BIM技術在大型公共建筑工程施工管理中的綜合應用

鐘巍健

（上海建工集團股份有限公司，上海 200080）

1 引言

世界各地的許多城市都建造了各種復雜的大型構筑物，這類型建筑項目存在著不確定性，主要是由于其巨大的規(guī)模和復雜性。因此，需要在最初的施工階段優(yōu)化工作計劃，確保整個施工進度不會受到阻礙。為了盡量減少結構框架的不確定性，有必要初步預測項目風險，并利用信息技術解決這些問題。

作為支持整個建筑項目生命周期中設計、施工以及信息管理的審查和決策的工具，建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）已經(jīng)在全球范圍內(nèi)被應用于設計和施工階段。借助BIM 技術的3D 可視化圖解能力，可以有效突破2D 圖紙的諸多限制。因而，BIM 技術具有改變設計和施工工作方式并促進行業(yè)創(chuàng)新的潛力[1]。

BIM 的概念由Charles M.Eastman 教授于1970 年引入[2-3]。自2000 年以來，BIM 技術因其實現(xiàn)性能提升和高質(zhì)量施工的潛力和能力而受到學術界和建筑業(yè)的廣泛關注，并逐漸應用于世界各地的大型建筑項目中。研究表明[4-5]，BIM 技術提高了整個建筑供應鏈的透明度、生產(chǎn)力和產(chǎn)品質(zhì)量。

本文以BIM 技術在?？谛潞８劬C合交通樞紐（GTC）及配套設施項目為例進行相關介紹。

2 工程概況

新海港綜合交通樞紐（GTC）及配套設施建設工程項目位于海南省?？诟坌潞８蹍^(qū)，粵海鐵路輪渡南港碼頭北側，新海中路西側。擬建建筑物GTC 與正在建設的新海客運綜合樞紐站一期相連接；西側為新海港碼頭，東側為中建一局正在施工的免稅城項目；免稅城與GTC 之間由長80 m 的中免通道連接（見圖1）。本項目GTC 單體分為地上3 層、地下2 層，建筑高度34 m，地上建筑面積39 666.23 m2，地下建筑面積31 863.3 m2，總建筑面積71 534.5 m2。

圖1 項目效果圖

3 BIM技術在項目施工管理中的應用

3.1 項目BIM體現(xiàn)

根據(jù)項目實際情況制定BIM 相關建模標準、出圖標準等作為BIM 實施階段的指導。制訂項目BIM 實施方案不僅可作為整個項目BIM 工作的大綱和指導，還能為后續(xù)BIM 人才的培養(yǎng)給予BIM 建模體系參考。

根據(jù)項目實施總進度計劃制訂BIM 進度計劃。采用每周例會的形式，實時跟蹤機電、土建、鋼結構、幕墻、精裝修等專業(yè)的進度計劃完成情況，及時掌握其中的重點難點，制訂并完善合理的進度計劃。其中，模型審核節(jié)點的時間均提前于現(xiàn)場一個月左右，從而保證BIM 指導施工。

每周召開例會匯報模型進展情況以及遇到的問題，并及時處理相關問題，給出解決方案。同時，分享BIM 建模以及BIM 工作各方面的經(jīng)驗和技巧，形成相關例會會議紀要及BIM 工作日報。用作評估依據(jù)的BIM 工作日報是BIM 任務和活動的記錄，描述BIM 技術實施過程中產(chǎn)生的問題和解決方案。管理BIM 工作日報不僅可用于項目的記錄和審查，而且可衡量BIM 技術價值并證明BIM 技術的投資的合理性。

3.2 圖紙會審及臺賬管理

在建模過程中，需要匯總設計圖紙中存在的問題，根據(jù)已發(fā)現(xiàn)問題建立問題臺賬，建立對應的問題報告并每周定期發(fā)送給設計方，跟蹤每個問題的回復情況，以縮短校驗時長。同時，追蹤問題報告涉及變更的下發(fā)情況，及時將設計變更單中內(nèi)容修改到模型中并形成變更報告儲存于檔案中。定期檢查模型中的問題是否仍然存在，以免出現(xiàn)整合難度大甚至返工問題，進而造成工期延誤等損失。

3.3 基于BIM的土方算量

土方平衡的計算是本項目的重點，項目場地內(nèi)包含混凝土、巖石、土、淤泥等材料，算量過于復雜。通過無人機傾斜攝影技術，制作出實景模型，提取點數(shù)據(jù)，隨后導入點數(shù)據(jù)到Civil 3D 中形成原始面（見圖2），根據(jù)所需邊界及標高做出完成面，兩者相差即是土方量。根據(jù)地連墻和格構柱巖頂標高可得到一個曲面，在Revit 中與基坑底模型相交，即得到巖石分布圖（見圖3）。在Civil 3D 中可得到巖石量。利用制作的實景模型直線命令可推算出泥漿池中水量，最后可得出詳細的列表清單。

圖2 基于BIM的土方建模

圖3 基于BIM的巖石分布圖

3.4 基于BIM的機電管線預先設計

如何實現(xiàn)項目的建造快速且高效，其關鍵在于能否將設計存在的問題在施工前的準備階段予以解決，以便為后續(xù)的施工預留充足的時間。BIM 技術可將各專業(yè)（建筑、結構、機電等）模型進行整合，再通過碰撞檢查將管線設備進行優(yōu)化調(diào)整，實現(xiàn)合理布置[6]。本項目中機電管線多而復雜，機房種類多，設備多，給機電的深化設計及管線的綜合排布增加了難度。因此，將BIM 技術應用于施工準備階段，發(fā)揮BIM 技術的優(yōu)勢進行預先設計和模擬。對項目全專業(yè)的施工圖進行搭建，并基于搭建模型進行機電管線的優(yōu)化設計。

3.4.1 碰撞檢測及深化

將項目機電專業(yè)模型與土建專業(yè)模型導入Navisworks 軟件中，進行不同專業(yè)的模型碰撞檢測。生成碰撞檢測分析報告，以報告顯示為依據(jù)，針對碰撞處進行深化。經(jīng)碰撞檢測，調(diào)整前產(chǎn)生碰撞487 處，調(diào)整后僅剩34 處。

3.4.2 凈高分析及優(yōu)化

經(jīng)過碰撞檢測并初步深化后的模型，利用BIM 二次開發(fā)插件自動化完成建筑空間內(nèi)特定的最低點，最終以色塊的形式展現(xiàn)。通過對有凈高控制要求區(qū)域進行凈高分析，提前發(fā)現(xiàn)設計不滿足要求位置并召開凈高分析會，提出改變建議，以凈高分析報告的形式發(fā)給設計單位，以此來進行凈高優(yōu)化，避免后期變更所造成的造成工期和成本增加。

3.4.3 孔洞預留

依據(jù)機電模型進一步深化結構的預留洞位置，生成預留洞圖紙，避免現(xiàn)場因考慮不周造成的返工，從而最大程度上節(jié)省材料開支，并提高施工質(zhì)量，加快施工進度。

3.4.4 各專業(yè)機電出圖

BIM 出圖可將所建三維模型轉(zhuǎn)化為二維CAD 圖紙，為現(xiàn)場施工提供現(xiàn)場指導。因此，本項目根據(jù)機電各專業(yè)綜合管線深化結果，機電完成出圖，包含機電綜合管線圖、給排水專業(yè)圖、暖通水專業(yè)出圖、暖通風專業(yè)出圖、電氣專業(yè)出圖及復雜節(jié)點剖面圖。

3.5 基于BIM的鋼結構專業(yè)模型深化

勁性柱施工是本工程項目中的重難點，本項目BIM 運用Tekla 軟件進行勁性柱建模以及深化（見圖4）。深化的成果經(jīng)設計院確認后出具深化加工圖，移交工廠進行預制化施工，最終運輸現(xiàn)場進行安裝，有效地保證了施工的質(zhì)量和進度，做到真正提升質(zhì)量的前提下進行降本增效。

圖4 鋼結構專業(yè)模型深化流程

3.6 基于BIM與虛擬現(xiàn)實技術相結合的可視化協(xié)同設計及應用

BIM 技術主要用于建筑模型構建與信息儲存，而虛擬現(xiàn)實技術（Virtual Reality，VR）則側重于虛擬現(xiàn)實體驗。在創(chuàng)建虛擬環(huán)境時，VR 技術的模型及信息可由BIM 技術提供；VR技術則解決了困擾BIM 技術的“所見非所得”難題[7]。

3.6.1 可視化安全教育系統(tǒng)

將BIM 技術與虛擬現(xiàn)實技術VR 技術結合，構建可視化的安全教育系統(tǒng)（見圖5），如電焊作業(yè)觸電、塔吊作業(yè)危險源、挖機作業(yè)危險源、移動式腳手架傾覆等。針對上述危險性且復雜性較大的施工操作進行提前演練，可有效規(guī)避安全隱患，保障施工時的安全性，同時也使得安全教育不再是單純地動態(tài)漫游、圖像演示，而是能夠?qū)崿F(xiàn)真實可視化的沉浸式體驗，可提高安全教育的質(zhì)量，縮短施工時的時間及節(jié)約培訓投入成本，有利于安全管理。

圖5 BIM+VR結合的可視化安全教育系統(tǒng)

3.6.2 可視化臨設設計

臨設施工前，先根據(jù)已有設計圖紙建立對應的BIM 模型，再通過與VR 的結合，可直觀形象地展示臨設建成后的全貌，實現(xiàn)沉浸式觀覽及展示（見圖6）。決策人可將需要調(diào)整的意見反饋給BIM 人員，通過進一步的修改，最終實現(xiàn)臨設的優(yōu)化設計，形成最終的臨設樣板，為后續(xù)的施工起到一個樣板引路的作用。

圖6 臨設三維效果圖及建成實景圖

4 BIM技術應用效果

BIM 技術可以防止施工人員之間的糾紛，正確管理每個工作的人員數(shù)量，降低施工成本并避免項目延誤。本項目在方案優(yōu)化、深化設計等方面均應用了BIM 技術，總共為現(xiàn)場施工節(jié)省工期約95 d，節(jié)省勞動力約30 人，如表1 所示。

表1 BIM施工效益分析

由表1 可以看出，所有應用都在提高質(zhì)量，同時，減少了重復工作，提升了效率。這表明每個落地化應用都對提高工程質(zhì)量和保證施工順利進行有重要意義。

BIM 技術的成功應用除了體現(xiàn)在施工效益方面，還在經(jīng)濟效益方面有所展現(xiàn)，統(tǒng)計結果如表2 所示。

表2 BIM經(jīng)濟效益分析

由表2 可以看出，相較于傳統(tǒng)工作方法，BIM 技術的應用能有效節(jié)約項目成本，經(jīng)濟效益顯著。

5 結語

基于BIM 技術的新海港綜合交通樞紐及配套設施建設工程項目，解決了工程中出現(xiàn)的工期短，電管線多而復雜，機房種類多，設備多等問題。同時，采用BIM+VR 技術，消除了后期施工階段的成本超支并避免了施工安全問題，控制了工程成本并提升了工程的安全性。