BIM技術(shù)在大型公建項(xiàng)目的應(yīng)用研究

楊新旺，劉軍領(lǐng)（.鄭州中興工程監(jiān)理有限公司， 河南 鄭州 450007；.機(jī)械工業(yè)第六設(shè)計研究院有限公司，河南鄭州 450007）

0 引 言

BIM可解決分布式、異構(gòu)工程數(shù)據(jù)之間的一致性和全局共享問題，支持建設(shè)項(xiàng)目生命周期中動態(tài)化的工程信息創(chuàng)建、管理和共享[1]。BIM同時又是一種應(yīng)用于設(shè)計、建造、管理的數(shù)字化方法[2]，這種方法支持建筑工程的集成管理環(huán)境，可以使建筑工程在其整個進(jìn)程中顯著提高效率和大量減少風(fēng)險。

1 工程概況

本項(xiàng)目總建筑面積為213496 m2，其中 A區(qū)總建筑面積為 134983 m2，B區(qū)總建筑面積為 78513 m2，該項(xiàng)目是一個綜合性文化服務(wù)中心，A區(qū)包括雜技館、群眾藝術(shù)館劇場、婦兒中心、青少年發(fā)展中心、群藝館工作室、健康中心，B 區(qū)包括科技館，地下室為設(shè)備用房、機(jī)動車停車庫、非機(jī)動車停車庫、商業(yè)用房及部分庫房。

2 BIM實(shí)施重點(diǎn)難點(diǎn)分析

(1) 設(shè)計階段重點(diǎn)難點(diǎn)分析。設(shè)計階段主要存在各專業(yè)圖紙不一致、系統(tǒng)不完整、管道井轉(zhuǎn)換空間不足、結(jié)構(gòu)凈高不滿足功能需求等問題。本項(xiàng)目在設(shè)計階段主要審核地下車庫進(jìn)出口處結(jié)構(gòu)標(biāo)高，設(shè)備層、管道井、設(shè)備站房以及其他管線密集、有凈高限制的區(qū)域處管線的排布，通過管線綜合設(shè)計，對重點(diǎn)區(qū)域凈高進(jìn)行驗(yàn)證并對管線布置不合理的地方進(jìn)行優(yōu)化。

(2) 施工階段重點(diǎn)難點(diǎn)分析。本工程機(jī)電安裝各系統(tǒng)類別較多，BIM建模必須做到精確無誤，方可保證綜合管線排布的準(zhǔn)確性。同時本工程施工過程中設(shè)計變更繁多，施工藍(lán)圖版本多，每次變更均需投入大量精力進(jìn)行 BIM建模及綜合排布的調(diào)整。

機(jī)電安裝分包單位多，BIM建模及綜合排布過程中必須時刻同各分包單位保持溝通交流。機(jī)電安裝各系統(tǒng)設(shè)計復(fù)雜，需考慮到的細(xì)節(jié)點(diǎn)多，BIM建模及綜合排布過程中協(xié)調(diào)工作量大。

3 BIM應(yīng)用目標(biāo)

通過本項(xiàng)目 BIM技術(shù)服務(wù)的實(shí)施，在本項(xiàng)目中的設(shè)計、施工、運(yùn)營維護(hù)各階段充分發(fā)揮 BIM技術(shù)的優(yōu)勢，并且通過切實(shí)可行的技術(shù)方案將各階段的 BIM應(yīng)用點(diǎn)充分落地。重點(diǎn)解決工程現(xiàn)場實(shí)際問題，減少現(xiàn)場簽證和變更，節(jié)約成本，縮短工期，并將竣工資料錄入 BIM，以方便后期物業(yè)的維護(hù)管理，實(shí)現(xiàn) BIM數(shù)據(jù)在工程項(xiàng)目全壽命周期的傳遞。

4 實(shí)施內(nèi)容

4.1 設(shè)計階段BIM應(yīng)用

在本階段創(chuàng)建全專業(yè)的 BIM模型，在模型設(shè)計過程中對設(shè)計數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和專業(yè)間的沖突問題進(jìn)行驗(yàn)證；對本項(xiàng)目機(jī)電管線的布置進(jìn)行優(yōu)化，并針對項(xiàng)目各系統(tǒng)主干管路部分進(jìn)行管線綜合模型設(shè)計與優(yōu)化，在管線綜合時檢查出各專業(yè)之間的碰撞、干擾和沖突等問題，出具碰撞檢查報告，并提出優(yōu)化整改方案。結(jié)合本階段 BIM模型輔助設(shè)計院優(yōu)化圖紙；針對 BIM設(shè)計模型，協(xié)助業(yè)主統(tǒng)計相關(guān)數(shù)據(jù)，并將設(shè)計過程中的相關(guān)資料如變更信息、會議資料等進(jìn)行匯總與交付。

4.1.1 全專業(yè)協(xié)同設(shè)計

創(chuàng)建全專業(yè)(包括建筑、結(jié)構(gòu)、機(jī)電等)的三維 BIM模型，在創(chuàng)建模型過程中對設(shè)計成果進(jìn)行校審，檢查設(shè)計與圖紙缺陷，并對數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性進(jìn)行驗(yàn)證，結(jié)合本階段BIM模型輔助設(shè)計院優(yōu)化圖紙。針對出現(xiàn)的設(shè)計問題提出了整體的優(yōu)化思路：管線分層分專業(yè)敷設(shè)，并綜合考慮安裝順序及第三方深化設(shè)計需求，優(yōu)先保證功能，結(jié)合裝飾設(shè)計圖紙，盡量滿足吊頂高度要求。

圖1 項(xiàng)目施工圖階段綜合模型

圖3 各種類型碰撞數(shù)量

本項(xiàng)目在 BIM設(shè)計過程中發(fā)現(xiàn)的設(shè)計圖紙問題分為 3大類別，共計約 52 處。各專業(yè)圖紙問題所占比重如圖2 所示，針對發(fā)現(xiàn)的問題進(jìn)行分析，得出結(jié)論：由于二維設(shè)計專業(yè)間協(xié)同程度不高，專業(yè)間信息傳遞滯后，二維表達(dá)空間位置的局限性，導(dǎo)致出現(xiàn)較多的錯、漏、碰、缺。

圖2 各專業(yè)圖紙問題比例

4.1.3 空間分析

根據(jù)各專業(yè)施工圖設(shè)計模型及初步的綜合管線排布方案，對重點(diǎn)區(qū)域處的結(jié)構(gòu)凈高、管線安裝后凈高進(jìn)行綜合分析驗(yàn)證，并提交相應(yīng)的空間分析報告及對應(yīng)的優(yōu)化建議。

4.1.4 綜合管線設(shè)計

依據(jù) BIM設(shè)計碰撞檢查模型，對發(fā)生的碰撞進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，按照安裝方便、維修容易的總指導(dǎo)原則，在保持設(shè)計意圖不變的基礎(chǔ)上，依據(jù)相關(guān)專業(yè)的設(shè)計及施工驗(yàn)收規(guī)范進(jìn)行管線綜合設(shè)計。管線綜合設(shè)計完成后進(jìn)行共用支吊架方案確定，通過結(jié)構(gòu)計算確定支吊架型鋼類型及尺寸，出具綜合支吊架詳圖。

4.1.5 孔洞預(yù)留

通過創(chuàng)建的套管族文件，可以快速進(jìn)行孔洞預(yù)留，結(jié)合碰撞檢查功能可以出具完整的預(yù)留孔洞圖紙，避免后期進(jìn)行開洞。

4.1.6 機(jī)電工程量統(tǒng)計

通過 BIM模型統(tǒng)計工程量，可以方便地了解項(xiàng)目的材料使用情況，有助于商務(wù)部門開展工作。通過工程量自動生成功能，可以進(jìn)行任意管段的設(shè)備、管道、管件閥門的材質(zhì)和數(shù)量的工程量統(tǒng)計，高效快捷地完成構(gòu)件的統(tǒng)計。

4.1.2 碰撞檢查報告

利用 BIM軟件對模型進(jìn)行碰撞檢查，發(fā)現(xiàn)專業(yè)設(shè)計數(shù)據(jù)空間干涉位置 9392 處，各種碰撞類型所占問題比重如圖3所示。問題主要集中在以下區(qū)域：地下室與通往車庫走廊交叉處；多個專業(yè)管線集中區(qū)域，管線重疊位置嚴(yán)重；地上走廊內(nèi)管線交叉碰撞，采暖立管與結(jié)構(gòu)梁、柱碰撞。

4.2 施工建造階段BIM應(yīng)用

利用 BIM設(shè)計模型，根據(jù)施工安裝需要進(jìn)一步細(xì)化和完善，指導(dǎo)各個構(gòu)件的生產(chǎn)以及現(xiàn)場施工安裝；在設(shè)計模型的基礎(chǔ)上，添加導(dǎo)入和處理施工信息，形成 BIM施工模型。

4.2.1 模型升級維護(hù)

建造施工過程中，根據(jù)工程變更和現(xiàn)場實(shí)際情況，對 BIM模型進(jìn)行維護(hù)和調(diào)整，使其與現(xiàn)場實(shí)際施工保持一致。對于施工過程中的變更需求，及時做好變更方案的驗(yàn)證以及優(yōu)化，減少因變更造成的工期拖延。通過模型虛擬設(shè)計變更方案，進(jìn)行變更影響分析，確定其可行性，直觀分析變更緣由，做好變更數(shù)據(jù)資料的傳輸和保存。

4.2.2 BIM應(yīng)用過程管控

用移動設(shè)備配合監(jiān)理單位對現(xiàn)場質(zhì)量安全進(jìn)行管理控制，對現(xiàn)場施工質(zhì)量、安全(包括臨邊防護(hù)、洞口)等問題進(jìn)行統(tǒng)一可追溯管理。利用 BIM模型的設(shè)計信息和空間位置信息，結(jié)合移動端的應(yīng)用，將現(xiàn)場質(zhì)量、進(jìn)度和安全問題的檢查反饋與具體 BIM模型構(gòu)件與空間關(guān)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)進(jìn)度管理可視化、質(zhì)量對比可視化、問題反饋處理可視化，有助于現(xiàn)場問題跟蹤處理和過程資料收集，形成建設(shè)項(xiàng)目管理大數(shù)據(jù)，并通過問題與措施的識別和聚類分析，持續(xù)改進(jìn)管理控制制度，改善工程質(zhì)量，加速項(xiàng)目建設(shè)進(jìn)程。

4.2.5 BIM過程資料管理

為了保證實(shí)施過程中項(xiàng)目模型及資料的集中管理和數(shù)據(jù)安全，輔助現(xiàn)場項(xiàng)目管理工作，提高各參建方的溝通效率，在項(xiàng)目現(xiàn)場部署配置可視化項(xiàng)目管理系統(tǒng)，現(xiàn)場施工相關(guān)資料，包括試驗(yàn)檢測報告、設(shè)計變更、驗(yàn)收記錄等實(shí)現(xiàn)基于 BIM平臺的協(xié)同管理，方便各參建單位及時查詢與調(diào)取。

4.2.6 可視化輔助驗(yàn)收

采用信息化技術(shù)將 BIM施工模型上傳至云端，便于對分項(xiàng)工程進(jìn)行驗(yàn)收，提高驗(yàn)收效率。

4.3 竣工驗(yàn)收及運(yùn)維階段 BIM應(yīng)用

4.3.1 竣工階段模型設(shè)計

竣工模型設(shè)計階段包括了竣工模型的完善及模型數(shù)據(jù)整理錄入等工作。本階段主要針對施工過程中的現(xiàn)場施工變更模型和變更圖紙資料進(jìn)行數(shù)據(jù)整理，在施工模型的基礎(chǔ)上進(jìn)行竣工模型設(shè)計，并保證竣工模型的空間坐標(biāo)為真實(shí)的地理信息，為項(xiàng)目智能化運(yùn)維提供可靠的空間坐標(biāo)信息支撐。為便于后期運(yùn)維系統(tǒng)的運(yùn)行，對竣工模型進(jìn)行輕量化和美觀化處理，并錄入后期運(yùn)營所需要的信息數(shù)據(jù)，為運(yùn)營管理階段提供信息查詢檢索應(yīng)用和空間定位解決方案。

4.3.2 運(yùn)維平臺搭建

在運(yùn)維階段協(xié)助業(yè)主搭建可視化運(yùn)營管理平臺，全面提升物業(yè)的運(yùn)營管理水平，實(shí)現(xiàn)設(shè)施管理的集約化和精細(xì)化，顯著降低運(yùn)營成本，并為設(shè)施維護(hù)、改造和擴(kuò)建提供決策支持。

5 BIM應(yīng)用效果

本項(xiàng)目中 BIM技術(shù)為項(xiàng)目質(zhì)量、進(jìn)度、安全等管理目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)起到了積極的推動作用。在設(shè)計階段提高了設(shè)計圖紙的質(zhì)量和出圖效率；在施工階段，通過施工模擬、過程管控、資料管理等手段提高了項(xiàng)目施工管理的精細(xì)化程度；在交付運(yùn)維階段，精細(xì)化的竣工模型為數(shù)字化運(yùn)維奠定了基礎(chǔ)。具體可量化的效益價值有以下幾點(diǎn)。

(1) 通過 BIM模型的搭建預(yù)先發(fā)現(xiàn)和解決了大量問題。該項(xiàng)目碰撞檢測發(fā)現(xiàn)的碰撞點(diǎn)位有 9392 處，通過三維模型將設(shè)計圖紙中的錯漏碰缺問題在施工前解決。

(2) 通過 BIM模型導(dǎo)出管線綜合圖紙。該項(xiàng)目通過 BIM模型導(dǎo)出平立剖三維管線綜合圖紙按 A0 圖紙量計算約 300余張。

(3) 節(jié)約造價。通過三維管綜優(yōu)化設(shè)計后施工，粗略估算可以節(jié)省花費(fèi) 500 萬元。

(4) 節(jié)約工期。經(jīng)過三維綜合管線優(yōu)化的設(shè)備站房及其他管線密集區(qū)域在機(jī)電安裝過程中，節(jié)約工期 40 余天。

(5) 應(yīng)用 BIM模型核算工程量，為管理公司、監(jiān)理單位提供強(qiáng)有力的技術(shù)衡量手段。在統(tǒng)一計算規(guī)則前提下，BIM工程量與監(jiān)理審核工程量的誤差控制在合適的范圍內(nèi)。

6 結(jié) 語

本項(xiàng)目利用 BIM技術(shù)對項(xiàng)目實(shí)施進(jìn)行了模擬和細(xì)致的實(shí)施控制，在顛覆了傳統(tǒng)建筑工程工作模式的同時賦予了建筑以生命的全新理念。

本工程建立的 BIM模型嚴(yán)格按照預(yù)先制定的建模標(biāo)準(zhǔn)，除了用于設(shè)計階段直觀展示，還可以用于圖紙會審、碰撞檢測、深化設(shè)計等，此外，模型與進(jìn)度計劃關(guān)聯(lián)還可以形成四維 BIM模型，進(jìn)行更深層次的應(yīng)用。

BIM與四維技術(shù)結(jié)合的集成管理：針對工程施工總承包的實(shí)際需求，綜合利用 BIM與四維技術(shù)，通過四維進(jìn)度、質(zhì)量、資源，可視化查詢及參與方協(xié)同支持等功能，有效解決了施工總包管理過程中的一系列問題，提高了工程施工管理水平和效率。

多參與方終端的綜合管理：根據(jù)本工程特點(diǎn)和需求，制定了多參與方、多終端的綜合管理模式。對不同使用情形分別采用相應(yīng)的客戶端、移動端等系統(tǒng)終端，有效地將各參與方組織起來，實(shí)現(xiàn)集成管理，大幅提高了管理人員對項(xiàng)目整體的把控能力。

參考文獻(xiàn)：

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