基于BIM的建筑工程綠色施工信息化管理研究

張永彪

安徽省志成建設(shè)工程咨詢股份有限公司 安徽 合肥 230088

引言

近年來，BIM技術(shù)在建筑行業(yè)中的應(yīng)用已較為普及，被成功應(yīng)用于建筑工程的設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)維等階段。當(dāng)前，BIM技術(shù)在建筑工程施工中主要用于管線防碰撞檢查、場(chǎng)布優(yōu)化等，將BIM技術(shù)與綠色施工管理相結(jié)合的研究還較少。因此探究建筑工程綠色施工信息化管理中BIM技術(shù)的應(yīng)用具有非常重要的意義和作用。

1 綠色施工及BlM技術(shù)

1.1 綠色施工

隨著GB/T 50640-2010《建筑工程綠色施工評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》的實(shí)施和2021年3月住建部印發(fā)《綠色建造技術(shù)導(dǎo)則（試行）》，有關(guān)綠色施工的定義及內(nèi)涵有了較明確的規(guī)定。綠色施工指在保證工程質(zhì)量、施工安全等基本要求的前提下，以人為本，因地制宜，通過科學(xué)管理和技術(shù)進(jìn)步，最大限度地節(jié)約資源，減少對(duì)環(huán)境負(fù)面影響的施工及生產(chǎn)活動(dòng)[1]?！毒G色建造技術(shù)導(dǎo)則（試行）》中指出，要積極運(yùn)用BIM、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)以及移動(dòng)通訊等信息化技術(shù)組織綠色施工，提高施工管理的信息化和精細(xì)化水平。施工企業(yè)作為綠色施工實(shí)施的主體單位，應(yīng)在項(xiàng)目施工前確定綠色施工目標(biāo)，根據(jù)目標(biāo)分解制定控制指標(biāo)，圍繞施工管理、環(huán)境保護(hù)與“四節(jié)”等方面確定實(shí)施計(jì)劃和保障方案。推廣實(shí)施綠色施工的目的在于實(shí)現(xiàn)環(huán)境效益、經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益的有機(jī)統(tǒng)一，施工企業(yè)在踐行社會(huì)責(zé)任、保護(hù)環(huán)境、創(chuàng)造環(huán)境效益的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)節(jié)約材料、節(jié)約成本、縮短工期、實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益的目的。

1.2 BIM技術(shù)

《綠色建造技術(shù)導(dǎo)則（試行）》中指出，BIM是在建筑工程及設(shè)施全壽命期內(nèi)，對(duì)其物理和功能特性進(jìn)行數(shù)字化表達(dá)，并依此設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營的過程和結(jié)果的總稱。建筑工程施工應(yīng)用BIM技術(shù)有諸多優(yōu)勢(shì)，主要是通過軟件及工具將建筑內(nèi)部構(gòu)件、功能等相互關(guān)聯(lián)的參數(shù)信息，直觀地以三維可視化的方式展現(xiàn)出來，再與綠色施工結(jié)合，從而形成用于綠色施工的方案。BIM技術(shù)應(yīng)用于建筑工程綠色施工信息化管理具有可視化、集成性、參數(shù)化、優(yōu)化性、模擬性、協(xié)調(diào)性等優(yōu)勢(shì)。

2 基于BlM的綠色施工信息化管理目標(biāo)

建筑工程施工一般將進(jìn)度、成本、質(zhì)量、安全確定為控制目標(biāo)。建筑工程綠色施工是將節(jié)水、節(jié)地、節(jié)材、節(jié)能及環(huán)境保護(hù)與上述控制目標(biāo)一并確定為施工控制目標(biāo)，尋求工程經(jīng)濟(jì)效益與環(huán)境保護(hù)的統(tǒng)一。將BIM技術(shù)與建筑工程綠色施工相結(jié)合，通過應(yīng)用BIM技術(shù)在施工模擬、動(dòng)畫視頻、模型算量等方面的優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)建筑工程施工節(jié)約成本，縮短工期，提高質(zhì)量，節(jié)水、節(jié)材、節(jié)地、節(jié)能等綠色施工目標(biāo)。在成本節(jié)約方面，依托BIM軟件快速建模，利用模型進(jìn)行工程量及材料需求量測(cè)算，可有效降低材料的損耗率，提高人工、材料、機(jī)械的利用效率，降低成本。在縮短工期方面，利用BIM技術(shù)進(jìn)行施工動(dòng)畫模擬，對(duì)設(shè)計(jì)錯(cuò)誤、漏項(xiàng)、管線碰撞等問題可提前發(fā)現(xiàn)，及時(shí)修改，避免返工，縮短工期。在提高質(zhì)量方面，利用BIM技術(shù)的三維可視化交底及參與質(zhì)量驗(yàn)收的優(yōu)勢(shì)，在施工過程中及質(zhì)量驗(yàn)收階段均有助于施工質(zhì)量的控制，發(fā)現(xiàn)問題。在四節(jié)一環(huán)保方面，通過

BIM技術(shù)的輔助，有助于合理布置施工現(xiàn)場(chǎng)、提高能源利用率、降低材料消耗、揚(yáng)塵計(jì)算分析、碳排放計(jì)算等。

3 BlM技術(shù)在建筑工程綠色施工信息化管理中的具體應(yīng)用

某項(xiàng)目由西裙房、西塔樓、東裙房及地下車庫四部分組成。其中，西裙房地上6層，地下2層，建筑高33.60m；西塔樓地上34層，地下2層，高165.5m；東裙房地上6層，地下2層，建筑高度33.60m；地下車庫2層。地上部分建筑面積159563m2，地下部分建筑面積54359m2。項(xiàng)目建筑高度165.5m，為超高層建筑。塔樓標(biāo)準(zhǔn)層建筑面積每一層逐漸內(nèi)收，7層建筑面積為2882m2，34層建筑面積變化為1811m2，樓層邊柱均為傾斜的型鋼混凝土柱，且柱子切斜角度均不相同。西立面為折線形內(nèi)收變化。由于本項(xiàng)目為外立面逐層內(nèi)收、立面面傾斜角度不一致、西立面折面的超高層建筑，沿用傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)手段和經(jīng)驗(yàn)管理模式很難實(shí)施，因此本項(xiàng)目開發(fā)了BIM綜合管理平臺(tái)，在標(biāo)準(zhǔn)化施工、安全、質(zhì)量、進(jìn)度、成本、環(huán)保等方面提升綜合控制，實(shí)現(xiàn)了本項(xiàng)目的綠色高效管理。

3.1 施工現(xiàn)場(chǎng)土地綜合利用管理

建筑施工現(xiàn)場(chǎng)區(qū)域劃分需根據(jù)工程整體進(jìn)度適時(shí)調(diào)整。利用基于BIM的4D現(xiàn)場(chǎng)施工模擬技術(shù)，可依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況及數(shù)據(jù)建立模型，合理劃分生活區(qū)、辦公區(qū)、加工區(qū)、作業(yè)區(qū)、堆場(chǎng)等?；贐IM技術(shù)的現(xiàn)場(chǎng)布局優(yōu)化主要依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)施的面積及使用時(shí)間，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的有效空間按照相關(guān)規(guī)范及原則進(jìn)行布置，利用三維視頻直觀展示，在現(xiàn)場(chǎng)布局設(shè)計(jì)階段更合理地劃分現(xiàn)場(chǎng)區(qū)域。

3.2 利用iBan移動(dòng)客戶端進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)管理

本項(xiàng)目前期對(duì)質(zhì)量、安全、文明施工管控要點(diǎn)設(shè)置相關(guān)標(biāo)識(shí)、標(biāo)簽分類。BIM團(tuán)隊(duì)對(duì)項(xiàng)目各崗位相關(guān)人員進(jìn)行操作培訓(xùn)，并對(duì)相關(guān)施工方案進(jìn)行提前模擬交底。各相關(guān)崗位發(fā)現(xiàn)問題進(jìn)行拍照上傳，定期形成相應(yīng)報(bào)告。BIM團(tuán)隊(duì)結(jié)合項(xiàng)目例會(huì)提出整改建議，督促相關(guān)班組進(jìn)行整改。iBan移動(dòng)客戶端把項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)發(fā)現(xiàn)的質(zhì)量、安全、文明施工等問題進(jìn)行統(tǒng)一管理，并與BIM模型進(jìn)行關(guān)聯(lián)，方便核對(duì)和管理。利用iBan移動(dòng)客戶端可以提升對(duì)現(xiàn)場(chǎng)安全、質(zhì)量、文明施工可視化管控能力，提升反映問題速度，提升解決問題的決策能力，加快問題的跟蹤解決，建立相關(guān)照片數(shù)據(jù)庫，形成對(duì)各施工班組的約束。

3.3 安全智能管控

①VR的安全教育。本項(xiàng)目在施工現(xiàn)場(chǎng)的入口區(qū)域?qū)ｉT設(shè)置VR體驗(yàn)室，將BIM模型在VR環(huán)境中展示，體驗(yàn)者通過佩戴VR設(shè)備可以真實(shí)地體驗(yàn)墻體傾倒、高空墜物等一系列危險(xiǎn)場(chǎng)景，進(jìn)而讓體驗(yàn)者感受到安全施工的重要作用和意義，激發(fā)工人參與安全教育的積極性。②人員精準(zhǔn)定位管理系統(tǒng)。本項(xiàng)目以BIM綜合管理平臺(tái)為核心，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)、GPS等先進(jìn)技術(shù)，利用智能安全帽、工蜂信標(biāo)等先進(jìn)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)對(duì)工人的精準(zhǔn)區(qū)域定位。當(dāng)工人處于戶外時(shí)，綜合管理平臺(tái)通過GPS實(shí)現(xiàn)對(duì)工人的精確定位；當(dāng)處于室內(nèi)時(shí)，綜合管理平臺(tái)通過工蜂信標(biāo)實(shí)現(xiàn)工人的精確定位；當(dāng)出現(xiàn)突發(fā)事故時(shí)，指揮人員可以快速聯(lián)系到距離事故最近的管理人員進(jìn)行緊急處理。③施工電梯智能監(jiān)控。為了方便記錄吊籠內(nèi)人員數(shù)量和載重量，在吊籠內(nèi)安裝吊籠人員和超載自動(dòng)統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)，方便統(tǒng)計(jì)，以防超重。另外，在吊籠內(nèi)還安裝了吊籠沖頂限位自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)、駕駛員身份識(shí)別系統(tǒng)、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程監(jiān)控等，這樣極大保障了施工電梯的使用安全，管理人員還可以隨時(shí)掌握電梯運(yùn)行狀況、對(duì)危害安全的舉措進(jìn)行及時(shí)制止。

3.4 碰撞檢查及管線綜合排布優(yōu)化

BIM團(tuán)隊(duì)根據(jù)所創(chuàng)建的BIM模型進(jìn)行碰撞檢測(cè)，輔助管線優(yōu)化排布，根據(jù)管線綜合優(yōu)化排布后發(fā)現(xiàn)碰撞點(diǎn)及相關(guān)問題與設(shè)計(jì)進(jìn)行交底解決。依據(jù)設(shè)計(jì)回復(fù)，再次優(yōu)化排布模型，確定最終優(yōu)化排布方案，并與設(shè)計(jì)確認(rèn)最后方案?；谧罱K優(yōu)化排布方案導(dǎo)出主體結(jié)構(gòu)及砌體預(yù)留洞口定位報(bào)告，指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)預(yù)留。碰撞檢查及管線綜合排布優(yōu)化可以提前發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)圖紙中各專業(yè)間的碰撞和安裝與結(jié)構(gòu)間的碰撞，確保管線排布美觀，確保預(yù)留洞口準(zhǔn)確。

3.5 材料和資源節(jié)約化

BIM技術(shù)在節(jié)材方面的應(yīng)用主要表現(xiàn)在物料綜合管理、機(jī)電管線的優(yōu)化設(shè)計(jì)、復(fù)雜預(yù)制件的加工及預(yù)拼裝、鋼筋下料優(yōu)化及砌體排磚模擬優(yōu)化等方面[2]。 ①物料綜合管理。越來越多的構(gòu)件在工廠生產(chǎn)，然后運(yùn)輸至施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行安裝?；诖耍衫肂IM技術(shù)構(gòu)建從生產(chǎn)到出廠直至現(xiàn)場(chǎng)安裝的管理平臺(tái)，提高整體的管理效率，使構(gòu)件的質(zhì)量具備追溯性。②機(jī)電管線設(shè)計(jì)優(yōu)化。建筑物機(jī)電管線錯(cuò)綜復(fù)雜。在傳統(tǒng)施工中，潛在的錯(cuò)誤需要人工從施工圖紙上逐個(gè)排查，難免疏漏，而BIM技術(shù)能有效解決這一問題。通過BIM軟件建模，三維模型能直觀展示管道布局，且BIM軟件可自動(dòng)檢測(cè)碰撞點(diǎn)及部位并標(biāo)注，能解決傳統(tǒng)人工檢查不系統(tǒng)、有遺漏的問題。③構(gòu)件預(yù)加工及模擬拼裝。建筑幕墻工程施工安裝難度較大，特別是異形曲面幕墻，由于幕墻的組成單元不規(guī)則，加之生產(chǎn)過程中的誤差，會(huì)加大幕墻安裝工程施工難度。利用BIM技術(shù)可對(duì)幕墻單元的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行建模，利用三維模型進(jìn)行分析及預(yù)拼裝，然后按模型進(jìn)行加工，降低誤差，減少材料浪費(fèi)，提高安裝效率。④鋼筋下料優(yōu)化及砌體排磚模擬優(yōu)化。在傳統(tǒng)施工中，鋼筋下料需經(jīng)鋼筋翻樣員手工計(jì)算，難免會(huì)出現(xiàn)計(jì)算錯(cuò)誤，而BIM技術(shù)可應(yīng)用模型軟件對(duì)鋼筋尺寸進(jìn)行精準(zhǔn)計(jì)算。在傳統(tǒng)砌體施工時(shí)，都是由人工根據(jù)砌筑的需要隨機(jī)對(duì)砌塊進(jìn)行切割，易造成材料浪費(fèi)，而利用BIM技術(shù)可對(duì)需要砌筑的部位進(jìn)行預(yù)排磚，根據(jù)整體砌筑的需要進(jìn)行砌體切割，提高材料利用率。

3.6 在節(jié)水與水資源利用方面的應(yīng)用

建筑工程施工中混凝土的攪拌、養(yǎng)護(hù)、現(xiàn)場(chǎng)綠化灌溉、車輛沖洗及灑水降塵等消耗大量的水資源，應(yīng)制定合理的節(jié)水管理措施及制度。BIM技術(shù)在節(jié)水中的應(yīng)用主要表現(xiàn)在施工現(xiàn)場(chǎng)給排水模擬設(shè)計(jì)、模擬雨水及非傳統(tǒng)水源的收集與循環(huán)使用等方面。

3.6.1 應(yīng)用BIM技術(shù)對(duì)建筑工程施工各階段用水過程進(jìn)行模擬分析。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，模擬施工過程，制定針對(duì)性的現(xiàn)場(chǎng)臨時(shí)用水方案，根據(jù)用水量大小及用水區(qū)域劃分情況，采用合理的配水管道及路徑，降低漏水損失，如在基坑降水施工階段，充分利用抽取的地下水進(jìn)行混凝土攪拌、養(yǎng)護(hù)、綠化灌溉及灑水降塵等。

3.6.2 利用BIM軟件對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)的臨時(shí)管網(wǎng)布置進(jìn)行模擬，設(shè)置雨水收集系統(tǒng)，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)用水及雨水進(jìn)行收集過濾凈化處理，用于車輛沖洗、綠化灌溉等。

3.7 環(huán)境管理中的應(yīng)用

將BIM技術(shù)應(yīng)用于建筑工程施工在保護(hù)環(huán)境方面有較多優(yōu)勢(shì)，如利用BIM模型編制環(huán)境保護(hù)方案，對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)排放的廢棄物制定針對(duì)性處理措施，責(zé)任到人；對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)噪聲、揚(yáng)塵及碳排放量進(jìn)行測(cè)算，制定處置措施等等。如果施工過程中出現(xiàn)噪聲過大的情況，系統(tǒng)會(huì)進(jìn)行提醒，此時(shí)需要工作人員降低施工過程中的噪聲，以防影響周邊居民的正常生活[3]。如果施工現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)揚(yáng)塵超標(biāo)的情況，平臺(tái)控制區(qū)域會(huì)自動(dòng)開啟噴淋設(shè)備，通過噴灑清水控制揚(yáng)塵。

4 提高BlM技術(shù)在建筑綠色施工信息化管理中應(yīng)用效果的建議

BIM技術(shù)的應(yīng)用必須建立在大量數(shù)據(jù)信息的基礎(chǔ)之上，尤其是群體性建筑工程，更要做好技術(shù)資料的分類收集、分開管理。因此，有必要借助信息技術(shù)構(gòu)建信息化平臺(tái)，統(tǒng)一建立建筑施工技術(shù)資料臺(tái)賬，反映施工的進(jìn)度與內(nèi)業(yè)資料同步與否、資料簽發(fā)等，方便查閱。實(shí)現(xiàn)資料臺(tái)賬的信息化管理，就能在計(jì)算機(jī)上錄入收發(fā)技術(shù)資料的情況、完善簽字的情況，便于及時(shí)查找施工時(shí)間和存放技術(shù)資料的地點(diǎn)、情況，優(yōu)化資料的調(diào)取、查閱。利用信息化臺(tái)賬還可以共享資料和信息，建筑工程項(xiàng)目人員可以利用網(wǎng)絡(luò)輕松調(diào)取所需信息。在竣工結(jié)算的辦理中，信息化資料能讓結(jié)算人員享受便利。例如在信息化資料和紙質(zhì)資料的同步管理中，收集技術(shù)資料時(shí)可以為紙質(zhì)技術(shù)經(jīng)濟(jì)資料制定統(tǒng)一的信息化資料，在建筑施工項(xiàng)目?jī)?nèi)部成員之間互通、共享。如，利用綜合管理智慧云平臺(tái)，就可以利用信息化平臺(tái)來加強(qiáng)對(duì)于技術(shù)資料和數(shù)據(jù)的管理。當(dāng)下，建筑施工企業(yè)合理有效地整合信息技術(shù)與施工技術(shù)管理，信息技術(shù)基于網(wǎng)絡(luò)發(fā)揮效用，專門構(gòu)建建筑施工技術(shù)管理的信息化平臺(tái)，從而利用BIM技術(shù)做好對(duì)各項(xiàng)數(shù)據(jù)的處理、分析，便于在內(nèi)部共享資源。也就是利用網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)傳輸各項(xiàng)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)共享。例如建筑施工技術(shù)管理者利用共享傳輸，可以根據(jù)專門數(shù)據(jù)整合信息，提高施工效率 ；利用網(wǎng)絡(luò)信息化平臺(tái)匯總建筑施工技術(shù)管理的資料和數(shù)據(jù)，集中統(tǒng)一分析施工工序，及時(shí)掌握施工情況。

5 結(jié)束語

綠色發(fā)展已成為未來建筑業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)，因此在當(dāng)下需要充分發(fā)揮BIM技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，構(gòu)建更為科學(xué)合理的信息化建設(shè)工程管理體系，實(shí)現(xiàn)建筑行業(yè)質(zhì)量安全和綠色發(fā)展的多重目標(biāo)。