BIM 技術(shù)在建設(shè)項(xiàng)目主體結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用

王 凱

（陜西鐵路工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西 渭南）

引言

BIM 技術(shù)通過(guò)吸取各個(gè)行業(yè)信息技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，為土木建筑行業(yè)在信息化方向發(fā)展提供了新的思路，為建筑全生命周期提供了準(zhǔn)確且詳實(shí)的知識(shí)資源和共享信息[1]。BIM 運(yùn)用數(shù)字化的方式來(lái)表達(dá)建筑的物理特征和功能特征，從建筑物的誕生伊始就進(jìn)行數(shù)據(jù)記錄，對(duì)建設(shè)項(xiàng)目中不同專業(yè)和階段的信息實(shí)現(xiàn)集成和共享，并將這些信息統(tǒng)統(tǒng)儲(chǔ)存到這個(gè)覆蓋整個(gè)生命周期的數(shù)據(jù)庫(kù)中，這就是BIM 技術(shù)實(shí)施的理念及優(yōu)勢(shì)。利用BIM 技術(shù)可以對(duì)建設(shè)項(xiàng)目中不同階段從軟件上體現(xiàn)出來(lái)的問(wèn)題加以解決，基于BIM 建模軟件的BIM 模型中包括了很多的信息，其中幾何數(shù)據(jù)、空間位置、地質(zhì)情況以及一些建筑元素的屬性使工程設(shè)計(jì)人員和施工技術(shù)人員在此基礎(chǔ)上可以相互協(xié)調(diào)、共同工作，并且他們可以通過(guò)研究建筑的各種信息對(duì)當(dāng)前的建筑情況做出正確的技術(shù)判斷，更好地進(jìn)行協(xié)同工作。

1 工程概況

中韓（長(zhǎng)春）國(guó)際合作示范區(qū)電子信息產(chǎn)業(yè)研發(fā)中心建設(shè)項(xiàng)目位于長(zhǎng)春市，總建筑面積為73 117.72 m2，其中地上建筑面積為58 624.93 m2，地下建筑面積14 544.53 m2。地下一層主要為地下停車(chē)庫(kù)，1#區(qū)地上為19層，主要為辦公等；2#區(qū)、3#區(qū)地上為3 層，主要為辦公、餐飲等。

本工程屬于一類(lèi)高層建筑，建筑主體93.5 m，結(jié)構(gòu)為框架核心筒結(jié)構(gòu)，裙房高度為21.7 m，結(jié)構(gòu)形式為框架結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)形式為筏板基礎(chǔ)，獨(dú)立基礎(chǔ)。人防工程總面積為3 043.39 m2，人防工程類(lèi)別為甲級(jí)，抗力等級(jí)為核6，防化等級(jí)為丙級(jí)，平戰(zhàn)結(jié)合。平時(shí)功能為車(chē)庫(kù)，戰(zhàn)時(shí)功能為二等人員掩蔽所。防火分類(lèi)等級(jí)：地上高層為一級(jí)，裙房為二級(jí)，地下為一級(jí)。項(xiàng)目效果如圖1 所示。

圖1 項(xiàng)目效果

2 工程重難點(diǎn)

工程為樁基+筏板基礎(chǔ)，主樓為框架核心筒結(jié)構(gòu)，兩側(cè)附樓為框架結(jié)構(gòu)。綜合分析，本工程具有以下重難點(diǎn)：

（1）緊：本工程為EPC 項(xiàng)目，合同工期653 天，為了保證合同工期，施工圖紙分部位、分階段提供。其中樁基工程施工量大，施工現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜（場(chǎng)地積水泥濘，土層為淤泥性粉質(zhì)黏土，且含水率高），施工要求嚴(yán)格，強(qiáng)度大、工期緊，要求施工組織和各項(xiàng)資源的配置嚴(yán)密充足。先期只提供樁基圖紙及建筑總平面圖，再按照基礎(chǔ)工程-主體工程-人防工程-給排水工程、電氣工程等逐步出圖。

（2）難：本工程為辦公性建筑，包含（土建、弱電、強(qiáng)電、人防、暖通、空調(diào)、消防、給排水、裝飾裝修、設(shè)備安裝、鋼結(jié)構(gòu)、綠化、海綿工程等）種類(lèi)繁雜。施工過(guò)程中各專業(yè)銜接比較密切，圖審工作困難動(dòng)角度大，對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)體系的精度要求也高。

（3）專：施工專業(yè)性強(qiáng)。要求工程技術(shù)人員及現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)負(fù)責(zé)人有較高的綜合專業(yè)知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，以便在專業(yè)理論指導(dǎo)下理性地組織施工。

通過(guò)BIM 技術(shù)的應(yīng)用，以期能夠有效地解決工程中存在的重難點(diǎn)，順利地完成工程項(xiàng)目的建設(shè)。

3 BIM技術(shù)在項(xiàng)目施工中的應(yīng)用

3.1 BIM 技術(shù)精細(xì)化建模發(fā)現(xiàn)圖紙問(wèn)題

該施工項(xiàng)目的建模工作是在項(xiàng)目施工開(kāi)始之前完成的。在BIM 建模工作開(kāi)始之前，BIM 專業(yè)各建模人員根據(jù)本項(xiàng)目特點(diǎn)，組織分析施工圖紙、數(shù)據(jù)資料和施工方案，決定BIM 應(yīng)用研究軟件選AutoDesk 公司的Revit軟件，建立建筑、結(jié)構(gòu)、機(jī)電等各專業(yè)BIM 模型。

本工程嚴(yán)格按照施工圖，使用Revit 建筑樣板和族文件組合，準(zhǔn)確、高效地建立中韓（長(zhǎng)春）電子信息建設(shè)項(xiàng)目場(chǎng)地布置BIM 模型、建筑BIM 模型、結(jié)構(gòu)BIM 模型、地下車(chē)庫(kù)管綜BIM 模型、鋼筋BIM 模型、鋼筋節(jié)點(diǎn)BIM模型、滿堂支架BIM 模型、支吊架BIM 模型、附著式腳手架虛擬爬升模型等，使施工監(jiān)理、建設(shè)單位在內(nèi)的各參建方更加直觀地理解設(shè)計(jì)意圖，做到準(zhǔn)確細(xì)致地反映本項(xiàng)目的混凝土結(jié)構(gòu)、地下車(chē)庫(kù)、地上建筑管綜、鋼筋等構(gòu)造。

結(jié)構(gòu)模型如圖2 所示，地上機(jī)電模型如圖3 所示。BIM 模型的建立賦予了所有模型構(gòu)件信息，以便后期細(xì)化工程材料量，進(jìn)行材料、質(zhì)量、安全和資料管理[2]。

圖2 結(jié)構(gòu)BIM 模型

圖3 地上管綜BIM 模型

從圖2 及圖3 可以看出，用Revit 建立的三維模型可以使參與項(xiàng)目的各方人員更直觀、更全面地了解整個(gè)工程項(xiàng)目，并能夠在項(xiàng)目施工前發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)中的錯(cuò)誤和缺陷，為圖紙會(huì)審，設(shè)計(jì)交底等工作提供三維可視化的輔助，從源頭上杜絕了返工等問(wèn)題。

3.2 BIM 技術(shù)的碰撞檢查降低返工浪費(fèi)

在實(shí)際施工過(guò)程中，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)預(yù)留孔沒(méi)有預(yù)留或設(shè)備線路進(jìn)行安裝時(shí)發(fā)生碰撞的情況。在以往傳統(tǒng)施工時(shí)，遇到這種情況，只能在墻體、樓板進(jìn)行再次開(kāi)鑿對(duì)此進(jìn)行解決。而通過(guò)采用BIM 技術(shù)，圖紙進(jìn)行精細(xì)化建模后，可以清晰直觀地在模型中顯示預(yù)留的孔洞，并且在結(jié)構(gòu)、機(jī)電等各部分模型建立完成后，可以通過(guò)對(duì)其進(jìn)行碰撞檢查，若發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，能夠及時(shí)與設(shè)計(jì)部門(mén)溝通，對(duì)圖紙進(jìn)行修改優(yōu)化。通過(guò)BIM 技術(shù)，在工程實(shí)施前期就能解決管斗問(wèn)題，不僅能夠大大減少返工的情況，節(jié)約了工期，還能有效減少浪費(fèi)，使得施工能按計(jì)劃如期推進(jìn)。

將建好的模型導(dǎo)入Navisworks 中進(jìn)行碰撞檢測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)施工中出現(xiàn)的問(wèn)題，可導(dǎo)出碰撞檢查報(bào)告。根據(jù)碰撞檢查結(jié)果提出現(xiàn)場(chǎng)優(yōu)化方案和現(xiàn)場(chǎng)施工順序。最后施工人員可以利用碰撞優(yōu)化后的三維模型方案，進(jìn)行三維施工交底、動(dòng)畫(huà)施工模擬，在提高施工質(zhì)量的同時(shí)，也拉近了與業(yè)主的距離[3]。項(xiàng)目所有的參與方能夠協(xié)同工作實(shí)現(xiàn)工程項(xiàng)目的精細(xì)化管理、信息共享、管理以及全方位的預(yù)測(cè)和控制。

本次施工混凝土碰撞共計(jì)20 處，地下車(chē)庫(kù)管綜碰撞6593 處并出具相對(duì)應(yīng)的碰撞檢查報(bào)告，配合項(xiàng)目部及設(shè)計(jì)院進(jìn)行優(yōu)化。優(yōu)化后的地下車(chē)庫(kù)管綜模型如圖4 所示。

圖4 優(yōu)化后的地下車(chē)庫(kù)管綜模型

三維可視化施工交底利用BIM 模型對(duì)復(fù)雜節(jié)點(diǎn)、鋼筋排布等輸出三維圖、剖面圖等講解給施工技術(shù)人員，使其明確掌握?qǐng)D紙?jiān)O(shè)計(jì)意圖和施工順序，利用BIM 模型指導(dǎo)工人準(zhǔn)確定位鋼筋、模板，避免了圖紙的誤讀和不理解造成返工[5]。

以預(yù)埋件定位為例，所有模型構(gòu)建將全部生成獨(dú)一無(wú)二的ID，將此ID 與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際構(gòu)建相互關(guān)聯(lián)，可以精確出次構(gòu)件所在的位置及形狀大小。精準(zhǔn)預(yù)埋三維技術(shù)交底圖如圖5 所示。

圖5 三維技術(shù)交底圖

3.3 BIM 技術(shù)工程量統(tǒng)計(jì)減少材料浪費(fèi)

依靠BIM 信息模型實(shí)時(shí)準(zhǔn)確提取各個(gè)施工階段的工程量，能夠精確地制定人、機(jī)、材制定計(jì)劃，不僅能夠極大程度地減少浪費(fèi)，還能為限額領(lǐng)料、消耗控制提供可靠地技術(shù)支持。

本項(xiàng)目基于所建立的BIM 精確信息模型，通過(guò)軟件快速提取并統(tǒng)計(jì)項(xiàng)目的所有鋼筋、混凝土、鋼管、工字鋼、槽鋼等材料工程量。在施工前，使用Revit 建立的精細(xì)化模型快速提取相應(yīng)的工程量，與設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行對(duì)比給出合理可靠的正確材料量，從而實(shí)現(xiàn)材料精細(xì)化管理，減少浪費(fèi)，節(jié)約成本。

本項(xiàng)目利用搭建好的模型，提取統(tǒng)計(jì)相應(yīng)部位鋼筋的工程量，快速提取出部分鋼筋混凝土工程量，并指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施工，有效地推進(jìn)工程施工進(jìn)度，減少資金浪費(fèi)和工期延期。

在施工過(guò)程中，通過(guò)利用BIM 技術(shù)進(jìn)行工程量的統(tǒng)計(jì)，與現(xiàn)場(chǎng)施工緊密結(jié)合，實(shí)現(xiàn)材料的限額發(fā)料和領(lǐng)料。通過(guò)利用BIM 三維模型，計(jì)算出精確的材料需求計(jì)劃，并進(jìn)行精確的放樣下料和優(yōu)化，控制材料損耗，避免材料浪費(fèi)，與施工隊(duì)伍進(jìn)行結(jié)算形成依據(jù)[4]。

3.4 可視化三維技術(shù)交底提高工作效率

項(xiàng)目采用Fuzor 軟件（VR 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)）進(jìn)行三維技術(shù)交底可減輕技術(shù)人員和施工班組的負(fù)擔(dān)，提高施工效率，減少不必要的浪費(fèi)。施工前使用Fuzor 軟件BIM 信息模型進(jìn)行三維技術(shù)交底，以第一人稱視角進(jìn)行任意角度，任意構(gòu)建、鋼筋信息的查看三維模型，改變傳統(tǒng)技術(shù)交底不夠直觀清晰的模式，從而指導(dǎo)施工班組施工，起到準(zhǔn)確無(wú)誤，避免了錯(cuò)、漏、偏、差等，加快了施工進(jìn)度，避免不必要的返工。

通過(guò)三維可視化可以加快施工，預(yù)防返工，更便于溝通，提高企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力，減少信息請(qǐng)求，縮短施工周期，使施工人員更好地理解施工順序與方法。

3.5 現(xiàn)場(chǎng)臨建及廠區(qū)布置

施工場(chǎng)地的布置先通過(guò)功能對(duì)區(qū)域進(jìn)行分區(qū)劃分，其次通過(guò)BIM 技術(shù)對(duì)每塊區(qū)域進(jìn)行建模。通過(guò)對(duì)塔吊的位置、道路的設(shè)定等方面進(jìn)行模擬，使得工作人員與車(chē)輛進(jìn)出方便，塔吊工作范圍及利用率也得到了有效保障。使得整個(gè)施工場(chǎng)地區(qū)域分布合理，施工效率得到了保證。施工場(chǎng)地布置示意如圖6 所示。

圖6 施工場(chǎng)地布置示意

3.6 BIM 技術(shù)的施工模擬指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施工

利用施工模擬相關(guān)軟件，根據(jù)施工組織安排的施工進(jìn)度計(jì)劃安排，在已經(jīng)搭建好的模型的基礎(chǔ)上加上時(shí)間維度，分專業(yè)制作可視化進(jìn)度計(jì)劃，即四維施工模擬。一方面可以指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施工；另一方面為建筑、管理單位提供非常直觀的可視化進(jìn)度控制管理依據(jù)[6]。

結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)在中韓（長(zhǎng)春）電子信息建設(shè)項(xiàng)目工程中應(yīng)用BIM 技術(shù)、BIM 平臺(tái)，大幅提升了項(xiàng)目綜合管理水平，尤其是技術(shù)管理水平。以前在實(shí)施信息化系統(tǒng)的時(shí)候碰到的瓶頸就是基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的采集，通過(guò)運(yùn)用BIM技術(shù)、BIM 平臺(tái)，BIM 顧問(wèn)團(tuán)隊(duì)提供的服務(wù)，不僅享受到了精細(xì)化管理所帶來(lái)的好處，還可為各條線、各崗位的技術(shù)管理人員提供所需數(shù)據(jù)，為技術(shù)施工管理提供指導(dǎo)，達(dá)到了項(xiàng)目精準(zhǔn)施工、管理透明、信息共享的目的。