施工BIM 模型建立與應用過程關(guān)鍵技術(shù)

王楠楠，王慶春，王 豐，韓志超

(大連民族大學 土木工程學院，遼寧 大連116605)

在BIM 技術(shù)的指導下，BIM 模型成為BIM 技術(shù)的核心，工程建設項目信息將融入并關(guān)聯(lián)到BIM 模型中。由于國內(nèi)與國外軟件專業(yè)不配套以及設計規(guī)范的限制，主要用于相關(guān)專業(yè)的BIM 建模，工程設計仍以二維設計為主，設計過程中無法直接創(chuàng)建BIM 模型，需要按照2D 設計圖紙另行建模。設計方提供的BIM 模型在施工階段無法直接用于指導施工，建筑設計師眼中的模型主要是建筑的外形和空間，結(jié)構(gòu)設計師眼中的模型是建筑的梁板柱受力情況，而施工人員眼中的模型是能夠指導施工的模型。BIM 技術(shù)如果要應用到實際工程指導施工，必須建立施工階段BIM 模型。

1 施工階段BIM 模型的管理實施過程

基于BIM 的虛擬施工技術(shù)是指在施工之前，將施工方能夠應用的BIM 模型加入時間的維度、成本、質(zhì)量等因素，對工程建設項目建造整體過程和局部過程進行模擬分析，發(fā)現(xiàn)整體與局部建造過程中不合理的施工組織計劃，施工材料的供應可能出現(xiàn)的情況，項目的質(zhì)量可能出現(xiàn)的問題，以及施工過程應該注意的可能發(fā)生的狀況等，并針對相應的問題在施工前提出相應的應對方案，使制定的施工方案過程達到最優(yōu)，從而達到施工階段“三控”、“兩管”、“一協(xié)調(diào)”的目的。再用來指導實際的項目施工，保證項目施工的順利完成［1］。

如果有設計變更、施工圖修改、施工工藝變換等情況，也可對建設項目施工工藝、進度等進行修改優(yōu)化，同時保證工期、質(zhì)量、造價等最優(yōu)?；谑┕IM 模型的施工管理實施過程如圖1。

圖1 基于施工BIM 模型的施工管理實施過程

2 施工階段關(guān)鍵構(gòu)件的BIM 模型優(yōu)化建立方法

BIM 模型是基于Revit2013 的結(jié)構(gòu)樣板下研究應用的施工階段的模型，所以在放置結(jié)構(gòu)構(gòu)件族時，需要將結(jié)構(gòu)分析取消掉，如果不取消再導入NAVISWORKS 中后會有結(jié)構(gòu)分析模型出現(xiàn)，將對BIM 模型施工階段的應用產(chǎn)生嚴重干擾［2］。由于施工模型要導入到NAVISWORKS 中進行項目管理，所以施工BIM 模型與NAVISWORKS 的接口與規(guī)范就尤為重要。

2.1 施工BIM 模型柱的建立方法

Revit2013 中柱分為建筑柱和結(jié)構(gòu)柱兩種。由于柱模型導入到NAVISWORKS 中后會被任何一種與它相交的Revit2013 建筑構(gòu)件進行扣除掉，建筑柱建模時候往往要將結(jié)構(gòu)柱包裹在里面，因為建筑柱無法做受力結(jié)構(gòu)，上部無法承載梁、板等結(jié)構(gòu)，要想把模型建立起來就必須有受力結(jié)構(gòu)，在混凝土施工BIM 模型中，建筑柱在裝飾工程中是很好表現(xiàn)柱裝飾的方式，建筑柱能方便的與相連墻體統(tǒng)一材質(zhì)，結(jié)構(gòu)柱需要單獨設置。

結(jié)構(gòu)柱是建筑物的荷載主要承受結(jié)構(gòu)，不會被Revit 中建筑專業(yè)的構(gòu)件切割扣減。結(jié)構(gòu)柱除了建模之外，結(jié)構(gòu)柱還帶有分析線，可直接導入分析軟件進行分析。混凝土的結(jié)構(gòu)柱里面可以放鋼筋，以滿足施工圖需要。結(jié)構(gòu)柱在計算混凝土施工工程量時，承擔著導出模型的作用。

在BIM 模擬混凝土建設工程施工過程中，柱一定要分樓層建立，如果該工程建設項目有現(xiàn)成的BIM 設計模型，設計模型中沒有進行分樓層，要人為對BIM 設計模型進行切割分樓層處理，如果處理過程過于繁瑣建議施工方自己重新建立施工BIM 模型。分樓層建立后的模型導入NAVISWORKS，在進行施工組織設計、施工過程模擬時，更符合實際的工程建設現(xiàn)場場景，在實際建設項目施工中不會將一根跨多層混凝土柱一次性澆筑完成，而是根據(jù)實際工程情況進行澆筑，同時分樓層建立柱模型還可以實現(xiàn)柱全過程精細化管理，能夠?qū)γ恳粋€柱子的建立時間進行掌控，對施工企業(yè)科學化管理有著重要意義。

2.2 施工BIM 模型墻的建立技術(shù)研究

在施工BIM 模型中，墻分為建筑墻和結(jié)構(gòu)墻兩種。建筑墻主要起裝飾功能無法作為承重結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)墻分為承重、抗剪和復合結(jié)構(gòu)幾類，承擔建筑物的主體受力。在Revit2013 默認情況導入NAVISWORKS 后，建筑墻不會對結(jié)構(gòu)專業(yè)構(gòu)件進行切割，只會對建筑構(gòu)件進行分割。結(jié)構(gòu)墻除了無法對建筑墻進行切割，對其他的建筑構(gòu)件和結(jié)構(gòu)構(gòu)件都會進行分割。

通過用不同的建模方法搭建的施工模型進行的測試，在建立柱與墻體相連施工BIM 模型時，要盡量避免建筑墻直接穿過結(jié)構(gòu)柱，在建立多根柱子之間的墻體需要分段建立，即在建筑模型結(jié)構(gòu)柱梁柱內(nèi)邊緣建立墻體，直接畫墻與分斷畫墻之間在Revit2013 三維顯示模型。Revit2013 平面效果顯示直接建立建筑墻和分段建立建筑墻相同，在出圖時沒有區(qū)別，顯示效果如圖2，但是在三維顯示中有所不同如圖3。

圖2 Revit2013 平面效果

圖3 Revit2013 三維顯示模型

導入NAVISWORKS 中進行碰撞檢測時，直接畫墻會發(fā)現(xiàn)錯誤，而且對直接建立的建筑墻和分段建立的建筑墻進行工程量計算，對比發(fā)現(xiàn)兩組模型的工程量存在少量的差異，根據(jù)手算據(jù)分段建立的墻算出工程量更加準確。

通過數(shù)據(jù)分析對比，墻的建立過程中要分段建立可以明顯減少進行三維碰撞時因墻引起的無效碰撞，由于模型分段比較詳細可以很快識別發(fā)生碰撞位置，將模型導入算量軟件時構(gòu)件工程量識別更準確。在實際施工建立墻體過程中不會出現(xiàn)墻穿柱的情況，同樣對施工段劃分，施工進度計劃制定，施工中協(xié)調(diào)管理，以及施工過程精細化管理有著重要的意義。

2.3 施工BIM 模型梁及BIM 模型板的建立技術(shù)研究

在Revit2013 默認情況導入NAVISWORKS后，結(jié)構(gòu)梁會與結(jié)構(gòu)柱和結(jié)構(gòu)墻發(fā)生扣減關(guān)系，與建筑構(gòu)件之間不發(fā)生扣減關(guān)系，結(jié)構(gòu)梁與結(jié)構(gòu)柱與結(jié)構(gòu)墻三者關(guān)系顯示效果如圖4。

Revit2013 在結(jié)構(gòu)梁的建立時在梁下的每一個柱子中心處點擊一次已達到導入NAVISWORKS 中后結(jié)構(gòu)梁的分段識別效果，這樣可以在碰撞檢測時，如果梁與其他構(gòu)件發(fā)生碰撞，能夠很容易找到發(fā)生碰撞的位置梁的位置。有時需要一次性建立并識別的碰撞是整段梁與構(gòu)件的碰撞時，如果梁過長，則會不利于一次性找到碰撞位置，不能及時發(fā)現(xiàn)錯誤。

圖4 各個建筑構(gòu)件之間的關(guān)系

Rvit2013 中板分為建筑樓板和結(jié)構(gòu)樓板兩種。兩種板的特點與建筑柱和建筑墻的關(guān)系類似。在Revit2013 默認情況下導入NAVISWORKS后，建筑板與結(jié)構(gòu)構(gòu)件不發(fā)生扣減關(guān)系，但是在碰撞檢查是會被識別為碰撞，所以在建立施工BIM模型時盡量不要應用建筑板。結(jié)構(gòu)板會與結(jié)構(gòu)柱與結(jié)構(gòu)墻和結(jié)構(gòu)梁發(fā)生扣減關(guān)系，與建筑構(gòu)件之間不發(fā)生扣減關(guān)系。

3 施工BIM 模型在NAVISWORKS 中的應用

基于BIM 的施工管理理念是施工進度管理探索的新方向。BIM 技術(shù)為建設項目各階段、各專業(yè)的相關(guān)人員搭建了一個信息共享的平臺，減少了建設項目信息的流失，提高整個建筑業(yè)從業(yè)人員和建筑資源的利用效率［3］。而NAVISWORKS可以讓所有項目相關(guān)方將項目作為一個整體來看，進而優(yōu)化從設計決策、建筑實施、性能預測和規(guī)劃直至設施管理和運營等各個環(huán)節(jié)。

3.1 三維施工模型碰撞檢查

在施工之前，將建設工程項目的一個專業(yè)或多個專業(yè)的施工BIM 模型導入到同一個NAVISWORKS 工程中，應用NAVISWORKS 的碰撞檢測功能技術(shù)對三維管線進行碰撞檢查，可以及時發(fā)現(xiàn)管線與主體結(jié)構(gòu)的碰撞，及時優(yōu)化工程設計，減少施工時可能出現(xiàn)返工的可能性，同時也可以優(yōu)化管線的排布方案。施工方可以通過BIM 碰撞檢測技術(shù)提前很好預測工程的利益。施工方應用BIM 技術(shù)可以很清楚的事先了解會出現(xiàn)索賠的地方、施工工序方式不合理的地方，在項目招投標中，可以很好的掌控施工方自己的利益，可以很好的進行不均衡報價。同時施工方采用BIM 技術(shù)可以減少資源的浪費，有著良好的社會效益。

3.2 三維虛擬施工

在施工之前，將建設工程項目的一個專業(yè)或多個專業(yè)的Revit2013 施工BIM 模型導入到同一個NAVISWORKS 建立的工程中，應用NAVISWORKS 與Project、P6 等項目管理軟件相結(jié)合進行施工方案組織設計［4］。將施工方能夠應用的BIM 模型加入時間的維度、成本、質(zhì)量等因素，對工程建設項目建造整體過程和局部過程過進行模擬分析，發(fā)現(xiàn)整體與局部建造過程中不合理的施工組織計劃，以及施工材料的供應可能出現(xiàn)的情況，項目的質(zhì)量可能出現(xiàn)的問題，以及施工過程應該注意的可能發(fā)生的狀況等，并針對相應的問題在施工前提出相應的應對方案，保證制定的施工方案在指導施工時做到有序、高效、科學合理，同時力爭以最小的投入達到最大的收益［5］，基于BIM 的進度計劃如圖5。

圖5 基于BIM 的進度計劃

圖6 基于BIM 的虛擬建造過程展示

3.3 三維校驗

BIM 模型具有較好的三維可視化特性，應用NAVISWORKS 等可視化工具能夠?qū)崿F(xiàn)多角度觀察、路徑漫游、虛擬建造過程展示等如圖6?？梢岳肂IM 模型的特點直觀的將虛擬的BIM 工程與實際工程進行對比，發(fā)現(xiàn)BIM 模型與實際施工的不合理處，并進行記錄，及時組織相關(guān)各方對施工的過程及實際建筑物相關(guān)功能等進一步評估，同時也是施工方向業(yè)主提出修改施工方案的一種形象的展示方法。

這樣通過BIM 技術(shù)結(jié)合施工方案、施工模擬和現(xiàn)場視頻監(jiān)測，大大減少建筑質(zhì)量問題、安全問題，同時增加了施工方的施工能力和盈利能力［6］。

3.4 工程量計算

在實際工程中，施工工程師利用施工BIM 模型進行指導施工，造價工程師利用造價BIM 模型進行工程量計算，并將計算好的工程量導入計價進行工程的預算、決算。

NAVISWAORKS 已經(jīng)可以計算工程量了，但是在實際算量應用存在很多問題。如扣減關(guān)系的處理很多時候都需要手動去調(diào)節(jié)。在實際項目中，我國工程量計算主要是應用魯班、廣聯(lián)達等造價軟件進行計算。大多數(shù)都是在魯班、廣聯(lián)達中根據(jù)設計方提供的圖紙重新建模［7］，無法做到直接用應用設計方的BIM 模型進行工程量統(tǒng)計，用設計的BIM 模型導入到算量軟件中有許多模型處理問題，導致出現(xiàn)工程量不準確等一系列問題，應用施工階段BIM 模型就可以克服設計BIM 模型的不足，可以直接將模型通過插件導入到算量軟件中。

4 結(jié) 語

施工BIM 模型能夠使施工方在招投標時對工程有更清楚的認識，能夠根據(jù)自己的實際情況使投標工作更加合理化，施工BIM 模型在施工階段應用能夠讓施工方在工程索賠中占更大的優(yōu)勢，尤其是在我國實行FIDIC 合同文本的情況下，這種優(yōu)勢更加凸顯了出來。施工BIM 模型在工程的項目管理的“三大管理目標”中同樣有著重要作用。本文利用Revit2013 平臺建立施工BIM 模型，利用NAVISWORKS 對建設工程項目在施工階段項目管理，應用魯班軟件進行造價分析，從而對BIM 在施工階段的應用技術(shù)進行研究，并針對建模和應用中的相應問題，提出合理的解決方案。

［1］趙彬，王友群，牛博生.基于BIM 的4D 虛擬建造技術(shù)在工程項目進度管理中的應用［J］. 建筑經(jīng)濟，2011(9):93 -95.

［2］苗倩.基于BIM 技術(shù)的水利水電工程施工可視化仿真研究［D］.天津:天津大學，2011.

［3］CHUCK E，PAUL T，RAFAEL S.. BIM Handbook:A Guide to Building Information Modeling for Owners，Managers，Designers，Engineers and Contractors［M］，NewYork:John Wiley and Sons，2008:233 -244.

［4］丁士昭，工程項目管理［M］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2014.

［5］尹健. 建設項目工期管理方法及其應用研究［D］. 北京:北京交通大學，2008.

［6］王廣斌，張洋，楊學英，等. 工程項目建設信息化發(fā)展方向——虛擬設計與施工［J］. 武漢大學學報:工學版，2008，41(2):91 -92.

［7］紀博雅，金占勇，戚振強. 基于BIM 的工程造價精細化管理研究［J］. 北京建筑工程學院學報，2013，29(4):77 -79.