BIM 技術(shù)在建筑工程綠色施工中的應(yīng)用

陳新

摘要： 在四維圖新大廈項(xiàng)目綠色施工中利用BIM技術(shù)建模并進(jìn)行設(shè)計(jì)深化和施工方案優(yōu)化。根據(jù)項(xiàng)目具體情況，利用BIM技術(shù)實(shí)現(xiàn)了施工場(chǎng)地三維布置、碰撞檢查、管線綜合、施工模擬、可視化交底及現(xiàn)場(chǎng)材料精細(xì)化管理，探索了BIM技術(shù)在綠色施工中的具體應(yīng)用并取得一定經(jīng)濟(jì)效益。

Abstract： BIM technology is used to do the modeling， deepening design and construction scheme optimization during the green construction of the NavInfo project. The article adopts BIM technology to achieve the three dimensional layout of construction site， collision check， comprehensive pipeline， construction simulation， visualization clarification and fine management of site materials according to the specific situation of the project. It explores the application of BIM technology in green construction and good economic benefit.

關(guān)鍵詞： 綠色施工；BIM技術(shù)；設(shè)計(jì)深化；方案優(yōu)化

Key words： green construction；BIM technology；deepening design；optimization scheme

中圖分類號(hào)：TU17；F294.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2017）12-0179-03

0 引言

我國(guó)目前正處于城鎮(zhèn)化快速推進(jìn)階段，建筑業(yè)的飛速發(fā)展對(duì)資源、能源和環(huán)境等造成了巨大影響，推行綠色施工勢(shì)在必行。綠色施工導(dǎo)則提出要加強(qiáng)信息技術(shù)在綠色施工中的應(yīng)用，而BIM技術(shù)正是其中重要一環(huán)。深入研究BIM技術(shù)在綠色施工中的應(yīng)用對(duì)更好地實(shí)現(xiàn)綠色施工“四節(jié)一環(huán)保”的目標(biāo)具有重要意義。

1 工程概況

北京四維圖新大廈項(xiàng)目，位于北京海淀區(qū)北清路與永豐路十字路口。該大廈使用功能是業(yè)主自用辦公及商業(yè)出租，工程總造價(jià)25095萬(wàn)元，總建筑面積56548.2m2。其中地上建筑面積40048.2m2，地下建筑面積為16500m2；主樓十三層，兩棟配樓六層，一棟四層和三棟兩層裙房，綜合BIM模型如圖1所示。

2 BIM技術(shù)綠色施工優(yōu)勢(shì)及應(yīng)用流程分析

2.1 BIM技術(shù)綠色施工優(yōu)勢(shì)分析

BIM技術(shù)應(yīng)用于建筑工程綠色施工主要有以下幾大優(yōu)勢(shì)[1]：

①可視化及施工模擬。工程實(shí)施階段利用BIM技術(shù)進(jìn)行施工模擬，在可視化條件下檢査各過(guò)程工作之間的重合和沖突部分，可以方便地觀看在下道工序中可能造成的一些過(guò)錯(cuò)所造成的損失或延期，還可以通過(guò)前期預(yù)檢，來(lái)優(yōu)化凈距、優(yōu)化布置方案，以可視化視角來(lái)指導(dǎo)施工過(guò)程。

②有效協(xié)同。利用BIM技術(shù)進(jìn)行虛擬施工能夠快速直觀地將預(yù)先制訂好的進(jìn)度計(jì)劃與實(shí)際的情況聯(lián)系起來(lái)，通過(guò)對(duì)比分析使參與各方有效協(xié)同工作，包括設(shè)計(jì)方、監(jiān)理方、施工方、甚至并非工程技術(shù)出身的的業(yè)主和領(lǐng)導(dǎo)都可對(duì)施工項(xiàng)目的各方面信息和面臨問(wèn)題有一個(gè)清晰的判斷和掌握。

③碰撞檢查。BIM技術(shù)可以對(duì)參建各方的專業(yè)信息模型進(jìn)行一個(gè)預(yù)先的碰撞檢查。包括安裝工程各專業(yè)之間及安裝與結(jié)構(gòu)之間。對(duì)查找出的碰撞點(diǎn)對(duì)其施工過(guò)程進(jìn)行模擬并在三維狀態(tài)下進(jìn)行查看，方便技術(shù)人員直觀的了解碰撞產(chǎn)生的原因并制定解決方案。

④進(jìn)度管理。基于BIM方式，可以充分利用可視化手段，通過(guò)進(jìn)度計(jì)劃與模型信息的關(guān)聯(lián)，對(duì)處于關(guān)鍵路線的工程計(jì)劃及其施工過(guò)程進(jìn)行四維立體的仿真模擬，對(duì)非關(guān)鍵路線的重要工作要有一個(gè)提前檢查的過(guò)程，對(duì)可能存在的影響因素做好防范應(yīng)對(duì)。還可以對(duì)實(shí)際的情況通過(guò)模擬之后與當(dāng)前已完成工作進(jìn)行一個(gè)比對(duì)校核，發(fā)現(xiàn)存在的錯(cuò)誤。合理有效的分配建造活動(dòng)中所需的各類設(shè)施，合理調(diào)度現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)地變更，保障施工進(jìn)度正常推進(jìn)。

⑤資源節(jié)約。在節(jié)約用地方面，在對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行深化設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)對(duì)整個(gè)施工場(chǎng)地進(jìn)行充分調(diào)研，利用BIM技術(shù)進(jìn)行施工場(chǎng)地模擬布置，使場(chǎng)地布置對(duì)建筑的容納空間達(dá)到最大化，提高現(xiàn)場(chǎng)施工的便利程度，進(jìn)而提高土地利用效率。

在節(jié)約用水方面，運(yùn)用BIM技術(shù)仿真模擬的功能對(duì)現(xiàn)場(chǎng)各型設(shè)備和各部位等施工用水進(jìn)行仿真演示，對(duì)其正常使用和損耗進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，確保對(duì)用水進(jìn)行合理控制。同時(shí)匯總現(xiàn)場(chǎng)各型設(shè)備和各部位的用水量，運(yùn)用BIM技術(shù)協(xié)調(diào)現(xiàn)場(chǎng)給排水和施工用水以避免水資源浪費(fèi)。

在節(jié)約材料方面，利用BIM技術(shù)對(duì)方案進(jìn)行設(shè)計(jì)深化、施工方案優(yōu)化、碰撞檢查、虛擬建造、三維可視化交底、精確工程量統(tǒng)計(jì)等來(lái)促進(jìn)建筑材料的合理供應(yīng)（限額領(lǐng)料）及使用過(guò)程中的跟蹤控制，減少各種原因造成的返工和材料浪費(fèi)，以達(dá)到節(jié)材的目的。

在節(jié)約能源方面，BIM技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)能源優(yōu)化使用。在建立項(xiàng)目三維模型的過(guò)程中我們?cè)O(shè)置了多種能源控制參數(shù)，在實(shí)際施工開展前對(duì)項(xiàng)目施工過(guò)程中的關(guān)鍵物理現(xiàn)象和功能現(xiàn)象進(jìn)行數(shù)字化探索，有效幫助參建各方進(jìn)行諸多方面的能源使用和優(yōu)化性能分析，最大程度地降低能源損耗。

2.2 BIM技術(shù)綠色施工應(yīng)用流程分析

BIM技術(shù)應(yīng)用于綠色施工有其詳細(xì)的工作順序，其中還包括每個(gè)過(guò)程的責(zé)任方、參考信息和輸出資料[2]等。具體流程圖如圖2所示。

3 綠色施工中BIM技術(shù)具體應(yīng)用

基于四維圖新大廈項(xiàng)目特點(diǎn)，根據(jù)設(shè)計(jì)階段提供的CAD圖紙，著重研究項(xiàng)目在實(shí)施綠色施工時(shí)三維模型建立、施工場(chǎng)地布置、碰撞檢查、工程量精確統(tǒng)計(jì)及現(xiàn)場(chǎng)材料管理等，推行BIM技術(shù)條件下綠色施工精細(xì)化管理。

根據(jù)本項(xiàng)目實(shí)際需求，采用Revit軟件建立建筑、結(jié)構(gòu)、機(jī)電模型并將模型整合在一個(gè)項(xiàng)目中；采用Naviswork軟件進(jìn)行碰撞檢測(cè)、重要節(jié)點(diǎn)可視化交底等[3]。針對(duì)BIM技術(shù)在本項(xiàng)目綠色施工中的應(yīng)用點(diǎn)，主要從施工場(chǎng)地三維布置、建模及圖紙審查、施工模擬、管線碰撞檢查及深化設(shè)計(jì)、三維可視化交底、砌體排布、基于精確工程量統(tǒng)計(jì)的限額領(lǐng)料等方面來(lái)研究BIM技術(shù)在綠色施工中的應(yīng)用。

3.1 施工場(chǎng)地三維布置

基于建立好的四維圖新大廈BIM模型，對(duì)施工場(chǎng)地進(jìn)行科學(xué)的三維立體規(guī)劃，包括生活區(qū)、結(jié)構(gòu)加工區(qū)、材料倉(cāng)庫(kù)、現(xiàn)場(chǎng)材料堆放場(chǎng)地、現(xiàn)場(chǎng)道路等的布置，可以直觀的反映施工現(xiàn)場(chǎng)情況，保證現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)輸?shù)缆窌惩?、方便施工人員的管理，有效避免二次搬運(yùn)及事故的發(fā)生，節(jié)約施工用地，如圖3所示。

3.2 建模及圖紙審查

建立BIM建模首先需要對(duì)工程原方案進(jìn)行分析，提取出工程類型、體量、結(jié)構(gòu)形式、標(biāo)高信息等。其次要確定統(tǒng)一的項(xiàng)目樣板、模型命名規(guī)則、公用標(biāo)準(zhǔn)信息設(shè)置、模型細(xì)度要求等，使各單位在統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)下建立模型。在建模過(guò)程中，技術(shù)人員會(huì)發(fā)現(xiàn)大量圖紙問(wèn)題，分類匯總并提出解決方案并在模型中體現(xiàn)，提前避免返及材料浪費(fèi)，如圖4所示。

3.3 施工模擬

基于建立好的四維圖新大廈BIM模型，對(duì)復(fù)雜施工位置，進(jìn)行可視化查看，發(fā)現(xiàn)施工中可能出現(xiàn)的問(wèn)題，以便在實(shí)際施工之前就采取預(yù)防措施，從而達(dá)到項(xiàng)目的可控性，并降低成本、縮短工期、減少風(fēng)險(xiǎn)，增強(qiáng)綠色施工過(guò)程中的決策、優(yōu)化與控制能力，如圖5所示。

3.4 管線碰撞檢查及深化設(shè)計(jì)

將各專業(yè)建立的BIM模型整合在一起，通過(guò)Naviswork軟件在電腦中提前查找出各專業(yè)（結(jié)構(gòu)、暖通、消防、給排水、電氣橋架等）空間上的碰撞沖突，提前發(fā)現(xiàn)圖紙中的問(wèn)題，電腦自動(dòng)輸出碰撞報(bào)告，然后對(duì)碰撞點(diǎn)進(jìn)行深化設(shè)計(jì)。四維圖新大廈發(fā)現(xiàn)的碰撞點(diǎn)如下：±0以下共發(fā)現(xiàn)402處，±0以上共發(fā)現(xiàn)1063處。其中輸出了穿墻、穿板洞口312處，其中有效規(guī)避了96處，輸出了268個(gè)有效管線碰撞點(diǎn)。會(huì)同技術(shù)人員對(duì)機(jī)電專業(yè)之間的碰撞進(jìn)行深化設(shè)計(jì)予以規(guī)避，對(duì)穿墻、穿板管線預(yù)留洞口或預(yù)埋套管，減少施工階段可能存在的返工風(fēng)險(xiǎn)，如圖6所示。

3.5 三維可視化交底

三維可視化交底可讓施工班組清晰直觀的明白重難點(diǎn)所在，根據(jù)出具的復(fù)雜節(jié)點(diǎn)剖面圖，避讓多專業(yè)同位置管道碰撞，避免單專業(yè)安裝后其余專業(yè)管道排布不下需要重新返工的現(xiàn)象。利用管線綜合優(yōu)化排布后的模型，對(duì)技術(shù)人員以及施工班組進(jìn)行交底，指導(dǎo)后期管道安裝排布，利用剖面圖更直觀的體現(xiàn)復(fù)雜節(jié)點(diǎn)處管道的排布，避免多工種多專業(yè)在施工時(shí)出現(xiàn)爭(zhēng)議，在提升工作效率的同時(shí)也提升了工作質(zhì)量，如圖7所示。

3.6 砌體排布

將建立好的土建模型導(dǎo)入魯班施工軟件中利用施工軟件中墻體編號(hào)功能對(duì)每一堵墻體進(jìn)行有序編號(hào)，并對(duì)編號(hào)的墻體依次按照設(shè)置的砌體規(guī)格種類和灰縫大小等參數(shù)進(jìn)行排布從而得出相應(yīng)編號(hào)墻體各種規(guī)格砌體用量和排布圖，最后形成項(xiàng)目按編號(hào)墻體砌體用量來(lái)指導(dǎo)砌體施工，如圖8所示。

3.7 基于精確工程量統(tǒng)計(jì)的限額領(lǐng)料

運(yùn)用BIM系統(tǒng)強(qiáng)大的數(shù)據(jù)支撐共享平臺(tái)，使各條線工作人員可方便快捷提取到工程數(shù)據(jù)，方便材料用量的提取核對(duì)。利用BIM系統(tǒng)精確快速的提取實(shí)時(shí)材料用量，對(duì)施工班組的各樓層材料領(lǐng)用核對(duì)，利用BIM系統(tǒng)可快速的提取出各樓層的材料用量，并對(duì)施工班組提交的領(lǐng)料單進(jìn)行核對(duì)，大大的精確了材料的用量，避免材料多領(lǐng)浪費(fèi)[4]。

4 經(jīng)濟(jì)效益分析

與原設(shè)計(jì)方案的工期、成本、造價(jià)等相比，采用BIM技術(shù)后可在綠色施工過(guò)程中實(shí)現(xiàn)以下指標(biāo)：

4.1 碰撞檢查

將機(jī)電各專業(yè)模型合并到一起進(jìn)行碰撞檢查，本項(xiàng)目共檢查出碰撞490余處，經(jīng)過(guò)篩選后得出有效碰撞檢測(cè)點(diǎn)268處，可有效節(jié)省人工約36個(gè)工日，節(jié)約時(shí)間6天，人工每人工每工日200元計(jì)算，則避免返工、材料費(fèi)19.6萬(wàn)元。

4.2 洞口預(yù)留

運(yùn)用BIM技術(shù)將機(jī)電模型結(jié)構(gòu)模型合并到一起進(jìn)行碰撞檢查，共輸出預(yù)留洞的部位共396個(gè)，其中有效避免現(xiàn)場(chǎng)97余處預(yù)留洞口遺漏，防止了二次開鑿的情況，節(jié)省人工約24個(gè)工日，節(jié)約時(shí)間約6天，人工以每人工每工日200元計(jì)算，則避免返工、材料費(fèi)7.2萬(wàn)元。

4.3 鋼筋工程

利用 BIM技術(shù)在鋼筋工程施工前對(duì)施工班組進(jìn)行復(fù)雜節(jié)點(diǎn)的可視化交底，對(duì)工序進(jìn)行合理安排，避免施工過(guò)程中的材料浪費(fèi)。對(duì)于地庫(kù)底板等鋼筋構(gòu)造較復(fù)雜區(qū)域，推行鋼筋數(shù)字化加工，方便快捷且鋼筋損耗率較低。項(xiàng)目實(shí)際施工鋼筋用量比原方案節(jié)約46噸，按均價(jià)4000元計(jì)算，共計(jì)節(jié)省材料費(fèi)18.4萬(wàn)元，累計(jì)節(jié)約人工約60工日，節(jié)約時(shí)間5天，人工以每人工每工日200元計(jì)算共節(jié)約人工費(fèi)1.2萬(wàn)元。

4.4 模板工程

一是利用BIM技術(shù)精確統(tǒng)計(jì)工程量，節(jié)省人力，提高效果；二是將復(fù)雜的模板節(jié)點(diǎn)通過(guò)BIM技術(shù)進(jìn)行定制排布以反映其錯(cuò)綜復(fù)雜的平面位置和標(biāo)高體系，解決施工的重難點(diǎn)。共節(jié)約人工96工日，節(jié)約時(shí)間8天，人工以每人工每工日200元計(jì)算共節(jié)約人工費(fèi)1.92萬(wàn)元。

4.5 混凝土工程

利用 BIM 技術(shù)精確提取出工程各部位工程量，合理安排混凝土進(jìn)場(chǎng)時(shí)間，節(jié)省了混凝土運(yùn)輸車的等待費(fèi)用；澆筑時(shí)實(shí)施“點(diǎn)對(duì)點(diǎn)”供應(yīng)，既節(jié)省了人工也避免了混凝土浪費(fèi)，供給節(jié)省混凝土390余m3。

經(jīng)統(tǒng)計(jì)，項(xiàng)目在綠色施工過(guò)程中引入BIM技術(shù)所產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益在360萬(wàn)以上。在施工過(guò)程提供了更多解決問(wèn)題的途徑，在保證項(xiàng)目進(jìn)度和質(zhì)量的前提下取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。

5 結(jié)語(yǔ)

在BIM技術(shù)條件下開展綠色施工，為綠色施工注入信息化的元素，將促進(jìn)BIM技術(shù)在綠色施工領(lǐng)域發(fā)揮更大作用，對(duì)實(shí)現(xiàn)綠色施工“四節(jié)一環(huán)保”目標(biāo)，對(duì)節(jié)約成本，提高效益，增強(qiáng)我國(guó)建筑業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力具有重要的意義。

文章的研究基于項(xiàng)目的實(shí)際情況，BIM技術(shù)在綠色施工過(guò)程中的應(yīng)用不限于本文的介紹，仍有待深入挖掘。

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