BIM技術(shù)在智能綠色建筑中的應(yīng)用分析

鞠杰， 樊磊

（河南應(yīng)用技術(shù)職業(yè)學(xué)院）

1 引言

BIM 技術(shù)能夠應(yīng)用于工程規(guī)劃、勘察、設(shè)計(jì)、制造、施工及運(yùn)營(yíng)維護(hù)等各階段，實(shí)現(xiàn)建筑全生命期各參與方和環(huán)節(jié)的關(guān)鍵數(shù)據(jù)共享及協(xié)同，是實(shí)現(xiàn)建筑業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)、促進(jìn)智能建筑與綠色建筑的發(fā)展、提高建筑業(yè)信息化水平和推進(jìn)智慧城市建設(shè)的基礎(chǔ)性技術(shù)[1]。BIM 技術(shù)可實(shí)現(xiàn)對(duì)工程環(huán)境、能耗、經(jīng)濟(jì)、質(zhì)量、安全等性能方面的分析、檢查和模擬，為項(xiàng)目全過(guò)程方案優(yōu)化、科學(xué)決策、虛擬建造和協(xié)同提供技術(shù)支撐，為建設(shè)工程的提質(zhì)增效、節(jié)能環(huán)保創(chuàng)造條件，實(shí)現(xiàn)建筑業(yè)可持續(xù)發(fā)展。BIM 的深入應(yīng)用和發(fā)展，將有利于整合設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、施工、運(yùn)維等整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈，有利于建筑業(yè)生產(chǎn)組織模式創(chuàng)新，有利于市場(chǎng)資源合理配置，有利于推動(dòng)行業(yè)創(chuàng)新變革[2]。

2 工程概況

河南省醫(yī)藥創(chuàng)新轉(zhuǎn)化基地高端人才樓，位于鄭州市高新區(qū)鄭州大學(xué)東門(mén)，用地北臨翠竹街，西臨春藤路，南臨楓楊街，東臨石楠路，總用地面積75457.61m2。總建筑面積123723.47m2。

項(xiàng)目設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為二星智能綠色建筑，建造方式為裝配式，結(jié)構(gòu)形式為框架剪力墻及裝配式，整個(gè)工程由12個(gè)主樓，3個(gè)配套用房及地下兩層停車(chē)庫(kù)，其中5層～18層為裝配式構(gòu)件層。

3 BIM在項(xiàng)目管理中的應(yīng)用模式

BIM 技術(shù)在工程項(xiàng)目管理中的應(yīng)用，可分為三種模式：

1）單一業(yè)務(wù)應(yīng)用

應(yīng)用BIM 模型，解決單一的業(yè)務(wù)問(wèn)題，如：建筑曲面外形設(shè)計(jì)、工程量計(jì)算、建筑環(huán)境分析、施工技術(shù)交底、物料追蹤等。

2）多業(yè)務(wù)集成應(yīng)用

結(jié)合不同的業(yè)務(wù)應(yīng)用的需求，需要通過(guò)兼容數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)同平臺(tái)、借助于不同的軟件進(jìn)行多項(xiàng)業(yè)務(wù)的應(yīng)用。

3）與項(xiàng)目管理的集成應(yīng)用

其體現(xiàn)在應(yīng)用BIM技術(shù)信息協(xié)同有效解決項(xiàng)目管理中生產(chǎn)協(xié)同和數(shù)據(jù)協(xié)同的難題，如：通過(guò)協(xié)同平臺(tái)實(shí)現(xiàn)。文件管理、信息協(xié)同、設(shè)計(jì)管理、成本管理、質(zhì)量管理、進(jìn)度管理、安全管理等。本項(xiàng)目工程量大，施工周期短，管線布置錯(cuò)綜復(fù)雜，是河南地區(qū)首個(gè)大體量混凝土裝配式PC 結(jié)構(gòu)項(xiàng)目。為充分展示工程特色，克服工程難點(diǎn)，保證施工質(zhì)量，業(yè)主要求各專業(yè)施工階段應(yīng)用BIM 技術(shù)，BIM 咨詢方提供應(yīng)用平臺(tái)，業(yè)主方、監(jiān)理方、施工方共同運(yùn)用一套BIM管理模式，多家施工單位在同一個(gè)平臺(tái)運(yùn)作，是BIM技術(shù)在項(xiàng)目管理集成應(yīng)用模式的實(shí)例體現(xiàn)。

4 BIM技術(shù)在設(shè)計(jì)階段的應(yīng)用

4.1 施工圖會(huì)審

根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙，利用BIM 軟件創(chuàng)建本項(xiàng)目各專業(yè)模型，通過(guò)可視化成果展示，檢驗(yàn)是否具備施工性，檢查圖紙中存在相互矛盾、無(wú)數(shù)據(jù)信息、數(shù)據(jù)錯(cuò)誤等方面的問(wèn)題，出具《圖紙綜合分析報(bào)告》，確保圖紙錯(cuò)誤得到修訂、無(wú)遺漏。

4.2 場(chǎng)地規(guī)劃，三維現(xiàn)場(chǎng)布置

建立施工場(chǎng)地的布置模型，包括臨時(shí)設(shè)施、生產(chǎn)加工區(qū)、材料堆場(chǎng)、道路及辦公區(qū)域設(shè)置是否合理，通過(guò)動(dòng)態(tài)調(diào)整進(jìn)行合理布局，選擇最佳方案，提高工作效率及質(zhì)量，做到綠色施工、降噪節(jié)能減排。

4.3 智能綠色建筑分析

BIM技術(shù)在智能綠色建筑設(shè)計(jì)中的應(yīng)用大致有兩種途徑，一是在BIM模型中增加相應(yīng)信息，通過(guò)統(tǒng)計(jì)功能判定是否達(dá)到《綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》相應(yīng)條文的要求，二是借助第三方模擬分析軟件，根據(jù)計(jì)算分析結(jié)果判定是否滿足《綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》相應(yīng)條文的要求（見(jiàn)圖1）。

圖1 9#樓2層綠色建筑分析

5 BIM技術(shù)在施工階段的應(yīng)用

5.1 三維可視化樣板

通過(guò)使用BIM 技術(shù)搭建三維虛擬樣板，建設(shè)和完善施工工藝庫(kù)，形成標(biāo)準(zhǔn)化工藝流程，既方便現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員對(duì)施工情況的理解，也能強(qiáng)化現(xiàn)場(chǎng)工人的操作流程，使工作方法標(biāo)準(zhǔn)化，從而達(dá)到提升施工水平與成本管控，同時(shí)在達(dá)到樣板引路的前提下，不僅節(jié)約了材料和空間，還可以實(shí)現(xiàn)三維模型的重復(fù)使用[3]。

5.2 虛擬施工，可視化技術(shù)交底

BIM技術(shù)在項(xiàng)目建造階段的應(yīng)用主要體現(xiàn)在模擬施工過(guò)程，檢驗(yàn)施工工序，確保施工安全、質(zhì)量和進(jìn)度。對(duì)于工程的關(guān)鍵部位，施工方案三維可視化技術(shù)交底對(duì)于施工單位提高工程質(zhì)量和保障施工安全及工期方面起到了重要作用。

5.3 工程進(jìn)度模擬與控制

應(yīng)用BIM 技術(shù)進(jìn)行工程進(jìn)度模擬，將施工計(jì)劃與實(shí)際施工進(jìn)度進(jìn)行對(duì)比，分析差異原因，調(diào)配資源、降低風(fēng)險(xiǎn)和控制成本[4]。

5.4 工程精算

項(xiàng)目使用魯班BE系統(tǒng)對(duì)工程項(xiàng)目建模取量，根據(jù)工程實(shí)際需要，提供對(duì)應(yīng)材料工程量，以便按需提供材料、設(shè)備等進(jìn)場(chǎng)。

6 PC裝配式施工

本項(xiàng)目5 層～18 層為裝配式構(gòu)件層，結(jié)合工程特點(diǎn)和裝配式施工流程，運(yùn)用BIM技術(shù)解決PC裝配式施工中的重難點(diǎn)問(wèn)題。

6.1 PC裝配式施工流程

6.1.1 裝配式構(gòu)件拆分優(yōu)化

根據(jù)施工方提供的施工需求及構(gòu)件加工廠生產(chǎn)、運(yùn)輸能力形成可供構(gòu)件加工生產(chǎn)的最終加工圖。

6.1.2 施工管理前期策劃

大型機(jī)械的合理化選型及定位、吊裝作業(yè)平面布置、PC 構(gòu)件上涉及施工機(jī)械外架等預(yù)留預(yù)埋、機(jī)電預(yù)留預(yù)埋、施工進(jìn)度要求。

6.1.3 構(gòu)件加工生產(chǎn)

根據(jù)最終版加工圖及施工進(jìn)度要求進(jìn)行模具加工及構(gòu)件生產(chǎn)。

6.1.4 構(gòu)件吊裝施工

根據(jù)施工進(jìn)度要求組織構(gòu)件進(jìn)場(chǎng)驗(yàn)收及現(xiàn)場(chǎng)吊裝施工，并保證裝配式建筑施工各項(xiàng)質(zhì)量要求。

6.2 PC裝配式施工重難點(diǎn)問(wèn)題及BIM解決方案

PC裝配式施工，在設(shè)計(jì)階段，完成標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)、成品房策劃、構(gòu)件一次拆分，深化設(shè)計(jì)階段，完成構(gòu)件二次拆分、管線綜合深化及現(xiàn)場(chǎng)支護(hù)深化，生成運(yùn)輸階段，采取二維碼應(yīng)用、完成模具設(shè)計(jì)、進(jìn)行質(zhì)量管理，施工現(xiàn)場(chǎng)管理階段，進(jìn)行構(gòu)件安裝、場(chǎng)部構(gòu)件堆場(chǎng)、塔吊選位、流水施工作業(yè)等，運(yùn)營(yíng)維護(hù)階段，進(jìn)行物業(yè)管理、檔案管理和運(yùn)行維護(hù)等。

6.3 PC拆分設(shè)計(jì)

拆分設(shè)計(jì)將建筑方案設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、構(gòu)件制作、施工安裝、構(gòu)配件采購(gòu)供應(yīng)等集于一體的技術(shù)。構(gòu)件一次拆分深化主要針對(duì)構(gòu)件標(biāo)準(zhǔn)化、生產(chǎn)加工工藝。裝配式建筑構(gòu)件標(biāo)準(zhǔn)化對(duì)于項(xiàng)目降低成本有著至關(guān)重要影響，本項(xiàng)目原設(shè)計(jì)預(yù)制構(gòu)件72 種191個(gè)，經(jīng)過(guò)BIM設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化后預(yù)制構(gòu)件種類歸并至33種93個(gè)。成品房設(shè)計(jì)對(duì)精裝點(diǎn)位、開(kāi)關(guān)插座等細(xì)節(jié)進(jìn)行深化，包括布局、電氣點(diǎn)位設(shè)計(jì)、預(yù)埋水電管線等。

6.4 二次深化設(shè)計(jì)

二次深化設(shè)計(jì)從構(gòu)件合并、外掛架設(shè)計(jì)模擬、模板加固、碰撞檢查、標(biāo)準(zhǔn)外防護(hù)架安裝及技術(shù)交底、塔吊選型布置、人貨電梯深化設(shè)計(jì)、構(gòu)件深化加工出圖、水電管線預(yù)埋、流水施工組織設(shè)計(jì)等方面進(jìn)行考慮。

外掛架設(shè)置充分考慮豎向鋼筋，灌漿套筒，模板對(duì)拉螺栓，及水電預(yù)留孔洞等因素對(duì)施工的影響制定加固方案，利用BIM 技術(shù)輔助標(biāo)準(zhǔn)外防護(hù)架方案編制建立標(biāo)準(zhǔn)外防護(hù)架模型，通過(guò)模型精確反映受力鋼筋，模板對(duì)拉螺栓，水電預(yù)留孔洞斜支撐預(yù)埋件、預(yù)埋吊釘?shù)奈恢藐P(guān)系，確定最終標(biāo)準(zhǔn)外防護(hù)架在預(yù)制墻板上的預(yù)留預(yù)埋，如圖2所示。

圖2 基于BIM外掛架設(shè)置分析

通過(guò)建立BIM 模型輔助標(biāo)準(zhǔn)外防護(hù)架設(shè)計(jì)、生產(chǎn)加工及現(xiàn)場(chǎng)安裝，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)外防護(hù)架安裝模擬對(duì)工人進(jìn)行交底。利用BIM模型輔助裝配式施工模板設(shè)計(jì)，可合理布置加固措施避免與內(nèi)部斜支撐、外部標(biāo)準(zhǔn)外防護(hù)架等施工措施碰撞，保障施工順利進(jìn)行。

通過(guò)建立BIM 模型，發(fā)現(xiàn)陽(yáng)臺(tái)位置斜支撐空間不夠，樓梯間兩側(cè)預(yù)制墻體無(wú)法斜支撐加固等情況。采取側(cè)向固定陽(yáng)臺(tái)和制作非標(biāo)斜支撐固定至休息平臺(tái)、兩側(cè)墻體對(duì)拉的方式來(lái)解決。

基于BIM模型，確定塔吊選型、定位和構(gòu)件二次拆分，在本項(xiàng)目中，通過(guò)BIM 模型統(tǒng)計(jì)YWQ1 重65.2kN，距塔吊約28m，力矩為1820kN·m，超過(guò)TC7030 吊28m 起重能力1120kN·m，則構(gòu)件需二次拆分。

基于BIM 模型，設(shè)置漫游路徑，三維可視狀態(tài)下，沉浸式進(jìn)行模型檢查，對(duì)不同專業(yè)間模型發(fā)生的直接碰撞、圖紙數(shù)據(jù)標(biāo)注不全、尺寸不合理等各類問(wèn)題，通過(guò)設(shè)計(jì)單位及時(shí)溝通有效解決，優(yōu)化管線排布，提高機(jī)電安裝質(zhì)量，減少現(xiàn)場(chǎng)返工。

7 結(jié)語(yǔ)

在建筑業(yè)不斷實(shí)現(xiàn)技術(shù)創(chuàng)新、轉(zhuǎn)型升級(jí)的過(guò)程中，BIM 技術(shù)起到了至關(guān)重要的推動(dòng)作用。基于BIM 智慧數(shù)字平臺(tái)的應(yīng)用，使智能綠色建筑施工過(guò)程中的空間管理、資產(chǎn)管理、材料管理、安全管理、運(yùn)維管理等信息共享、協(xié)同合作效率得到大大提升?；谛录夹g(shù)、跨領(lǐng)域、多學(xué)科的技術(shù)交互和數(shù)字孿生的應(yīng)用，將大力提升BIM 技術(shù)在智能綠色建筑工程管理中的重要作用，有效提高了生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，確保了該項(xiàng)目的順利實(shí)施。