BIM技術(shù)在房建工程施工中的應(yīng)用

曾朝斌

(中國(guó)水利水電第三工程局有限公司,西安 710024)

近年來(lái)，應(yīng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展需要，房屋建筑工程項(xiàng)目對(duì)施工技術(shù)提出了更高要求。由于房建工程自身的特點(diǎn)，其設(shè)計(jì)復(fù)雜、構(gòu)件繁多，僅依靠傳統(tǒng)的二維圖紙很難提前檢測(cè)或發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)中存在的沖突問(wèn)題，許多設(shè)計(jì)問(wèn)題通常在施工階段才能發(fā)現(xiàn)，從而影響了施工進(jìn)度、成本和安全。為了解決出現(xiàn)的工程設(shè)計(jì)與施工問(wèn)題，不得不配置更多的人員，由此管理成本也大幅度增加。建筑信息模型(BIM)作為一種管理理念，目前在歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家的建筑業(yè)已得到不錯(cuò)的推廣與應(yīng)用，近年來(lái)在中國(guó)也得到一定的應(yīng)用，特別是在建筑工程項(xiàng)目中取得了一定的成效[1-2]。一方面，為建設(shè)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)與施工提供了有效的支持；另一方面，為項(xiàng)目的各個(gè)參與方提供了一個(gè)有效的協(xié)同工作與交流平臺(tái)。從而減少了施工返工，提高了工程質(zhì)量，并節(jié)約了建造成本與工期。因此，將BIM技術(shù)應(yīng)用在房建工程中以保證施工的高效進(jìn)行是十分重要的[3-6]。

1 工程概況

漢中興元新區(qū)東翼安置區(qū)項(xiàng)目由1-9號(hào)主樓和裙樓組成，主要功能為住宅和商業(yè)。主樓采用剪力墻結(jié)構(gòu)，商業(yè)裙樓采用框架結(jié)構(gòu)，地下一層采用框架結(jié)構(gòu)。對(duì)項(xiàng)目地塊Ⅲ1號(hào)樓(建筑面積14 548.58 m2)、3號(hào)樓(建筑面積8 410.82 m2)、11號(hào)樓(建筑面積3 954.76 m2)進(jìn)行施工階段全專業(yè)施工圖[包含：一二次結(jié)構(gòu)、建筑、給排水(含設(shè)備)、電氣(含設(shè)備)、暖通(含設(shè)備)、消防(含設(shè)備)、室外道路、園林景觀及綠化]BIM模型搭建并建立項(xiàng)目族庫(kù)，完成全專業(yè)深化、出圖、統(tǒng)計(jì)工程量的工作，為工程施工提供支撐。

預(yù)期目標(biāo)：提升項(xiàng)目精細(xì)化管理水平，提高專業(yè)服務(wù)水平及項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)技能，輔助進(jìn)行項(xiàng)目管理工作，提升項(xiàng)目品質(zhì)；培養(yǎng)出公司自己的BIM技術(shù)人員。

預(yù)期效益：節(jié)約施工成本2%～5%，縮短工期3%～5%，減少60%返工，排除圖紙錯(cuò)誤80%；培養(yǎng)出1～3名BIM技術(shù)人員。

2 實(shí)施方案

根據(jù)前期策劃在總圖工作制度的前提下(見(jiàn)圖1)，制定相應(yīng)的制度標(biāo)準(zhǔn)、工作流程和任務(wù)劃分(見(jiàn)圖2)。

圖1 總圖工作制度圖

3 應(yīng)用情況

3.1 BIM建模

3.1.1 系統(tǒng)建模

項(xiàng)目BIM 團(tuán)隊(duì)對(duì)項(xiàng)目主樓地下室、11號(hào)樓建筑結(jié)構(gòu)和機(jī)電系統(tǒng)同時(shí)進(jìn)行了建模，為了保證模型與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際的高度一致，同時(shí)有利于機(jī)電系統(tǒng)精準(zhǔn)地排布和預(yù)留預(yù)埋件，建筑結(jié)構(gòu)建模完成后與各土建單位協(xié)同配合進(jìn)行了多次模型的準(zhǔn)確性校核[7-10]。

機(jī)電建模完成后，采用三維審核軟件對(duì)建筑結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行校準(zhǔn)，通過(guò)前期擬定的項(xiàng)目原點(diǎn)和統(tǒng)一的輸入、輸出文件格式來(lái)保證不同軟件的模型充分兼容，并保證模型信息完整。

3.1.2 重點(diǎn)部位精確考慮空間管理

機(jī)電系統(tǒng)建模過(guò)程中，任何細(xì)小的失誤都可能導(dǎo)致后期模型維護(hù)的工作量加大，并影響相關(guān)系統(tǒng)的準(zhǔn)確性，因此前期建模過(guò)程中即融入綜合排布的思想，對(duì)重點(diǎn)部位進(jìn)行細(xì)化，將模型維護(hù)過(guò)程中容易出現(xiàn)的問(wèn)題提前進(jìn)行消化。

通過(guò)精確建模，提前規(guī)避工程質(zhì)量創(chuàng)優(yōu)容易出現(xiàn)的問(wèn)題，保證工程質(zhì)量創(chuàng)優(yōu)順利實(shí)施，盡量保證模型構(gòu)件與實(shí)際產(chǎn)品的一致性，在充分考慮綜合排布的基礎(chǔ)上進(jìn)行了維修空間的測(cè)算和模擬，從而保證模型樣板化。

圖2 BIM 操作實(shí)施應(yīng)用流程圖

建模過(guò)程中即融入空間管理的概念，在地下室建模的時(shí)候，區(qū)域標(biāo)高受限，機(jī)電系統(tǒng)管道個(gè)別點(diǎn)位與梁碰撞，經(jīng)與設(shè)計(jì)院、甲方溝通，在不改原設(shè)計(jì)意圖的情況下，建模過(guò)程中直接將與梁碰撞部分進(jìn)行優(yōu)化排布，從而保證了凈空標(biāo)高。

1號(hào)樓地下室電梯前室及合用前室位置在最上層貼梁底敷設(shè)自噴水管，管道中心標(biāo)高為5.0 m；市政給水管、加壓給水管及消火栓管道在中層敷設(shè)，管道中心標(biāo)高為4.8 m；加壓送風(fēng)管道最下層敷設(shè)，風(fēng)管底標(biāo)高為3.9 m；管道交叉處遵循“小管讓大管”原則。

車庫(kù)管線進(jìn)1號(hào)樓處位置(1-3軸/Q-S軸)車庫(kù)與1號(hào)樓存在1.7 m高差，機(jī)電管線從車庫(kù)進(jìn)入1號(hào)樓內(nèi)均需上翻；自噴管道由3.0 m標(biāo)高90°垂直上翻至5.0 m標(biāo)高；加壓送風(fēng)管管底標(biāo)高由2.25 m標(biāo)高90°上翻至4.05 m，風(fēng)管彎頭采用外角內(nèi)弧型；給水、消防管道由2.9 m標(biāo)高上翻至4.8 m標(biāo)高；橋架底標(biāo)高由2.85 m上翻至3.65 m。

車庫(kù)通道內(nèi)(R-S軸/2-5軸)給水、自噴、橋架及排煙風(fēng)管分層上下錯(cuò)開(kāi)安裝，最上層自噴管道貼梁底安裝，管道標(biāo)高為3.0 m，噴頭統(tǒng)一距結(jié)構(gòu)板底10 cm；中層為電氣橋架、給水、消防管道，管道中心標(biāo)高2.9 m，電氣橋架底標(biāo)高為2.8 m；下層為排煙風(fēng)管，風(fēng)管底標(biāo)高為2.3 m。

3.2 應(yīng)用實(shí)施

3.2.1 進(jìn)度模擬

在11號(hào)樓施工過(guò)程中，按周節(jié)點(diǎn)將模型打印上墻，每個(gè)節(jié)點(diǎn)的模型效果配以文字說(shuō)明，對(duì)施工的要求、完成后達(dá)到的標(biāo)準(zhǔn)、相關(guān)負(fù)責(zé)人進(jìn)行明確。并對(duì)整個(gè)11號(hào)樓進(jìn)度進(jìn)行三維動(dòng)態(tài)可視化模擬，通過(guò)對(duì)分節(jié)點(diǎn)的控制，確?？倳r(shí)間節(jié)點(diǎn)的完成。

3.2.2 三維可視化交底

相對(duì)于傳統(tǒng)紙質(zhì)交底，項(xiàng)目對(duì)相關(guān)分包和施工班組采用了重點(diǎn)位置三維可視化交底，表達(dá)更加直觀，施工班組更容易理解，平均每次節(jié)約交底時(shí)間40%，提高了施工效率。

3.2.3 技術(shù)質(zhì)量難點(diǎn)解決

在機(jī)電安裝范圍內(nèi)有許多技術(shù)質(zhì)量難點(diǎn)需要解決，其中包括精裝修區(qū)域末端的安裝、豎井內(nèi)管線安裝等，由專業(yè)工程師組織相關(guān)單位通過(guò)三維模擬并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行技術(shù)論證。

3.2.4 關(guān)鍵技術(shù)模擬

根據(jù)工程實(shí)際和樣板引路工作方案制作實(shí)物質(zhì)量樣板，配上反映相應(yīng)工序等方面的BIM模型照片、文字說(shuō)明，使技術(shù)交底和崗前培訓(xùn)內(nèi)容比較直觀、清晰，易于了解掌握，同時(shí)也提供了直觀的質(zhì)量檢查和質(zhì)量驗(yàn)收的判定尺度，從而有利于消除工程質(zhì)量通病，有效地促進(jìn)提高整體工程施工質(zhì)量水平。經(jīng)模擬成功后再進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)施工，保證工程質(zhì)量一次成優(yōu)。

3.2.5 精確下料安裝

基于精確的三維信息模型，對(duì)1號(hào)樓的風(fēng)管鐵皮嚴(yán)格按照模型尺寸進(jìn)行下料，然后現(xiàn)場(chǎng)加工、制作。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)空間位置提前模擬，然后按照模型的尺寸進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)安裝，保證了材料節(jié)約、工程質(zhì)量?jī)?yōu)良、空間位置合理、模型與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)體一致，同時(shí)也便于后期追綜檢查。

3.2.6 輔助材料采購(gòu)

BIM 技術(shù)輔助管理材料采購(gòu)時(shí)，既能校驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)成品構(gòu)件的數(shù)量，如橋架彎頭、漏斗等，又能將需要制作加工的非標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件通過(guò)精確的模型信息表達(dá)來(lái)進(jìn)行外加工，精確控制采購(gòu)數(shù)量，減少不必要的浪費(fèi)，并提高加工構(gòu)件的精度。

3.2.7 綠色建筑與節(jié)能降廢

合理利用 BIM 技術(shù)可以很好地節(jié)約成本，相對(duì)于傳統(tǒng)施工，使用BIM 技術(shù)深化以及施工指導(dǎo)節(jié)省材料將近 40%。以11號(hào)樓鍍鋅鐵皮為例，計(jì)算材料廢料如表1。

表1 材料耗用節(jié)約率明細(xì)表

3.3 應(yīng)用效果

通過(guò)BIM深化和施工模擬，已完成的部分工程項(xiàng)目幾乎達(dá)到零簽證，年度節(jié)點(diǎn)工期提前 20 d?？梢暬瘎?dòng)態(tài)模擬增強(qiáng)了技術(shù)人員在安裝前的空間印象，為安裝質(zhì)量和效率提供了強(qiáng)有力的保障。通過(guò)施工工藝模擬，精細(xì)化預(yù)留孔洞、綜合支吊架、減少材料廢料等，取得良好的經(jīng)濟(jì)效益，從而很好地控制了項(xiàng)目成本。

4 總 結(jié)

4.1 創(chuàng)新點(diǎn)

4.1.1 降低 BIM 自身運(yùn)行成本的思考和實(shí)施

在 BIM 建模和應(yīng)用階段投入合理的人力和物力，建立起能滿足 BIM 技術(shù)在項(xiàng)目上運(yùn)行和管理、保障功能滿足、專業(yè)齊全、工作量合理、管理體制優(yōu)化的團(tuán)隊(duì)，最終達(dá)到降低管理成本的目的。

4.1.2 機(jī)電安裝工程優(yōu)化創(chuàng)新

針對(duì)多專業(yè)、多單位、大跨度的機(jī)電安裝工程，進(jìn)行多單位協(xié)同管理，最終在業(yè)主管理框架下進(jìn)行科學(xué)性功能重組，同時(shí)滿足總承包單位、各兄弟單位之間空間管理最優(yōu)，實(shí)施成本最低。

4.1.3 BIM 管理下多單位間的協(xié)作溝通

“云技術(shù)”輔助下現(xiàn)場(chǎng)多單位審圖、會(huì)簽，解決跨組織、跨專業(yè)、跨地域的多方協(xié)作問(wèn)題，方便施工方、設(shè)計(jì)方和業(yè)主多方交流，提升溝通效率，節(jié)省溝通成本。

4.1.4 機(jī)電綜合路由優(yōu)化提升經(jīng)濟(jì)效益

施工單位在繪制三維模型時(shí)，總是注重空間管理和排布，而路由優(yōu)化是在滿足功能需求、觀感良好的基礎(chǔ)上充分考慮經(jīng)濟(jì)合理性、安裝便捷等方面對(duì)管線的優(yōu)先級(jí)進(jìn)行評(píng)定，這是一個(gè)經(jīng)驗(yàn)積累的過(guò)程。

4.1.5 資源計(jì)劃及成本管理提質(zhì)增效

根據(jù)形象進(jìn)度，利用5D模型自動(dòng)計(jì)算完成工程量，向業(yè)主報(bào)量，并進(jìn)行分包核算，提高計(jì)量工作效率。在施工過(guò)程中，周期性地進(jìn)行分包結(jié)算、材料消耗、機(jī)械結(jié)算等實(shí)際支出統(tǒng)計(jì)，進(jìn)行實(shí)際成本統(tǒng)計(jì)和歸集，與預(yù)算成本、合同收入進(jìn)行三算對(duì)比分析，獲得項(xiàng)目超支和盈虧情況，對(duì)于超支的成本找出原因，采取針對(duì)性的成本控制措施將成本控制在計(jì)劃成本內(nèi)，有效實(shí)現(xiàn)成本動(dòng)態(tài)分析控制。

4.1.6 圖紙及文檔管理及時(shí)完整

通過(guò)BIM平臺(tái)，將不同專業(yè)的設(shè)計(jì)圖紙、二次深化設(shè)計(jì)、變更、合同、文檔資料等信息與模型進(jìn)行關(guān)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)查詢或自動(dòng)匯總?cè)我鈺r(shí)間點(diǎn)的模型狀態(tài)及對(duì)應(yīng)的圖紙和變更信息、以及各個(gè)施工階段的文檔資料，保證圖紙和文檔資料的及時(shí)性和完整性[11-12]。

4.2 經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)

(1) 本項(xiàng)目通過(guò)BIM協(xié)同模式進(jìn)行BIM技術(shù)應(yīng)用，從管理方法、技術(shù)理念、思維模式等方面將施工階段BIM技術(shù)應(yīng)用提升到一個(gè)新的高度。積累大量的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)和數(shù)據(jù)庫(kù)，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，但是在 BIM 應(yīng)用的深度方面還有很大的發(fā)掘潛力和價(jià)值提升空間。

(2) 作為施工單位，在項(xiàng)目BIM應(yīng)用過(guò)程中，必須在前期策劃階段從組織者的角度出發(fā)，充分考慮相關(guān)各方如何更加輕量化的協(xié)同與配合，否則很難在后期的BIM應(yīng)用中取得良好的效果。

(3) 吸取本項(xiàng)目的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，將在后續(xù)房建工程中進(jìn)行BIM深度應(yīng)用示范，并在集團(tuán)公司項(xiàng)目中大力推廣 BIM 技術(shù)應(yīng)用。同時(shí)還將利用 BIM 技術(shù)為企業(yè)提升品牌價(jià)值，使其作為落實(shí)品牌戰(zhàn)略的一個(gè)有效載體，能夠充分展示企業(yè)的技術(shù)水平，準(zhǔn)確表達(dá)企業(yè)服務(wù)的特色，為企業(yè)贏得更多的客戶和市場(chǎng)[13-15]。