房建BIM技術(shù)在工程施工中的應(yīng)用研究

呂新偉　楊少軍　朱林　高明

摘 要：簡要介紹了中國中鐵航空港集團(tuán)北京機(jī)場分公司與上海魯班軟件有限公司合作的太原幼兒師范學(xué)校項(xiàng)目新校區(qū)工程中“大學(xué)生活動(dòng)中心”子項(xiàng)目的相關(guān)情況，并研究了房建BIM技術(shù)在工程中的具體應(yīng)用。這項(xiàng)技術(shù)在項(xiàng)目建設(shè)中的碰撞檢查、管線綜合優(yōu)化調(diào)整、預(yù)留洞口定位、漫游和凈高檢查、管線二維碼編號(hào)、高大支模查找和模擬、二次結(jié)構(gòu)施工方案模擬和材料管控、三維可視化技術(shù)交底、工程檔案信息化管理、安全質(zhì)量監(jiān)控、工程量成本管控、物資需求計(jì)劃、變更統(tǒng)計(jì)、施工進(jìn)度模擬方面起到了非常重要的作用。

關(guān)鍵詞：BIM；虛擬建造；三維模型；信息化管理

中圖分類號(hào)：TU712.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.03.013

1 BIM理論概述

BIM是建筑信息模型，它是以三維數(shù)字技術(shù)為基礎(chǔ)，集成了各種建筑工程項(xiàng)目信息的工程數(shù)據(jù)模型，它能詳細(xì)表述工程項(xiàng)目中的內(nèi)容。建筑信息模型是數(shù)字技術(shù)在建筑工程中的直接應(yīng)用，它能夠解決建筑工程在軟件中的描述問題，使設(shè)計(jì)人員和工程技術(shù)人員能夠正確應(yīng)對各種建筑信息，并為協(xié)同工作提供堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

BIM不僅是建筑信息模型，還是一種應(yīng)用于設(shè)計(jì)、建造、管理的數(shù)字化方法。這種方法支持建筑工程集成管理，可以大大提高建筑工程的施工效率，降低風(fēng)險(xiǎn)。

2 工程實(shí)例

在施工過程中，先完成了大學(xué)生活動(dòng)中心整體BIM模型的建立，圍繞BIM模型和魯班BIM系統(tǒng)指導(dǎo)各個(gè)施工階段、不同崗位的職能部門開展圖紙問題檢查、成本分析、質(zhì)量安全保障等工作。

2.1 碰撞檢查

將已經(jīng)完成的土建專業(yè)和安裝專業(yè)BIM模型輸出相應(yīng)碰撞文件，利用碰撞系統(tǒng)集成建筑全專業(yè)模型進(jìn)行綜合碰撞檢查，詳細(xì)定位每處碰撞點(diǎn)。在此過程中，一共發(fā)現(xiàn)大學(xué)生活動(dòng)中心項(xiàng)目碰撞點(diǎn)500多處，并且自動(dòng)生成碰撞報(bào)告，用于與設(shè)計(jì)院的溝通工作。

2.2 管線綜合優(yōu)化調(diào)整

碰撞檢查完成之后，利用BIM系統(tǒng)三維可視化的優(yōu)點(diǎn)一一處理碰撞點(diǎn)。在考慮現(xiàn)場施工便利性和使用功能的前提下，要確定排布原則，并提出多套方案供項(xiàng)目選擇，方案1、方案2如圖1、圖2所示。項(xiàng)目最終選擇了方案1.

確定了方案之后，在三維狀態(tài)下重新細(xì)致地排布管線，盡可能避免出現(xiàn)碰撞點(diǎn)。圖3為局部調(diào)整后的管線排布情況。

利用BIM系統(tǒng)的綜合支架功能完成三維支架展示、支架可視化，并分層、分區(qū)域、分系統(tǒng)計(jì)算支架材料的用量，做好支架安裝前的管控工作。

確認(rèn)調(diào)整方案，綜合調(diào)整管線后，利用BIM系統(tǒng)導(dǎo)出剖面圖指導(dǎo)現(xiàn)場施工，具體如圖4所示。

利用BIM系統(tǒng)確定設(shè)備和材料的進(jìn)場計(jì)劃，并提前提醒現(xiàn)場人員安排相關(guān)工作計(jì)劃，防止出現(xiàn)有工作被遺忘的情況，以確保施工進(jìn)度。

2.3 預(yù)留洞口定位

管線綜合調(diào)整工作完成后，可以利用調(diào)整后的管線綜合模型導(dǎo)出預(yù)留洞口定位圖。目前，已經(jīng)精確定位了大學(xué)生活動(dòng)中心一層的44個(gè)預(yù)留洞口，用于指導(dǎo)前期土建洞口預(yù)留，并以三維的方式完成現(xiàn)場交底工作。圖5為預(yù)留洞口的定位情況。

在施工過程中，可以利用BIM移動(dòng)端BIM View在現(xiàn)場查看BIM洞口位置和管線排布情況。項(xiàng)目現(xiàn)場管理人員利用BIM View能夠更簡單、直觀地在現(xiàn)場查詢模型信息，指導(dǎo)現(xiàn)場施工。

2.4 漫游和凈高檢查

在完成綜合排布的樓層內(nèi)，可以模擬第一人稱的視角進(jìn)行漫游檢查——查看管線排布情況、管線屬性信息，對比管線排布后建筑物的凈高與裝飾吊頂是否有沖突，同時(shí)，還可以模擬設(shè)備進(jìn)場路線。在大體積機(jī)電設(shè)備進(jìn)場施工前，要進(jìn)行三維交底工作。目前，大學(xué)生活動(dòng)中心項(xiàng)目一層區(qū)域均已實(shí)現(xiàn)漫游。圖6為三維動(dòng)漫人員模擬現(xiàn)場實(shí)際情況檢查工程凈高和管道布置工作。

2.5 管線二維碼編號(hào)

在工作過程中，可以利用BIM系統(tǒng)平臺(tái)在BIM模型中賦予管線二維碼信息，利用打印機(jī)打印出二維碼標(biāo)簽，并將其貼在現(xiàn)場相應(yīng)的構(gòu)件上。同時(shí)，利用移動(dòng)設(shè)備二維碼掃描功能可以實(shí)時(shí)查詢構(gòu)件定位、材質(zhì)信息等。大學(xué)生活動(dòng)中心項(xiàng)目模型中的所有構(gòu)件均可導(dǎo)出二維碼信息。圖7為利用BIM系統(tǒng)生成的構(gòu)件信息二維碼。

2.6 高大支模查找和模擬

高大支模關(guān)系著整個(gè)項(xiàng)目的質(zhì)量和安全，它是需要專家論證的重要施工方案。在梁板高度大于8 m、梁搭設(shè)跨度大于18 m、線荷載大于20 kN/m的位置，BIM系統(tǒng)可以準(zhǔn)確找到需要進(jìn)行高大支模的區(qū)域，如圖8所示，并準(zhǔn)確定位。篩選出高大支模區(qū)域后，工程部人員就可以針對高大支模區(qū)域編制專項(xiàng)施工方案，以供專家論證。該項(xiàng)目共篩選出高大支模區(qū)域66處，其中，一層12處，二

層26處，三層11處，四17層處。表1為高大支模區(qū)域統(tǒng)計(jì)表。

通過對高大支模區(qū)域的篩選，可以完成以下兩方面的工作：①準(zhǔn)確、全面、直觀地找到高大支模的位置，以方便施工管理人員編制專項(xiàng)施工方案；②利用BIM模型輔助技術(shù)交底工作。

2.7 二次結(jié)構(gòu)施工方案模擬和材料管控

二次結(jié)構(gòu)施工方案模擬是將建立好的土建模型導(dǎo)入BIM系統(tǒng)中，利用魯班施工軟件中的墻體編號(hào)功能為每一面墻有序編號(hào)，并將編號(hào)墻體依次按照設(shè)置的砌體規(guī)格、種類和灰縫大小等排布，從而得出相應(yīng)編號(hào)墻體各種規(guī)格砌體、砌筑砂漿用量的排布圖，最后形成項(xiàng)目。在此，可以按照編號(hào)墻體砌體用量來指導(dǎo)相應(yīng)砌體施工。圖9為砌體的精確排布情況。

在此工程中，可以利用BIM系統(tǒng)精確控制二次結(jié)構(gòu)使用量。其中，二次結(jié)構(gòu)材料蒸壓灰砂磚共計(jì)353.34 m3，加氣砼砌塊3 428.34 m3，加氣砼板467.14 m3，元寶基礎(chǔ)96.31 m3，C25圈梁54.58 m3，C25過梁19.05 m3，C25構(gòu)造柱316.61 m3，C15砼基座124.81 m3。表2為各編號(hào)墻體砌體用量明細(xì)，表3為二次結(jié)構(gòu)材料用量統(tǒng)計(jì)表。

對于構(gòu)造柱定位，可先在BIM模型中模擬構(gòu)造柱，然后利用BIM系統(tǒng)動(dòng)態(tài)剖切平面圖，并導(dǎo)出平面圖指導(dǎo)現(xiàn)場構(gòu)造柱的定位工作。

2.8 三維可視化技術(shù)交底

結(jié)合項(xiàng)目二維平面布置圖，利用魯班施工軟件建立綜合場布三維模型反映項(xiàng)目的綜合場布情況和施工特點(diǎn)，同時(shí)，還可利用BIM系統(tǒng)合理布置材料堆放位置和材料用量，讓各級(jí)主管部門領(lǐng)導(dǎo)、業(yè)主、監(jiān)理和各相關(guān)工作人員充分了解部分施工工藝和利用信息化手段管理工程的優(yōu)勢。

在施工前，要集中相關(guān)專業(yè)施工人員，采用將BIM三維模型投放于大屏幕的方式進(jìn)行技術(shù)交底工作。BIM三維模型可以可視化預(yù)演施工中的重點(diǎn)、難點(diǎn)和工藝復(fù)雜的施工區(qū)域，多角度、全方位地查看模型。這樣做，不僅能夠提高交底工作的效率，還便于工人理解相關(guān)的工作內(nèi)容。

2.9 工程檔案信息化管理

虛擬施工技術(shù)詳細(xì)記錄了整個(gè)施工過程和材料的使用情況，可將其作為檢查、改進(jìn)和責(zé)任追溯的依據(jù)，從而有效提高各參建部門的質(zhì)量意識(shí)。與此同時(shí)，資料員、技術(shù)員、預(yù)算員能夠及時(shí)在圖形中找到與自己負(fù)責(zé)的工作相關(guān)的施工進(jìn)度、項(xiàng)目材料進(jìn)場和檢測、各分項(xiàng)工程施工質(zhì)量檢查驗(yàn)收、成本數(shù)據(jù)、技術(shù)管理等數(shù)千份工程資料。待相關(guān)資料上傳到BIM資料庫中后，可與模型掛接，形成BIM資料管理數(shù)據(jù)庫。這時(shí)，各部門就可以通過檢索快速查看、下載所需的資料，進(jìn)一步提高現(xiàn)場信息的傳遞效率。

在施工過程中，可將相關(guān)施工記錄、驗(yàn)收資料與BIM模型掛接。如果在后期運(yùn)營管理過程中出現(xiàn)設(shè)備維護(hù)問題，只需要通過BIM模型就能夠查看與設(shè)備有關(guān)的資料，為后期運(yùn)營維護(hù)工作提供了極大的便利。

另外，可將項(xiàng)目中涉及到的圖集、規(guī)范或者其他公共資料、資料模板等形成電子信息庫，讓項(xiàng)目人員能夠隨時(shí)隨地查看圖集規(guī)范，并與模型作對比。

2.10 安全質(zhì)量監(jiān)控

根據(jù)項(xiàng)目前期BIM總體計(jì)劃安排中所列的職責(zé)，現(xiàn)場施工人員可以通過基于BIM系統(tǒng)的手機(jī)移動(dòng)端應(yīng)用拍攝現(xiàn)場施工質(zhì)量、安全防護(hù)、施工節(jié)點(diǎn)和進(jìn)度等內(nèi)容，并將有疑問的施工照片通過手機(jī)移動(dòng)終端上傳到BIM系統(tǒng)中。目前，可將已上傳的上百張照片與BIM模型中相應(yīng)的內(nèi)容作對比。另外，在安全、質(zhì)量會(huì)議或生產(chǎn)例會(huì)上，可以通過魯班BE客戶端查看出現(xiàn)的問題，并與現(xiàn)場溝通，從而確定相應(yīng)問題的處理方法，以避免因?yàn)檎Z言表達(dá)或文字描述不清而引發(fā)的爭論。這樣做，不僅提高了工作效率，還為現(xiàn)場管理提供了重要的圖像依據(jù)，形成項(xiàng)目質(zhì)量、安全等方面的資料庫。

2.11 工程量成本管控

利用BIM模型可以為工程提供項(xiàng)目計(jì)劃工程預(yù)算數(shù)據(jù)，同時(shí)，還可以快速提供支撐項(xiàng)目各條線管理所需的數(shù)據(jù)信息。

在工作過程中，項(xiàng)目部會(huì)有3份工程數(shù)據(jù)，即招標(biāo)清單數(shù)據(jù)、BIM模型數(shù)據(jù)和實(shí)際施工數(shù)據(jù)。如果不能精確核對這些數(shù)據(jù)，將會(huì)阻礙施工過程中的提量和最終工程結(jié)算工作的順利進(jìn)行。鑒于此，必須合理利用BIM模型中的數(shù)據(jù)，與工經(jīng)部核對招標(biāo)清單量差，降低預(yù)算部門錯(cuò)算、漏算等問題發(fā)生的概率，與工程部比較現(xiàn)場實(shí)際用量，控制材料計(jì)劃，同時(shí)，也能為BIM模型數(shù)據(jù)的使用提供保障，使各部門的問題都能通過提前核對來解決，從而協(xié)調(diào)統(tǒng)一施工過程中的數(shù)據(jù)應(yīng)用情況。

經(jīng)過全專業(yè)的多算對比、核查，在確保數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度的基礎(chǔ)上，整理、歸納出招標(biāo)清單工程數(shù)據(jù)錯(cuò)、漏、少算的問題，為項(xiàng)目簽證提供依據(jù)。

在此次量差對比中，具體的分部分項(xiàng)工程有一部分量差特別大，它們最終會(huì)影響工程造價(jià)工作。例如，大學(xué)生活動(dòng)中心項(xiàng)目矩形柱部分的招標(biāo)清單量為1 137.921 m3，模型工程量為1 349.18 m3，相差211.259 m3，一次結(jié)構(gòu)的混凝土量差主要集中在這個(gè)部分。而吸聲內(nèi)墻面的招標(biāo)清單量為789.9 m2，模型工程量為4 044.27 m2，相差3 254.37 m2，招標(biāo)量與我方模型算量相差數(shù)倍。由此可見，招標(biāo)清單中裝飾部分的算量誤差極大。對于全玻幕墻MQ14，原有清單招標(biāo)量中并沒有這一項(xiàng)，而模型工程量卻達(dá)386.15 m2。這就意味著，招標(biāo)清單中存在漏項(xiàng)的問題。鑒于此，相關(guān)工作人員要在原有清單的基礎(chǔ)上將詳細(xì)的算量補(bǔ)充完整，盡可能精確模型算量。

2.12 物資需求計(jì)劃

完成上述工作后，在項(xiàng)目前期就能得到準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支持，為項(xiàng)目各條線施工人員提供強(qiáng)大的數(shù)據(jù)支撐。同時(shí)，項(xiàng)目各崗位人員可以根據(jù)自身需要，利用BIM系統(tǒng)靈活地在模型上劃分施工段，調(diào)取相關(guān)施工段數(shù)據(jù)編制項(xiàng)目材料采購計(jì)劃。

BIM系統(tǒng)中集成了精確的工程量數(shù)據(jù)，所以，可結(jié)合項(xiàng)目的施工進(jìn)度安排相關(guān)工作，在每次施工前，可利用系統(tǒng)提取各時(shí)間節(jié)點(diǎn)、各施工段所需的材料計(jì)劃，工程部人員在施工完成之后要對比實(shí)際用量與圖紙標(biāo)準(zhǔn)用量，確定材料的使用損耗率，從而找出工程問題的根源所在，并加以控制，以降低類似問題發(fā)生的概率。

2.13 變更統(tǒng)計(jì)

項(xiàng)目BIM小組每次收到變更通知后，會(huì)在第一時(shí)間根據(jù)變更內(nèi)容調(diào)整BIM模型，并及時(shí)更新系統(tǒng)模型，同時(shí)，還會(huì)記錄好變更前、變更后和變更產(chǎn)生的工程量差，以便于后期簽證。

2.14 施工進(jìn)度模擬

將BIM模型導(dǎo)入PDS系統(tǒng)中可以實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目部信息的共享與應(yīng)用，解決了過去項(xiàng)目部基層人員與管理人員之間、項(xiàng)目部與公司總部之間信息不對稱的問題。在模擬施工進(jìn)度時(shí)，可以按照施工進(jìn)度計(jì)劃在魯班用模端SP中定義好時(shí)間節(jié)點(diǎn)。在此過程中，可以將工作細(xì)化到每個(gè)構(gòu)件的施工進(jìn)度模擬演示上。利用BIM系統(tǒng)可以精確提取施工計(jì)劃所需要的材料計(jì)劃，提前組織好施工隊(duì)伍，準(zhǔn)備機(jī)械、材料進(jìn)場。

3 總結(jié)

近幾年，因?yàn)锽IM技術(shù)具有可視化、協(xié)調(diào)性、模擬性、優(yōu)化性和出圖性的特點(diǎn)，所以，它被廣泛應(yīng)用于工程施工中。這項(xiàng)技術(shù)對房屋建筑施工管理有非常大的指導(dǎo)作用，是建筑行業(yè)未來發(fā)展的趨勢。

〔編輯：白潔〕