BIM技術(shù)在某項目施工深化中的應用與管理

張 軍（上海黃浦江大橋建設有限公司，上海 200090）

0 引言

施工圖深化是項目施工前的必要技術(shù)準備，有利于合理安排施工工序，指導現(xiàn)場施工作業(yè)。此外，深化施工圖也是施工方、監(jiān)理方及相關監(jiān)督方檢查和控制施工質(zhì)量的重要依據(jù)，對工程的進度、成本和質(zhì)量控制影響巨大。因此，施工圖深化成果的質(zhì)量對工程實施、管理與控制具有重要意義。

建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）技術(shù)是以三維數(shù)字技術(shù)為基礎，集成項目各類信息的工程數(shù)據(jù)模型；是對工程項目設施實體和功能特性的數(shù)字化表達，是當前建筑業(yè)信息化及轉(zhuǎn)型升級的重要手段[1]。基于BIM技術(shù)的施工深化可在施工前有效解決各專業(yè)間的碰撞沖突，實現(xiàn)虛擬建造，有利于大幅減少施工階段的拆裝、返工及浪費，有利于整個項目進度、成本和質(zhì)量的管理與控制。

本研究基于國家某大科學裝置項目（以下簡稱“該項目”），將重點探討B(tài)IM技術(shù)先行、預先進行虛擬建造條件下施工深化的模式化、流程化方法及應用成果，以期為BIM技術(shù)輔助施工深化設計應用提供借鑒。

1 工程概況

該項目是國內(nèi)迄今為止投資數(shù)額最大的科技基礎設施項目，是上海建設張江綜合性國家科學中心的核心內(nèi)容和重大項目，已于2018年4月27日開工建設，計劃2025年建成。該項目的落成將為物理、生命科學和能源科學等多學科提供尖端研究手段，為我國基礎科學的前沿發(fā)展帶來前所未有的前景。

該項目科學裝置長度約為3110 m、隧道埋深為29 m，主要包括一臺能量8 GeV的超導直線加速器，可以覆蓋0.4 keV ～25 keV光子能量范圍的3條波蕩器線、3條光學束線及首批10個實驗站（如圖1所示）。具體建設內(nèi)容還包括五個工作井及公用設施等配套工程[2]，涉及供電、給排水、消防、弱電、火災報警、通風與空調(diào)、工藝冷卻水、公用設施自動控制、防輻射監(jiān)控和壓縮空氣等多個專業(yè)系統(tǒng)。項目周邊輻射有上海軌道交通13號線隧道、水管、辦公設施、其他科學裝置等。工作井基坑最大開挖深度及TRD止水帷幕深度均為上海在建正式工程之最。由此可見，該項目的建設施工環(huán)境復雜、挑戰(zhàn)巨大。

圖1 項目概覽示意圖

2 BIM施工深化的必要性分析

為滿足業(yè)主的使用需求，該項目在實施初期有兩個單體工程需要盡快竣工并投入使用。然而，由于該項目屬于國家重大科學設施項目，多個施工環(huán)境指標都是中國乃至世界工程建設之最，在建設過程中，除考慮常規(guī)項目的協(xié)調(diào)內(nèi)容外，還要綜合考慮科學家團隊的實驗需求；所有的建設過程都服務于該科學裝置及其實驗環(huán)境，對工程質(zhì)量提出了更高要求。同時，緊張的工期又進一步加劇了項目建設環(huán)境的復雜性。因此，在上述兩個單體工程的建設過程中，難免會出現(xiàn)施工現(xiàn)場與各專業(yè)施工圖存在差異的現(xiàn)象，造成了較多不必要的拆裝、返工與浪費。

此外，該項目涉及專業(yè)眾多，建設單位項目管理團隊設置了五大專業(yè)總體，分別負責土建施工、機電管線安裝以及科學裝置建設、安裝與調(diào)試等工作。可見，該項目存在較多的交叉工作界面，管理與協(xié)調(diào)難度較大。

鑒于該項目前期建設及管理現(xiàn)狀，為保證項目的順利推進，項目管理部組建了專業(yè)的BIM管理團隊，確定了BIM技術(shù)實施應用先行的方向。在BIM環(huán)境下進行三維可視化虛擬建造，將各有關專業(yè)總體的管線及設備進行深化整合，輔助施工深化圖出圖，在項目施工前解決現(xiàn)場可能存在的錯、漏、碰、缺問題；優(yōu)化各總體設計方案，減少因設計錯誤造成的返工誤工，提高項目整體的設計質(zhì)量，進而提高現(xiàn)場施工質(zhì)量及效率，保障項目建設的工期、成本和質(zhì)量管理的可控性。

3 BIM施工深化的組織與實施

3.1 BIM施工深化的組織

在該項目施工深化階段，BIM施工深化的組織工作主要由建設單位督促、BIM管理團隊為總牽頭，由土建及機電總包單位施工深化責任人將在深化過程中發(fā)現(xiàn)的建安工程與科學裝置工藝系統(tǒng)相關的優(yōu)化問題統(tǒng)一轉(zhuǎn)交建設單位BIM管理團隊。經(jīng)建設單位BIM管理團隊與各工藝總體負責人對接協(xié)調(diào)后，召開BIM深化協(xié)調(diào)會，落實相關問題并形成會紀要。

3.2 BIM施工深化的實施內(nèi)容及工作流程

在該項目施工深化階段，BIM施工深化主要涉及一次結(jié)構(gòu)、二次結(jié)構(gòu)、設備基礎和機電等內(nèi)容。由于一次結(jié)構(gòu)及二次結(jié)構(gòu)深化過程中需要考慮設備基礎及機電后續(xù)施工問題，因此，本節(jié)主要以一次結(jié)構(gòu)和二次結(jié)構(gòu)施工深化為例，研究BIM施工深化的實施內(nèi)容及工作流程。

3.2.1 一次結(jié)構(gòu)深化內(nèi)容及工作流程

根據(jù)該項目特點及施工深化設計需求，該項目施工階段運用BIM技術(shù)輔助施工深化的內(nèi)容主要包括梁、板、柱等一次結(jié)構(gòu)土建及預留預埋孔洞深化。

首先，根據(jù)各總體需求提資，由設計院進行施工圖設計，將各總體需求轉(zhuǎn)換為三維模型，并進行初步的碰撞檢查以完善三維模型，校核設計圖紙。其次，設計院將三維BIM模型流轉(zhuǎn)至土建、機電總包單位BIM負責人，分別進行一次結(jié)構(gòu)土建深化和預留預埋孔洞深化。土建深化主要是在設計BIM模型的基礎上，依據(jù)施工規(guī)范進行梁、板和柱等一次結(jié)構(gòu)的施工深化；預留預埋孔洞深化主要是在土建深化模型的基礎上，進行機電管線布置深化及支吊架、空間布局優(yōu)化等，明確需要預留預埋的孔洞，并出具一次結(jié)構(gòu)深化施工圖。具體應用流程，如圖2所示。

圖2 一次結(jié)構(gòu)深化工作流程

3.2.2 二次結(jié)構(gòu)深化內(nèi)容及工作流程

二次結(jié)構(gòu)施工深化是在一次結(jié)構(gòu)深化的基礎上，根據(jù)該項目特點、施工深化設計需求及施工規(guī)范，運用BIM技術(shù)輔助進行的施工階段二次結(jié)構(gòu)的深化。其深化內(nèi)容主要包括二次結(jié)構(gòu)圈梁、構(gòu)造柱布置及預留孔洞的深化等。

首先，依據(jù)一次結(jié)構(gòu)深化成果，土建總包單位根據(jù)深化原則對二次結(jié)構(gòu)構(gòu)造柱進行平面布置，并將平面圖流轉(zhuǎn)至機電總包單位深化負責人。其次，機電總包單位深化責任人根據(jù)土建二次結(jié)構(gòu)圈梁標高、構(gòu)造柱點位布置平面圖及各總體提資，整合機電管線深化BIM模型，規(guī)避各專業(yè)機電管線與二次結(jié)構(gòu)圈梁、構(gòu)造柱等的碰撞，梳理二次結(jié)構(gòu)預留孔洞，導出二次結(jié)構(gòu)預留孔洞深化設計圖、管線綜合圖及孔洞明細表，并由設計單位相關專業(yè)設計人員進行二次結(jié)構(gòu)預留孔洞深化設計圖的確認。最后，土建單位深化責任人在整合二次結(jié)構(gòu)深化平面布置圖、孔洞深化圖的基礎上，對二次結(jié)構(gòu)立面進一步深化，并出具二次結(jié)構(gòu)施工深化圖，指導施工現(xiàn)場二次結(jié)構(gòu)的施工。具體應用流程，如圖3所示。

圖3 二次結(jié)構(gòu)深化工作流程

4 BIM施工深化的原則

4.1 土建深化原則

基于施工圖設計圖紙，結(jié)合施工方案及有關設計規(guī)范，該項目土建施工深化主要側(cè)重對構(gòu)造柱、圈梁、過梁、填充墻和隔墻等非承重結(jié)構(gòu)體系的深化。

主要深化原則如下：

（1）在墻端及其交叉處布置構(gòu)造柱；

（2）樓層層高較高時應布置圈梁；

（3）在門、窗及機電預留洞口上部應布置過梁[3]。

4.2 孔洞深化原則

孔洞深化主要涉及兩個階段，分別為一次結(jié)構(gòu)孔洞預留預埋深化和二次結(jié)構(gòu)孔洞預留深化。在進行孔洞深化的過程中，需要進行機電管線綜合排布與優(yōu)化，進而明確需要預留或預埋的孔洞具體位置、標高和尺寸等。此外，一次結(jié)構(gòu)孔洞深化和二次結(jié)構(gòu)孔洞深化過程中進行的管線綜合排布，是后續(xù)機電管線出圖的基礎。微調(diào)后的機電管線出圖可直接指導現(xiàn)場機電施工。

管線綜合排布與優(yōu)化的主要原則如下。

（1）占用空間較大的暖通空調(diào)通風、排煙等大管徑管線，應優(yōu)先布置。

（2）生活污水、雨水等依賴重力排水的無壓管道與有壓管道交叉時，應優(yōu)先布置無壓管道。

（3）電氣管線應盡量布置在水管上方、熱力管道下方。

（4）特殊管線如主干線及低溫、高溫、不可彎曲、附件多的管線應優(yōu)先布置。此外，針對有附件的管線，應根據(jù)規(guī)范預留安裝和維修的空間。

（5）當各類專業(yè)管線布置在同一位置時，在滿足規(guī)范要求的情況下，應盡量合理利用空間，做到美觀布置、緊湊安裝[4]。

5 案例分析

基于上述施工深化工作流程及土建、孔洞深化原則，本節(jié)主要通過案例，對BIM輔助一次結(jié)構(gòu)、二次結(jié)構(gòu)的施工深化及出圖成果進行展示與分析。

5.1 機電管線綜合

機電管線綜合是BIM施工深化的關鍵環(huán)節(jié)。在上述孔洞深化、管線綜合排布及優(yōu)化原則的基礎上，該項目主要采用Revit軟件并結(jié)合工程實際，對暖通、強弱電和消防等常規(guī)機電的各專業(yè)管線及科學裝置用工藝管線進行了深化整合和調(diào)整優(yōu)化。與常規(guī)的管線綜合不同的是，該項目在施工深化階段，除考慮常規(guī)機電管線的排布及優(yōu)化外，還要考慮工藝管線的排布。由于項目的特殊性，工藝管線排布需要經(jīng)過科學家的反復推敲后，才能正式進行工藝管線與常規(guī)機電管線的綜合布置。為不影響現(xiàn)場工程進度，該項目采用優(yōu)先排布常規(guī)機電管線的方式；待工藝管線布置穩(wěn)定后，將二者整合；若存在沖突，再對常規(guī)機電管線進行微調(diào)（如圖4所示）。該方式可在滿足工藝管線排布要求的條件下實現(xiàn)常規(guī)機電管線的合理排布。

圖4 工藝管線與常規(guī)機電管線的整合與排布

5.2 一次結(jié)構(gòu)深化與出圖

通過一次結(jié)構(gòu)深化過程，對BIM模型搭建及機電管線綜合優(yōu)化工作進行深化，項目技術(shù)部及BIM管理團隊協(xié)調(diào)解決暴露的問題，可實現(xiàn)一次結(jié)構(gòu)土建及預留預埋孔洞的綜合優(yōu)化。通過深化出圖將BIM模型中的深化成果反饋到CAD中，并出具一次結(jié)構(gòu)孔洞深化圖紙和孔洞明細表?？锥疵骷毐恚绫?所示。

表1 孔洞明細表

圖紙中除落實孔洞位置、標高和尺寸外，還應對預留預埋孔洞進行編號，標明預留洞口或套管的尺寸及所屬專業(yè)和使用方等。該項目使用方細分為多個總體，因此在孔洞深化階段進行了特別標注，以便后續(xù)的對接及確認工作的順利開展。

5.3 二次結(jié)構(gòu)深化與出圖

與一次結(jié)構(gòu)深化類似，二次結(jié)構(gòu)深化同樣離不開深化BIM模型的搭建及管線的綜合優(yōu)化，所不同的是：二次結(jié)構(gòu)深化是在一次結(jié)構(gòu)深化的基礎上進行的，且土建深化與孔洞深化交叉協(xié)調(diào)進行，其工作流程與一次結(jié)構(gòu)深化相比略有調(diào)整。為了防止孔洞深化造成的構(gòu)造柱等二次結(jié)構(gòu)的過度調(diào)整，避免不必要的重復工作，經(jīng)各單位深化責任人商議，對該項目二次結(jié)構(gòu)深化流程進行了優(yōu)化：首先，土建單位責任人進行了構(gòu)造柱的平面布置；其次，機電單位責任人進行孔洞深化，并盡量避開構(gòu)造柱；最后，土建單位責任人在考慮構(gòu)造柱及孔洞情況的基礎上，對圈梁、填充墻等進行了立面深化。

在遵循本文第3章和第4章的深化流程及原則的基礎上，該項目二次結(jié)構(gòu)深化還要求構(gòu)造柱、圈梁布置的間距不得大于4 m。此外，在不影響管線排布的情況下，洞口的布置盡量靠近圈梁，可由圈梁替代過梁。因施工便利造成的微調(diào)可提請設計確認，并作為深化原則的補充原則進行落實。二次結(jié)構(gòu)深化出具的圖紙包括構(gòu)造柱平面布置圖、孔洞圖及立面深化圖。

綜上所述，施工前的充分深化，有利于調(diào)動各總體的積極性和提高項目建設的參與度，是施工現(xiàn)場順利施工的前提和保障?；跈C電管線綜合的一次結(jié)構(gòu)、二次結(jié)構(gòu)施工深化成果一脈相承，能提前暴露土建總包與機電總包的交叉施工界面，有利于及時明確交叉施工的內(nèi)容及次序。不僅可以直接指導施工現(xiàn)場的土建施工，還可以指導后期的機電安裝施工，有效避免在施工過程中造成的不必要的返工、拆裝及浪費和工期延誤。

6 結(jié)語

本文在分析國家某大科學裝置項目前期施工問題的基礎上，闡述了采用BIM技術(shù)輔助施工深化的必要性，明確了建設單位的重視和BIM管理團隊對BIM施工深化的組織有著重要的促進作用。此外，施工深化實施流程及原則應充分考慮項目實際，并且隨著項目的實施與推進不斷進行微調(diào)，以保證深化工作的順利開展。實踐表明，施工深化BIM模型搭建及管線綜合是BIM輔助施工深化與出圖的關鍵所在。充分的施工深化有助于在施工前發(fā)現(xiàn)并解決施工現(xiàn)場可能存在的錯、漏、碰、缺和施工次序問題，提高施工深化圖紙的質(zhì)量，直接指導現(xiàn)場施工，減少施工現(xiàn)場的返工與浪費。