BIM技術在施工場布優(yōu)化中的應用

文｜夏夕虹

當前施工企業(yè)應用BIM技術主要體現(xiàn)在投標、施工、竣工結算三大階段。投標階段中，BIM價值點主要體現(xiàn)為清單核量、不平衡報價、視覺展示輔助投標、BIM技術標的應用等；施工階段包括圖紙問題凈高檢查、施工場布、材料管理、成本管理、質(zhì)量安全協(xié)同管理等；竣工結算中，BIM則可以進行結算配合，減少少量漏算、竣工資料檔案管理等。各階段的BIM技術應用時有交叉，BIM可以簡單的形容為模型+信息，通過正確的方法從模型中不同角度提取對應的信息，即形成了BIM技術的各個應用點。

不論項目的類別如何區(qū)分，施工單位在項目最初都會進行施工場地的布置。傳統(tǒng)的做法是二維平面圖布置，通過圖紙進行尺寸標注，依據(jù)現(xiàn)場施工人員的經(jīng)驗進行排布，由此引發(fā)了在空間的排布中不能做到萬無一失、設備與操作區(qū)域等之間的布置時有運行交叉等一系列現(xiàn)象。基于BIM模型及理念，運用BIM技術三維反映施工場地布置，可以協(xié)助施工場地布置方案的優(yōu)化。對施工現(xiàn)場的鄰舍、各生產(chǎn)操作區(qū)域、大型設備安裝，通過3D模型以動態(tài)的方式進行合理布局，最終選擇分析最佳方案；通過虛擬交底使員工對施工現(xiàn)場的準備及施工各區(qū)域有切身了解；運用BIM技術對生產(chǎn)性施工設施和生活性施工設施以及建設項目施工必備的安全、防火和環(huán)境保護設施，在進場前得到更佳的布置方案且得到事先預演。運用BIM技術進行三維場布，為后續(xù)施工奠定基礎，提高施工效率及質(zhì)量，從而做到綠色施工、節(jié)能減排。

模型的建立

市面上應用于BIM技術的建模軟件很多，各個領域、專業(yè)應用的均不同，國外知名的有REVIT、MagiCAD、XSteel、iTWO等，隨著國內(nèi)BIM技術的推廣，魯班和廣聯(lián)達兩家公司都有相應的軟件推出。從操作人員角度出發(fā)，各類建模軟件類似，基本的原理大同小異，本文以Revit軟件為建模工具，介紹三維施工場布BIM模型的建立方式。

BIM模型中最關鍵的在于族的建立，巧婦難為無米之炊，模型中的族就好比工地上應用的澆筑好的鋼構件，將構件從工廠中加工好直接運到現(xiàn)場安裝而不是現(xiàn)場加工，同樣的，根據(jù)整體項目建模的需要，將門衛(wèi)室、板房等每一個單體或組合事先定義為族，這種方法對于建立利用率較高且變化范圍不大的構件模型來說，可以很大的提高建模效率。

系統(tǒng)族建模。Revit軟件中有簡易的預制族庫，提供了對應的建模功能。以建筑專業(yè)為例，軟件中提供了墻、門、窗、柱、屋頂?shù)然绢悇e構件的繪制方式，實際應用時，對應的類別中有預制族。項目中建立的模型，每個構件都會有自身的屬性，可以通過編輯屬性及類型，賦予構件對應的材質(zhì)等信息，使得模型達到期望效果。

模型的建立過程與現(xiàn)實中房屋的建立流程是一致的，在放置構件之前需要進行基準的確定，主要包含標高和軸網(wǎng)。在此基礎上導入對應的二維設計圖紙，相應標高上放置構件族。三維施工場布中軸網(wǎng)的繪制可以以平面圖中道路、圍欄等為基準繪制，方便后期構件族的放置。在場布模型的建立過程中，僅僅依靠Revit軟件內(nèi)置的族文件遠遠達不到要求，主要應用軟件中內(nèi)置的族文件進行地形表面的繪制，如場內(nèi)外、道路、草地各區(qū)域的拆分或子面域的形成。

圖1 構件賦材質(zhì)

圖2 體量建模

圖3 板房族建模

基本模型的建立過程因人而異，同一個構件族的建立可以有多種方法。以場布中最常見的板房建模為例，可以在項目中進行模型的建立，通過軟件項目模板中的墻、窗、屋頂?shù)茸鍢嫾M行建模，也可以通過建立體量模型，建立體量樓層后通過賦給各個面定義好類型的“面墻”“面屋頂”“面樓板”，放置門窗等構件完成模型，如圖2所示。

可載入族的建立。Revit模型中有三種族文件，分別為可載入族、系統(tǒng)族以及內(nèi)建組。系統(tǒng)族只能在項目中定義創(chuàng)建和修改，不能作為外部文件載入或創(chuàng)建；內(nèi)建族的作用范圍只限定于定義的項目內(nèi)，不能載入其他項目中，因此，實際應用中所說的族模型的建立均為可載入族，本文中涉及的族模型建立默認為可載入族。

實際建模操作時，經(jīng)常會涉及到項目中通用的族文件，彼此間相同或者只是尺寸不同需要調(diào)整，可以將這些構件定制為族文件方便項目建模。下面仍以建立板房為例，介紹包含門窗、屋頂、走廊、樓梯等構件的板房族建立過程。

在構建族模型的過程中需要仔細思考，族包括的構件種類以及各自的建模方法。通過合理應用嵌套族，添加族參數(shù)，鎖定模型位置，通過參數(shù)進行嵌套族控制，綁定族參數(shù)等方法將繪制的各部分關聯(lián)起來，注意在過程中應用公式進行判斷、計算等操作以滿足族變化的要求。如圖3中所示，板房族建立過程中設置了幾類族參數(shù)，在“材質(zhì)和裝飾”中可以修改定義的屋頂及板房材質(zhì)，在“其他”族類型中可以設定樓梯的左右以及板房的間數(shù)參數(shù)。圖中右上角展示的即為將板房設定為三間以及樓梯左右變化的情況，這些改變僅僅需要修改建模過程中設定的族參數(shù)即可，很大程度上提高了項目建模的效率。

Revit軟件提供了很多種族樣板文件（公制常規(guī)模型、公制窗、公制門等），在新建族文件時，根據(jù)建立的族的特點選擇對應的樣板，若無特定要求，選擇公制常規(guī)模型樣板即可。以圍墻為例，項目中提供了欄桿的族文件，可以通過調(diào)整桿件類型、參數(shù)等實現(xiàn)。三維場布項目中的圍墻較之而言簡單不少，可以通過新建族文件達到想要的效果，圖4展示了自定義的由柱和墻構成的圍墻族，載入項目中繪制圍墻模型時設定圍墻所在位置線即可。

項目建模。三維場布項目中的模型大致分為生活區(qū)、施工區(qū)與辦公區(qū)。生活區(qū)及辦公區(qū)的大部分構件都可制作載入族后進行重復利用，如板房、洗漱池、消防設備等；施工區(qū)則根據(jù)場地規(guī)劃進行基坑、腳手架、圍欄等構件的繪制；整體的地面可以在項目中“體量和場地”面板中的“地形表面”進行設置。在系統(tǒng)族及可載入族建立的基礎上，根據(jù)場地布置要求，整合族模型即完成項目的建模工作。

模型應用

三維場布區(qū)別于傳統(tǒng)二維場布最直接的特點即立體化展示，隨之而來的模型應用也更為豐富，本文將從碰撞檢查、虛擬漫游、技術交底幾個方面進行介紹。

施工空間碰撞檢查。三維場布模型階段的碰撞檢查主要應用于施工方案模擬，即根據(jù)施工圖紙及現(xiàn)場各項施工方案通過建模軟件創(chuàng)建模型，并包含各環(huán)節(jié)工序不同施工時間的定義。施工前在軟件中將各方案進行三維動態(tài)虛擬建造并對比，力求事前發(fā)現(xiàn)問題、及時處理，避免在正式施工中發(fā)現(xiàn)重大問題，免去了因設計錯誤造成工期延誤及施工成本等問題的增加。

Revit軟件提供了簡單地碰撞檢查功能，“協(xié)作”面板中提供了“碰撞檢查”按鈕，相對而言，Navisworks軟件碰撞檢測更為專業(yè)、快捷。Navisworks軟件提供了“Clash Detective”功能，用戶可以通過定義碰撞檢測的規(guī)則，選擇模型中需要進行碰撞的模型部分進行檢測，軟件會自動運行出檢測結果，根據(jù)用戶需求形成可調(diào)整內(nèi)容的報告文件。

圖4 圍墻模型

圖5 場布項目整體建模

圖6 場地漫游展示

將傳統(tǒng)的現(xiàn)場施工方案與BIM技術相結合，通過三維模型對施工方案的模擬，使各項方案得到一個直觀的表達，可以讓施工管理人員掌握各項施工方案是否能達到施工要求，并及時發(fā)現(xiàn)問題作出調(diào)整。通過施工方案的模擬，選擇最優(yōu)方案，這樣就進一步的明確施工要求及施工標準，保證了工程質(zhì)量，也為安全文明施工提供了保證。

虛擬現(xiàn)實、自由漫游。BIM技術最大的特點為可視化，通過二維至三維模型的轉(zhuǎn)換將建筑施工過程從圖紙上立起來。根據(jù)目前的模型應用狀況，從遠處瀏覽模型或者說渲染幾張效果圖并不能為用戶帶來實質(zhì)效果，應用BIM技術讓用戶身臨其境地在模型中感受效果，根據(jù)現(xiàn)實中的活動范圍查找場布中的不合理及需要調(diào)整的部位。

圖7 項目場布模型展示

圖 8 場布精細化設計

德國CRYTEK公司出品的Cryengine3游戲引擎可以很好地滿足BIM模型自由漫游的要求，實現(xiàn)用戶與模型之間的互動功能。將Revit軟件制作好的場布模型導入到該軟件中，根據(jù)場景需要進行環(huán)境及光源的設置，為方便用戶操作可將項目進行打包，用戶直接安裝程序即可，減少了專業(yè)軟件安裝及電腦配置的要求，方便項目現(xiàn)場使用。

為更好地提供用戶體驗，在CE3游戲引擎程序中設置時可以添加系統(tǒng)設置，方便用戶從天氣、時刻等不同設置狀態(tài)下體驗場地布置。

空間布置技術交底。作為施工過程中必備的項目，傳統(tǒng)的技術交底面臨著施工人員接受能力參差不齊、交底人表述不清等問題，隨著現(xiàn)代建筑的要求越來越高，施工工藝越來越復雜，BIM技術在技術交底應用上將成為閃光點。

運用BIM技術對現(xiàn)場的交底部位模型進行細化，將交底工藝過程進行圖片、視頻展示，配以文字或語音，標注尺寸及施工過程中應注意事項。項目現(xiàn)場設置大屏幕，對現(xiàn)階段的施工方法進行不間斷循環(huán)展示，規(guī)范施工人員操作。

在三維場布階段，可以運用BIM模型以動態(tài)的方式展現(xiàn)設備吊裝過程，直至吊裝模擬圓滿為止，技術人員可依此模擬路徑和吊裝設備完善吊裝方案及選用吊裝設備，同時合理布置起重機械和各項施工設施，科學規(guī)劃施工道路。通過BIM技術對施工現(xiàn)場各生產(chǎn)區(qū)域進行前期的合理布局，且可通過虛擬交底使員工對施工現(xiàn)場的準備及施工各區(qū)域有切身了解，達成共識，為后續(xù)施工奠定基礎。對生產(chǎn)性施工設施和生活性施工設施以及建設項目施工必備的安全、防火和環(huán)境保護設施運用BIM技術，在進場前得到更佳的布置方案且得到事先預演。

實施效果

三維場布模型的建立，最主要的過程即為模型建立，施工部署，精細化設計等，通過科技手段將原先存在不可預知狀況的施工場布標準化，讓施工現(xiàn)場人員做到胸有成竹，避免二次返工。

近幾年BIM技術傳播速度加快，應用范圍不斷擴大。隨著近期各地主管部門發(fā)文強力推廣BIM技術，國內(nèi)建筑業(yè)已認同這個新技術，并且已經(jīng)形成了一個不可逆轉(zhuǎn)的快速發(fā)展趨勢，BIM技術發(fā)展已進入了新階段。

從了解到應用，BIM技術逐漸成熟，其應用貫穿于規(guī)劃、設計、施工和運營的建筑全生命周期。本文從三維場布這個施工階段很小的方向概述BIM技術應用點，見微知著，可以預見一系列優(yōu)于傳統(tǒng)施工方法實現(xiàn)的效果，如可以提高現(xiàn)場機械設備的覆蓋率，降低運輸費用及材料二次搬運成本；提升管理人員對施工現(xiàn)場各施工區(qū)域的了解，確保施工進度；提升對現(xiàn)場合理布局，增強了綠色施工、節(jié)能減排，確保項目目標得以實現(xiàn)；直觀形象地提供建設相關單位施工現(xiàn)場安排，提高溝通效率。以小見大，BIM技術將全面支持項目企業(yè)管理各條線的工作，項目管理和企業(yè)管理的很多工作可以在基于BIM平臺上完成，作為建筑業(yè)的核心技術，BIM將成為建筑業(yè)的“操作系統(tǒng)”。