濟(jì)南西客站站前廣場(chǎng)地下工程BIM 應(yīng)用

曾大林 趙靈敏 岳廣飛

(1.同濟(jì)大學(xué)經(jīng)濟(jì)與管理學(xué)院，上海 200092;2.濟(jì)南柏慕營(yíng)特工程咨詢有限公司，濟(jì)南 250014)

1 引言

BIM 是一種三維構(gòu)思、三維設(shè)計(jì)、三維建造、三維運(yùn)營(yíng)的理念，它能夠改變建筑業(yè)的生產(chǎn)和運(yùn)營(yíng)管理方式。BIM 具有精確的成本控制和管理、直觀和便捷的進(jìn)度管理、高效的建設(shè)環(huán)境校核、高效的可持續(xù)建筑分析、克服勞動(dòng)力技術(shù)力量短缺、教育和語(yǔ)言障礙、更有效的設(shè)計(jì)協(xié)調(diào)和評(píng)估、更有效的物業(yè)和信息資產(chǎn)管理等諸多應(yīng)用特點(diǎn)［1］。美國(guó)等一些發(fā)達(dá)的國(guó)家應(yīng)用BIM 的工程比較多，獲得了不錯(cuò)的效益。

我國(guó)工程建設(shè)行業(yè)從2003 年開始BIM 技術(shù)在實(shí)際項(xiàng)目中的應(yīng)用及研究工作。截至目前，我國(guó)已經(jīng)擁有了一定數(shù)量在不同程度上應(yīng)用過BIM 技術(shù)的業(yè)主、設(shè)計(jì)和施工企業(yè)。尤其是在2008 年之后，BIM 應(yīng)用得到了一定的發(fā)展，受到越來越多的工程項(xiàng)目青睞，成為推進(jìn)我國(guó)建筑業(yè)發(fā)展的寵兒。

濟(jì)南西客站建設(shè)是一項(xiàng)規(guī)模比較大且復(fù)雜的工程，在設(shè)計(jì)、施工等階段容易遇到的問題及困難比較多。BIM 技術(shù)的引入給工程帶來很大的效益，同時(shí)為今后BIM 在該區(qū)域內(nèi)其它工程項(xiàng)目的推廣及應(yīng)用打下良好基礎(chǔ)。

2 工程的特點(diǎn)

濟(jì)南西客站項(xiàng)目是山東省重點(diǎn)工程，其站前廣場(chǎng)項(xiàng)目是整個(gè)西客站項(xiàng)目的重點(diǎn)工程。它包括商業(yè)綜合體、站前廣場(chǎng)、西南角公交站房及相關(guān)地下工程。總建筑面積32 萬(wàn)平方米，地下建筑面積約24 萬(wàn)平方米，地上建筑面積約8 萬(wàn)平方米。該項(xiàng)目規(guī)模巨大，參建單位多，技術(shù)和管理非常復(fù)雜，業(yè)主對(duì)參建各方的要求甚高，這給施工帶來很大的困難。具體可歸結(jié)于下:

(1)地下工程大，管線多而復(fù)雜。

(2)主體工程量巨大，計(jì)算不易。

(3)安裝難度較大。

因此，為保證該項(xiàng)目如期完成，業(yè)主要求施工階段不能有過多或者過大的修改。這便給項(xiàng)目設(shè)計(jì)及施工提出了較大的要求。

如何提高決策的準(zhǔn)確度和效率、減少變更浪費(fèi)、提高管理效益、盡快實(shí)現(xiàn)投資回報(bào)等一系列的問題，成為投資方、管理方以及總承包方所最為關(guān)心的問題。BIM(建筑信息模型)理念的引入，給建設(shè)領(lǐng)域項(xiàng)目管理注入了新的活力，也受到業(yè)方的高度重視。

3 BIM 應(yīng)用的方法及工具

項(xiàng)目中BIM 應(yīng)用內(nèi)容主要包括三個(gè)方面:建筑結(jié)構(gòu)及設(shè)備之間的碰撞檢查、工程量統(tǒng)計(jì)、4D 施工模擬。下面分別對(duì)三個(gè)方面的BIM 應(yīng)用的方法進(jìn)行探討。

3.1 管線綜合

管線綜合可以用一句話來描述，那就是:建模先土建，后管線，從上到下，從大到小減避讓，匯成文檔并出圖［2］。

(1)描二成三建模型

“描二成三”是指BIM 建模員根據(jù)甲方提供的二維圖紙，使用Revit 軟件搭建三維模型，包括建筑、結(jié)構(gòu)、水暖電。見圖1、圖2。

(2)碰撞檢測(cè)

碰撞檢測(cè)主要包含三方面的內(nèi)容:

一是土建模型內(nèi)部的不合理碰撞，即建筑和結(jié)構(gòu)之間的不合理布局。如根據(jù)二維施工圖紙的設(shè)計(jì)，生成三維模型，可以看出某梁的標(biāo)高過低，與門接近，無(wú)法為過道流出足夠的凈高。

二是管線與土建模型的碰撞檢測(cè)，這種碰撞一般是必須調(diào)整的，主要調(diào)整對(duì)象為管線的位置，如果建筑或者結(jié)構(gòu)十分不合理，也可以調(diào)整建筑或者結(jié)構(gòu)(見圖3)。

圖1 建筑結(jié)構(gòu)整體模型

圖2 設(shè)備管線整體模型

圖3 冷水管、熱水回水管、冷卻水供水管與某梁相碰

圖4 消防水管道與風(fēng)管交錯(cuò)

圖5 多管交匯處管線避讓調(diào)整

三是管線之間，即電氣、水、暖通設(shè)備管線之間的碰撞檢測(cè)。在傳統(tǒng)二維設(shè)計(jì)中，管線的設(shè)計(jì)屬于粗放型的，設(shè)計(jì)師為施工人員提供的圖紙都是系統(tǒng)圖，也即示意圖，在某些局部復(fù)雜且管線較多的地方，施工人員無(wú)法根據(jù)示意圖完成安裝，或者做了不合理的安裝工作，最后對(duì)施工質(zhì)量大打折扣，見圖4。而采用Revit 進(jìn)行三維管線綜合設(shè)計(jì)則是精細(xì)化設(shè)計(jì)，它能為滿足工程嚴(yán)苛的凈高要求產(chǎn)生很大裨益。因此，利用Revit MEP 軟件自身的功能，對(duì)管線模型進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)，再由具有施工經(jīng)驗(yàn)的工程師對(duì)檢測(cè)出的碰撞挑選出有必要調(diào)整的部分，形成書面報(bào)告。

(3)管線綜合優(yōu)化設(shè)計(jì)(管線調(diào)整避讓)

管線綜合優(yōu)化設(shè)計(jì)是根據(jù)管線碰撞檢測(cè)報(bào)告，對(duì)出現(xiàn)問題的地方進(jìn)行調(diào)整，目的是為滿足建筑體功能流出足夠的凈高和空間。三維的BIM 模型具有精確調(diào)整管線標(biāo)高及位置的功能，利用其對(duì)需要調(diào)整的地方進(jìn)行精確調(diào)整，對(duì)施工人員會(huì)起到很大的幫助。見圖5。

(4)匯成文檔并出圖

三維設(shè)計(jì)的管線綜合成果的輸出不同于二維設(shè)計(jì)形式，一般可分為四個(gè)層次的成果提交。一是管線綜合平面圖;二是局部剖面大樣;三是局部三維軸測(cè)圖;四是DWF 格式的BIM 模型。圖6 和圖7分別展示了局部軸測(cè)圖和標(biāo)高層次示意圖。

圖6 某局部軸測(cè)圖

圖7 管線綜合標(biāo)高層次示意圖

圖8 某樓層結(jié)構(gòu)工程量明細(xì)(局部)

3.2 工程量統(tǒng)計(jì)

工程量統(tǒng)計(jì)是工程成本核算的最主要部分，一般有三種方法獲取BIM 模型中的工程量:一是利用應(yīng)用程序接口(API)在BIM 軟件和成本預(yù)算軟件中建立連接;二是利用開放式數(shù)據(jù)庫(kù)連接(ODBC)直接訪問BIM 軟件數(shù)據(jù)庫(kù);三是利用BIM 的自動(dòng)算量功能將工程量導(dǎo)入到Excel 表中，然后按照傳統(tǒng)方式進(jìn)行成本核算。［3］

工程量統(tǒng)計(jì)是在土建模型、管線模型都已經(jīng)優(yōu)化之后的基礎(chǔ)上，對(duì)項(xiàng)目的主材料和輔材料進(jìn)行量的統(tǒng)計(jì)。由于Revit 軟件具有自動(dòng)統(tǒng)計(jì)功能，BIM 工程師需要做的就是設(shè)置好工程量材料的歸類以及材料信息的標(biāo)注，如圖8。工程量統(tǒng)計(jì)能否為造價(jià)人員提供準(zhǔn)確的量的依據(jù)，主要取決于兩方面的內(nèi)容，即模型的精細(xì)程度和材料信息的分類能否與造價(jià)人員所需要的材料清單相符。

3.3 施工模擬

施工模擬一般用于工程的管線安裝，尤其是管線復(fù)雜的部分。在安裝過程中，有些施工人員憑借長(zhǎng)年的施工經(jīng)驗(yàn)對(duì)某些需要特別注意的管線采取了常規(guī)的安裝模式，造成的結(jié)果是安裝完成后的管線排布并沒有和BIM 模型中管線排布一樣，影響了施工質(zhì)量。其中的主要原因是施工人員沒有足夠掌握所要安裝內(nèi)容的信息，出現(xiàn)了管線安裝順序不妥的情況，從而出現(xiàn)了質(zhì)量問題。如某部分需要先安裝橫向的排水管，再安裝其它較大的風(fēng)管、電纜橋架等，但安裝人員忽略了這一點(diǎn)，采取了先安裝電纜橋架的辦法，并且占據(jù)了排水管的空間，也無(wú)法形成合理的避讓。如果有比較直觀的安裝模擬做指導(dǎo)，施工人員所犯的錯(cuò)誤就會(huì)大大減少，間接上會(huì)提高施工質(zhì)量，節(jié)省工程費(fèi)用，保證工期。BIM工程師可以利用Navisworks 制作施工模擬視頻，但前提是該工程師必須對(duì)需要做施工模擬的部分能夠提供最為合理的安裝方案，之后依據(jù)方案制作具有指導(dǎo)意義的視頻。其主要的制作步驟如下:

(1)制定詳細(xì)的施工安裝計(jì)劃，確定每個(gè)關(guān)鍵時(shí)間節(jié)點(diǎn);

(2)根據(jù)施工進(jìn)度節(jié)點(diǎn)，使用Navisworks 軟件模擬施工過程，并生成視頻文件;

(3)對(duì)于局部施工比較復(fù)雜地方則需要提前制定好安裝工序，然后根據(jù)工序模擬安裝過程，生成視頻文件;

(4)對(duì)生成的視頻文件做必要渲染，以增強(qiáng)其表達(dá)效果。

4 BIM 應(yīng)用的價(jià)值

(1)通過碰撞檢查及管線綜合優(yōu)化，提前發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)圖紙中可能存在的碰撞問題并提出合理的解決辦法，有效地減少了在施工階段出現(xiàn)的設(shè)計(jì)變更或修改，減少了施工過程中可能出現(xiàn)的大量反攻浪費(fèi)，節(jié)省投資，節(jié)約了工期。

此工程應(yīng)用BIM 的部分為T 型廣場(chǎng)和南綜合體兩部分。按照二維圖紙搭建的BIM 模型，導(dǎo)入Navisworks 檢測(cè)出:T 形廣場(chǎng)部分檢測(cè)出通風(fēng)碰結(jié)構(gòu)共計(jì)232 處，排煙碰通風(fēng)和結(jié)構(gòu)共計(jì)165 處，給排水與空調(diào)水、通風(fēng)、結(jié)構(gòu)間的碰撞共計(jì)92 處，消火栓與給排水、空調(diào)水、通風(fēng)、結(jié)構(gòu)間的碰撞共計(jì)75 處，噴淋碰消火栓、給排水、空調(diào)水、通風(fēng)、結(jié)構(gòu)共計(jì)132處，橋架碰噴淋、消火栓、給排水、空調(diào)水、通風(fēng)、結(jié)構(gòu)共計(jì)439 處。

南綜合體部分檢測(cè)出通風(fēng)碰結(jié)構(gòu)共計(jì)232 處，排煙碰通風(fēng)和結(jié)構(gòu)共計(jì)206 處，空調(diào)水碰排煙、通風(fēng)、結(jié)構(gòu)共計(jì)211 處，給排水碰空調(diào)水、排煙、通風(fēng)、結(jié)構(gòu)共計(jì)175 處，消火栓碰給排水、空調(diào)水、排煙、通風(fēng)、結(jié)構(gòu)共計(jì)48 處，電纜橋架碰噴淋、消火栓、給排水、空調(diào)水、排煙、通風(fēng)、結(jié)構(gòu)共計(jì)133 處。

上述碰撞檢測(cè)結(jié)果中，大部分是在施工過程中無(wú)法現(xiàn)場(chǎng)調(diào)整的錯(cuò)誤。BIM 工程師根據(jù)這些錯(cuò)誤的特點(diǎn)結(jié)合施工辦法對(duì)錯(cuò)、漏、碰等現(xiàn)象進(jìn)行了合理調(diào)整，優(yōu)化管線模型，進(jìn)而為實(shí)際施工提供準(zhǔn)確可靠的施工依據(jù)，增強(qiáng)了項(xiàng)目可建造性。

通過碰撞檢查，提前解決了設(shè)計(jì)圖紙中的大量的設(shè)計(jì)變更或修改，減少在施工過程中出現(xiàn)大量變更的可能性，避免大量的返工，確保工程質(zhì)量。

(2)通過搭建模型，統(tǒng)計(jì)工程量，為工程提供預(yù)、結(jié)算參考依據(jù)。

BIM 模型包含了建筑物所有結(jié)構(gòu)和設(shè)備的全部信息，通過管線綜合優(yōu)化后的BIM 模型，生成所有的工程量和建筑構(gòu)件統(tǒng)計(jì)是比較準(zhǔn)確的，為工程預(yù)算、結(jié)算提供參考依據(jù)。項(xiàng)目的工程造價(jià)人員采用了BIM 模型提供部分工程量統(tǒng)計(jì)信息，通過與傳統(tǒng)方式統(tǒng)計(jì)對(duì)比，BIM 模型的工程量統(tǒng)計(jì)在結(jié)算準(zhǔn)確度上要強(qiáng)于傳統(tǒng)的統(tǒng)計(jì)方式。

(3)通過4D 施工模擬，按照施工進(jìn)度模擬建造過程，實(shí)現(xiàn)了西客站站前廣場(chǎng)土建、安裝專業(yè)的四維可視化施工進(jìn)度模擬。

一般項(xiàng)目在施工階段每個(gè)環(huán)節(jié)的把握是比較困難的。如在建設(shè)到不同高度的階段，人們?nèi)绾晤A(yù)知下一階段的建筑物形貌?每個(gè)階段需要購(gòu)置的材料具體為多少?如何高效利用倉(cāng)儲(chǔ)空間?這一系列問題都需要精確的計(jì)算才能給出相對(duì)準(zhǔn)確的答案。

濟(jì)南西客站站前廣場(chǎng)地下工程采用了BIM4D施工模擬技術(shù)，從時(shí)間維度動(dòng)態(tài)地反映了工程進(jìn)度可視化情況。

通過施工模擬，第一為管理者提供了更加直觀的進(jìn)度控制依據(jù);第二為施工現(xiàn)場(chǎng)提供可視化施工模擬建造過程，避免施工工序交叉時(shí)出現(xiàn)問題，達(dá)到優(yōu)化進(jìn)度、縮短工期的效果;第三為工程投資控制人員提供分階段工程量統(tǒng)計(jì)依據(jù)，做到科學(xué)備工備料，及時(shí)統(tǒng)計(jì)工程投資完成情況。

5 難點(diǎn)與不足

(1)做BIM 管線綜合要求BIM 工程師要懂得施工。

BIM 管線綜合對(duì)管線排布的要求是精確化的，而非CAD 那樣粗放。實(shí)際上BIM 的管線綜合就是實(shí)際施工與安裝的高度仿真，因此，BIM 工程師必須熟悉實(shí)際項(xiàng)目中管線的安裝內(nèi)容，包括施工的組織與管理。這樣才能更好的做出與竣工之后的理想模型。

(2)工程量統(tǒng)計(jì)中材料清單不全面且分類符合傳統(tǒng)造價(jià)人員的習(xí)慣。

目前行業(yè)里使用的造價(jià)軟件主要為廣聯(lián)達(dá)，主要的流程就是熟悉二維圖紙、建立模型、工程量統(tǒng)計(jì)、定額套價(jià)。傳統(tǒng)方式的概算一般要求額度高于結(jié)算的5%，預(yù)算則要低于3%。對(duì)工程量統(tǒng)計(jì)的要求也便基于此。目前，采用BIM 技術(shù)進(jìn)行工程量統(tǒng)計(jì)主要還是在于材料清單是否全面，如模型搭建的不夠精細(xì)，一些材質(zhì)沒有在模型上體現(xiàn)，則工程量統(tǒng)計(jì)中也便缺失了。因此，造價(jià)人員能否用得上BIM 工程師提供的工程量統(tǒng)計(jì)，材料清單的全面性是個(gè)關(guān)鍵。另外，BIM 模型導(dǎo)出的工程量統(tǒng)計(jì)，對(duì)材料的分類是非常細(xì)的，不符合目前造價(jià)人員的分類習(xí)慣，因此如果不加以調(diào)整，許多工程量的統(tǒng)計(jì)就無(wú)法支持項(xiàng)目的預(yù)算。

(3)施工模擬缺乏組織與管理的功能，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工指導(dǎo)作用需要進(jìn)一步開發(fā)。

目前應(yīng)用Revit 軟件搭建模型，制作施工模擬視頻，主要體現(xiàn)在工序及寬泛性的施工進(jìn)度模擬之上，如何將施工模擬做得更精細(xì)?如讓施工人員預(yù)先知道每一天的工程量，需用人工工種、工時(shí)及人數(shù)，每天所用多少材料，什么樣的材料，各種機(jī)械設(shè)備與人員如何組織等，這些都無(wú)法通過單獨(dú)的軟件來實(shí)現(xiàn)，對(duì)軟件的智能化提出了較大要求。

(4)受軟件功能限制，無(wú)法畫出橫向排水管的傾斜度。

在管線綜合中，橫向的排水管一般要求有一定的傾斜度。但在Revit MEP 軟件的功能中，無(wú)法實(shí)現(xiàn)橫向排水管的傾斜，因此，在三維表達(dá)方面也存在著與現(xiàn)實(shí)施工的失真。這便對(duì)軟件功能提出進(jìn)一步的要求。

6 總結(jié)

濟(jì)南西客站項(xiàng)目BIM 應(yīng)用從內(nèi)容上來說比較少，應(yīng)用的層次也不是很深，但總體上還是給項(xiàng)目帶來了比較大的收益，體現(xiàn)了其應(yīng)用價(jià)值，得到了業(yè)主及其它參建方的認(rèn)可。它不僅提高了設(shè)計(jì)效率和出圖質(zhì)量，縮短工期，節(jié)約成本，還改變了項(xiàng)目管理模式和施工模式，使絕大多數(shù)的設(shè)計(jì)錯(cuò)誤在施工前得到改正，避免了施工過程中出現(xiàn)大量變更處理。我國(guó)的BIM 應(yīng)用還在探索階段，如何讓BIM 為我國(guó)城市化建設(shè)展現(xiàn)其強(qiáng)大的能力，這需要我們不斷的努力與刻苦的鉆研。

［1］何關(guān)培.商業(yè)地產(chǎn)和BIM.中國(guó)商業(yè)地產(chǎn)BIM 應(yīng)用研究報(bào)告2010.

［2］楊遠(yuǎn)豐.三維管線綜合設(shè)計(jì)實(shí)踐與技術(shù)探討［J］.建筑技藝，2011(Z1):154-159.

［3］王廣斌，張洋等.基于BIM 的工程項(xiàng)目成本核算理論及實(shí)現(xiàn)方法研究［J］.科技進(jìn)步與對(duì)策，2009(11):47-49.

［4］吳吉明.建筑信息模型系統(tǒng)(BIM)的本土化策略研究［J］.土木建筑工程信息技術(shù)，2011，3(3):45-52.

［5］黃亞斌.企業(yè)級(jí)BIM 應(yīng)用實(shí)施步驟(二)［J］.土木建筑工程信息技術(shù)，2011，3(4):42-50.

［6］趙靈敏，岳廣飛.山東省文化中心項(xiàng)目BIM 應(yīng)用實(shí)踐［J］.土木建筑工程信息技術(shù)，2011，3(4):51-57.

［7］馬洪娟，姚守儼，戈祥林等.BIM 技術(shù)在南寧規(guī)劃展示館項(xiàng)目施工中應(yīng)用體會(huì)［J］.土木建筑工程信息技術(shù)，2011，3(4):82-86.

［8］何關(guān)培.BIM 和BIM 相關(guān)軟件［J］.土木建筑工程信息技術(shù)，2010，2(4):110-117.

［9］何關(guān)培BIM 博客:http://blog.sina.com.cn/heguanpei

［10］張學(xué)斌.BIM 技術(shù)在杭州奧體中心主體育場(chǎng)項(xiàng)目設(shè)計(jì)中的應(yīng)用［J］.土木建筑工程信息技術(shù)，2010，2(4):50-54.