基于BIM 技術(shù)在工程中的應(yīng)用研究

李秋喜，李大華，張朋仁, 王 帥

（安徽建筑大學(xué) 土木工程學(xué)院，安徽 合肥 230601）

基于BIM 技術(shù)在工程中的應(yīng)用研究

李秋喜，李大華，張朋仁, 王 帥

（安徽建筑大學(xué) 土木工程學(xué)院，安徽 合肥 230601）

基于BIM的強大項目管理能力和高度可視化功能，工程建設(shè)施工的效率得到極大提高。結(jié)合BIM的基本理論，以某框架剪力墻結(jié)構(gòu)為例，通過對該框架剪力墻結(jié)構(gòu)的各類BIM三維模型進行處理和分析，研究了BIM技術(shù)在建設(shè)工程施工中的一些初步應(yīng)用。同時，在三維模型為基礎(chǔ)上采用Navisworks Manage 2015軟件，建立了該框架剪力墻結(jié)構(gòu)非標(biāo)準(zhǔn)層4D施工進度模型，并對該樓施工過程進行了進度模擬，研究了采取基于 BIM 的4D虛擬建造技術(shù)進行進度管理的優(yōu)越性及可行性。

BIM;可視化功能;4D虛擬建造技術(shù)

0 引 言

BIM可以為建筑全生命周期提供可信賴的知識資源和信息的集成共享,其核心理念在于創(chuàng)建可以記錄工程實施過程中幾乎所有的數(shù)據(jù)建筑信息模型[1][2]。建筑工程的全生命周期的建立和建筑物信息的數(shù)據(jù)集成是BIM技術(shù)能夠得以實施的基礎(chǔ)，通過對建筑物信息的有效集成和三維模型的建立，完成建設(shè)工程項目中各專業(yè)之間和建筑物各階段的信息共享，從而提高生產(chǎn)效率和資源的利用率[3][4]。BIM技術(shù)的信息技術(shù)能力，可以提高前期預(yù)測準(zhǔn)確性，加快信息處理速度，便于參與方數(shù)據(jù)共享以及各階段的信息傳遞[5]。BIM具有可視化、協(xié)調(diào)性、模擬性、優(yōu)化性、可出圖性等特點[6]。與傳統(tǒng)的二維圖紙相比,BIM模型可更直觀、詳細(xì)地展示建筑信息，使多參與方可方便地討論某專業(yè)設(shè)計結(jié)果[7]。BIM技術(shù)目前在我國的推廣和應(yīng)用還處于初級階段，但是參照歐美發(fā)達國家建筑行業(yè)的發(fā)展情況，隨著國家相關(guān)政策的相繼出臺和建設(shè)主管部門的引導(dǎo)與支持，未來必將有更廣闊的發(fā)展空間，必然成為建筑行業(yè)發(fā)展的目標(biāo)和方向[8]。

1 工程概況

合肥市第二人民醫(yī)院新區(qū)二期工程內(nèi)科病房大樓位于廣德路與樂水路交口西北角，工程建設(shè)概算投資約為2.8億元，總建筑面積64 998㎡（地上約57634㎡，地下約7364㎡），地下一層包括地下人防，主樓十七層醫(yī)技、病房樓，建筑高度70.05 m。本工程相對標(biāo)高±0.000為吳淞高程18.000 m，室內(nèi)外高差0.45 m。

2 工程施工BIM實施方案與技術(shù)流程

縱觀當(dāng)前BIM的應(yīng)用現(xiàn)狀，經(jīng)過多個大型工程的實際應(yīng)用，已經(jīng)形成了包括BIM應(yīng)用技術(shù)架構(gòu)、系統(tǒng)流程。

本課題研究的是某框架剪力墻結(jié)構(gòu)內(nèi)科病房大樓在施工中的應(yīng)用，建立內(nèi)科病房大樓的BIM建筑模型如圖1所示。

圖1 內(nèi)科病房大樓BIM模型

3 模型的分析與應(yīng)用

本工程為合肥市第二人民醫(yī)院二期工程內(nèi)科病房大樓，旁邊已有合肥市第二人民醫(yī)院大樓，醫(yī)院食堂等。利用BIM技術(shù)做的工地樣板間模擬不僅可以完美解決場地狹小的問題，而且可以契合我國宣傳的綠色建筑，綠色施工要求，節(jié)約人力、物力、財力。工程施工 BIM 應(yīng)用的技術(shù)架構(gòu)和實施技術(shù)路線分別如圖2~圖3所示。

圖2 BIM技術(shù)架構(gòu)

圖3 BIM實施技術(shù)路線

3.1 基于BIM的成本管理

在內(nèi)科病房大樓工程施工中，對成本的控制十分重要，體現(xiàn)著施工管理的水平?；贐IM的成本管理可以直接從病房大樓三維模型中提取相關(guān)部位的信息，施工中成本管理主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

（1）提高工程預(yù)算的準(zhǔn)確性

BIM的三維模型中包含內(nèi)科病房大樓的所有信息，故可以從病房大樓的三維模型中提取某項構(gòu)件的信息，如種類、材質(zhì)、單價、尺寸和型號等，然后計算出相應(yīng)的工程量。工程量統(tǒng)計時可以根據(jù)不同的分類迅速統(tǒng)計出合肥市第二人民醫(yī)院二期工程內(nèi)科病房大樓各構(gòu)件的工程量，如門窗、風(fēng)管、墻體等。

（2）避免產(chǎn)生額外費用

利用BIM技術(shù)對內(nèi)科病房大樓三維模型進行先期施工模擬和碰撞檢查，不僅能安排各專業(yè)之間合理的施工順序，還可以減少工程量的變更，達到有效的節(jié)約成本的目的。

（3）增強工程變更時的成本控制能力

由于BIM的強大協(xié)調(diào)能力，只要修改工程需要變更的地方或需要變更的構(gòu)件，BIM的三維模型即可自動調(diào)整，快速的計算出內(nèi)科病房大樓變更后的工程量。

3.2 基于BIM的質(zhì)量控制

項目施工中的質(zhì)量管理十分重要，依靠BIM平臺集成和共享的項目信息，可以為合肥市第二人民醫(yī)院二期工程內(nèi)科病房大樓中的施工質(zhì)量管理提供一個重要的技術(shù)支持?；贐IM的可視化技術(shù)對項目進行優(yōu)化和可視化模擬，可以讓項目參與者真切感受到施工各階段的施工狀態(tài)，“看到”各施工階段在做什么、是怎樣做的和各施工工序的配合等內(nèi)容?；贐IM的施工可視化技術(shù)，將從以下幾個方面改進傳統(tǒng)的施工質(zhì)量管理。

（1）提高施工圖紙的質(zhì)量

BIM三維模型的建立可以包含內(nèi)科病房大樓的所有信息，通過軟件平臺可以直接生成內(nèi)科病房的平、剖、立面圖，BIM的三維模型具有可視化、直觀的特點，為內(nèi)科病房大樓的施工提供了高質(zhì)量的施工圖紙，如圖4所示。

圖4 施工現(xiàn)場三維圖紙

（2）提高施工單位的施工技術(shù)

BIM技術(shù)對施工流程的可視化模擬，不僅能有效加強不同專業(yè)之間的施工配合，甚至可以提高施工參與方的施工技術(shù)。

（3）加強對機械和材料的質(zhì)量管理

BIM的三維模型包含內(nèi)科病房大樓的所有基本信息，施工單位的物資采購員及材料員可以利用BIM三維模型的強大信息集成功能快速找到所需構(gòu)件的所有信息，采購符合要求的材料和設(shè)備。同時，施工單位還可以將三維模型用于預(yù)制構(gòu)件的生產(chǎn)，避免產(chǎn)生材料浪費、施工效率低下的狀況。

3.3 沖突檢查

利用BIM對內(nèi)科病房大樓施工進行碰撞檢查時，主要進行兩類檢查，分別為軟碰撞和硬碰撞。用的較多的是硬碰硬，主要用來檢查管道中的碰撞問題。軟碰撞為間隙碰撞，用戶自己可以設(shè)置碰撞距離，常用來進行間隙檢查。

圖5 管道間的碰撞

圖6 碰撞前后的對比

碰撞檢測完成后，設(shè)計師也就了解了設(shè)計中不合理的地方，進而對設(shè)計方案進行修改。通過碰撞檢查，可以提前發(fā)現(xiàn)病房施工中存在的隱患，做到提前控制，從而減少返工的出現(xiàn)，動態(tài)化的管理施工，進而提高內(nèi)科病房的施工效率。

將Revit中建好的內(nèi)科病房大樓模型導(dǎo)出為NWC格式，然后用Navisworks打開，運行Clash Detective功能，即碰撞檢查功能，選擇需要檢測碰撞的模型，選擇檢驗?zāi)Ｐ椭械囊恍﹩栴}，然后運行模型內(nèi)部的重復(fù)項碰撞。

利用Navisworks對病房大樓所有專業(yè)進行檢查，對機電及機電與結(jié)構(gòu)專業(yè)間影響較大的碰撞點，均給出了三維圖形顯示、碰撞位置、碰撞管線和設(shè)備名稱及對應(yīng)的圖紙位置，如圖5~圖6所示。

4 基于BIM的4D施工進度管理

4.1 基于BIM的施工進度管理

基于BIM的施工進度計劃編制是在已建好的三維模型的基礎(chǔ)上添加時間維度信息，制作成施工四維進度模型，利用四維施工進度模型進行施工過程的模擬，并制作成動畫的形式。施工管理者可以直接通過觀看施工動畫對施工方案進行優(yōu)化。

4.2 內(nèi)科病房大樓4D施工進度模擬

由于所研究的內(nèi)科病房大樓施工環(huán)境復(fù)雜，為框架剪力墻結(jié)構(gòu)，人防口部眾多，構(gòu)造比較復(fù)雜，而且施工場地狹小且大樓南邊為醫(yī)院，所以為縮短施工工期，施工進度管理不容忽視。本工程占地面積大，為7300 m2，分為東西兩段，有兩臺M5110塔吊，為加快施工進度，東西兩段同時施工。

合肥市第二人民醫(yī)院內(nèi)科病房大樓整體呈對稱狀態(tài)，從第四層開始為標(biāo)準(zhǔn)層，整體可分為地下室和上部結(jié)構(gòu)，地下室包括基礎(chǔ)底板、底層柱、梁等，上部結(jié)構(gòu)包括樓板、墻、梁、柱等。工程施工中，一般是自下而上，先施工基礎(chǔ)，地下室部分，再是上部結(jié)構(gòu)。由于本工程從第四層開始為標(biāo)準(zhǔn)層，又為對稱結(jié)構(gòu)，所以我們只模擬地下室到第三層。某一層的施工進度安排如下表1所示。

表1各工序工期安排表

進度計劃在Project中的制定，Project中包括任務(wù)名稱、任務(wù)工期、開始時間、完成時間、前置任務(wù)和資源名稱等，編制出來的任務(wù)甘特圖如圖7所示。

圖7 利用project編制施工進度信息

將3D模型關(guān)聯(lián)時間進度，完成4D模型的建立，一共有兩種方法：一種為先在project中建立施工橫道圖，然后將Project中建好的橫道圖導(dǎo)入到Navisworks中；另一種是直接在Navisworks中人工編輯進度信息，將每一個構(gòu)件或者同類型構(gòu)件直接關(guān)聯(lián)時間進度，完成4D模型的建立。本文采取的是第一種方法。

如圖8所示，顯示柱子正在與時間進度相關(guān)聯(lián)，設(shè)置某一構(gòu)件計劃開始時間、計劃結(jié)束時間、實際開始時間和實際結(jié)束時間，可以在狀態(tài)欄看到構(gòu)件狀態(tài)，比如是否延期。構(gòu)件任務(wù)類型分為構(gòu)造、臨時和拆除，本次模擬的是病房大樓地下室到標(biāo)準(zhǔn)層結(jié)構(gòu)的建造過程，故任務(wù)類型均為構(gòu)造。本文研究的內(nèi)科病房大樓占地面積大，為對稱結(jié)構(gòu)，故只需模擬一段，實際為兩段同時施工，一層工期大概一個星期左右。

圖8 將各子構(gòu)件與進度相關(guān)聯(lián)

5 4D施工進度模擬

通過project和Navisworks建立的4D進度模型，對內(nèi)科病房大樓從地下室到標(biāo)準(zhǔn)層施工進度進行模擬，直觀的看到病房大樓的施工過程。施工模擬過程以動畫的形式展示，通過模擬，施工管理人員可以直觀的把握施工的過程，并可以據(jù)此制定合理的施工進度安排，并能更好的控制關(guān)鍵的施工工序。通過對施工過程的提前預(yù)演，可以有效把握施工中關(guān)鍵工序的節(jié)點并降低風(fēng)險的發(fā)生，施工過程如圖9所示。

圖9 二層板和第三層的建造

6 結(jié)論

以合肥市第二人民醫(yī)院內(nèi)科病房大樓為例，利用BIM技術(shù)，建立了該大樓的模型，并在此模型的基礎(chǔ)上研究了BIM技術(shù)在施工中的技術(shù)應(yīng)用。

（1）通過對BIM技術(shù)在內(nèi)科病房大樓施工中的研究，發(fā)現(xiàn)BIM技術(shù)運用于大型復(fù)雜的工程效果顯著。BIM以其強大信息集成能力和可視化功能優(yōu)化建筑工程施工中的管理工作，符合我國的“綠色建筑”、“綠色施工”要求，值得推廣應(yīng)用。

（2）通過對三維模型的分析，結(jié)合工程實際情況，研究了BIM技術(shù)在施工中的一些應(yīng)用，BIM在方案優(yōu)化、成本管理和質(zhì)量管理中發(fā)揮著巨大的作用，驗證了BIM在施工中應(yīng)用的可行性。

（3）在三維模型的基礎(chǔ)上，利用Autodesk Navisworks Manage 軟件編制了4D施工進度模型，對該大樓地下室到樣板間西段進行了模擬，實施了4D施工進度精細(xì)化管理。

[1]劉照球,李云貴,呂西林,等. 基于BIM建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計模型集成框架應(yīng)用開發(fā)[J]. 同濟大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2010, 38(7):948-953.

[2]季俊,張其林,楊暉柱,等. 高層鋼結(jié)構(gòu)BIM軟件研發(fā)及在上海中心工程中的應(yīng)用[J]. 東南大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2009,(Z2):205-211.

[3]劉照球,李云貴. 建筑信息模型的發(fā)展及其在設(shè)計中的應(yīng)用[J]. 建筑科學(xué), 2009, 25(1): 96-97.

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Application of BIM technology in engineering-based

LI Qiuxi, LI Dahua, ZHANG Pengren, WANG Shuai

(Civil engineering school, Anhui JianZhu University, Hefei 230601, China)

The efficiency of engineering construction has been greatly improved based on BIM strong project management skills and highly visual function. Combining with the basic theory of BIM, taking one frame shear wall structure for example, this paper studies preliminary application of BIM in the engineering construction by processing and analyzing various types of BIM 3D model frame shear wall structure. At the same time,this paper sets up the frame shear wall structure of non-standard layer 4 d model of the construction progress and simulates the process of the building construction using Navisworks2015 management software on the basis of 3D model,then this paper analyzes and researches the superiority and feasibility of the schedule management using 4D-virtual construction technology based on BIM.

BIM; visual function; 4D-virtual construction technology

TU311.41

A

2095-8382(2016)06-053-04

10.11921/j.issn.2095-8382.20160612

2016-04-05

李秋喜（1989—），男，碩士研究生，研究方向：結(jié)構(gòu)工程。