BIM技術(shù)在中心城區(qū)復(fù)雜建設(shè)項(xiàng)目施工階段的應(yīng)用

王曉旻

上海建工五建集團(tuán)有限公司 上海 200063

作為一類強(qiáng)調(diào)對(duì)建筑設(shè)施各階段相關(guān)信息進(jìn)行參數(shù)化表達(dá)及集成化管理的創(chuàng)新性技術(shù)，建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）在建筑領(lǐng)域的應(yīng)用已引起行業(yè)內(nèi)越來(lái)越廣泛的關(guān)注。2017年2月，國(guó)務(wù)院發(fā)布《關(guān)于促進(jìn)建筑業(yè)持續(xù)健康發(fā)展的意見》，提出加快推進(jìn)BIM技術(shù)在工程建設(shè)項(xiàng)目全生命周期的集成應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享和信息化管理，為我國(guó)BIM技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展指明方向。目前國(guó)內(nèi)BIM技術(shù)應(yīng)用還面臨相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)缺失、企業(yè)BIM技術(shù)人才不足、BIM應(yīng)用成本較高、BIM軟件缺乏互操作性等阻礙因素[1-2]，及時(shí)總結(jié)BIM技術(shù)在工程建設(shè)項(xiàng)目的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，對(duì)促進(jìn)BIM技術(shù)的發(fā)展進(jìn)步具有重要意義。

1 工程背景

1.1 項(xiàng)目概況

某工業(yè)研發(fā)樓項(xiàng)目占地面積29 180 m2。項(xiàng)目包括1座110 kV變電站、9幢工業(yè)研發(fā)樓，地上5～9層，地下1層，建筑高度23.75～39.75 m?？偨ㄖ娣e79 435.40 m2，其中，地上總建筑面積58 645.80 m2，地下總建筑面積20 789.60 m2。工程總投資額約4億元。

1.2 工程特點(diǎn)與難點(diǎn)

1）周邊環(huán)境復(fù)雜、施工控制難度大。本項(xiàng)目周邊市政管線眾多且錯(cuò)綜復(fù)雜，給排水、煤氣、天然氣、電信等管線緊貼紅線布置；北側(cè)鄰近地鐵隧道，距基坑圍護(hù)外邊線最小距離為17 m；南側(cè)與已建B地塊地下室相連，需與B地塊共墻處理；基坑平面不規(guī)則，距離最近的已有建筑僅6 m。

2）項(xiàng)目單體多，工序多樣，施工總體部署難度大。工程基坑分為9塊陸續(xù)施工，其間穿插進(jìn)行土方、支撐和地下結(jié)構(gòu)施工，工況多，制約多，前后銜接要求高；工程用地極為緊張，現(xiàn)場(chǎng)主干道路的動(dòng)態(tài)調(diào)整和場(chǎng)內(nèi)外交通組織難度大；工程單體多，形象進(jìn)度各有要求，施工進(jìn)度的精細(xì)化編排要求高。

3）項(xiàng)目建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)高，參建單位眾多，施工總包協(xié)調(diào)管理任務(wù)重。研發(fā)樓內(nèi)部功能區(qū)域多樣，需要在保證凈高的前提下實(shí)現(xiàn)管線的有序排布；精裝修、電梯、幕墻等多個(gè)專業(yè)工程交界面多，界面大樣圖要兼顧功能與施工；專業(yè)單位多，文件及圖紙變更需要有序管理，信息實(shí)時(shí)協(xié)同。

2 BIM應(yīng)用策劃

2.1 BIM功能定位

施工現(xiàn)場(chǎng)管理是工程項(xiàng)目管理的核心與關(guān)鍵，施工現(xiàn)場(chǎng)的質(zhì)量、成本、進(jìn)度、安全管理是項(xiàng)目成功交付的重要保證[3]。依據(jù)本項(xiàng)目特點(diǎn)與難點(diǎn)分析，采用傳統(tǒng)的項(xiàng)目管理方法和手段，難以精準(zhǔn)識(shí)別復(fù)雜的施工環(huán)境，各參與方之間的信息溝通不暢，質(zhì)量監(jiān)管難度加大、安全風(fēng)險(xiǎn)上升。

本項(xiàng)目將BIM作為提升施工階段技術(shù)和管理水平的關(guān)鍵手段，通過BIM技術(shù)與施工階段項(xiàng)目管理過程深度融合，發(fā)揮BIM的信息集成與信息共享優(yōu)勢(shì)，將建造信息數(shù)據(jù)化、標(biāo)準(zhǔn)化、制度化、可視化，推動(dòng)構(gòu)建標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化的PDCA循環(huán)管理體系，全面提升施工階段信息化、精細(xì)化管理水平。本項(xiàng)目以技術(shù)、進(jìn)度、質(zhì)量、安全為主要抓手，提出3大任務(wù)板塊——設(shè)計(jì)方案優(yōu)化、施工模擬、施工現(xiàn)場(chǎng)管理（圖1），并細(xì)化為8項(xiàng)服務(wù)內(nèi)容——三維建模、三維管線綜合、機(jī)電管線深化設(shè)計(jì)、施工進(jìn)度模擬、施工方案模擬、施工動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)、項(xiàng)目質(zhì)量協(xié)同管理、文檔資料信息化管理，最終形成各項(xiàng)服務(wù)內(nèi)容的功能定位。

圖1 項(xiàng)目施工階段BIM應(yīng)用框架

1）三維建模：建立多專業(yè)三維幾何模型，并通過空間漫游，進(jìn)行設(shè)計(jì)方案的可視化展示。

2）三維管線綜合：基于多專業(yè)整合BIM模型進(jìn)行碰撞檢查、凈空檢查，優(yōu)化管線綜合排布方案，滿足設(shè)計(jì)規(guī)范的凈空要求。

3）機(jī)電管線深化設(shè)計(jì)：基于BIM技術(shù)開展機(jī)電管線深化設(shè)計(jì)，協(xié)調(diào)與優(yōu)化機(jī)電專業(yè)與建筑、結(jié)構(gòu)專業(yè)的設(shè)計(jì)方案。

4）施工進(jìn)度模擬：利用虛擬建造模擬和優(yōu)化施工方案，強(qiáng)化進(jìn)度管控能力，提高工程交付效率。

5）施工方案模擬：對(duì)項(xiàng)目整體施工、基坑施工等重大工序進(jìn)行施工模擬，形成施工方案動(dòng)畫展示。

6）施工動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)：對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，通過現(xiàn)狀模型、BIM模型比較分析，及時(shí)反饋施工風(fēng)險(xiǎn)，為后續(xù)施工制訂優(yōu)化方案。

7）項(xiàng)目質(zhì)量協(xié)同管理：現(xiàn)場(chǎng)管理人員通過移動(dòng)終端采集現(xiàn)場(chǎng)照片信息，上傳至服務(wù)器，供相關(guān)單位實(shí)時(shí)查看、提供解決方案。

8）文檔資料信息化管理：現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員通過手機(jī)移動(dòng)端高效管理項(xiàng)目技術(shù)資料，便于高效利用，實(shí)現(xiàn)資料集成與共享。

2.2 BIM實(shí)施規(guī)劃

1）制訂BIM標(biāo)準(zhǔn)。本工程BIM模型采用“顧問建模，總包整合”的管理模式，為保證整合效率，對(duì)各專業(yè)分包模型制訂了項(xiàng)目級(jí)BIM建模標(biāo)準(zhǔn)，明確規(guī)定模型命名規(guī)則、建模深度、交付成果、軟件要求、族標(biāo)準(zhǔn)；同時(shí)，制訂整體BIM工作流程，包括工作分解、各參與方的角色與職責(zé)，明確BIM應(yīng)用交付物所需的信息、信息的詳細(xì)程度、信息來(lái)源方和接收方、信息格式等，形成BIM實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)。

2）組建技術(shù)團(tuán)隊(duì)。本項(xiàng)目的各項(xiàng)BIM服務(wù)由BIM團(tuán)隊(duì)具體實(shí)施，BIM團(tuán)隊(duì)由施工總包項(xiàng)目部領(lǐng)導(dǎo)，為施工總包的項(xiàng)目管理提供BIM技術(shù)支持，并在過程中協(xié)助施工總包與各參與方開展基于BIM的協(xié)同工作與溝通。本項(xiàng)目實(shí)行BIM項(xiàng)目經(jīng)理負(fù)責(zé)制（表1）。

表1 BIM團(tuán)隊(duì)

3）配置和研發(fā)軟件。結(jié)合本項(xiàng)目BIM應(yīng)用的實(shí)際需要，選取并配置相關(guān)BIM軟件（表2），開發(fā)ISCG-CMS項(xiàng)目協(xié)同管理系統(tǒng)、綠色建造九宮格管理系統(tǒng)支撐項(xiàng)目質(zhì)量協(xié)同管理、文檔資料信息化管理。

4）BIM專題培訓(xùn)與交流。本項(xiàng)目結(jié)合各項(xiàng)BIM應(yīng)用，持續(xù)推進(jìn)以點(diǎn)帶面的BIM培訓(xùn)。前期培訓(xùn)主要針對(duì)Revit、Navisworks等軟件，中間穿插BIM會(huì)議、BIM沙龍等，幫助管理人員借助BIM技術(shù)深入解決各項(xiàng)項(xiàng)目管理業(yè)務(wù)問題。

3 BIM應(yīng)用情況

3.1 設(shè)計(jì)方案優(yōu)化

3.1.1 ?三維建模

本項(xiàng)目在施工圖完成后，按照項(xiàng)目級(jí)建模標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的建模方法、建模深度，綜合應(yīng)用Revit與Sketchup軟件建立土建、機(jī)電等多專業(yè)的三維幾何模型（圖2、圖3）。

圖2 2號(hào)單體建筑粗裝修BIM模型

圖3 基坑階段現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)地布置

在施工開工前，施工單位項(xiàng)目技術(shù)人員基于Revit軟件對(duì)模型進(jìn)行初步審核，梳理形成圖紙問題報(bào)告，向設(shè)計(jì)單位反饋意見，由設(shè)計(jì)單位修改和完善設(shè)計(jì)方案，BIM團(tuán)隊(duì)對(duì)BIM模型跟蹤調(diào)整。

3.1.2 ?三維管線綜合

本項(xiàng)目單體建筑多、設(shè)計(jì)圖紙數(shù)量大，機(jī)電專業(yè)之間以及機(jī)電專業(yè)與建筑結(jié)構(gòu)等其他專業(yè)之間的協(xié)調(diào)任務(wù)重，利用Navisworks軟件集成各專業(yè)BIM模型，對(duì)機(jī)電管線、人防設(shè)施等進(jìn)行碰撞檢查、凈空分析，梳理形成碰撞檢查報(bào)告，將設(shè)計(jì)問題及時(shí)反饋至設(shè)計(jì)單位，優(yōu)化機(jī)電管線綜合布置，提高設(shè)計(jì)文件質(zhì)量，節(jié)約建造成本。同時(shí)，為提高計(jì)算機(jī)碰撞檢查的運(yùn)行效率，保證圖形信息的清晰度[4]，本項(xiàng)目根據(jù)項(xiàng)目總進(jìn)度計(jì)劃的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，制訂階段性的圖紙問題報(bào)告交付節(jié)點(diǎn)。例如，在底板施工完成前和上部結(jié)構(gòu)施工前，分別遞交地下室結(jié)構(gòu)和上部結(jié)構(gòu)的碰撞分析與優(yōu)化報(bào)告。

3.1.3 ?機(jī)電管線深化設(shè)計(jì)

本項(xiàng)目在三維管線綜合，優(yōu)化綜合管線布置的基礎(chǔ)上，通過整合機(jī)電專業(yè)三維幾何模型與建筑結(jié)構(gòu)等其他專業(yè)三維幾何模型，進(jìn)行快速一體化深化設(shè)計(jì)，推動(dòng)機(jī)電管線全裝配化施工。本階段重點(diǎn)是檢查和分析機(jī)電設(shè)備與建筑造型的協(xié)調(diào)程度，機(jī)電設(shè)備的運(yùn)輸路線，結(jié)構(gòu)專業(yè)的預(yù)留板洞、預(yù)留墻洞的位置與尺寸是否滿足相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范和結(jié)構(gòu)安全的要求，機(jī)電設(shè)備所在空間位置是否滿足機(jī)電設(shè)備運(yùn)行的要求以及機(jī)電管線的現(xiàn)場(chǎng)施工方案。同時(shí)，本項(xiàng)目5棟高層單體需要精裝修，在機(jī)電深化設(shè)計(jì)階段還要考慮與吊頂標(biāo)高的配合以及預(yù)留檢驗(yàn)口的位置、尺寸。

3.2 施工模擬

3.2.1 ?施工進(jìn)度模擬

本項(xiàng)目將進(jìn)度計(jì)劃與BIM模型相鏈接，能夠在不消耗各類建造資源的前提下模擬項(xiàng)目進(jìn)展情況，發(fā)揮BIM可視化與信息集成優(yōu)勢(shì)，系統(tǒng)把控施工現(xiàn)場(chǎng)的布置情況，輔助調(diào)整和優(yōu)化施工進(jìn)度計(jì)劃。以2號(hào)單體建筑基坑施工為例：

基坑圍護(hù)邊距離最近的已有建筑僅為6 m，基坑施工過程中對(duì)其沉降控制及保護(hù)要求高。項(xiàng)目技術(shù)人員通過應(yīng)用BIM 4D進(jìn)行施工進(jìn)度模擬，瀏覽施工現(xiàn)場(chǎng)三維模型、調(diào)取相關(guān)施工測(cè)量數(shù)據(jù)，分析得出施工過程中的控制重點(diǎn)：明確了基坑分塊開挖順序和過渡區(qū)作法；明確了底板施工期間道路交通情況；明確了拆撐順序；明確了降水井的開啟時(shí)間；同時(shí)，在地鐵50 m保護(hù)區(qū)內(nèi)，禁止重型機(jī)械運(yùn)行，并利用地下車庫(kù)基坑出零后的場(chǎng)地組織交通運(yùn)輸。

3.2.2 ?施工方案模擬

為確保工程質(zhì)量驗(yàn)收一次性通過，本項(xiàng)目建立起一整套涵蓋質(zhì)量監(jiān)管辦法、工序控制辦法的質(zhì)量管理體系，對(duì)作業(yè)人員、物資材料、施工機(jī)械的PDCA循環(huán)實(shí)施管理。同時(shí)，數(shù)據(jù)化、標(biāo)準(zhǔn)化、制度化的建造信息是實(shí)現(xiàn)流水線式項(xiàng)目管理的基礎(chǔ)，也是實(shí)現(xiàn)和傳承施工企業(yè)一體化集成管理的重要手段。本項(xiàng)目依據(jù)施工工序、管理流程對(duì)整個(gè)建造任務(wù)進(jìn)行分解，制訂形成22套關(guān)鍵施工技術(shù)方案，分別制作施工方案模擬動(dòng)畫，并最終形成整體施工模擬動(dòng)畫，對(duì)推廣標(biāo)準(zhǔn)化施工方法、確保工程質(zhì)量起到積極效果（圖4）。

3.3 施工現(xiàn)場(chǎng)管理

3.3.1 ?施工動(dòng)態(tài)監(jiān)控

本項(xiàng)目綜合應(yīng)用BIM技術(shù)與天寶機(jī)器人測(cè)量放樣系統(tǒng)，實(shí)時(shí)檢測(cè)項(xiàng)目的施工進(jìn)展情況。在實(shí)現(xiàn)施工現(xiàn)場(chǎng)快速放樣和測(cè)量的同時(shí)，可比對(duì)建筑實(shí)體與BIM模型的差異，進(jìn)而分析可能產(chǎn)生的新設(shè)計(jì)問題與施工問題。

另外，為建設(shè)安全文明施工工地，本項(xiàng)目還建立起一整套安全文明施工管理體系，引入揚(yáng)塵噪聲遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（圖5），實(shí)時(shí)測(cè)量施工各階段的現(xiàn)場(chǎng)噪聲及揚(yáng)塵數(shù)據(jù)，一旦超過標(biāo)準(zhǔn)值，系統(tǒng)終端就會(huì)發(fā)出預(yù)警通知，提示項(xiàng)目管理人員立即采取措施降低噪聲、減少揚(yáng)塵。

圖4 斜拋撐施工模擬

圖5 揚(yáng)塵噪聲遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

3.3.2 ?項(xiàng)目質(zhì)量協(xié)同管理

本項(xiàng)目創(chuàng)新施工質(zhì)量監(jiān)管辦法，通過開發(fā)ISCG-CMS項(xiàng)目協(xié)同管理系統(tǒng)以及移動(dòng)端APP軟件，打造基于巡檢的質(zhì)量協(xié)同管理模式。

3.3.3 ?文檔資料信息化管理

為實(shí)現(xiàn)施工現(xiàn)場(chǎng)各類資料的有序管理，本項(xiàng)目通過開發(fā)和應(yīng)用綠色建造九宮格管理系統(tǒng)（圖6）、移動(dòng)終端資料管理APP，能夠及時(shí)收集和匯總施工現(xiàn)場(chǎng)工程資料文件，形成規(guī)范化的電子版工程資料文件，構(gòu)建多維度、多層次、多專業(yè)、多部門、全過程的資料庫(kù)。該系統(tǒng)和資料管理APP由項(xiàng)目技術(shù)員負(fù)責(zé)統(tǒng)一管理應(yīng)用，設(shè)置用戶權(quán)限，能夠支持PC端、移動(dòng)端查看，方便技術(shù)員整理、查閱、存儲(chǔ)、檢查。為保證文件編碼的準(zhǔn)確性、簡(jiǎn)潔性、實(shí)用性，項(xiàng)目技術(shù)員可根據(jù)項(xiàng)目實(shí)際需要設(shè)置文件編碼。綠色建造九宮格管理系統(tǒng)的應(yīng)用，也為施工階段工程資料歸檔的過程管理提供有效的技術(shù)支撐。

圖6 綠色建造九宮格管理系統(tǒng)

4 結(jié)語(yǔ)

本項(xiàng)目結(jié)合施工現(xiàn)場(chǎng)項(xiàng)目管理需求以及項(xiàng)目特點(diǎn)與難點(diǎn)，進(jìn)行BIM功能策劃，制訂了一套項(xiàng)目級(jí)BIM應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)，開發(fā)并應(yīng)用了2個(gè)信息化系統(tǒng)和APP軟件，解決了施工階段的三類問題，持續(xù)推進(jìn)以點(diǎn)帶面的BIM培訓(xùn)。通過建立三維幾何建模，進(jìn)行三維管線綜合、機(jī)電管線深化設(shè)計(jì)，發(fā)揮BIM可視化優(yōu)勢(shì)，完善設(shè)計(jì)方案，降低返工、誤工的可能性；通過施工進(jìn)度模擬、施工方案模擬，優(yōu)化施工工序，提高技術(shù)交底效率，推動(dòng)施工工藝的規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化；通過施工動(dòng)態(tài)監(jiān)控、基于巡檢的項(xiàng)目質(zhì)量協(xié)同管理、文檔資料信息化管理，提升各參與方的協(xié)同工作水平，提高施工階段質(zhì)量、安全、進(jìn)度的管控水平。

BIM技術(shù)在施工階段的應(yīng)用要以建造任務(wù)和目標(biāo)為導(dǎo)向，以解決項(xiàng)目重點(diǎn)和難點(diǎn)問題為出發(fā)點(diǎn)，以提升施工階段項(xiàng)目管理水平為目標(biāo)，以實(shí)現(xiàn)進(jìn)度、安全、質(zhì)量和成本的高效精細(xì)化管理為根本落腳點(diǎn)。BIM技術(shù)是一項(xiàng)工具，應(yīng)用好BIM技術(shù)需要依據(jù)項(xiàng)目目標(biāo)、項(xiàng)目自身特點(diǎn)進(jìn)行合理的BIM功能定位、制訂科學(xué)可行的BIM標(biāo)準(zhǔn)與實(shí)施規(guī)劃，為項(xiàng)目技術(shù)和管理人員所掌握，將BIM技術(shù)滲透到項(xiàng)目建設(shè)過程中進(jìn)行輔助決策，推動(dòng)技術(shù)和管理過程的數(shù)據(jù)化、標(biāo)準(zhǔn)化、集成化發(fā)展，真正發(fā)揮BIM技術(shù)信息集成與共享的優(yōu)勢(shì)。