公共建筑在工程施工中BIM技術(shù)的應(yīng)用實(shí)踐

王杰欽

摘 要 本文介紹在福州海峽圖書館這一公共建筑的工程施工中綜合應(yīng)用BIM技術(shù)在施工重點(diǎn)部位和重要環(huán)節(jié)進(jìn)行實(shí)踐的工程經(jīng)驗(yàn)，特別是總結(jié)了本工程在施工總平面BIM三維管控，施工全過程有關(guān)建筑、安裝、生產(chǎn)、進(jìn)度和成本等BIM5D的應(yīng)用以及采用BIM技術(shù)指導(dǎo)鋼結(jié)構(gòu)吊裝的重大危險(xiǎn)源管控等方面均取得比較良好的效果，有力地支持了本工程控制進(jìn)度，控制費(fèi)用，減少返工，創(chuàng)造綠色環(huán)保低碳施工的綠色建筑施工理念。

關(guān)鍵詞 公共建筑；工程施工；BIM技術(shù)； 應(yīng)用實(shí)踐

引言

隨著現(xiàn)代技術(shù)文明的高度發(fā)展，在追求低能耗、低污染、可持續(xù)發(fā)展的大背景下，工程建設(shè)信息化已經(jīng)成為時(shí)代發(fā)展的必然方向。 BIM技術(shù)作為一種新一代創(chuàng)新性的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)工具和生產(chǎn)方式，已經(jīng)成為建設(shè)信息化技術(shù)在建筑業(yè)應(yīng)用的最重要代表之一，特別是公共建筑在工程施工中得到優(yōu)先推廣應(yīng)用，也已經(jīng)初見成效。

BIM（building information model）是建筑信息模型的簡稱，是以建筑工程項(xiàng)目的各項(xiàng)信息為基礎(chǔ)，建立起來的三維建筑模型。BIM技術(shù)不僅是通常理解的一種或者一類軟件，也不局限于建筑模型的建立。BIM技術(shù)是貫穿于整個(gè)建設(shè)項(xiàng)目生命周期的信息集合，是一種有別于傳統(tǒng)的工作模式和協(xié)同管理模式，是將傳統(tǒng)粗放型的建筑行業(yè)向精細(xì)、高效、統(tǒng)一轉(zhuǎn)變的一場技術(shù)革命，這次技術(shù)革命被稱為是建筑行業(yè)繼20世紀(jì)甩掉手工繪圖板向CAD技術(shù)轉(zhuǎn)變后的又一次重大的技術(shù)變革。

1 工程概況

福州海峽圖書館項(xiàng)目位于福州市臺(tái)江區(qū)江濱路北側(cè)CBD中央商務(wù)區(qū)內(nèi)，建筑類別為公共建筑—圖書館，建筑高度65.7m，總建筑面積58005㎡，其中地上建筑面積49032㎡、地下室建筑面積8973㎡，建筑層數(shù)為地上11層、地下室1層，設(shè)計(jì)機(jī)動(dòng)停車位112個(gè)。本工程工程造價(jià)2.2億元，結(jié)構(gòu)體系為框架剪力墻結(jié)構(gòu)，屋面機(jī)房層為鋼結(jié)構(gòu)，抗震設(shè)防烈度為7度，框架結(jié)構(gòu)抗震等級(jí)為一級(jí)，由福建六建集團(tuán)有限公司總承包施工[1]。

2 建立BIM施工模型及優(yōu)化工作

建立BIM施工模型是施工階段BIM技術(shù)應(yīng)用的首要任務(wù)和先決條用，是利用 BIM 軟件，建立施工三維幾何實(shí)體模型，進(jìn)一步細(xì)化、完善、優(yōu)化和協(xié)調(diào)土建、安裝等專業(yè)在設(shè)計(jì)階段的三維模型，具體技術(shù)要求如下：

2.1 建立土建工程BIM施工模型及優(yōu)化工作

（1）三維展示圖紙上所含的建筑及結(jié)構(gòu)構(gòu)件信息，并與二維設(shè)計(jì)圖紙的信息相符。

（2）提交的土建模型，建模順序?yàn)椋篈結(jié)構(gòu)柱-B結(jié)構(gòu)板-C結(jié)構(gòu)梁-D墻-E建筑板-F其他構(gòu)件。

（3）土建模型建模分地下部分與地上部分，地下部分分樓層、分區(qū)和后澆帶，地上部分分樓棟，分樓層，各部分的建模均要符合文件夾和模型文件的命名規(guī)則。

（4）土建模型全面反映圖紙軸線標(biāo)注信息和模型定位及項(xiàng)目基準(zhǔn)點(diǎn)的設(shè)置。

（5）鋼結(jié)構(gòu)需要添加結(jié)構(gòu)屬性信息，建模時(shí)在軟件的屬性設(shè)置中進(jìn)行設(shè)置。

（6）混凝土結(jié)構(gòu)需要正確反映混凝土平面、混凝土構(gòu)件類型、混凝土強(qiáng)度等級(jí)和截面尺寸等信息，對(duì)典型及復(fù)雜的結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)要進(jìn)行三維深化。

（7）二次隔墻墻體隨工程進(jìn)度及現(xiàn)場建筑圖紙更新及時(shí)更新模型。

（8）根據(jù)施工圖及深化圖紙?jiān)陧?xiàng)目的不同階段及時(shí)更新防火門及防火卷簾信息，完整體現(xiàn)其構(gòu)造及空間尺寸，同時(shí)將門窗表、材料作法表與模型進(jìn)行關(guān)聯(lián)。

（9）檢查建筑關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)防水完整性，檢查追蹤屋面、挑檐的排水坡度，并清晰標(biāo)識(shí)出坡度小于1%的匯水范圍[2]。

2.2 建立安裝工程BIM施工模型及優(yōu)化工作

（1）建模范圍是安裝工程全專業(yè)，包括：空調(diào)、采暖、給排水、雨水、消防、強(qiáng)電、弱電等。

（2）管線建模精度要求：直徑大于等于15 mm的各安裝專業(yè)管線、設(shè)備機(jī)房內(nèi)的管線、閥門、管道支吊架、管線的坡度、管道的保溫，對(duì)各種管線、管井、吊裝孔等豎向空間貫通性進(jìn)行核查。

（3）各系統(tǒng)專業(yè)模型屬性全面反映圖紙信息，包括二維設(shè)計(jì)圖紙的基本信息，以及電氣、給排水、暖通、消防系統(tǒng)圖紙及設(shè)計(jì)說明中所涉及的信息，如幾何信息、對(duì)象名稱、系統(tǒng)信息、型號(hào)信息等。

（4）安裝工程建模包括給排水系統(tǒng)、消防系統(tǒng)、暖通系統(tǒng)以及電氣系統(tǒng)，主要包括管道、風(fēng)管、管件、管路附件及設(shè)備等，各系統(tǒng)的建模范圍如下：

（A）給排水系統(tǒng)包括各子系統(tǒng)（生活給水、綠化給水、生活污水、廢水、雨水、中水給水、中水回水等）

（B）消防系統(tǒng)包括各子系統(tǒng)（消防栓、消防噴淋、大空間滅火、氣體滅火、火災(zāi)報(bào)警等）

（C）暖通系統(tǒng)包括各子系統(tǒng)（空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)、消防排煙系統(tǒng)、循環(huán)冷卻水系統(tǒng)、循環(huán)水系統(tǒng)、冷凝水系統(tǒng)等）

（D）電氣系統(tǒng)包括各子系統(tǒng)（電氣系統(tǒng)包括低壓配電系統(tǒng)、柴油發(fā)電機(jī)系統(tǒng)、動(dòng)力配電系統(tǒng)、照明配電系統(tǒng)、應(yīng)急照明系統(tǒng)、消防報(bào)警及廣播系統(tǒng)、弱電系統(tǒng)等）

3 施工項(xiàng)目總平面布置三維策劃工作

本工程采用BIM技術(shù)進(jìn)行施工項(xiàng)目總平面布置三維策劃工作，能快速精準(zhǔn)表達(dá)施工空間沖突指標(biāo)，能進(jìn)一步完善場地布局方案評(píng)估模型，具體內(nèi)容如下：

3.1 施工場容場貌

本工程施工現(xiàn)場通過BIM技術(shù)結(jié)合企業(yè)CI策劃進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)劃大門和圍墻及工人實(shí)名制登記的門禁體系，同時(shí)入口處的五牌二圖、施工五小設(shè)施和現(xiàn)場臨時(shí)用地內(nèi)的貼宣傳標(biāo)語及所有機(jī)械設(shè)備統(tǒng)一標(biāo)識(shí)均在BIM圖上進(jìn)行策劃，并做到實(shí)圖相符及每周更新的要求。

3.2 施工臨時(shí)道路及設(shè)施

本工程通過BIM技術(shù)規(guī)劃設(shè)計(jì)和漫游臨時(shí)施工道路，實(shí)現(xiàn)3個(gè)施工階段的三維立體直觀管理，分別是地下室施工階段、主體施工階段和裝飾裝修施工階段，形成良好的場內(nèi)環(huán)型道路，保證了場地內(nèi)道路暢通并避免了材料的二次搬運(yùn)。同時(shí)，所有臨時(shí)設(shè)施也均采用BIM場布軟件進(jìn)行三維設(shè)計(jì)，包括作業(yè)區(qū)、辦公區(qū)和生活區(qū)，通過設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)臨設(shè)區(qū)域合理整潔、場地硬化、綠化、美化。

3.3 垂直及水平運(yùn)輸

本工程通過BIM技術(shù)結(jié)合相關(guān)技術(shù)管理軟件確定本工程采用施工現(xiàn)場共布置2臺(tái)QTZ80型塔吊和2臺(tái)SC200/200施工電梯，并進(jìn)行準(zhǔn)確定位和指導(dǎo)安裝工作。

3.4 施工臨時(shí)用電

本工程利用BIM技術(shù)繪制本工程施工臨時(shí)用電三維圖，電按三級(jí)配電，三級(jí)保護(hù)形式布置，整個(gè)施工現(xiàn)場供電系統(tǒng)采用絕緣電纜埋地敷設(shè)，建筑物內(nèi)部豎向沿井道明敷，實(shí)現(xiàn)施工臨時(shí)用電的全方位和全周期的安全用電目標(biāo)。

3.5 施工臨時(shí)用水

本工程利用BIM技術(shù)繪制本工程施工臨時(shí)用水三維圖，包括平面給水、立面給水和排水等系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)施工場地內(nèi)外生活、生產(chǎn)正常和應(yīng)急用水的需求以及合理合規(guī)的排水排污系統(tǒng)[3]。

4 施工過程BIM5D管理技術(shù)

施工進(jìn)度拖延，安全、質(zhì)量問題頻發(fā)、返工率高、施工成本超支等已成為現(xiàn)有建筑工程項(xiàng)目的通病。公共建筑尤其嚴(yán)重，BIM5D管理技術(shù)的應(yīng)用在本工程的應(yīng)用取得均好的效果，具體如下：

4.1 施工方法可視化及過程驗(yàn)證

本工程采用BIM5D進(jìn)行虛擬施工，先確定相關(guān)信息包括設(shè)計(jì)和現(xiàn)場施工環(huán)境的五維模型、根據(jù)構(gòu)件選擇施工機(jī)械及機(jī)械的運(yùn)行方式、施工的方式和順序、所需臨時(shí)設(shè)施及安裝位置等；接著對(duì)施工過程進(jìn)行可視化的模擬包括施工方案設(shè)計(jì)、現(xiàn)場環(huán)境和資源使用狀況等；最后一旦發(fā)現(xiàn)問題，采用基于BIN5D模型提出新的方法，并對(duì)新的方法進(jìn)行模擬來驗(yàn)證其是否可行，即施工試誤過程，有效的識(shí)別和解決了工程施工前絕大多數(shù)的施工風(fēng)險(xiǎn)和問題。施工方法的可視化及過程驗(yàn)證使是本工程所有參建人員在施工前就能清楚地知道所有施工內(nèi)容以及自己的工作職責(zé)，也促進(jìn)施工過程中的有效交流。

4.2 進(jìn)度控制

本工程利用BIM技術(shù)對(duì)施工的重點(diǎn)或難點(diǎn)部分進(jìn)行可見性模擬，按網(wǎng)絡(luò)時(shí)標(biāo)進(jìn)行施工方案的分析和優(yōu)化，提高計(jì)劃的可執(zhí)行性。同時(shí)利用BIM技術(shù)結(jié)合施工組織設(shè)計(jì)進(jìn)行電腦預(yù)演，提高復(fù)雜建筑體系的可施工性。還借助BIM技術(shù)對(duì)施工組織設(shè)計(jì)進(jìn)行模擬，直觀地展示了間隔施工過程的時(shí)間節(jié)點(diǎn)和關(guān)鍵工序情況，清晰的把握在施工過程中的難點(diǎn)和要點(diǎn)，也進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)對(duì)施工方案的優(yōu)化完善，整體提高了施工效率和施工方案的安全性。

4.3 參建人員有效的交流工具

本工程通過BIM技術(shù)在施工過程的可視化，使BIM模型成為一個(gè)便于本工程施工參建設(shè)各方交流的溝通平臺(tái)。通過這種可視化的模擬縮短了現(xiàn)場工作人員熟悉項(xiàng)目施工內(nèi)容、方法的時(shí)間，減少了現(xiàn)場人員在工程施工初期犯錯(cuò)誤的時(shí)間和成本。還加快、加深對(duì)工程參與人員培訓(xùn)的速度及深度，真正做到質(zhì)量、安全、進(jìn)度、成本管理和控制的人人參與。

4.4 安裝工程BIM5D應(yīng)用

本工程水、電、暖、消防等設(shè)備系統(tǒng)復(fù)雜，在施工前先根據(jù)所要施工的圖紙利用BIM技術(shù)進(jìn)行圖紙“預(yù)裝配”，通過典型的截面圖及三維模擬可以直觀地把設(shè)計(jì)圖紙上的問題全部暴露出來，尤其是在施工中各專業(yè)之間的位置沖突和標(biāo)高“打架”問題。而且在采用BIM技術(shù)的項(xiàng)目優(yōu)化后，除了消除管線碰撞現(xiàn)象，而且也是有效的解決復(fù)雜設(shè)備系統(tǒng)凈空可利用率的重要措施，為本程的各樓層及地下室凈高的控制和提高創(chuàng)造了條件。

4.5 成本造價(jià)控制

以往施工決算的時(shí)候都是拿著圖紙?jiān)谟?jì)算，有了模型以后，數(shù)據(jù)是完全自動(dòng)生成，做決算、預(yù)算的準(zhǔn)確性提高了。因此，本工程在建模的同時(shí)，各類的構(gòu)建就被賦予了尺寸、型號(hào)、材料等的約束參數(shù)，提高了導(dǎo)出的材料設(shè)備的數(shù)據(jù)精確度，應(yīng)用BIM模型導(dǎo)出的數(shù)據(jù)也直接應(yīng)用到工程預(yù)算中，為造價(jià)控制、施工決算提供了有利的依據(jù)。

5 監(jiān)控屋面鋼結(jié)構(gòu)吊裝的重大危險(xiǎn)源BIM管理技術(shù)

本工程的鋼結(jié)構(gòu)主要由4層小屋蓋鋼結(jié)構(gòu)與11層主屋蓋構(gòu)成鋼結(jié)構(gòu)，鋼結(jié)構(gòu)鋼材均采用Q345B，對(duì)接剖口焊縫質(zhì)量為一級(jí)焊縫，其他為二級(jí)焊縫，鋼柱為勁性鋼柱的H型鋼柱結(jié)構(gòu)，型鋼梁為H型鋼梁。整個(gè)鋼結(jié)構(gòu)的制作與吊裝均采用BIM技術(shù)進(jìn)行管理，具體如下：

5.1 鋼結(jié)構(gòu)屋蓋的BIM建模及節(jié)點(diǎn)深化設(shè)計(jì)符合BIM建模的各項(xiàng)指標(biāo)和規(guī)范要求。

5.2 根據(jù)BIM建模分解和制作鋼結(jié)構(gòu)各節(jié)點(diǎn)和各桿件的三維加工詳圖，并提供設(shè)計(jì)確認(rèn)和廠家制作加工。

5.3 利用BIM建模確定鋼結(jié)構(gòu)各節(jié)點(diǎn)和各桿件的重量和重心，選擇吊裝設(shè)備為1臺(tái)500噸履帶吊，2臺(tái)200噸履帶吊，2臺(tái)塔吊進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)施工吊裝及1臺(tái)70噸汽車吊進(jìn)行現(xiàn)場拼裝。

5.4 利用BIM建模確定按4個(gè)區(qū)域進(jìn)行高空吊裝的方案和場地內(nèi)環(huán)型閉合的行車路線。

5.5 通過BIM技術(shù)對(duì)鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行預(yù)拼裝模擬，實(shí)現(xiàn)可視化交底，識(shí)別重大危險(xiǎn)源，有效地消除吊裝中的安全隱患。

5.6 通過BIM技術(shù)，找到本工程鋼結(jié)構(gòu)的四個(gè)角的懸挑桁架外挑15米為整個(gè)鋼結(jié)構(gòu)吊裝的重點(diǎn)控制部位，因此懸挑桁架采用地面拼裝和整體吊裝的方案，用1臺(tái)70噸汽車吊在地面搭設(shè)胎架拼裝，因桁架過大，上下搭設(shè)25#槽鋼臨時(shí)固定，吊裝完成后，安裝相關(guān)的內(nèi)部鋼梁及懸挑鋼梁與支架。

5.7 通過BIM技術(shù)尋找高空吊裝作業(yè)危險(xiǎn)點(diǎn)，發(fā)明國家新型專利新型掛藍(lán)式操作平臺(tái)和鋼結(jié)構(gòu)高空作業(yè)安全繩結(jié)構(gòu)等防護(hù)措施。

6 結(jié)束語

本工程基于BIM技術(shù)在公共建筑施工中的應(yīng)用實(shí)踐達(dá)到了的項(xiàng)目精細(xì)管理的目標(biāo)，有力地提升了福州市海峽圖書館這一省市重點(diǎn)工程的建設(shè)水平，而且在技術(shù)方面保證了福州市海峽圖書館建成后將成為福州的“城市記憶、休閑廣場、信息中心、人文教室、共享空間”，也成為福州城市風(fēng)貌及公共文化服務(wù)的重要展示平臺(tái)。

參考文獻(xiàn)

[1] 住房城鄉(xiāng)建設(shè)部.關(guān)于推進(jìn)建筑信息模型應(yīng)用的指導(dǎo)意見[J].建筑監(jiān)督檢測(cè)與造價(jià)，2015，（10）：4-7.

[2] GB/T 50326-2014.建設(shè)工程項(xiàng)目管理規(guī)范[S].中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.2014.

[3] GB50205-2015.鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范[S].中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部，2015.