基于BIM技術(shù)的建設(shè)項(xiàng)目智能建造應(yīng)用研究

吳瑜靈

（1、廣東省建設(shè)工程質(zhì)量安全檢測(cè)總站有限公司 廣州 510500；2、廣東建科創(chuàng)新技術(shù)研究院有限公司 廣州 510500）

0 引言

建筑業(yè)是我國(guó)的經(jīng)濟(jì)支柱產(chǎn)業(yè)，在國(guó)家建設(shè)中具有重要作用。一直以來(lái)，建筑生產(chǎn)技術(shù)和施工方式粗放、落后、建造效率低［1］。為了提升建筑業(yè)信息化、數(shù)字化應(yīng)用水平，促進(jìn)建筑業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型發(fā)展，近年來(lái)，國(guó)家及相關(guān)部委、地方出臺(tái)了多項(xiàng)指導(dǎo)文件，推動(dòng)智能建造在工程建設(shè)各環(huán)節(jié)應(yīng)用，提升工程質(zhì)量安全、效益和品質(zhì)。2022年11月9日，國(guó)家住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部發(fā)布《關(guān)于公布智能建造試點(diǎn)城市的通知》，將廣州、深圳、佛山等24個(gè)城市列為智能建造試點(diǎn)城市。

在政策文件的推動(dòng)下，眾多建設(shè)項(xiàng)目積極展開(kāi)智能建造應(yīng)用研究。李仲等人［2］針對(duì)項(xiàng)目智能建造管理，將BIM 技術(shù)和信息化管理方式與EPC 模式充分融合，促進(jìn)設(shè)計(jì)深化全過(guò)程智能化管理；張艷平等人［3］在東莞某大型綜合體項(xiàng)目中結(jié)合BIM、VR、無(wú)人機(jī)測(cè)繪等，探索智能建造技術(shù)應(yīng)用新場(chǎng)景，提高建造效率和質(zhì)量。但是，既有的項(xiàng)目應(yīng)用和研究大都是針對(duì)單個(gè)應(yīng)用場(chǎng)景展開(kāi)分析［1］，缺少各智能建造應(yīng)用之間的數(shù)據(jù)組織、傳遞、協(xié)同研究。

隨著智能建造技術(shù)發(fā)展和BIM 應(yīng)用的深入，如何基于BIM 技術(shù)打破建造過(guò)程中的信息孤島，整合各階段業(yè)務(wù)流程，建立智能建造技術(shù)應(yīng)用體系是亟需解決的問(wèn)題。

本文依托某項(xiàng)目，研究基于BIM 的智能建造技術(shù)以及在項(xiàng)目中的應(yīng)用體系和應(yīng)用場(chǎng)景，為建設(shè)項(xiàng)目智能建造技術(shù)實(shí)施提供借鑒。

1 工程概況

某項(xiàng)目用地紅線(xiàn)面積約8 萬(wàn)m2，總建筑面積為31.2萬(wàn)m2，地下面積約2.6萬(wàn)m2，地上面積約28.6萬(wàn)m2。

建設(shè)內(nèi)容包括4 棟單體和和一層地下室，包括廠(chǎng)房、地下機(jī)動(dòng)車(chē)停車(chē)庫(kù)、設(shè)備用房及其他配套用房等。項(xiàng)目結(jié)構(gòu)類(lèi)型采用剪力墻結(jié)構(gòu)（塔樓）及框架結(jié)構(gòu)（多層）。結(jié)構(gòu)形式為鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)形式擬采用樁基礎(chǔ)。項(xiàng)目整體效果如圖1所示。

圖1 項(xiàng)目整體效果Fig.1 Overall Effect of the Project

1.1 項(xiàng)目重難點(diǎn)

1.1.1 施工工期緊張項(xiàng)目施工工期短，需要建立高效的組織管理體系，優(yōu)化資源配置和施工進(jìn)度計(jì)劃，從而保障項(xiàng)目工期。

1.1.2 專(zhuān)業(yè)工程交叉多

項(xiàng)目室內(nèi)外空間管線(xiàn)布局復(fù)雜，系統(tǒng)繁多（包含通風(fēng)空調(diào)、給排水、供電等系統(tǒng)），專(zhuān)業(yè)接口關(guān)系復(fù)雜，預(yù)留預(yù)埋多，設(shè)備安裝精度要求高。

1.1.3 安全生產(chǎn)管理難度大

項(xiàng)目施工場(chǎng)區(qū)內(nèi)大型機(jī)械設(shè)備較多，存在多專(zhuān)業(yè)多設(shè)備的交叉作業(yè)，給現(xiàn)場(chǎng)安全生產(chǎn)管理工作帶來(lái)了挑戰(zhàn)。

1.1.4 總包管理難度大

工程規(guī)模大、單體建筑多，現(xiàn)場(chǎng)大規(guī)模、多單位、多專(zhuān)業(yè)、多工種、交叉施工作業(yè)，施工過(guò)程難以把控，突發(fā)事件此起彼伏，人員、物資、機(jī)械設(shè)備調(diào)控頻繁，施工生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)管控難度大。

1.2 技術(shù)路線(xiàn)

以BIM 模型為核心，建立智能建造全過(guò)程數(shù)據(jù)傳遞鏈，通過(guò)項(xiàng)目公共數(shù)據(jù)環(huán)境（Common Data Environment，CDE）實(shí)現(xiàn)多源信息的集成、傳遞、協(xié)同，實(shí)現(xiàn)智能建造應(yīng)用的規(guī)范化實(shí)施。技術(shù)路線(xiàn)如圖2所示。

圖2 技術(shù)流程Fig.2 Technical Flow Chart

2 智能建造技術(shù)

2.1 BIM精細(xì)化設(shè)計(jì)

通過(guò)BIM 技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)方案的深化、優(yōu)化，建立高精細(xì)度的BIM 模型，為智能建造應(yīng)用提供可靠數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

2.1.1 BIM模型創(chuàng)建

依據(jù)施工圖設(shè)計(jì)和其他設(shè)計(jì)資料創(chuàng)建符合智能建造應(yīng)用需求的BIM 模型，包括建筑模型、結(jié)構(gòu)模型、機(jī)電模型等。結(jié)合施工建造方案、進(jìn)度計(jì)劃等對(duì)BIM模型進(jìn)行深化、優(yōu)化，補(bǔ)充施工深化信息，創(chuàng)建施工BIM模型。

2.1.2 錯(cuò)漏碰缺核查

目前，建設(shè)項(xiàng)目規(guī)模越來(lái)越大、建筑設(shè)計(jì)越來(lái)越復(fù)雜，給設(shè)計(jì)深化帶來(lái)了巨大的工作量［4］。利用BIM技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)審查，以智能檢查工具代替設(shè)計(jì)人員的大量重復(fù)勞動(dòng)，提升工作效率和質(zhì)量，是實(shí)現(xiàn)智能建造的重要一步。

在建造階段，通過(guò)各專(zhuān)業(yè)BIM 模型對(duì)設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行錯(cuò)漏碰缺檢查，發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)圖紙存在的問(wèn)題，審查圖紙的缺漏項(xiàng)，提出合理化建議?；趧?chuàng)建好的初始BIM 模型（見(jiàn)圖3），利用碰撞檢查軟件、BIM 規(guī)則審查軟件等工具，對(duì)設(shè)計(jì)規(guī)范要求、軟硬碰撞情況等進(jìn)行自動(dòng)核查，匯編成校審成果報(bào)告。

圖3 硬碰撞檢查Fig.3 Hard Collision Check

針對(duì)模型核查匯總的各項(xiàng)問(wèn)題，以BIM 模型為主體進(jìn)行問(wèn)題跟蹤、協(xié)同，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)-施工協(xié)同工作，高效解決設(shè)計(jì)中的錯(cuò)漏碰缺問(wèn)題。

2.1.3 管綜優(yōu)化深化

管線(xiàn)深化設(shè)計(jì)是建造階段的重難點(diǎn)工作。通過(guò)BIM 等數(shù)字化技術(shù)輔助管綜深化設(shè)計(jì)、下料加工等，促進(jìn)管線(xiàn)精細(xì)化施工。通過(guò)整合各專(zhuān)業(yè)BIM 模型，依據(jù)管線(xiàn)安裝規(guī)范、管線(xiàn)布置主要原則和凈高控制要求進(jìn)行管線(xiàn)優(yōu)化調(diào)整。

在管線(xiàn)優(yōu)化前，初始設(shè)計(jì)方案中管線(xiàn)存在眾多交叉碰撞、路徑曲折環(huán)繞不清晰、總體空間不雅觀、不滿(mǎn)足凈高要求、施工現(xiàn)場(chǎng)調(diào)整難度大等問(wèn)題。經(jīng)過(guò)管線(xiàn)優(yōu)化，解決管線(xiàn)交叉碰撞問(wèn)題，優(yōu)化管線(xiàn)排布路徑和空間分布，保證各區(qū)域的凈高滿(mǎn)足設(shè)計(jì)和使用要求，如圖4所示。

圖4 管綜優(yōu)化與凈高分析Fig.4 Pipe Optimisation and Clear Height Analysis

2.1.4 BIM出圖

基于BIM 模型的正向設(shè)計(jì)與出圖是實(shí)現(xiàn)數(shù)字化智能建造的必由之路［5］。

在BIM 模型創(chuàng)建之前，根據(jù)各專(zhuān)業(yè)出圖規(guī)范和要求，建立支持快速出圖的Revit 構(gòu)件庫(kù)以及出圖樣板文件。完成BIM 模型施工深化優(yōu)化后，對(duì)模型進(jìn)行標(biāo)注標(biāo)識(shí)，完成從三維模型到二維圖紙的無(wú)縫銜接。

2.2 數(shù)字化智能建造［6］

2.2.1 基于BIM的施工方案優(yōu)化

依據(jù)高支模架體專(zhuān)項(xiàng)施工方案建立BIM 模型，通過(guò)BIM 的可視化以模型漫游等方式輔助專(zhuān)家論證會(huì)審工作，對(duì)方案提出合理化建議，最后形成施工優(yōu)化方案，如圖5所示。

圖5 基于BIM的高支模方案深化Fig.5 BIM-based Deepening of the High Support Mould Scheme

2.2.2 節(jié)點(diǎn)數(shù)字化加工

針對(duì)本項(xiàng)目復(fù)雜的鋼筋節(jié)點(diǎn)，比如主次梁交匯處，建立BIM 模型并進(jìn)行深化，對(duì)規(guī)格相同的構(gòu)件形成樣板，并進(jìn)行三維技術(shù)交底，輔助現(xiàn)場(chǎng)施工，保證現(xiàn)場(chǎng)施工作業(yè)的可操作性，如圖6所示。

圖6 建造節(jié)點(diǎn)BIM深化Fig.6 BIM Deepening of Construction Nodes

3 項(xiàng)目示范應(yīng)用

3.1 管綜深化

為了保障管線(xiàn)施工安裝質(zhì)量和效率，減少后期返工，對(duì)機(jī)房間、過(guò)道等管線(xiàn)布置復(fù)雜、空間警告要求高的區(qū)域，采用BIM 技術(shù)進(jìn)行管線(xiàn)深化設(shè)計(jì)。在建造安裝過(guò)程中，基于深化后的BIM 模型指導(dǎo)管線(xiàn)下料、安裝，實(shí)現(xiàn)按模施工、圖模一致的高質(zhì)量建造。

對(duì)特殊區(qū)域形成多種管線(xiàn)排布方案，以三維可視化的形式展示不同方案的優(yōu)缺點(diǎn)，如圖7 所示。在滿(mǎn)足工藝要求和降低施工成本中尋找平衡點(diǎn)，確定最優(yōu)方案，節(jié)約成本，提高施工效率。

圖7 硬碰撞檢查Fig.7 Hard Collision Check （mm）

3.2 二結(jié)構(gòu)精細(xì)化施工

砌體工程作為結(jié)構(gòu)工程和機(jī)電安裝工程、裝飾裝修工程的銜接點(diǎn)，在施工過(guò)程中存在大量的專(zhuān)業(yè)穿插和配合工作［7］。傳統(tǒng)的施工砌筑方式存在過(guò)多依賴(lài)于砌筑工人的經(jīng)驗(yàn)、砌塊切割隨意性大、材料浪費(fèi)、損耗嚴(yán)重等問(wèn)題，從而給項(xiàng)目的成本、質(zhì)量管理帶來(lái)很大的壓力［8］。

3.2.1 砌塊智能化排布

基于BIM 模型對(duì)砌體進(jìn)行排布，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)用料規(guī)格，提前優(yōu)化好磚的類(lèi)型及尺寸，統(tǒng)一排版，提高砌筑的觀感質(zhì)量，減少浪費(fèi)。同時(shí)，按照深化砌體圖輔助材料計(jì)劃，精準(zhǔn)控制用量，減少樓層間材料周轉(zhuǎn)。

自動(dòng)化進(jìn)行二結(jié)構(gòu)BIM 深化，手動(dòng)對(duì)個(gè)別位置排磚進(jìn)行調(diào)整，如圖8所示。完成后的模型，直接導(dǎo)出砌體結(jié)構(gòu)排布圖和砌塊用料表。根據(jù)砌塊用料表（見(jiàn)表1）出具下料單，進(jìn)行不同規(guī)格砌塊的精準(zhǔn)下料。

表1 二結(jié)構(gòu)排磚用料Tab.1 Material for Substructure Rows of Bricks

圖8 二結(jié)構(gòu)智能排磚Fig.8 Intelligent Bricklaying in Two Structures

3.2.2 預(yù)留預(yù)埋數(shù)字化管理

在砌體結(jié)構(gòu)的孔洞預(yù)留布置中，在二結(jié)構(gòu)BIM 模型中參考機(jī)電管線(xiàn)深化BIM 模型進(jìn)行墻體自動(dòng)開(kāi)洞，洞口自動(dòng)標(biāo)注等。

以深化后的洞口布置BIM 模型作為主體，配合CAD 圖紙供各專(zhuān)業(yè)單位對(duì)預(yù)留孔洞進(jìn)行確認(rèn)（見(jiàn)圖9），保證各專(zhuān)業(yè)管線(xiàn)、設(shè)備能合理安裝，減少后期鑿洞、重新砌筑等返工對(duì)成本、質(zhì)量、進(jìn)度造成的影響。

圖9 管綜預(yù)留孔洞Fig.9 Pipe Complex Pre-drilled Holes （mm）

3.3 現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)度數(shù)字化管理

隨著建筑業(yè)規(guī)模的持續(xù)擴(kuò)大，項(xiàng)目超工期的現(xiàn)象普遍存在，這對(duì)進(jìn)度管理提出了更高的要求，迫切需要一種更有效的進(jìn)度管理方法來(lái)改善這些行業(yè)現(xiàn)狀［9］。

本項(xiàng)目通過(guò)對(duì)BIM 模型與施工進(jìn)度計(jì)劃相結(jié)合，對(duì)施工關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)進(jìn)行虛擬建造，及時(shí)找出進(jìn)度偏差，如圖10 所示，查找原因并作出相應(yīng)施工部署，實(shí)現(xiàn)對(duì)項(xiàng)目進(jìn)度的動(dòng)態(tài)管控。

圖10 現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)度數(shù)字化管理Fig.10 Digital Management of Site Progress

4 總結(jié)

本文對(duì)BIM 技術(shù)在智能建造中的典型應(yīng)用場(chǎng)景進(jìn)行應(yīng)用研究。基于BIM 技術(shù)實(shí)現(xiàn)從建設(shè)項(xiàng)目設(shè)計(jì)深化、數(shù)字化加工到施工等建設(shè)全過(guò)程智能建造應(yīng)用。經(jīng)過(guò)項(xiàng)目實(shí)踐，充分證明了BIM 技術(shù)在智能建造體系中的關(guān)鍵作用：

⑴基于BIM 技術(shù)的設(shè)計(jì)施工一體化，將設(shè)計(jì)和現(xiàn)場(chǎng)結(jié)合起來(lái)，能實(shí)時(shí)反饋現(xiàn)場(chǎng)設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)并預(yù)留運(yùn)營(yíng)管理接口。

⑵基于BIM 技術(shù)的結(jié)構(gòu)排磚和孔洞預(yù)留預(yù)埋的現(xiàn)場(chǎng)施工難度大大降低，BIM 技術(shù)輔助精細(xì)化施工具有顯著信息優(yōu)勢(shì)。

⑶BIM 技術(shù)通過(guò)將模型與進(jìn)度計(jì)劃相結(jié)合，用于制定詳細(xì)的施工進(jìn)度計(jì)劃，并進(jìn)行資源管理，可更好地預(yù)測(cè)施工過(guò)程中可能出現(xiàn)的問(wèn)題。

受限于項(xiàng)目體量和特征，本文較少對(duì)智能建造領(lǐng)域其他專(zhuān)業(yè)技術(shù)如數(shù)字測(cè)繪、智能機(jī)器人等的分析和應(yīng)用進(jìn)行探討。未來(lái)的研究應(yīng)該著眼于如何將BIM技術(shù)與其他數(shù)字化技術(shù)緊密結(jié)合，實(shí)現(xiàn)一模多用、多源數(shù)據(jù)高效集成應(yīng)用，以實(shí)現(xiàn)全過(guò)程高效的數(shù)字化智能建造。