BIM技術(shù)在江南村鎮(zhèn)住宅翻建施工中的應(yīng)用

鄧鵬 趙宇飛 林桂武

摘? ?要： 施工階段是建設(shè)項(xiàng)目的重要一環(huán)，將BIM技術(shù)應(yīng)用于建設(shè)項(xiàng)目施工階段，有助于增強(qiáng)多專業(yè)、多主體間的協(xié)同效應(yīng)，提升工程建設(shè)管理水平。以江南傳統(tǒng)村鎮(zhèn)住宅翻建項(xiàng)目為研究對(duì)象，結(jié)合其產(chǎn)業(yè)化建設(shè)模式，在施工階段采用項(xiàng)目集成化管理理念，構(gòu)建了基于BIM技術(shù)的4D（3D實(shí)體+時(shí)間）虛擬施工模型，實(shí)現(xiàn)了虛擬施工管理。BIM技術(shù)應(yīng)用后，減少了施工變更，降低了施工成本，工程共計(jì)減少施工變更13個(gè)，累計(jì)節(jié)省施工成本135.94萬元，并保證了施工質(zhì)量與安全。BIM技術(shù)在村鎮(zhèn)住宅建設(shè)中具有廣闊的應(yīng)用前景，為村鎮(zhèn)工程施工管理提供了管理理論和方法支撐。

關(guān)鍵詞： 村鎮(zhèn)住宅;產(chǎn)業(yè)化建設(shè);施工管理;BIM技術(shù);協(xié)同效應(yīng)

中圖分類號(hào)：TU241. 4? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? 文章編號(hào)：2095-8412 （2020） 05-137-05

工業(yè)技術(shù)創(chuàng)新 URL： http：//gyjs.cbpt.cnki.net? ? DOI： 10.14103/j.issn.2095-8412.2020.05.025

引言

村鎮(zhèn)基礎(chǔ)設(shè)施是為村鎮(zhèn)經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、文化發(fā)展及村鎮(zhèn)居民生活提供公共服務(wù)的各種要素的綜合[1]。其中，村鎮(zhèn)房屋建設(shè)是村鎮(zhèn)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的重要內(nèi)容，業(yè)已成為我國(guó)建筑科學(xué)的一項(xiàng)重要分支。同時(shí)，村鎮(zhèn)房屋建設(shè)存在地理分散、能耗高、污染大、效率低等問題，找到一條適用于村鎮(zhèn)地區(qū)的高質(zhì)量房屋建造管理方式，已顯得尤為迫切。

近些年，BIM技術(shù)在房屋施工建設(shè)中得到了應(yīng)用和發(fā)展。本文首先闡述BIM技術(shù)在村鎮(zhèn)房屋建設(shè)中應(yīng)用的必要性和可行性，然后以江南傳統(tǒng)村鎮(zhèn)住宅翻建項(xiàng)目為研究對(duì)象，結(jié)合總體目標(biāo)與要求，通過實(shí)例展現(xiàn)BIM技術(shù)在該項(xiàng)目施工管理中所達(dá)到的效果，以期為村鎮(zhèn)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)模式創(chuàng)新提供可參考的解決方案。

1? BIM技術(shù)應(yīng)用必要性和可行性分析

當(dāng)前村鎮(zhèn)住宅建設(shè)主要包括自行建設(shè)、合作建設(shè)、產(chǎn)業(yè)化建設(shè)（新民居建設(shè)）三種模式[2]，其中前兩種模式存在土地集約化程度低、開發(fā)效能差、建設(shè)效率低等問題。產(chǎn)業(yè)化建設(shè)模式是一種基于標(biāo)準(zhǔn)化程序?qū)崿F(xiàn)村鎮(zhèn)住宅建設(shè)集約化、高效化、專業(yè)化的模式，可有效解決前兩種模式存在的問題[3]。然而，產(chǎn)業(yè)化建設(shè)模式要求工程各專業(yè)在該模式下高效協(xié)同運(yùn)作，對(duì)工程建設(shè)提出了更高的要求。同時(shí)，鑒于建筑業(yè)上下游產(chǎn)業(yè)鏈長(zhǎng)、建設(shè)周期長(zhǎng)、細(xì)分專業(yè)多、風(fēng)險(xiǎn)因素多等眾多因素，多專業(yè)、多主體間的協(xié)同管理顯得更加必要。

近年來，隨著BIM技術(shù)在政策、標(biāo)準(zhǔn)、軟件平臺(tái)、項(xiàng)目應(yīng)用等方面的長(zhǎng)足發(fā)展[4]，BIM技術(shù)的應(yīng)用越來越多地為多專業(yè)、多主體間的協(xié)同提供了更為便捷的平臺(tái)，特別是在建設(shè)項(xiàng)目施工階段，BIM技術(shù)的應(yīng)用有助于提升工程建設(shè)效率，保證項(xiàng)目在執(zhí)行過程中有效控制施工變更、減少返工、降低成本。目前，BIM技術(shù)在村鎮(zhèn)住宅建設(shè)項(xiàng)目中展現(xiàn)了諸多可喜成果。程呈等[3]提出了融合BIM技術(shù)的、適用于村鎮(zhèn)住宅設(shè)計(jì)的低成本、綠色建造技術(shù)體系。姜曦[5]、康鵬[6]提出了應(yīng)用于新農(nóng)村建設(shè)的、基于“BIM+PC”的住房設(shè)計(jì)施工流程方法。趙宇飛等[7]提出了基于“BIM+體系化設(shè)計(jì)”的住宅設(shè)計(jì)控制方法，為促進(jìn)村鎮(zhèn)住宅建設(shè)體系的變革提供了解決方案。以上論述表明，BIM技術(shù)在村鎮(zhèn)住宅建設(shè)中具有廣闊的應(yīng)用前景，將BIM技術(shù)應(yīng)用于此次江南村鎮(zhèn)住宅翻建項(xiàng)目中是可行的。

2? 工程項(xiàng)目概況

按照總體安排[8]，江蘇省無錫市錫山區(qū)2019年全面啟動(dòng)了農(nóng)村住房翻建、農(nóng)田生態(tài)整治、農(nóng)村綠化提升等工程。本項(xiàng)目地處無錫、常熟、蘇州三地交界，村莊區(qū)位優(yōu)越，內(nèi)外交通出入方便，總規(guī)劃面積約3.57平方千米。其中謝蕩、漁墾兩個(gè)自然村共有農(nóng)村居民176戶589人，住房問題尤為突出，普遍存在宅基地建筑占地面積?。?5 m2）、住房建造年代久遠(yuǎn)（20世紀(jì)70年代末期）等問題，群眾要求改善居住條件的呼聲最為強(qiáng)烈。

本次住宅翻建項(xiàng)目的一項(xiàng)重要內(nèi)容是將謝蕩、漁墾兩個(gè)自然村異地新建至46畝（非法定計(jì)量單位，1畝≈666.67 m2）的漁新地塊，該地塊目前可新建住宅153戶，其中獨(dú)棟房型7戶，聯(lián)排房型86戶，疊拼房型60戶。該項(xiàng)目依據(jù)實(shí)際情況分期改造建設(shè)，一期主要進(jìn)行田園社區(qū)住宅建設(shè)，實(shí)施鄉(xiāng)野漁趣、粉墻黛瓦、漁新印象等重要節(jié)點(diǎn)提升改造。下文即以一期60戶疊拼房型為例，在施工階段開展BIM技術(shù)的應(yīng)用。

3? BIM技術(shù)應(yīng)用

3.1? 項(xiàng)目管理

在傳統(tǒng)工程項(xiàng)目管理模式下，工程建設(shè)全壽命周期各個(gè)環(huán)節(jié)的信息會(huì)在傳遞過程中出現(xiàn)損失，從而產(chǎn)生信息孤島[9]?；贐IM技術(shù)的項(xiàng)目集成化管理是解決信息孤島的重要支撐[10]。BIM技術(shù)改變了傳統(tǒng)的項(xiàng)目管理理念，在施工過程中，各種工程信息數(shù)據(jù)集成于BIM數(shù)據(jù)庫中，實(shí)現(xiàn)了項(xiàng)目的集成化管理[11-12]。

3.2? 虛擬施工管理

施工階段是將工程藍(lán)圖轉(zhuǎn)換為工程實(shí)體的階段，是工程建設(shè)全壽命周期中耗時(shí)最長(zhǎng)、任務(wù)最多、協(xié)同最復(fù)雜的環(huán)節(jié)，起著承上啟下的關(guān)鍵作用。施工階段能否對(duì)施工技術(shù)實(shí)現(xiàn)高效把控，直接影響工程建設(shè)全壽命周期建設(shè)效率。

虛擬施工管理是基于BIM技術(shù)的施工階段管理方法，其流程圖如圖1所示。

現(xiàn)場(chǎng)施工圖如圖2所示。結(jié)合圖1所示的流程圖，本文通過商業(yè)軟件Revit，以設(shè)計(jì)階段圖紙為基礎(chǔ)，構(gòu)建模型構(gòu)件空間數(shù)據(jù)共計(jì)931組。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合該項(xiàng)目施工進(jìn)度計(jì)劃，提取進(jìn)度數(shù)據(jù)，通過商業(yè)軟件BIM5D，賦予每組構(gòu)件施工屬性，并進(jìn)行進(jìn)度關(guān)聯(lián)，從而建立基于BIM技術(shù)的4D（3D實(shí)體+時(shí)間）虛擬施工模型。該虛擬施工模型主要包括場(chǎng)地布置方案、進(jìn)度模擬方案、外立面裝修方案及內(nèi)部裝修方案等，如圖3所示。其中場(chǎng)地布置方案如圖3a所示，其主要基于場(chǎng)地模型對(duì)施工臨時(shí)建筑進(jìn)行三維設(shè)計(jì)，包括施工內(nèi)部道路、活動(dòng)板房、機(jī)械設(shè)備、物料堆放區(qū)、現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控等，進(jìn)而可通過三維模擬對(duì)場(chǎng)地布置方案進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化，如對(duì)塔吊進(jìn)行模擬運(yùn)行碰撞檢測(cè)，從而確保施工的順利進(jìn)行;進(jìn)度模擬方案如圖3b所示，可通過施工構(gòu)件進(jìn)行屬性關(guān)聯(lián)，對(duì)合理劃分施工流水段，確定流水節(jié)拍、步距，優(yōu)化資源曲線具有重要指導(dǎo)意義;外立面裝修方案及內(nèi)部裝修方案分別如圖3c和3d所示，可為業(yè)主帶來直觀的視覺感受，同時(shí)VR漫游技術(shù)可為業(yè)主提供沉浸式個(gè)性裝修體驗(yàn)，可提前確定裝修方案，減少變更，便于施工方提前確定材料，實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目提前交付。

3.3? 討論

應(yīng)用過程體現(xiàn)了BIM技術(shù)的巨大優(yōu)勢(shì)，具體如下：

一是在施工模擬過程中，可實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目可視化。

二是在施工成本管理方面，可以與實(shí)際施工現(xiàn)場(chǎng)形成對(duì)比，并且預(yù)判施工的過程和結(jié)果，進(jìn)一步減少施工變更。在應(yīng)用BIM設(shè)計(jì)中，使用了可視、模擬、預(yù)測(cè)等模型管理技術(shù)，設(shè)計(jì)單位出具施工藍(lán)圖后，施工單位根據(jù)藍(lán)圖進(jìn)行了BIM建模及施工模擬，與施工藍(lán)圖相比：

變更1：施工藍(lán)圖上為直接進(jìn)行樁基工程，未考慮前期場(chǎng)地平整;

變更2、6、10、12：施工藍(lán)圖上為直接進(jìn)行樁基工程，未考慮河塘清淤回填后，清淤量為10 565立方，回填量為10 565立方;

變更3、4：施工藍(lán)圖為現(xiàn)狀污水管改道以及進(jìn)出道路，未考慮新建房屋造成原別墅住戶污水管破壞以及進(jìn)出，新建污水管44.5米，新建道路48.61平方;

變更5、7：施工藍(lán)圖并未將前期場(chǎng)地清障基礎(chǔ)挖除，共計(jì)挖除2 048立方，回填2 048立方;

變更8：施工藍(lán)圖未考慮施工便道，便道面積約2 100平方;

變更9：施工藍(lán)圖遺漏房屋定位放線;

變更11：該地塊目前可新建住宅153戶，其中獨(dú)棟房型7戶，聯(lián)排房型86戶，疊拼房型60戶。獨(dú)棟房型7戶，聯(lián)排房型86戶已建成，未應(yīng)用BIM技術(shù)，變更中同樣出現(xiàn)上述問題;

變更13：施工藍(lán)圖未考慮房屋內(nèi)部缺土回填，缺方量10 482.82立方。

以上使得該工程與原來工程比較變更中，減少施工變更13次，主要涉及前期場(chǎng)地平整、河塘清淤土方回填、施工便道建設(shè)等，累計(jì)節(jié)省施工成本135.94萬元，占該項(xiàng)目總投資額的6.17%，同時(shí)加快了竣工資料準(zhǔn)備，從而提升了全過程的協(xié)同效率。

三是在施工質(zhì)量管理方面，通過BIM模型中構(gòu)建的信息，可加快生產(chǎn)計(jì)劃及采購(gòu)計(jì)劃編制，并與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際產(chǎn)品信息進(jìn)行及時(shí)比對(duì)，實(shí)現(xiàn)了施工質(zhì)量的動(dòng)態(tài)監(jiān)管。

四是在施工安全管理方面，結(jié)合場(chǎng)地布置方案，提前進(jìn)行虛擬施工環(huán)境空間安全性分析，完善了對(duì)該地區(qū)梅雨季節(jié)及臺(tái)風(fēng)天氣下的施工應(yīng)急預(yù)案，并進(jìn)一步檢驗(yàn)了施工組織設(shè)計(jì)方案的合理性及安全技術(shù)可靠性。

五是在施工進(jìn)度管理方面，運(yùn)用進(jìn)度關(guān)聯(lián)模型，進(jìn)一步優(yōu)化各分部分項(xiàng)工程施工段數(shù)、流水節(jié)拍、流水步距等，實(shí)現(xiàn)了施工全過程進(jìn)度動(dòng)態(tài)監(jiān)控。

六是在裝修設(shè)計(jì)方面，由于該項(xiàng)目屬于裝修交付，因此依托BIM+VR技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了傳統(tǒng)平面戶型圖集向VR戶型圖集的轉(zhuǎn)變，可進(jìn)一步為業(yè)主裝修設(shè)計(jì)提供智能化、個(gè)性化設(shè)計(jì)方案，同時(shí)可提前確定方案，實(shí)現(xiàn)由土建到裝修的無縫對(duì)接，進(jìn)一步提高了交付效率。

4? 結(jié)束語

本文以60戶疊拼房型為例，介紹了BIM技術(shù)在江南傳統(tǒng)村鎮(zhèn)住宅翻建項(xiàng)目中的應(yīng)用，在施工階段開展了虛擬施工管理，實(shí)現(xiàn)了項(xiàng)目管理可視化，在成本、質(zhì)量、安全、進(jìn)度等方面，根據(jù)可視化效果預(yù)判施工的過程和結(jié)果，進(jìn)一步減少了施工變更，降低了施工成本，保證了施工質(zhì)量與安全，從而提升了施工全壽命周期的協(xié)同效率。

總之，BIM技術(shù)在村鎮(zhèn)住宅建設(shè)中具有廣闊的應(yīng)用前景，為村鎮(zhèn)工程施工管理協(xié)同提供了理論與數(shù)據(jù)支撐，可進(jìn)一步推動(dòng)村鎮(zhèn)住宅建設(shè)領(lǐng)域發(fā)展。

基金項(xiàng)目

國(guó)家自然科學(xué)基金（51368008）、廣西科技大學(xué)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)支持計(jì)劃項(xiàng)目、教育部產(chǎn)學(xué)合作協(xié)同育人項(xiàng)目（201802132067）

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作者簡(jiǎn)介：

鄧鵬（1992—），男，碩士研究生，工程師。主要研究方向：建筑信息化應(yīng)用研究。

E-mail： dengpengone@outlook.com

趙宇飛（1993—），通信作者，男，碩士研究生，工程師。主要研究方向：建筑信息化應(yīng)用研究。

E-mail： zhaoyufei_2011@126.com

林桂武（1968—），男，碩士研究生，高級(jí)工程師。主要研究方向：土木工程建造與管理。

（收稿日期：2020-08-14）