BIM技術(shù)在高層建筑群施工中的應(yīng)用與探討

丁美俊

DING Mei-jun

（中鐵二十局集團(tuán)第三工程有限公司）

(China Railway 20th Bureau Group Third Engineering Co. Ltd.)

BIM技術(shù)在高層建筑群施工中的應(yīng)用與探討

丁美俊

DING Mei-jun

（中鐵二十局集團(tuán)第三工程有限公司）

(China Railway 20th Bureau Group Third Engineering Co. Ltd.)

國(guó)家城鎮(zhèn)化建設(shè)的快速推進(jìn)為建筑工程市場(chǎng)注入了活力，使其獲得了新的發(fā)展空間，如今高層建筑群隨處可見。如何充分發(fā)揮BIM技術(shù)在施工中的綜合應(yīng)用，保證高層建筑的施工質(zhì)量、安全與進(jìn)度，同時(shí)又能合理配置資源、有效節(jié)約成本，實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目管理的信息化、可視化、精細(xì)化，是當(dāng)前建筑業(yè)研究探討的課題。論文以在建的南昌禮步花園安置房項(xiàng)目為例，總結(jié)其施工中應(yīng)用BIM技術(shù)的經(jīng)驗(yàn)，以提高項(xiàng)目技術(shù)與管理水平，促使高層建筑工程項(xiàng)目安全優(yōu)質(zhì)高效開展工作，順利實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目經(jīng)營(yíng)管理綜合目標(biāo)，同時(shí)，為BIM技術(shù)在類似高層建筑施工中的應(yīng)用提供參考。

BIM技術(shù)；高層；應(yīng)用；探索

1 BIM的市場(chǎng)應(yīng)用現(xiàn)狀與需求情況

目前，我國(guó)正在進(jìn)行著大規(guī)模的城鄉(xiāng)基本建設(shè)，工程規(guī)模巨大，工程結(jié)構(gòu)形式趨于多樣化與復(fù)雜化，尤其是超大型工程項(xiàng)目屢屢誕生，給施工企業(yè)帶來(lái)了投資風(fēng)險(xiǎn)、技術(shù)和管理難度。同時(shí)，現(xiàn)有的管理方式和信息化模式已較難適應(yīng)新時(shí)代工程建設(shè)的需要，應(yīng)用BIM技術(shù)，從根源上解決建筑工程各階段和各專業(yè)之間信息斷層問題，從規(guī)劃設(shè)計(jì)、施工管理到投入使用全面提高信息化水平和應(yīng)用效果，已成為建設(shè)企業(yè)的迫切需求。大型工程項(xiàng)目對(duì)BIM 的應(yīng)用與推廣，對(duì)我國(guó)建筑業(yè)發(fā)揮了引領(lǐng)與導(dǎo)向作用。

2 BIM在國(guó)內(nèi)的發(fā)展趨勢(shì)

近幾年，BIM應(yīng)用已在國(guó)內(nèi)工程領(lǐng)域掀起一股熱潮，不僅僅是軟件廠商的呼吁，政府相關(guān)單位、各行業(yè)協(xié)會(huì)與專家、設(shè)計(jì)單位、施工企業(yè)、科研院校等也逐步重視并推廣BIM。同時(shí)，住建部發(fā)布建筑業(yè)信息化發(fā)展綱要，發(fā)布BIM技術(shù)應(yīng)用的相關(guān)通知，大力推行對(duì)BIM技術(shù)的研究與應(yīng)用，并著手制定完善一系列BIM標(biāo)準(zhǔn)，開展BIM課題研究，采取一系列舉措，開拓更加廣闊的市場(chǎng)。

3 BIM的特點(diǎn)及價(jià)值

BIM是以三維數(shù)字技術(shù)為基礎(chǔ)，其匯集了工程項(xiàng)目各類相關(guān)信息的綜合數(shù)據(jù)模型， 是對(duì)工程項(xiàng)目實(shí)體與功能特性的數(shù)字化模擬與表達(dá)。一個(gè)完善的信息模型，能夠展現(xiàn)工程項(xiàng)目生命周期各個(gè)階段的數(shù)據(jù)、過(guò)程和資源情況，是工程實(shí)體的完整體現(xiàn)，能為工程項(xiàng)目參與各方提供便利并創(chuàng)造價(jià)值。

BIM模型信息具有完備性、關(guān)聯(lián)性、一致性等特點(diǎn)，通過(guò)建立單一工程數(shù)據(jù)源使項(xiàng)目各參與方使用單一信息源，確保信息的準(zhǔn)確性和一致性，解決當(dāng)前建筑領(lǐng)域信息化的瓶頸問題；各專業(yè)CAD圖紙可從BIM模型中獲取所需的設(shè)計(jì)參數(shù)和相關(guān)信息，不需重新錄入數(shù)據(jù)，規(guī)避了數(shù)據(jù)冗余、歧義和錯(cuò)誤，實(shí)現(xiàn)了各專業(yè)之間的資源共享；應(yīng)用BIM 技術(shù)進(jìn)行虛擬模擬，可實(shí)現(xiàn)圖紙復(fù)核、碰撞檢查、能耗與成本分析等，同時(shí)，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)、集成和可視化的4D 施工管理。

4 BIM技術(shù)的應(yīng)用

4.1 三維建模

本項(xiàng)目主要包括地下室、高層住宅、公建與商業(yè)裙房，通過(guò)采用REVIT、NAVISWORKS、LUMION、SYNCHRO等軟件進(jìn)行建模、模型整合、碰撞檢查、施工模擬、進(jìn)度模擬以及效果制作與輸出等一系列工作，搭建出三維信息化、數(shù)字化模型體系，取代了傳統(tǒng)的平立面圖與效果圖，讓大家形象地全方位了解設(shè)計(jì)方案，讓非專業(yè)的人員也能直觀了解項(xiàng)目的各項(xiàng)情況，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)參觀實(shí)體工程的效果。BIM三維模型見圖1。

4.2 場(chǎng)地布置

利用BIM技術(shù)將施工分為基礎(chǔ)、主體、裝修3大階段，分別考慮、建立施工全過(guò)程動(dòng)態(tài)布局方案。運(yùn)用BIM模型和IFC標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫(kù)的信息共享功能，實(shí)現(xiàn)一次建模多次應(yīng)用，快速進(jìn)行各個(gè)施工階段的場(chǎng)地規(guī)劃與方案制定，節(jié)約時(shí)間和資源，為項(xiàng)目施工全過(guò)程綜合考慮提供依據(jù)。利用BIM能快速準(zhǔn)確表達(dá)空間沖突，以便提前完善場(chǎng)地規(guī)劃與布局。通過(guò)采用BIM技術(shù)對(duì)施工場(chǎng)地進(jìn)行模擬，將施工現(xiàn)場(chǎng)虛擬排布，提前將生活區(qū)、作業(yè)區(qū)進(jìn)行合理的規(guī)劃，使地上、地下已有和擬建建筑物、施工設(shè)備、各場(chǎng)地實(shí)體、臨時(shí)設(shè)施、庫(kù)房、材料堆放、加工區(qū)、管線、道路等各項(xiàng)設(shè)施及場(chǎng)地的布置更加合理化、科學(xué)化，既保證場(chǎng)地道路暢通、減少現(xiàn)場(chǎng)材料及機(jī)具二次搬運(yùn)，又符合現(xiàn)場(chǎng)衛(wèi)生、安全防火、環(huán)境保護(hù)及文明施工等要求，充分發(fā)揮BIM的作用與優(yōu)勢(shì)。場(chǎng)地模型見圖2。

4.3 圖紙核查與設(shè)計(jì)深化

在實(shí)際施工圖紙中往往會(huì)出現(xiàn)圖紙前后不一致或不同專業(yè)之間的不協(xié)調(diào)等問題，施工中一方作業(yè)人員對(duì)工作流程和工作空間的實(shí)施往往不會(huì)充分考慮后續(xù)工作或其他專業(yè)的相關(guān)性，各自為政的現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，未能及早發(fā)現(xiàn)問題，出現(xiàn)前后工作或不同專業(yè)之間的打架現(xiàn)象，從而給施工帶來(lái)不必要的困擾與麻煩。通過(guò)BIM技術(shù)應(yīng)用，在未施工前對(duì)圖紙進(jìn)行核查，采用三維動(dòng)畫模擬進(jìn)行檢查，及時(shí)發(fā)現(xiàn)圖紙中存在的問題。通過(guò)已經(jīng)建立的土建專業(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)，并且自動(dòng)生成碰撞報(bào)告，方便與設(shè)計(jì)院進(jìn)行溝通對(duì)接，利用BIM系統(tǒng)三維可視化處理碰撞點(diǎn)，提前解決施工中可能遇到的管線碰撞、預(yù)留洞掩埋、預(yù)埋件缺漏、尺寸偏差等錯(cuò)漏缺項(xiàng)問題，同時(shí)，有助于提出更加合理可行的建議，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)圖紙的深化與修正，規(guī)避施工技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)，減少不必要的返工與損失。

4.4 施工交底

施工交底是施工準(zhǔn)備的重要環(huán)節(jié)，是技術(shù)人員現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)與過(guò)程管控的抓手，更是作業(yè)人員施工操作與安全質(zhì)量控制的關(guān)鍵。通過(guò)采用BIM模型進(jìn)行技術(shù)交底，使參建人員形象直觀地了解設(shè)計(jì)意圖、施工步驟、工藝流程、重點(diǎn)環(huán)節(jié)、質(zhì)量控制要點(diǎn)及施工注意事項(xiàng)，使交底事半功倍，充分發(fā)揮其效果與作用。BIM模型交底見圖3。

4.5 方案論證

施工方案的編制亦是施工準(zhǔn)備階段的主要工作之一，是施工任務(wù)組織安排與實(shí)施操作的依據(jù)，然而，施工方案與實(shí)際施工之間往往存在差距，甚至是矛盾。通過(guò)采用BIM技術(shù)進(jìn)行施工方案的模擬與演示，提前對(duì)施工方案進(jìn)行論證，真實(shí)地反映施工方案的可行性與合理性，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題與不足，及早進(jìn)行方案調(diào)整與完善，從而更好地指導(dǎo)施工實(shí)際，服務(wù)工程項(xiàng)目。

圖1 BIM三維模型

圖2 場(chǎng)地模擬

圖3 BIM模型交底

4.6 方案優(yōu)化

施工中，一項(xiàng)工作可以有多個(gè)施工方案，然而每個(gè)施工方案又各有利弊，應(yīng)用BIM技術(shù)可以提前對(duì)各個(gè)施工方案進(jìn)行模擬，驗(yàn)證各個(gè)施工方案的可操作性、合理性與經(jīng)濟(jì)性等綜合指標(biāo)，并根據(jù)動(dòng)畫演示來(lái)對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)施工方案中的瑕疵與漏洞，通過(guò)比選選擇最優(yōu)的施工方案，并通過(guò)修改、補(bǔ)充、細(xì)化來(lái)完善施工方案，從而達(dá)到最佳效果。

通過(guò)BIM建模及施工模擬，我們對(duì)砌體結(jié)構(gòu)排磚、綜合管線排布及支架布設(shè)方案進(jìn)行了優(yōu)化。首先，利用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，更好地指導(dǎo)砌體施工，見砌體精確排布圖（圖4）；其次，在三維狀態(tài)下細(xì)致地排布管線，利用BIM系統(tǒng)三維可視化有效避免出現(xiàn)碰撞點(diǎn)，從而確定排布原則并制定最優(yōu)的排布方案，見局部管線排布圖（圖5）；再次，利用BIM系統(tǒng)的綜合支架功能實(shí)現(xiàn)三維支架展示、支架可視化，分層、分區(qū)域、分系統(tǒng)對(duì)支架進(jìn)行布置與材料用量的計(jì)算，以做好支架安裝前的準(zhǔn)備工作，并結(jié)合綜合管線排布方案利用BIM系統(tǒng)導(dǎo)出支架節(jié)點(diǎn)圖指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施工，見利用BIM系統(tǒng)導(dǎo)出的節(jié)點(diǎn)圖（圖6）。4.7 安全質(zhì)量管控

安全質(zhì)量是工程施工的主控項(xiàng)目，是開展一切工作的根本出發(fā)點(diǎn)，通過(guò)引入BIM技術(shù)，可以提前對(duì)安全質(zhì)量控制重點(diǎn)、施工關(guān)鍵環(huán)節(jié)、重大危險(xiǎn)源等進(jìn)行模擬演示，從而提前預(yù)知安全質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)，提前制定并采取安全質(zhì)量防范措施，做到防患于未然，有效規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)，減少不必要的返工、窩工或停工，杜絕安全質(zhì)量事故，為項(xiàng)目的安全生產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)高效保駕護(hù)航。施工中，我們通過(guò)BIM對(duì)高支模進(jìn)行查找、篩選，準(zhǔn)確、全面、直觀地找到高支模的位置，嚴(yán)格按照專項(xiàng)方案指導(dǎo)施工，并安排專人進(jìn)行跟蹤監(jiān)控。通過(guò)BIM建模對(duì)梁柱復(fù)雜節(jié)點(diǎn)、預(yù)留預(yù)埋位置、止水鋼板、后澆帶、綜合管線布置、商業(yè)門柱造型、復(fù)雜裝飾線條等進(jìn)行動(dòng)態(tài)仿真模擬，實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵工序、關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的質(zhì)量控制，預(yù)防質(zhì)量通病的發(fā)生。

根據(jù)項(xiàng)目BIM總體計(jì)劃安排中所列的職責(zé)，現(xiàn)場(chǎng)施工人員可以通過(guò)基于BIM系統(tǒng)的手機(jī)移動(dòng)端應(yīng)用拍攝現(xiàn)場(chǎng)施工質(zhì)量、安全防護(hù)、施工節(jié)點(diǎn)和施工進(jìn)展等內(nèi)容的照片，并將有疑問的施工照片通過(guò)手機(jī)移動(dòng)終端上傳到BIM系統(tǒng)中，將已上傳的照片與BIM模型中相應(yīng)的內(nèi)容作對(duì)比，從而及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題解決問題。另外，在安全、質(zhì)量會(huì)議或生產(chǎn)例會(huì)上，可以通過(guò)BE客戶端查看出現(xiàn)的問題，并與現(xiàn)場(chǎng)溝通，從而確定相應(yīng)問題的處理方法，以避免因?yàn)檎Z(yǔ)言表達(dá)或文字描述不清而引發(fā)的爭(zhēng)論。這樣做不僅提高了工作效率，還為現(xiàn)場(chǎng)管理提供了重要的圖像依據(jù)，形成了項(xiàng)目質(zhì)量、安全管理資料庫(kù)。

4.8 進(jìn)度控制

進(jìn)度是效益的保障，只有進(jìn)度可控，才能效益可觀。首先，通過(guò)BIM技術(shù)對(duì)施工過(guò)程模擬，提前優(yōu)化施工工序與組織安排，以提高施工效率，促進(jìn)施工進(jìn)度；其次，通過(guò)采用BIM技術(shù)對(duì)施工進(jìn)度模擬適時(shí)更新，掌握進(jìn)度情況，通過(guò)與施工計(jì)劃進(jìn)行比較，找出差距與問題所在，及時(shí)調(diào)整計(jì)劃或優(yōu)化施工工序與組織安排，采取切實(shí)可行的應(yīng)對(duì)措施，及時(shí)糾偏以保證施工進(jìn)度。此外，利用BIM技術(shù)對(duì)施工進(jìn)度進(jìn)行模擬，將BIM模型導(dǎo)入PDS系統(tǒng)中可以實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目信息的共享與應(yīng)用，解決了過(guò)去項(xiàng)目基層人員與管理人員之間、項(xiàng)目與公司之間信息不對(duì)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)劃用模端SP定義好時(shí)間節(jié)點(diǎn)，將工作細(xì)化到每個(gè)構(gòu)件的施工進(jìn)度模擬演示上，并利用BIM系統(tǒng)精確提取施工計(jì)劃所需要的材料計(jì)劃，提前組織施工隊(duì)伍，準(zhǔn)備機(jī)械設(shè)備以及材料進(jìn)場(chǎng)等事宜。

4.9 成本管理

通過(guò)BIM建立工程5D（3D實(shí)體、時(shí)間、WBS）關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)，從而建立與成本相關(guān)數(shù)據(jù)的時(shí)間、空間、工序維度關(guān)系，使數(shù)據(jù)粒度處理能力達(dá)到構(gòu)件級(jí)，實(shí)現(xiàn)實(shí)際成本數(shù)據(jù)的高效處理與分析。

圖4 砌體精確排布圖

圖5 局部管線排布圖

圖6 BIM系統(tǒng)導(dǎo)出的支架剖面圖

通過(guò)建立BIM數(shù)據(jù)庫(kù)，使材料、機(jī)械、人工費(fèi)、周轉(zhuǎn)材料、管理費(fèi)等實(shí)際成本數(shù)據(jù)及時(shí)進(jìn)入5D關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)，同時(shí)，將各WBS單位工程量的人材機(jī)單價(jià)等主要數(shù)據(jù)錄入實(shí)際成本BIM數(shù)據(jù)庫(kù)，使成本匯總、統(tǒng)計(jì)、拆分對(duì)應(yīng)瞬間可得，實(shí)現(xiàn)任一時(shí)點(diǎn)上工程基礎(chǔ)信息的快速獲取。結(jié)合合同、計(jì)劃與實(shí)際施工的消耗量、分項(xiàng)單價(jià)、分項(xiàng)合價(jià)等數(shù)據(jù)的多算對(duì)比，可以有效了解項(xiàng)目運(yùn)營(yíng)是盈是虧，消耗量有無(wú)超標(biāo)，進(jìn)貨分包單價(jià)有無(wú)失控等問題，實(shí)現(xiàn)對(duì)項(xiàng)目成本風(fēng)險(xiǎn)的有效管控。也可以通過(guò)多維度（時(shí)間、空間、WBS）匯總分析更多種類、更多統(tǒng)計(jì)分析條件的成本報(bào)表，從而不僅使成本管控過(guò)程工作量大為減少，匯總分析能力大大加強(qiáng)，而且能夠及時(shí)準(zhǔn)確地反映成本現(xiàn)狀，為項(xiàng)目快速、高效決策提供可靠依據(jù)。

4.10 多方協(xié)同

通過(guò)項(xiàng)目各參與方信息共享，基于網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)文檔、圖檔和視檔的提交、審核、審批及利用。項(xiàng)目各參與方通過(guò)網(wǎng)絡(luò)協(xié)同工作，進(jìn)行工程洽商、協(xié)調(diào)，實(shí)現(xiàn)施工質(zhì)量、安全、成本和進(jìn)度的管理和監(jiān)控，以及項(xiàng)目各參與方協(xié)同、多專業(yè)協(xié)同，加強(qiáng)溝通效率。

5 結(jié)語(yǔ)

BIM是實(shí)現(xiàn)建筑信息化的必要途徑。隨著大型復(fù)雜建筑項(xiàng)目的興起以及BIM應(yīng)用軟件的不斷完善，越來(lái)越多的項(xiàng)目參與方將更加關(guān)注和應(yīng)用BIM 技術(shù)，使用BIM 技術(shù)進(jìn)行項(xiàng)目管理的涵蓋范圍和領(lǐng)域也將更加廣泛。隨著BIM 相關(guān)理論和技術(shù)的不斷發(fā)展，將會(huì)更加深遠(yuǎn)地影響建筑業(yè)的方方面面。BIM技術(shù)的可視化、協(xié)調(diào)性、模擬性、優(yōu)化性和出圖性等優(yōu)勢(shì)也將更加充分展現(xiàn)并廣泛應(yīng)用于工程施工中，充分發(fā)揮其在建筑施工管理中的指導(dǎo)作用與應(yīng)用價(jià)值。

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Application and Discussion about BIM Technology in the Construction of High Rise Buildings

With the rapid development of national urbanization， there are more new vitality injecting into the construction market, and had a new development space. High-rise buildings stand everywhere. It is worthy of continuing study about how to make full use of the comprehensive application of BIM technology in the construction and ensure the high-rise building construction’s quality, safety and progress, at the same time be able to allocate resources reasonably and save the cost effectively, to achieve the project management’s informatization, visualization, refinement. Based on the example of the construction of Nanchang Libu garden resettlement housing project , with the introduction of BIM technology, the comprehensive application and summarize constantly in the construction project improve the technology and management level, which promotes the project of high-rise building works safely and eff i ciently and the smooth realization of the project management of comprehensive target, and provide a reference for the application of BIM technology in similar high-rise building constructions.

BIM technology; high rise; application; discussion