基于BIM的綠色科技施工

孔海峰

（江蘇建科建設(shè)監(jiān)理有限公司， 江蘇 南京 210019）

基于BIM的綠色科技施工

孔海峰

（江蘇建科建設(shè)監(jiān)理有限公司， 江蘇 南京 210019）

綠色施工是當(dāng)今建筑施工領(lǐng)域的重要課題，BIM技術(shù)的應(yīng)用使得精細(xì)化施工管理成為可能。結(jié)合工程實(shí)際，利用BIM技術(shù)，進(jìn)行系統(tǒng)的3D深化設(shè)計(jì)和4D施工模擬，實(shí)現(xiàn)了施工方案優(yōu)化和施工過程動態(tài)管理，避免浪費(fèi)，一次成優(yōu)，節(jié)約資源，利用科技手段實(shí)現(xiàn)綠色施工。

BIM；綠色施工；3D可視化設(shè)計(jì)；4D施工模擬；精準(zhǔn)物流

環(huán)境保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展是當(dāng)今社會的共識，綠色施工是工程施工必然的要求和選擇。自 2007 年 9 月住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部發(fā)布《綠色施工導(dǎo)則》以來，綠色施工在工程施工領(lǐng)域快速實(shí)施，并涌現(xiàn)出了一批代表性的企業(yè)和項(xiàng)目。但是，在實(shí)施過程中還存在不少誤區(qū)，在所調(diào)查的項(xiàng)目中，大部分都因?yàn)榻M織綠色施工額外投資數(shù)十萬到上百萬，進(jìn)行所謂的綠化美化，建設(shè)眾多的臨時(shí)景觀設(shè)施，占用有限的施工場地做表面文章，完全背離了綠色施工的宗旨。另一方面，建筑業(yè)生產(chǎn)效率低下，人財(cái)物的浪費(fèi)嚴(yán)重。

圖1 建筑業(yè)與制造業(yè)生產(chǎn)效率對比

《綠色施工導(dǎo)則》指出，綠色施工是指工程建設(shè)中，在保證安全、健康、質(zhì)量等的前提下，通過科學(xué)管理和技術(shù)進(jìn)步，最大限度地節(jié)約資源與減少對環(huán)境負(fù)面影響的施工活動，實(shí)現(xiàn)“四節(jié)一環(huán)?！?節(jié)材、節(jié)水、節(jié)能、節(jié)地和環(huán)境保護(hù))。此導(dǎo)則明確了前提條件是綠色施工必須與科學(xué)管理和技術(shù)進(jìn)步結(jié)合，利用科技手段實(shí)現(xiàn)減少浪費(fèi)、節(jié)約資源和環(huán)境保護(hù)。節(jié)約資源保護(hù)環(huán)境的重要途徑是技術(shù)手段的提高、組織管理的到位。本文擬結(jié)合中銀大廈創(chuàng)建科技示范項(xiàng)目，探討利用科技手段創(chuàng)建綠色施工的方法和途徑。

1 工程項(xiàng)目概況和特點(diǎn)

中銀大廈工程位于蘇州工業(yè)園區(qū)，為中國銀行蘇州分行投資新建的一座金融綜合大樓。建筑面積約 10 萬 m2，建筑物由塔樓及東側(cè)裙房、大廳、地下車庫組成。其中塔樓為地上 24 層，地面以上總高度約為 110 m，裙房為地上 4 層和 1層夾層，地下 1 層。工程具有以下明顯特點(diǎn)。

(1)設(shè)計(jì)追求完美。設(shè)計(jì)總承包為著名美國貝氏建筑事務(wù)所，貝氏因法國盧浮宮、香港中銀大廈、蘇州博物館等而聞名，并以精工細(xì)作、追求完美為代表。

(2)業(yè)主要求高。業(yè)主提出了“百年中行，百年大樓”的口號，按照金融管理的方法和思路管理工程項(xiàng)目，要求精益求精。

(3)工期緊。業(yè)主要求在百年行慶之前完工，工期只有2.5 a；同樣為貝氏設(shè)計(jì)的蘇州博物館新館，層高 3 層，建筑面積 1.5 萬 m2，建設(shè)工期 3 a。

(4)施工環(huán)境復(fù)雜。工程位于園區(qū) CBD 核心，場地狹窄，工程三面臨河，占地面積 2.5 萬 m2，建筑占地 2 萬 m2。

(5)技術(shù)難點(diǎn)多。工程有超大空間混凝土結(jié)構(gòu)、超長懸挑結(jié)構(gòu)、大型鋼結(jié)構(gòu)整體提升、大分割單元幕墻、拉桿式全玻幕墻、VAV、內(nèi)裝外裝景觀一體化模數(shù)設(shè)計(jì)、嚴(yán)格的金融安防系統(tǒng)、遠(yuǎn)程視頻會議系統(tǒng)等復(fù)雜的系統(tǒng)和設(shè)計(jì)，需要嚴(yán)密的組織和管理。

2 方法與思路

針對項(xiàng)目特點(diǎn)，工程伊始即制定了較高的項(xiàng)目目標(biāo)，計(jì)劃利用有限資源，組織綠色科技施工，完成業(yè)主和設(shè)計(jì)項(xiàng)目的要求和期望。經(jīng)過認(rèn)真分析，本項(xiàng)目綠色施工總體思路如下：

(1)由于資金、場地和時(shí)間限制，不具備大面積綠化、美化的條件，綠色施工重點(diǎn)著眼于實(shí)實(shí)在在地節(jié)省資源、節(jié)省投資、避免浪費(fèi)。

(2)分析影響項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)綠色施工的主要風(fēng)險(xiǎn)因素包括以下幾方面。

①施工效果不能達(dá)到設(shè)計(jì)要求，不得不返工，造成資源浪費(fèi)?？疾熵愂显O(shè)計(jì)其他項(xiàng)目施工情況，施工單位不能理解設(shè)計(jì)意圖，大面積返工、不斷整改等是施工過程中的突出問題；

②設(shè)計(jì)專業(yè)之間不協(xié)調(diào)，造成資源浪費(fèi)和返工。對于境外建筑設(shè)計(jì)國內(nèi)施工圖配套項(xiàng)目，往往難以做到專業(yè)之間協(xié)調(diào)一致，盲目施工往往帶來不必要的返工和浪費(fèi)；

③現(xiàn)場施工安排不周，工序脫節(jié)造成資源無效占用，部分資源不能及時(shí)有效地到達(dá)施工現(xiàn)場造成全面窩工；

④信息溝通不暢，業(yè)主、設(shè)計(jì)、項(xiàng)目管理等各項(xiàng)變更指令不能及時(shí)執(zhí)行導(dǎo)致不必要返工和浪費(fèi)。

(3)根據(jù)對項(xiàng)目的具體分析，計(jì)劃利用 BIM 技術(shù)，構(gòu)建項(xiàng)目實(shí)時(shí)溝通和共享的平臺，充分理解設(shè)計(jì)意圖，進(jìn)行系統(tǒng)的深化設(shè)計(jì)和系統(tǒng)模擬，施工方案優(yōu)化，施工過程動態(tài)管理，動態(tài)場地管理、精準(zhǔn)物流、即時(shí)信息溝通，避免浪費(fèi)，一次成優(yōu)，節(jié)約資源，實(shí)現(xiàn)綠色施工。

3 實(shí)施及效果

(1)BIM 建模。在項(xiàng)目建設(shè)初期，組織對項(xiàng)目各專業(yè)管理人員進(jìn)行軟件培訓(xùn)，利用 Autodesk Revit Architecture 軟件對項(xiàng)目進(jìn)行 3 D 建模，分別搭建了建筑、結(jié)構(gòu)、給水、污水、雨水、噴淋、水炮、消防栓、暖通、消防管道、安防、電氣等分專業(yè) BIM 模型，然后根據(jù)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)將各專業(yè)模型鏈接在一起，獲得完整的建筑模型，圖 2 為各專業(yè)綜合后營業(yè)大廳BIM 模型。通過 BIM 建模，各專業(yè)技術(shù)人員熟悉了施工圖紙，了解了設(shè)計(jì)意圖，對施工重點(diǎn)、難點(diǎn)有了一個(gè)具體、形象的認(rèn)識，為后續(xù)工程的具體實(shí)施奠定了基礎(chǔ)。各專業(yè)根據(jù)BIM 建模的結(jié)果，制定針對性專項(xiàng)施工方案，可操作性強(qiáng)，避免了施工過程被動調(diào)整或修改施工方案對工程帶來的影響和損失。

圖2 營業(yè)大廳BIM模型

(2)碰撞分析。通過 Autodesk Navisworks 強(qiáng)大的沖突檢測功能，通過對 3 D 項(xiàng)目模型中潛在沖突進(jìn)行有效的辨別、檢查與報(bào)告，Autodesk Navisworks Manage 將精確的錯(cuò)誤查找功能與基于硬沖突、軟沖突、凈空沖突與時(shí)間沖突的管理相結(jié)合，快速審閱和反復(fù)檢查由多種 3 D 設(shè)計(jì)軟件創(chuàng)建的幾何圖元，對項(xiàng)目中發(fā)現(xiàn)的所有沖突進(jìn)行完整記錄。通過碰撞分析，共檢查發(fā)現(xiàn)各專業(yè)管線之間碰撞總計(jì) 357 處，主要為由于吊頂空間限制風(fēng)管、橋架、噴淋管等在交叉處無法做到避讓。業(yè)主和設(shè)計(jì)師明確要求必須保證 3.0 m 吊頂凈高，在1.5 m 的范圍內(nèi)有 800-1200 高混凝土或鋼梁、吊頂、600 高風(fēng)管，100-250 高橋架和消防管線，按照原設(shè)計(jì)方案根本無法實(shí)現(xiàn)。通過 3 D 模擬方案優(yōu)化，最終采用了在鋼梁或混凝土梁預(yù)留橋架、消防管線、部分風(fēng)管穿越的預(yù)留洞方案。該方案嚴(yán)格保證了設(shè)計(jì)效果和功能，而且大量節(jié)約了風(fēng)管、橋架登高、跨越制作成本和費(fèi)用，避免了不必要的返工浪費(fèi)。據(jù)估算，如果不能在開工前發(fā)現(xiàn)并解決，后期整改費(fèi)用將在 400萬以上，而且吊頂標(biāo)高不能保證。

(3)基于 BIM 的深化設(shè)計(jì)。鋼結(jié)構(gòu)、機(jī)電管線綜合、幕墻、室內(nèi)裝修等二次深化設(shè)計(jì)均采用 BIM 為基礎(chǔ)的 3D 可視化設(shè)計(jì)。鋼結(jié)構(gòu)深化設(shè)計(jì)時(shí)利用 Revit 重點(diǎn)進(jìn)行復(fù)雜節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)，比較典型的如 5 根梁(其中 1 根斜拉鋼梁)與鋼骨柱交叉節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)，通過 3 D 可視化設(shè)計(jì)發(fā)現(xiàn)全部鋼筋穿越根本不具備條件，設(shè)計(jì)不當(dāng)有可能造成現(xiàn)場無法施工。通過準(zhǔn)確定位穿筋孔并布置部分鋼筋錨板，鋼結(jié)構(gòu)和鋼筋工廠加工時(shí)已充分考慮了相關(guān)施工順序和節(jié)點(diǎn)做法，大量節(jié)約了勞動力和資源浪費(fèi)，減少了現(xiàn)場焊接、切割等影響環(huán)境的作業(yè)。機(jī)電管線系統(tǒng)眾多，存在較多的施工難點(diǎn)，如地下室布置了大量機(jī)房，管線錯(cuò)綜復(fù)雜，同時(shí)還必須保證層立體停車位空間，管線布置空間狹窄。通過各專業(yè)三維立體管線綜合進(jìn)行系統(tǒng)的機(jī)電管線深化設(shè)計(jì)，如管線集中的設(shè)備機(jī)房(如圖 3)、重要節(jié)點(diǎn)，充分考慮到各專業(yè)交叉和影響，合理安排管線走向、交叉節(jié)點(diǎn)、施工順序，做到了形象、直觀、科學(xué)。提供的 3D交底也大幅提高了工作效率，最大限度地節(jié)約資源，避免了返工。

圖3 機(jī)房管線綜合

(4)基于 BIM 模型的 4D 施工方案模擬。4D 模型是在 3D模型基礎(chǔ)上，附加時(shí)間因素，將模型形成過程以 3D 形式表現(xiàn)出來，4D 信息模型是在基本的信息模型基礎(chǔ)上增加工程進(jìn)度信息以及相關(guān)資源、過程和管理信息等形成的 4D 時(shí)空模型，可以實(shí)現(xiàn)施工過程可視化模擬。在編制施工計(jì)劃和施工方案后，通過 4D 模擬施工，檢驗(yàn)和發(fā)現(xiàn)潛在的作業(yè)次序錯(cuò)誤和沖突問題，確認(rèn)方案的可行性。主體結(jié)構(gòu)施工時(shí)，針對大量勁性柱和空間鋼桁架吊裝施工，施工單位從施工經(jīng)驗(yàn)和自身機(jī)械裝備能力出發(fā)，擬采用塔吊提升空中散拼方案。4D模擬時(shí)發(fā)現(xiàn)采用塔吊吊裝空中散拼存在嚴(yán)重的資源沖突，尤其在中庭空間桁架安裝時(shí)存在主樓施工與鋼結(jié)構(gòu)安裝爭奪塔吊現(xiàn)象，桁架空中散拼預(yù)計(jì)施工周期 2 個(gè)月，主樓施工因垂直運(yùn)輸影響可能滯后 1 個(gè)月以上。調(diào)整桁架安裝方案采用地面拼裝整體提升方案，不但保證了主樓施工資源，而且減少了大量高空和現(xiàn)場大量焊接作業(yè)，對環(huán)境影響做到了最低。

(5)動態(tài)場地精準(zhǔn)物流。針對項(xiàng)目施工場地狹小的特殊情況，利用 BIM 技術(shù)進(jìn)行現(xiàn)場場地模擬，按照不同的施工階段進(jìn)行了具體的分析和布置，如基礎(chǔ)施工階段、混凝土主體施工階段、鋼結(jié)構(gòu)拼裝和提升施工階段、幕墻施工階段、裝修施工階段、景觀施工階段均提出了不同的場地布置原則和施工路線，結(jié)合基于 BIM 的項(xiàng)目信息系統(tǒng)，實(shí)施精準(zhǔn)物流，減少倉儲和土地占用。通過 4D 施工模擬，預(yù)先分析和優(yōu)化施工過程及資源配置，事先設(shè)計(jì)好材料、設(shè)備等物資到達(dá)場地的時(shí)間點(diǎn)、種類、數(shù)量以及運(yùn)輸路線，以最少的庫存或零庫存完成組織生產(chǎn)，依靠精準(zhǔn)物流和動態(tài)場地調(diào)整，減少資源占用，實(shí)現(xiàn)綠色施工。

(6)即時(shí)信息溝通和實(shí)施施工模擬。項(xiàng)目建設(shè)初期即致力于解決項(xiàng)目信息溝通瓶頸，實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目信息的及時(shí)溝通，設(shè)想采用一種基于 BIM 技術(shù)的建筑信息管理平臺，平臺具備圖形編輯、預(yù)算、計(jì)劃、實(shí)時(shí)更新、施工模擬、工程管理等功能，但因各種條件限制未能開展，國內(nèi)當(dāng)時(shí)也沒有相關(guān)成熟軟件。為了解決信息溝通滯后造成的返工、窩工等影響，微信等即時(shí)溝通工具被大量使用，通過微信群等即時(shí)分享信息，對重大變更通過實(shí)時(shí)施工模擬研究對項(xiàng)目的影響程度及時(shí)調(diào)整后續(xù)施工計(jì)劃。

4 結(jié) 語

通過 BIM 技術(shù)的應(yīng)用，中銀大廈工程管理效果明顯，工程實(shí)施過程井然有序，沒有出現(xiàn)其他類似項(xiàng)目普遍存在的返工重做等現(xiàn)象，一次成優(yōu)，為業(yè)主節(jié)省了投資，施工方也節(jié)省了大量資源，工廠化制作加工提高了工程質(zhì)量，減少了現(xiàn)場加工帶來的環(huán)境污染和排放，通過技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)了綠色節(jié)能施工。工程按期完成，獲得了“江蘇省文明工地”稱號，并順利通過了住建部“綠色科技示范項(xiàng)目”驗(yàn)收。

綠色施工不是表面文章，只有實(shí)實(shí)在在的經(jīng)濟(jì)效益才是可持續(xù)發(fā)展，只有依靠技術(shù)進(jìn)度、管理成熟。隨著 BIM 技術(shù)的不斷完善，依靠精細(xì)生產(chǎn)、精細(xì)管理、即時(shí)溝通等技術(shù)手段，實(shí)現(xiàn)綠色施工將逐漸成為常態(tài)。

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通信地址：江蘇省南京市建鄴區(qū)嘉陵江東街18號6幢14樓。

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2015-08-28