各自單獨應用相比，在建模質量、分析精度、決策效率、成本控制水平等方面都有明顯提高。

BIM與GIS集成應用，可提高長線工程和大規(guī)模區(qū)域性工程的管理能力。BIM的應用對象往往是單個建筑物，利用GIS宏觀尺度上的功能，可將BIM的應用范圍擴展到道路、鐵路、隧道、水電、港口等工程領域。如，邢汾高速公路項目開展BIM與GIS集成應用，實現(xiàn)了基于GIS的全線宏觀管理、基于BIM的標段管理以及橋隧精細管理相結合的多層次施工管理。

BIM與GIS集成應用，可增強大規(guī)模公共設施的管理能力。現(xiàn)階段，BIM應用主要集中在設計、施工階段，而二者集成應用可解決大型公共建筑、市政及基礎設施的BIM運維管理，將BIM應用延伸到運維階段。如，昆明新機場項目將二者集成應用，成功開發(fā)了機場航站樓運維管理系統(tǒng)，實現(xiàn)了航站樓物業(yè)、機電、流程、庫存、報修與巡檢等日常運維管理和信息動態(tài)查詢。

BIM與GIS集成應用，還可以拓寬和優(yōu)化各自的應用功能。導航是GIS應用的一個重要功能，但僅限于室外。二者集成應用，不僅可以將GIS的導航功能拓展到室內(nèi)，還可以優(yōu)化GIS已有的功能。如利用BIM模型對室內(nèi)信息的精細描述，可以保證在發(fā)生火災時室內(nèi)逃生路徑是最合理的，而不再只是路徑最短。

隨著互聯(lián)網(wǎng)的高速發(fā)展，基于互聯(lián)網(wǎng)和移動通信技術的BIM與GIS集成應用，將改變二者的應用模式，向著網(wǎng)絡服務的方向發(fā)展。當前，BIM和GIS不約而同地開始融合云計算這項新技術，分別出現(xiàn)了“云BIM”和“云GIS”的概念，云計算的引入將使BIM和GIS的數(shù)據(jù)存儲方式發(fā)生改變，數(shù)據(jù)量級也將得到提升，其應用也會得到跨越式發(fā)展。

BIM＋3D掃描

3D掃描是集光、機、電和計算機技術于一體的高新技術，主要用于對物體空間外形、結構及色彩進行掃描，以獲得物體表面的空間坐標，具有測量速度快、精度高、使用方便等優(yōu)點，且其測量結果可直接與多種軟件接口。3D激光掃描技術又被稱為實景復制技術，采用高速激光掃描測量的方法，可大面積高分辨率地快速獲取被測量對象表面的3D坐標數(shù)據(jù)，為快速建立物體的3D影像模型提供了一種全新的技術手段。

3D激光掃描技術可有效完整地記錄工程現(xiàn)場復雜的情況，通過與設計模型進行對比，直觀地反映出現(xiàn)場真實的施工情況，為工程檢驗等工作帶來巨大幫助。同時，針對一些古建類建筑，3D激光掃描技術可快速準確地形成電子化記錄，形成數(shù)字化存檔信息，方便后續(xù)的修繕改造等工作。此外，對于現(xiàn)場難以修改的施工現(xiàn)狀，可通過3D激光掃描技術得到現(xiàn)場真實信息，為其量身定做裝飾構件等材料。BIM與3D掃描集成，是將BIM模型與所對應的3D掃描模型進行對比、轉化和協(xié)調(diào)，達到輔助工程質量檢查、快速建模、減少返工的目的，可解決很多傳統(tǒng)方法無法解決的問題。

BIM與3D激光掃描技術的集成，越來越多地被應用在建筑施工領域，在施工質量檢測、輔助實際工程量統(tǒng)計、鋼結構預拼裝等方面體現(xiàn)出較大價值。如，將施工現(xiàn)場的3D激光掃描結果與BIM模型進行對比，可檢查現(xiàn)場施工情況與模型、圖紙的差別，協(xié)助發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場施工中的問題，這在傳統(tǒng)方式下需要工作人員拿著圖紙、皮尺在現(xiàn)場檢查，費時又費力。

再如，針對土方開挖工程中較難統(tǒng)計測算土方工程量的問題，可在開挖完成后對現(xiàn)場基坑進行3D激光掃描，基于點云數(shù)據(jù)進行3D建模，再利用BIM軟件快速測算實際模型體積，并計算現(xiàn)場基坑的實際挖掘土方量。此外，通過與設計模型進行對比，還可以直觀了解基坑挖掘質量等其他信息。

上海中心大廈項目引入大空間3D激光掃描技術，通過獲取復雜的現(xiàn)場環(huán)境及空間目標的3D立體信息，快速重構目標的3D模型及線、面、體、空間等各種帶有3D坐標的數(shù)據(jù)，再現(xiàn)客觀事物真實的形態(tài)特性。同時，將依據(jù)點云建立的3D模型與原設計模型進行對比，檢查現(xiàn)場施工情況，并通過采集現(xiàn)場真實的管線及龍骨數(shù)據(jù)建立模型，作為后期裝飾等專業(yè)深化設計的基礎。BIM與3D掃描技術的集成應用，不僅提高了該項目的施工質量檢查效率和準確性，也為裝飾等專業(yè)深化設計提供了依據(jù)。

BIM＋虛擬現(xiàn)實

虛擬現(xiàn)實，也稱作虛擬環(huán)境或虛擬真實環(huán)境，是一種三維環(huán)境技術，集先進的計算機技術、傳感與測量技術、仿真技術、微電子技術等為一體，借此產(chǎn)生逼真的視、聽、觸、力等三維感覺環(huán)境，形成一種虛擬世界。虛擬現(xiàn)實技術是人們運用計算機對復雜數(shù)據(jù)進行的可視化操作，與傳統(tǒng)的人機界面以及流行的視窗操作相比，虛擬現(xiàn)實在技術思想上有了質的飛躍。

BIM技術的理念是建立涵蓋建筑工程全生命周期的模型信息庫，并實現(xiàn)各個階段、不同專業(yè)之間基于模型的信息集成和共享。BIM與虛擬現(xiàn)實技術集成應用，主要內(nèi)容包括虛擬場景構建、施工進度模擬、復雜局部施工方案模擬、施工成本模擬、多維模型信息聯(lián)合模擬以及交互式場景漫游，目的是應用BIM信息庫，輔助虛擬現(xiàn)實技術更好地在建筑工程項目全生命周期中應用。

BIM與虛擬現(xiàn)實技術集成應用，可提高模擬的真實性。傳統(tǒng)的二維、三維表達方式，只能傳遞建筑物單一尺度的部分信息，使用虛擬現(xiàn)實技術可展示一棟活生生的虛擬建筑物，使人產(chǎn)生身臨其境之感。并且，可以將任意相關信息整合到已建立的虛擬場景中，進行多維模型信息聯(lián)合模擬?？梢詫崟r、任意視角查看各種信息與模型的關系，指導設計、施工，輔助監(jiān)理、監(jiān)測人員開展相關工作。

BIM與虛擬現(xiàn)實技術集成應用，可有效支持項目成本管控。據(jù)不完全統(tǒng)計，一個工程項目大約有30%的施工過程需要返工、60%的勞動力資源被浪費、10%的材料被損失浪費。不難推算，在龐大的建筑施工行業(yè)中每年約有萬億元的資金流失。BIM與虛擬現(xiàn)實技術集成應用，通過模擬工程項目的建造過程，在實際施工前即可確定施工方案的可行性及合理性，減少或避免設計中存在的大多數(shù)錯誤；可以方便地分析出施工工序的合理性，生成對應的采購計劃和財務分析費用列表，高效地優(yōu)化施工方案；還可以提前發(fā)現(xiàn)設計和施工中的問題，對設計、預算、進度等屬性及時更新，并保證獲得數(shù)據(jù)信息的一致性和準確性。二者集成應用，在很大程度上可減少建筑施工行業(yè)中普遍存在的低效、浪費和返工現(xiàn)象，大大縮短項目計劃和預算編制的時間，提高計劃和預算的準確性。

BIM與虛擬現(xiàn)實技術集成應用，可有效提升工程質量。在施工之前，將施工過程在計算機上進行三維仿真演示，可以提前發(fā)現(xiàn)并避免在實際施工中可能遇到的各種問題，如管線碰撞、構件安裝等，以便指導施工和制訂最佳施工方案，從整體上提高建筑施工效率，確保工程質量，消除安全隱患，并有助于降低施工成本與時間耗費。

BIM與虛擬現(xiàn)實技術集成應用，可提高模擬工作中的可交互性。在虛擬的三維場景中，可以實時地切換不同的施工方案，在同一個觀察點或同一個觀察序列中感受不同的施工過程，有助于比較不同施工方案的優(yōu)勢與不足，以確定最佳施工方案。同時，還可以對某個特定的局部進行修改，并實時地與修改前的方案進行分析比較。此外，還可以直接觀察整個施工過程的三維虛擬環(huán)境，快速查看到不合理或者錯誤之處，避免施工過程中的返工。

虛擬施工技術在建筑施工領域的應用將是一個必然趨勢，在未來的設計、施工中的應用前景廣闊，必將推動我國建筑施工行業(yè)邁入一個嶄新的時代。

BIM＋3D打印

3D打印技術是一種快速成型技術，是以三維數(shù)字模型文件為基礎，通過逐層打印或粉末熔鑄的方式來構造物體的技術，綜合了數(shù)字建模技術、機電控制技術、信息技術、材料科學與化學等方面的前沿技術。

BIM與3D打印的集成應用，主要是在設計階段利用3D打印機將BIM模型微縮打印出來，供方案展示、審查和進行模擬分析；在建造階段采用3D打印機直接將BIM模型打印成實體構件和整體建筑，部分替代傳統(tǒng)施工工藝來建造建筑。BIM與3D打印的集成應用，可謂兩種革命性技術的結合，為建筑從設計方案到實物的過程開辟了一條“高速公路”，也為復雜構件的加工制作提供了更高效的方案。目前，BIM與3D打印技術集成應用有三種模式：基于BIM的整體建筑3D打印、基于BIM和3D打印制作復雜構件、基于BIM和3D打印的施工方案實物模型展示。

基于BIM的整體建筑3D打印。應用BIM進行建筑設計，將設計模型交付專用3D打印機，打印出整體建筑物。利用3D打印技術建造房屋，可有效降低人力成本，作業(yè)過程基本不產(chǎn)生揚塵和建筑垃圾，是一種綠色環(huán)保的工藝，在節(jié)能降耗和環(huán)境保護方面較傳統(tǒng)工藝有非常明顯的優(yōu)勢。

基于BIM和3D打印制作復雜構件。傳統(tǒng)工藝制作復雜構件，受人為因素影響較大，精度和美觀度不可避免地會產(chǎn)生偏差。而3D打印機由計算機操控，只要有數(shù)據(jù)支撐，便可將任何復雜的異型構件快速、精確地制造出來。BIM與3D打印技術集成進行復雜構件制作，不再需要復雜的工藝、措施和模具，只需將構件的BIM模型發(fā)送到3D打印機，短時間內(nèi)即可將復雜構件打印出來，縮短了加工周期，降低了成本，且精度非常高，可以保障復雜異型構件幾何尺寸的準確性和實體質量。

基于BIM和3D打印的施工方案實物模型展示。用3D打印制作的施工方案微縮模型，可以輔助施工人員更為直觀地理解方案內(nèi)容，攜帶、展示不需要依賴計算機或其他硬件設備，還可以360度全視角觀察，克服了打印3D圖片和三維視頻角度單一的缺點。

隨著各項技術的發(fā)展，現(xiàn)階段BIM與3D打印技術集成存在的許多技術問題將會得到解決，3D打印機和打印材料價格也會趨于合理，應用成本下降也會擴大3D打印技術的應用范圍，提高施工行業(yè)的自動化水平。雖然在普通民用建筑大批量生產(chǎn)的效率和經(jīng)濟性方面，3D打印建筑較工業(yè)化預制生產(chǎn)沒有優(yōu)勢，但在個性化、小數(shù)量的建筑上，3D打印的優(yōu)勢非常明顯。隨著個性化定制建筑市場的興起，3D打印建筑在這一領域的市場前景非常廣闊。

（作者：霍立）