BIM技術(shù)在預(yù)制場設(shè)計施工中的應(yīng)用

謝國峰

中鐵二十三局集團(tuán)軌道交通工程有限公司（201399）

0 引言

隨著《中國制造2025》的強(qiáng)國綱領(lǐng)和“互聯(lián)網(wǎng)+”的提出，信息化在建筑行業(yè)的應(yīng)用得到巨大的發(fā)展。尤其在房建、道路、橋梁工程中應(yīng)用BIM技術(shù)，已經(jīng)成為項目提質(zhì)增效的重要手段。

1 BIM技術(shù)在預(yù)制場設(shè)計階段中的主要應(yīng)用

1.1 預(yù)制場地面附屬機(jī)械設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計

BIM機(jī)電人員可以將設(shè)計方案（一般用Word、CAD工具進(jìn)行輔助）中所有機(jī)械設(shè)備用BIM技術(shù)可視化，應(yīng)用Revit軟件，以族的形式標(biāo)準(zhǔn)化建模，建立一個預(yù)制場族庫，用Revit軟件將預(yù)制場地面附屬設(shè)施效果圖可視化，施工模擬化時可以從族庫里插入需要的族。插入族后，完善相對應(yīng)的系統(tǒng)設(shè)計，為施工單位編制施工方案提供可視化、可實施性保障。在今后企業(yè)大量應(yīng)用BIM技術(shù)的時候，可以直接從族庫插入使用，節(jié)約設(shè)計時間，更好地為項目提質(zhì)增效。

預(yù)制場機(jī)械設(shè)備族庫主要包括：拌和站機(jī)械設(shè)備族、鍋爐族，堆場龍門吊族，車間行車族、裝載機(jī)族、叉車族，場內(nèi)轉(zhuǎn)運(yùn)管片車輛族、鋼模族、鋼筋骨架焊接靠模族、試驗設(shè)備族、地磅族，供、配電站族，三環(huán)拼裝架臺族，抗?jié)B架族，抗彎折族，流水線族，橫移小車族，翻身架族，真空吸盤機(jī)族，空氣壓縮機(jī)族，管片運(yùn)輸電瓶車族，CO2保護(hù)焊機(jī)族，鋼筋彎環(huán)機(jī)族，鋼筋彎弧機(jī)族，鋼筋彎曲機(jī)族，鋼筋切斷機(jī)族，鋼筋全自動調(diào)直彎箍機(jī)族等。

1.2 土建工程設(shè)計中BIM的應(yīng)用

預(yù)制場建設(shè)中涉及的單位土建工程較多，單位工程設(shè)計量有大有小，像較大的單位工程有：生活所需的建筑房屋、生產(chǎn)所需的廠房和水養(yǎng)池工程。較小的單位工程有：龍門吊、水溝、公路工程、砂石料擋墻、攪拌站基礎(chǔ)、生產(chǎn)流水線基礎(chǔ)、蒸養(yǎng)窖、試驗室、材料室等房屋工程。這些單位工程后期應(yīng)用時又是相互交叉作業(yè)來完成預(yù)制品的流水線作業(yè)，組成一個綜合工程，涉及面廣，施工難度較大，更需要運(yùn)用BIM技術(shù)來完成設(shè)計工作。

1.2.1 “三維可視化功能加上時間維度可以進(jìn)行虛擬施工”為建設(shè)單位選取科學(xué)的規(guī)劃技術(shù)方案提供可靠的技術(shù)保障，為施工單位提供一份可實施的技術(shù)方案

單位工程建設(shè)完成后，在最后的設(shè)計中需要把以上所有建筑都體現(xiàn)在預(yù)制場效果圖中。建設(shè)單位通過“三維可視化功能加上時間維度可以進(jìn)行虛擬施工”，可以調(diào)整更加合理的總平面布置圖、車間定制化圖，避免設(shè)計不合理造成后期預(yù)制品生產(chǎn)中成本費用增加。如砂石料倉位置設(shè)計與攪拌站上料倉較遠(yuǎn)，造成裝載機(jī)運(yùn)料距離較遠(yuǎn)，燃料及動力費增加，造成預(yù)制品成本增加。應(yīng)用BIM技術(shù)為建設(shè)單位選取合理的技術(shù)方案提供了可靠的技術(shù)保障。

通過BIM技術(shù)，施工單位可以更加準(zhǔn)確地把設(shè)計人員的意圖轉(zhuǎn)化為實物。看圖施工時，一個分項工程需要將平面圖和立面圖相結(jié)合才能施工，而施工人員只看了平面圖，施工后滿足不了使用要求。如立面圖中插座與水龍頭相距20 cm，工人施工時忘記看立面圖，把水龍頭與插座建在同一平面相距20 cm。如果設(shè)計人員沒有施工經(jīng)驗，圖紙中的建筑現(xiàn)場無法完成，BIM技術(shù)給施工單體提供一份可實施的技術(shù)方案。

1.2.2 為建設(shè)單位選取合理的技術(shù)方案提供了進(jìn)度保障

建筑、結(jié)構(gòu)、機(jī)電設(shè)計人員運(yùn)用BIM技術(shù)中的“協(xié)作”設(shè)計各個單位工程，如果工程項目較多，可以通過多名設(shè)計人員在“協(xié)作”的基礎(chǔ)上繪制相關(guān)的圖紙，提高繪圖速度，為建設(shè)單位選取合理的技術(shù)方案提供了進(jìn)度保障。

1.2.3 為建設(shè)單位在確定技術(shù)方案前，提供較準(zhǔn)確的投資目標(biāo)

土建工程設(shè)計中BIM的應(yīng)用可以準(zhǔn)確地計算出施工的工程量，減少變更，在保證質(zhì)量前提下降低成本。將土建工程與機(jī)械設(shè)備結(jié)合起來，通過施工中各個環(huán)節(jié)的模擬交叉作業(yè)，碰撞檢查。如蒸養(yǎng)窖內(nèi)鋼模頂部與蒸養(yǎng)窖高度的碰撞檢查。如果蒸養(yǎng)窖高度太高，蒸汽浪費較大。如果蒸養(yǎng)窖高度較低，可能會與鋼模碰撞，因此需要設(shè)計合適的高度。碰撞檢查可避免工程變更和增加投資成本。水養(yǎng)池堆場與相鄰堆場上的龍門吊，可通過碰撞檢查，選擇合適高度的行車，避免行車作業(yè)時懸臂碰撞。土建無法改變時，只能更換設(shè)備，運(yùn)用BIM技術(shù)避免建設(shè)單位設(shè)備安裝后與土建、設(shè)備碰撞，及時反饋信息，避免設(shè)計人員的局限性、保守性，建設(shè)單位人員審圖的不嚴(yán)謹(jǐn)性，工程量增加造成建設(shè)單位后期投資增加，資金不足，工程暫停，需要融資才能完成技術(shù)方案。應(yīng)用BIM技術(shù)，為建設(shè)單位在確定技術(shù)方案前，提供較準(zhǔn)確的投資目標(biāo)。

2 BIM技術(shù)在預(yù)制場施工階段中的主要應(yīng)用

2.1 運(yùn)用BIM技術(shù)使操作人員作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化

單位工程施工前可以通過BIM技術(shù)“可視化虛擬作業(yè)”讓作業(yè)指導(dǎo)書通俗易懂，更接地氣。通過可視化的施工步驟，工人施工時一定能準(zhǔn)確、快速、安全地完成作業(yè)。

文字紙質(zhì)版升級到用手機(jī)掃描顯示圖片的二維碼進(jìn)行安全技術(shù)交底，BIM技術(shù)的可視化可以在會議室通過投影儀將可視化的交底進(jìn)行播放，使交底工作徹底告別二維時代。

運(yùn)用BIM技術(shù)，可將工人安全帽上安裝象征身份證的芯片。在進(jìn)行交底培訓(xùn)后，將培訓(xùn)信息錄入后臺電腦，芯片信息就可自動更新，管理人員可隨時通過專業(yè)設(shè)備檢查工人受教育情況，讓管理標(biāo)準(zhǔn)化。

2.2 以往施工方案的漏洞、缺陷和不足只有在施工中才能發(fā)現(xiàn)，BIM技術(shù)可以結(jié)合不同的施工方案進(jìn)行施工模擬，為施工單位進(jìn)度控制、質(zhì)量控制、成本管理和安全管理提供科學(xué)的技術(shù)保障

2.2.1 進(jìn)度控制方面的應(yīng)用

以往編制的控制進(jìn)度橫道圖、網(wǎng)絡(luò)計劃圖沒有對施工中具體的問題進(jìn)行描述，施工計劃進(jìn)度滯后時，不能及時調(diào)整施工進(jìn)度，影響工程的總進(jìn)度。利用BIM模型與移動端APP數(shù)據(jù)采集工具，可實現(xiàn)進(jìn)度計劃與模型的自動銜接，直觀顯示計劃進(jìn)度與實際進(jìn)度。項目各部門及班組可有序地完成相關(guān)工作，提前解決漏洞、缺陷和不足等問題。因為預(yù)制場涉及建筑物較多，用BIM技術(shù)繪制的三維可視管理模型，可以全方面地把控項目各個施工進(jìn)度信息。通過施工進(jìn)度模擬，對交叉環(huán)節(jié)進(jìn)行碰撞檢查驗證，避免影響進(jìn)度，確保施工效率，減少停歇時間。為施工單位合理優(yōu)化工期，實現(xiàn)進(jìn)度實時控制[1]。

2.2.2 質(zhì)量管理方面的應(yīng)用

對模型進(jìn)行動畫渲染開發(fā)、模型放大，工人能直觀地看到土建方面涉及到的鋼筋綁扎位置、數(shù)量、模板位置、模板先支后拆、后支先拆順序、混凝土澆筑順序、振搗方式。BIM技術(shù)的可視化讓工人將施工要點牢記腦海，使質(zhì)檢人員能夠輕松地掌握質(zhì)量控制要點。因預(yù)制品建場涉及單位工程較多，專業(yè)涉及公路、房建、鋼結(jié)構(gòu)、獨立基礎(chǔ)（鋼結(jié)構(gòu)廠房基礎(chǔ)）、筏板基礎(chǔ)（拌和站四個物料罐基礎(chǔ)）、給排水、線路管線預(yù)埋工程，質(zhì)檢員短期內(nèi)通過圖紙很難掌握多方面的知識。BIM技術(shù)能及時地查找工程中的質(zhì)量問題，尤其是重難點工程，提前編制相對應(yīng)的措施。

2.2.3 成本控制方面的應(yīng)用

施工單位運(yùn)用BIM施工模擬后，編制了成熟的施工方案，減少了工程變更。提前把項目各單位工程的工程量精準(zhǔn)計算，根據(jù)施工進(jìn)度和工藝就可以計算相關(guān)的人工費，提前計算出項目收益率。收益率與基準(zhǔn)收益率對比后，工程投標(biāo)報價才能更準(zhǔn)確，為后期項目成本控制提供了實施的依據(jù)。運(yùn)用BIM技術(shù)對現(xiàn)場原材料實施全面管理，不同的單位工程模型上實時顯示材料總量、已用量、剩余量等庫存信息，及時反饋每天、周、月材料的用量。當(dāng)數(shù)據(jù)與理論用量不一致時，系統(tǒng)會警示提醒，及時監(jiān)督現(xiàn)場材料濫用情況。經(jīng)過BIM施工模擬后的方案，材料型號要求基本不會發(fā)生變更。根據(jù)施工進(jìn)度、材料庫存情況，把部分單價高昂、用量較大的材料進(jìn)行市場調(diào)查，提前低價購入，合理安排周轉(zhuǎn)材料，盡量減少購買量。

2.2.4 安全管理方面的應(yīng)用

運(yùn)用BIM技術(shù)進(jìn)行安全交底，解決了傳統(tǒng)的紙質(zhì)版和二維碼交底只能讓工人抽象地感知作業(yè)時安全規(guī)范要求及周圍環(huán)境的不安全因素對人的傷害。紙質(zhì)版無法讓工人理解和應(yīng)用，運(yùn)用BIM技術(shù)可視化，工人可以360度感知操作規(guī)范的要求。

安全管理人員可以運(yùn)用BIM可視化，身臨作業(yè)環(huán)境，提前感知危險因素，配備齊全防護(hù)用品，提前找出對應(yīng)的危險的解決措施，迅速采取措施將危險降到最低。

3 BIM技術(shù)在預(yù)制梁場項目的應(yīng)用

3.1 建模數(shù)據(jù)要求高的構(gòu)件要進(jìn)行參數(shù)化建模

利用BIM技術(shù)對預(yù)制梁場的U梁、模板、臺座等進(jìn)行建模（如圖1、圖2所示），可以在任何位置對參數(shù)進(jìn)行修改，可極大地方便設(shè)計，將模型編號，對模型進(jìn)行族庫管理。

圖1 U梁建模

圖2 臺座建模

3.2 場布

可以根據(jù)族庫中的制梁臺座、存梁臺座、圍墻、道路、房屋、設(shè)備等構(gòu)件，布置項目施工場地，達(dá)到快捷高效規(guī)劃，避免場地浪費和布置不合理的情況。在族中包含成本信息的條件下，可以規(guī)劃不同資金下的場地布置，從而選取更合理的場地方案（如圖3所示）。

圖3 場布

3.3 模擬施工

將三維模型通過動畫軟件，加上時間維度，可以進(jìn)行進(jìn)度模擬施工，提前發(fā)現(xiàn)施工過程中的重點難點，并依此進(jìn)行現(xiàn)場施工指導(dǎo)，做到高效施工。對施工組織設(shè)計和施工方案上的重難點，用BIM技術(shù)進(jìn)行模擬，提前辨別可能存在的問題，優(yōu)化施工組織設(shè)計（如圖4所示）。

圖4 鋼筋、模板安裝模擬施工

3.4 碰撞檢查

利用BIM的三維技術(shù)進(jìn)行鋼筋碰撞檢查，可以直觀查明鋼筋之間的關(guān)系沖突，優(yōu)化鋼筋排布設(shè)計，減少在施工中可能存在的問題，從而優(yōu)化方案?，F(xiàn)場人員可以使用鋼筋碰撞優(yōu)化后的方案，來指導(dǎo)施工，提高施工質(zhì)量（如圖5所示）。

圖5 鋼筋碰撞檢查

3.5 倉儲管理

利用移動端和編碼技術(shù)對預(yù)制梁的出入庫進(jìn)行管理，實現(xiàn)場內(nèi)預(yù)制梁存放可視化，分析梁場存梁區(qū)負(fù)荷情況，調(diào)整施工生產(chǎn)計劃，實現(xiàn)動態(tài)管理（如圖6所示）。

圖6 存梁區(qū)出入庫可視化

4 結(jié)語

BIM技術(shù)在工程各專業(yè)的應(yīng)用，為項目全壽命周期提供了大量數(shù)據(jù)和技術(shù)支撐，建設(shè)單位、施工企業(yè)、設(shè)計單位BIM的應(yīng)用都得到了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。目前BIM技術(shù)在工程量計算、協(xié)同管理、碰撞檢查深化設(shè)計、可視化虛擬建設(shè)、資源計劃企業(yè)級項目基礎(chǔ)數(shù)據(jù)化，工程檔案與數(shù)據(jù)集成方面的應(yīng)用成績顯著，相信BIM技術(shù)會做為第一生產(chǎn)力，推動建筑業(yè)的管理水平邁入國際化。