基于BIM基坑虛擬施工技術(shù)應(yīng)用的分析

周松　趙國(guó)強(qiáng)

（上海城建市政工程（集團(tuán)）有限公司　上海　200065）

基于BIM基坑虛擬施工技術(shù)應(yīng)用的分析

周松趙國(guó)強(qiáng)

（上海城建市政工程（集團(tuán)）有限公司上海200065）

1　概論

在信息化浪潮席卷全球，數(shù)字技術(shù)與勘察設(shè)計(jì)領(lǐng)域結(jié)合的不斷深入的大環(huán)境之下，計(jì)算機(jī)技術(shù)在建筑行業(yè)的作用也愈來(lái)愈大。對(duì)于整個(gè)建筑行業(yè)來(lái)說(shuō)，通過(guò)應(yīng)用BIM理念進(jìn)行建筑施工模式創(chuàng)新不僅能夠幫助用戶創(chuàng)建逼真的三維模擬和精確的能耗模型，高效地實(shí)現(xiàn)建筑可持續(xù)設(shè)計(jì)和節(jié)約能耗需求，還能幫助建筑施工方最大化的降低風(fēng)險(xiǎn)，減少損耗，輕松完成項(xiàng)目建造。隨著BIM理念逐步深入人心，基于BIM理念的三維施工技術(shù)也將徹底轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)的工程協(xié)作方式和協(xié)同模式。BIM作為數(shù)字建模軟件的總稱，在虛擬環(huán)境中將真實(shí)的建筑信息參數(shù)化?；诖藬?shù)字化模型平臺(tái)，從設(shè)計(jì)、施工到最后的運(yùn)營(yíng)維護(hù)，實(shí)現(xiàn)整個(gè)建筑項(xiàng)目全生命期信息的共享和改進(jìn)。同樣，對(duì)于基坑工程而言，BIM模型的建立對(duì)于工程籌劃和項(xiàng)目進(jìn)度控制也是尤為重要的。

2　基于BIM的虛擬施工技術(shù)應(yīng)用的重要性分析

BIM不僅僅是設(shè)計(jì)階段的應(yīng)用，BIM定義中也包含“項(xiàng)目全生命期相關(guān)的所有信息”。施工階段作為建筑全壽命周期中除去后期運(yùn)維之外持續(xù)時(shí)間最長(zhǎng)的階段，對(duì)建筑物的形成至關(guān)重要。目前存在于施工階段的不良現(xiàn)象必然會(huì)對(duì)建筑物的質(zhì)量、造價(jià)、工期等產(chǎn)生不利影響。當(dāng)然，信息流通不暢導(dǎo)致的其他建造階段的問(wèn)題也非常多，BIM技術(shù)在這種大環(huán)境下應(yīng)運(yùn)而生。業(yè)主、設(shè)計(jì)院、施工單位三者對(duì)比，從受益度、動(dòng)力、技術(shù)力量三個(gè)因素綜合考慮，施工單位將是推動(dòng)BIM發(fā)展的最大動(dòng)力，原因如下：現(xiàn)階段施工單位的利潤(rùn)率相對(duì)偏低，BIM技術(shù)的引入將為其帶來(lái)更大價(jià)值，施工企業(yè)對(duì)利用新技術(shù)、新方法提高生產(chǎn)效率和利潤(rùn)率的動(dòng)力會(huì)比開(kāi)發(fā)商和設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)高得多。工程項(xiàng)目進(jìn)度管理中存在的問(wèn)題：建筑設(shè)計(jì)缺陷帶來(lái)的進(jìn)度管理問(wèn)題、施工進(jìn)度計(jì)劃編制不合理造成的進(jìn)度管理問(wèn)題、現(xiàn)場(chǎng)人員的素質(zhì)造成的進(jìn)度管理問(wèn)題、因參與者眾多，溝通和銜接不暢導(dǎo)致的進(jìn)度管理問(wèn)題、施工環(huán)境的影響。傳統(tǒng)技術(shù)存在問(wèn)題：二維CAD設(shè)計(jì)的項(xiàng)目形象性差、網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃抽象、往往難以理解和執(zhí)行、二維圖紙不方便各專業(yè)之間的協(xié)調(diào)溝通、傳統(tǒng)方法注重經(jīng)驗(yàn)，無(wú)法做到規(guī)范化和精細(xì)化管理。

基于上述原因，引進(jìn)新的管理技術(shù)，更新管理方法已勢(shì)在必行，基于BIM的虛擬施工技術(shù)在工程籌劃以及項(xiàng)目進(jìn)度控制中可以起到改進(jìn)和優(yōu)化施工方案，進(jìn)而提升建筑行業(yè)的整體效益，能夠更好地加快我國(guó)建筑領(lǐng)域的飛速發(fā)展。

3　應(yīng)用背景

全信息BIM模型的建立及應(yīng)用，將協(xié)調(diào)工作前置，優(yōu)化工程籌劃；初步形成基于BIM的基礎(chǔ)信息平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程分布式管理；初步實(shí)現(xiàn)跨平臺(tái)應(yīng)用探索。虹源盛世國(guó)際文化城項(xiàng)目在工程籌劃階段，在所建立的模型的基礎(chǔ)上，根據(jù)所提供的詳細(xì)的工程籌劃，給BIM模型中各個(gè)對(duì)應(yīng)元素增加相應(yīng)的時(shí)間參數(shù)，通過(guò)BIM平臺(tái)真實(shí)、立體地呈現(xiàn)，可以檢驗(yàn)籌劃的合理性、可實(shí)施性，進(jìn)而，達(dá)到優(yōu)化施工籌劃的目的。并在工程的正式施工前，引入虛擬施工和虛擬驗(yàn)收過(guò)程，增強(qiáng)對(duì)施工工藝過(guò)程的預(yù)見(jiàn)性，檢驗(yàn)施工工藝、實(shí)施方案的合理性。從根本上，改變了以往在實(shí)際施工中碰到問(wèn)題，才想要去解決、去更換施工工藝的被動(dòng)管理模式，確保工程質(zhì)量和進(jìn)度，如圖1。

4　基于BIM的虛擬施工技術(shù)應(yīng)用思路探究

（1）4D虛擬施工

BIM技術(shù)在進(jìn)度管理中的應(yīng)用主要通過(guò)4D虛擬施工來(lái)實(shí)現(xiàn)，3D模型的構(gòu)件與進(jìn)度表聯(lián)系，形成4D模型以直觀展示施工進(jìn)程。4D模型建立好之后，在軟件平臺(tái)上3D模型就可以根據(jù)計(jì)劃、實(shí)際完成情況來(lái)分別表示“已建”、“在建”、“延誤”等模型形象。形象表達(dá)基本上不用專業(yè)的解釋。清晰的溝通可以縮短溝通的時(shí)間，甚至減少溝通的次數(shù)，4D虛擬施工就是“清晰”溝通的一個(gè)有效的方法。施工進(jìn)度計(jì)劃的制定和執(zhí)行都必須明白整個(gè)施工流程、工程量的多少、人員的配置情況等。BIM技術(shù)可以通過(guò)4D虛擬施工技術(shù)，對(duì)計(jì)劃的制定、執(zhí)行和調(diào)整都帶來(lái)很大的改進(jìn)。

（2）進(jìn)度計(jì)劃制定、控制與調(diào)整

BIM模型的應(yīng)用為進(jìn)度計(jì)劃制定減輕了負(fù)擔(dān)。進(jìn)度計(jì)劃制定的依據(jù)除了各方對(duì)里程碑時(shí)間點(diǎn)的要求和總進(jìn)度要求外，重要的依據(jù)就是工程量。通過(guò)BIM軟件平臺(tái)，這項(xiàng)工作簡(jiǎn)單易行。通過(guò)軟件平臺(tái)將數(shù)據(jù)整理統(tǒng)計(jì)，可精確核算出各階段所需的材料用量，結(jié)合國(guó)家頒布的定額規(guī)范及企業(yè)實(shí)際施工水平，就可以簡(jiǎn)單計(jì)算出各階段所需的人員、材料、機(jī)械用量，通過(guò)與各方充分溝通和交流建立4D可視化模型和施工進(jìn)度計(jì)劃，方便物流部門及施工管理部門為各階段工作做好充分的準(zhǔn)備。BIM技術(shù)的應(yīng)用讓進(jìn)度控制有據(jù)可循、有據(jù)可控。在施工階段，各專業(yè)分包商都將以4D可視化模型和施工進(jìn)度為依據(jù)進(jìn)行施工的組織和安排，充分了解下一步的工作內(nèi)容和工作時(shí)間，合理安排各專業(yè)材料設(shè)備的供貨和施工的時(shí)間，嚴(yán)格要求各施工單位按圖施工，防止返工、進(jìn)度拖延的情況發(fā)生。BIM的4D模型是進(jìn)度調(diào)整工作有力的工具。當(dāng)變更發(fā)生時(shí)，可通過(guò)對(duì)BIM模型的調(diào)整使管理者對(duì)變更方案帶來(lái)的工程量及進(jìn)度影響一目了然，管理者以變更的工程量為依據(jù)，及時(shí)調(diào)整人員物資的分配，將由此產(chǎn)生的進(jìn)度變化控制在可控范圍內(nèi)。同時(shí)在施工管理過(guò)程中，可以通過(guò)實(shí)際施工進(jìn)度情況與4D虛擬施工進(jìn)行比較，直接的了解各項(xiàng)工作的執(zhí)行情況，使企業(yè)在施工進(jìn)度管理工作上能全面掌控。

圖1　虹源盛世項(xiàng)目A1、A2、A3、B2、B3基坑BIM模型

5　基于BIM虛擬施工技術(shù)實(shí)際應(yīng)用分析

（1）建立全息化信息模型

本基坑工程信息總體涵蓋了基坑三維模型、周邊道路及管線等。開(kāi)挖土體的建立時(shí)，將其按照有限元方式進(jìn)行分塊，便于后期應(yīng)用，如圖2。

圖2

（2）施工工藝進(jìn)度模擬

根據(jù)本工程基坑施工的總體施工組織計(jì)劃，將基坑工程施工分為21個(gè)主要步序，根據(jù)既定的時(shí)間節(jié)點(diǎn)進(jìn)行模擬，形成不同階段的施工進(jìn)度計(jì)劃，如圖3所示：A1基坑開(kāi)挖32%，圍護(hù)施工38%，降水井施工（灌注樁范圍可提早）16%，1-1、1-2支撐養(yǎng)護(hù)

27%，1-3、1-4支撐施工59%，1-5土方開(kāi)挖88%。

圖3

A1基坑開(kāi)挖33%，圍護(hù)施工40%，降水井施工（灌注樁范圍可提早）23%，1-3、1-4支撐養(yǎng)護(hù)7%，1-6、1-7棧橋施工13%，1-1、1-2支撐養(yǎng)護(hù)53%，如圖4。

圖4

A1基坑開(kāi)挖38%，圍護(hù)施工45%，降水井施工（灌注樁范圍可提早）48%，1-8棧橋施工32%，1-6、1-7棧橋養(yǎng)護(hù)14%，如圖5。

圖5

基于BIM基坑虛擬施工技術(shù)在虹源盛世國(guó)際文化城項(xiàng)目建設(shè)過(guò)程中的實(shí)際應(yīng)用優(yōu)化了設(shè)計(jì)，使計(jì)劃制定更加合理，施工方更易掌握施工進(jìn)程，合理使用施工資源以及科學(xué)進(jìn)行場(chǎng)地布置，達(dá)到縮短工期，降低成本，提高質(zhì)量的目的。

6　結(jié)論

BIM是信息化大潮之下順勢(shì)而生的應(yīng)用于建筑行業(yè)的新型管理工具，由于模型中可以集成建筑各階段信息，對(duì)施工管理作用巨大。目前，國(guó)內(nèi)有關(guān)BIM技術(shù)在施工中的應(yīng)用研究尚處于初步探索階段，基于BIM技術(shù)施工管理乃至全生命周期管理在建筑領(lǐng)域的應(yīng)用將是一個(gè)必然趨勢(shì)，在未來(lái)的建筑設(shè)計(jì)及施工中的應(yīng)用前景廣闊。從技術(shù)發(fā)展層面分析，BIM技術(shù)將從根本上改變現(xiàn)有的傳統(tǒng)建筑施工模式，并逐步建立起虛擬施工理論和技術(shù)體系。

[1]張建平.BIM技術(shù)的研究與應(yīng)用[J].施工技術(shù)：下半月，2011（001）：I0015～ I0018.

[2]王友群.BIM技術(shù)在工程項(xiàng)目三大目標(biāo)管理中的應(yīng)用[D].重慶大學(xué)，2012.

[3]何清華，韓翔宇.基于BIM的進(jìn)度管理系統(tǒng)框架構(gòu)建和流程設(shè)計(jì)[J].項(xiàng)目管理技術(shù)，2011，9：028.

TU17

A

1673-0038（2015）31-0120-02

2015-6-24