BIM 技術(shù)在某超高層項(xiàng)目施工中的應(yīng)用研究

石 韻 劉軍生 韓大富 吳 延 王寶玉 田 園

(1.陜西省建筑科學(xué)研究院，西安 710042;2.陜西建工集團(tuán)總公司，西安 710003)

1 概述

施工單位內(nèi)各個(gè)部門(mén)大多獨(dú)立運(yùn)作，協(xié)同作業(yè)只發(fā)生在各階段交接過(guò)程中，并且多采用的是抽象的二維圖紙文檔及表格，易導(dǎo)致信息溝通不暢，影響工作效率。而大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)工程，涉及的工序?qū)I(yè)多，且工程量大，這使得各部門(mén)的聯(lián)系越來(lái)越密切［1］-［3］。此時(shí)，BIM 技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，BIM 技術(shù)即建筑信息化模型，BIM 的最重要意義，在于它重新整合了建筑流程，對(duì)建筑空間幾何信息、建筑空間功能信息、建筑材料以及設(shè)備等各專(zhuān)業(yè)相關(guān)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行數(shù)據(jù)集成與一體化管理。施工企業(yè)將體會(huì)到BIM帶來(lái)的從經(jīng)營(yíng)投標(biāo)到施工、維護(hù)的一系列創(chuàng)新和變更帶來(lái)的好處［4］-［6］。課題組以某超高層項(xiàng)目為依托，通過(guò)BIM 技術(shù)的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了對(duì)項(xiàng)目工程信息的集成管理。

2 BIM 技術(shù)在項(xiàng)目投標(biāo)階段應(yīng)用

對(duì)于建筑施工企業(yè)來(lái)說(shuō)，施工生產(chǎn)任務(wù)的獲得主要是通過(guò)投標(biāo)的渠道來(lái)獲取的?，F(xiàn)實(shí)的建筑市場(chǎng)每年的交易量是有限的，投標(biāo)工作即成為是施工企業(yè)管理工作的重中之重，對(duì)許多施工單位而言，如何展示自己的技術(shù)實(shí)力與水平是非常重要的［7］［8］。而在該超高層項(xiàng)目投標(biāo)階段課題組利用BIM 技術(shù)對(duì)工程進(jìn)行模擬，充分展現(xiàn)了企業(yè)實(shí)力。

2.1 技術(shù)標(biāo)

2.1.1 建立BIM 模型

投標(biāo)工作開(kāi)始后，為了在標(biāo)書(shū)的各個(gè)環(huán)節(jié)應(yīng)用BIM，首先建立工程BIM 模型，投標(biāo)建模應(yīng)區(qū)別于施工階段建模，投標(biāo)階段建模時(shí)間較短，為了快速建立模型，模型精度建議控制在LOD200，在建筑物本身建?；A(chǔ)上，同時(shí)體現(xiàn)出施工方案和工藝措施，將施工場(chǎng)地、臨時(shí)設(shè)施及重要大型設(shè)備進(jìn)行建模。

2.1.2 工程概況介紹

在建立了BIM 模型基礎(chǔ)上用文字及圖表等形式說(shuō)明相關(guān)概況后插入相關(guān)BIM 模型圖，利用3D 視覺(jué)效果提高標(biāo)書(shū)表現(xiàn)力，該超高層建筑整體建筑概況如圖1 所示，標(biāo)準(zhǔn)層機(jī)電概況如2所示。

圖1 結(jié)構(gòu)整體BIM 模型

圖2 機(jī)電標(biāo)準(zhǔn)層BIM 模型

2.1.3 施工組織部署和進(jìn)度計(jì)劃

技術(shù)標(biāo)書(shū)中，為了清楚介紹工程施工的步驟，各個(gè)分區(qū)的施工順序，以及各個(gè)重要里程碑節(jié)點(diǎn)工程的形象進(jìn)度和相關(guān)專(zhuān)業(yè)的進(jìn)展程度，利用BIM 模型的三維可視化特性，將重點(diǎn)工程施工階段表現(xiàn)出來(lái)，用一系列的三維形象示意圖展示各階段工程形象進(jìn)度。

課題組針對(duì)局部施工，如某部位鋼結(jié)構(gòu)的吊裝，用一系列的實(shí)際裝配圖具體說(shuō)明施工的工藝順序。在此應(yīng)用中，為提高表現(xiàn)力，將BIM 模型導(dǎo)入3DMAX 等專(zhuān)業(yè)渲染軟件輸出，圖3 是一個(gè)工況點(diǎn)的表示方式。

圖3 主體結(jié)構(gòu)施工工況BIM 模型

2.1.4 大型設(shè)備和施工裝備方案

投標(biāo)過(guò)程中，利用BIM 技術(shù)模擬施工現(xiàn)場(chǎng)，在工程模型中加入塔式起重機(jī)等大型施工設(shè)備，并基于模型的可優(yōu)化性對(duì)設(shè)備布置方案進(jìn)行必選，最終確定塔式起重機(jī)型號(hào)和位置，并從模型中直接提取塔式起重機(jī)等設(shè)備各項(xiàng)參數(shù)和性能指標(biāo)，形成附表附在方案中，充分體現(xiàn)設(shè)備方案的可信度和說(shuō)服力。對(duì)于常用施工設(shè)備和設(shè)施，建立族文件，以供其他方案使用。

2.1.5 深化設(shè)計(jì)

對(duì)于機(jī)電機(jī)房和重要部位的管線(xiàn)施工，利用BIM技術(shù)進(jìn)行深化設(shè)計(jì)，并進(jìn)行碰撞檢查和綜合優(yōu)化，將最終設(shè)計(jì)方案甚至精確的施工圖展現(xiàn)在方案中，以表現(xiàn)投標(biāo)單位的深化設(shè)計(jì)和復(fù)雜部位的處理能力。

通過(guò)Tekla Structures 等軟件進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)重要節(jié)點(diǎn)深化設(shè)計(jì)，包括搭建構(gòu)件、節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)、圖紙繪制等。三維模型中包含加工制造及現(xiàn)場(chǎng)安裝所需的一切信息，并可以生成相應(yīng)的制造和安裝信息。

2.1.6 闡明施工時(shí)的預(yù)期BIM 應(yīng)用

投標(biāo)書(shū)中單獨(dú)設(shè)一節(jié)內(nèi)容具體說(shuō)明中標(biāo)后在工程施工階段擬采用的BIM 技術(shù)，或基于BIM 的管理構(gòu)想。用文字說(shuō)明配圖表的方式。給業(yè)主以良好的BIM 應(yīng)用預(yù)期。編制此部分內(nèi)容時(shí)要結(jié)合投標(biāo)單位具體情況，提出切實(shí)可行的BIM 實(shí)施方案。

2.2 商務(wù)標(biāo)

2.2.1 工程量復(fù)核

在商務(wù)標(biāo)中，利用BIM 技術(shù)對(duì)招標(biāo)工程量進(jìn)行仔細(xì)復(fù)合，進(jìn)行快速準(zhǔn)確算量。并與招標(biāo)工程量進(jìn)行對(duì)比，按照差值百分率進(jìn)行排序，做到數(shù)據(jù)分析精細(xì)化，并且提高編制商務(wù)標(biāo)效率。

3 BIM 技術(shù)在企業(yè)施工階段應(yīng)用

3.1 總平管理及綠色施工

現(xiàn)場(chǎng)施工人員利用施工圖紙規(guī)劃出《施工平面布置圖》，并將二維圖紙及時(shí)提供給BIM 技術(shù)部，BIM 技術(shù)部建筑專(zhuān)業(yè)應(yīng)與現(xiàn)場(chǎng)施工人員進(jìn)行溝通，通過(guò)BIM 技術(shù)(可采用Skechup、Revit 等)對(duì)《施工平面布置圖》進(jìn)行三維深化，完成工地整體布局三維模擬，解決現(xiàn)場(chǎng)施工場(chǎng)地平面布置問(wèn)題，解決現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)地劃分問(wèn)題，按安全文明施工方案的要求進(jìn)行修整和裝飾;臨時(shí)施工用水、用電、道路按施工要求標(biāo)準(zhǔn)完成(需機(jī)電暖通專(zhuān)業(yè)配合);為使現(xiàn)場(chǎng)使用合理，施工平面布置應(yīng)有條理，盡量減少占用施工用地，使平面布置緊湊合理，同時(shí)做到場(chǎng)容整齊清潔，道路暢通，符合防火安全及文明施工的要求。施工過(guò)程中避免多個(gè)工種在同一場(chǎng)地，同一區(qū)域進(jìn)行施工而相互牽制、相互干擾。

模型完成后及時(shí)交付于現(xiàn)場(chǎng)施工人員，施工現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)設(shè)專(zhuān)人負(fù)責(zé)管理，使各項(xiàng)材料、機(jī)具等按已審定的現(xiàn)場(chǎng)施工平面布置圖的位置推放。

3.2 施工進(jìn)度控制

傳統(tǒng)的施工進(jìn)度控制雖然在現(xiàn)場(chǎng)施工以前項(xiàng)目部對(duì)進(jìn)度計(jì)劃進(jìn)行了詳細(xì)的討論和分析，但在具體施工過(guò)程中難免存在問(wèn)題，例如碰撞問(wèn)題等，一旦遇見(jiàn)問(wèn)題會(huì)使進(jìn)度計(jì)劃不能得到準(zhǔn)確的執(zhí)行。施工過(guò)程是伴隨著問(wèn)題的解決向前推進(jìn)，通過(guò)BIM技術(shù)模擬，直觀(guān)顯示計(jì)劃進(jìn)度與實(shí)際進(jìn)度的對(duì)比，得到最優(yōu)模型，指導(dǎo)施工。

規(guī)定紅色代表延遲的工程進(jìn)度，綠色代表按時(shí)完工工程進(jìn)度，見(jiàn)圖4。

3.3 結(jié)構(gòu)深化設(shè)計(jì)

鋼結(jié)構(gòu)專(zhuān)業(yè)BIM 模型對(duì)重點(diǎn)部位及復(fù)雜部位鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)加工、制作圖紙的深化設(shè)計(jì)。使用Tekla Structures 真實(shí)模擬進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)深化設(shè)計(jì)(圖5)［9］［10］，通過(guò)軟件自帶功能將所有加工詳圖(包括布置圖、構(gòu)件圖、零件圖等)利用三視圖原理進(jìn)行投影、剖面生成深化圖紙，圖紙上的所有尺寸，包括桿件長(zhǎng)度、斷面尺寸、桿件相交角度均是在桿件模型上直接投影產(chǎn)生的，通過(guò)深化設(shè)計(jì)產(chǎn)生的加工數(shù)據(jù)清單，直接導(dǎo)入精密數(shù)控加工設(shè)備進(jìn)行加工，保證構(gòu)件加工的精密性及安裝精度。

通過(guò)BIM 技術(shù)指導(dǎo)編制專(zhuān)項(xiàng)施工方案，直觀(guān)對(duì)鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)復(fù)雜工序進(jìn)行分析，對(duì)節(jié)點(diǎn)板及螺栓進(jìn)行精確定位，對(duì)關(guān)鍵復(fù)雜的勁性鋼結(jié)構(gòu)與鋼筋的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行放樣分析，解決鋼筋綁扎、順序問(wèn)題，指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)鋼筋綁扎施工。將復(fù)雜部位簡(jiǎn)單化、透明化，提前模擬方案編制后的現(xiàn)場(chǎng)施工狀態(tài)(圖6)，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)可能存在的危險(xiǎn)源、安全隱患、消防隱患等提前排查，對(duì)專(zhuān)項(xiàng)方案的施工工序進(jìn)行合理排布。

圖4 施工進(jìn)度控制

圖5 鋼結(jié)構(gòu)三維模型

圖6 結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)復(fù)雜工序及節(jié)點(diǎn)定位模擬

圖7 利用BIM 技術(shù)進(jìn)行機(jī)電安裝深化設(shè)計(jì)

3.4 管線(xiàn)綜合

管線(xiàn)綜合專(zhuān)業(yè)BIM 模型協(xié)助完成機(jī)電安裝部分的深化設(shè)計(jì)，包括綜合布管圖、綜合布線(xiàn)圖的深化。使用BIM 模型技術(shù)改變傳統(tǒng)的CAD 疊圖方式進(jìn)行機(jī)電專(zhuān)業(yè)深化設(shè)計(jì)，應(yīng)用軟件功能解決水、暖、電、通風(fēng)與空調(diào)系統(tǒng)等各專(zhuān)業(yè)間管線(xiàn)、設(shè)備的碰撞，優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，為設(shè)備及管線(xiàn)預(yù)留合理的安裝及操作空間，減少占用使用空間［11］。

所有專(zhuān)業(yè)之間的相互碰撞檢查過(guò)程最終成果是得到零碰撞，在創(chuàng)建的過(guò)程中應(yīng)分階段進(jìn)行碰撞檢查，不要等到所有模型都完成后進(jìn)行，第一階段碰撞檢查在各專(zhuān)業(yè)確定較大管線(xiàn)的尺寸和位置后進(jìn)行，第二階段在模型完成每層后進(jìn)行，第三階段整體完工后進(jìn)行，在發(fā)現(xiàn)碰撞問(wèn)題，需要更改管線(xiàn)時(shí)，遵循小管讓大管，有壓讓無(wú)壓，大風(fēng)管在頂端，橋架再中間，水管布置在最下層等工程施工中的原則，切記碰撞檢查只是一個(gè)工具，它只能幫組查找問(wèn)題，不能解決問(wèn)題。

4 結(jié)論

(1)在該超高層項(xiàng)目中，提出切實(shí)可行的BIM實(shí)施方案，實(shí)現(xiàn)了投標(biāo)階段技術(shù)標(biāo)和商務(wù)標(biāo)的信息化管理。

(2)施工階段通過(guò)BIM 的應(yīng)用，在總平管理、管線(xiàn)綜合、結(jié)構(gòu)深化設(shè)計(jì)等方面實(shí)現(xiàn)數(shù)字化施工。

(3)以BIM 模型為基礎(chǔ)，從項(xiàng)目投標(biāo)到施工全過(guò)程實(shí)現(xiàn)了建筑信息化和精細(xì)化的目標(biāo)。對(duì)后續(xù)工程的BIM 應(yīng)用具有指導(dǎo)作用。

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