基于BIM的公共建筑信息化發(fā)展應(yīng)用研究

杜 利 鵬

(河北工程大學(xué)管理工程與商學(xué)院，河北 邯鄲 056000)

1 概述

近年來，公共建筑呈現(xiàn)出結(jié)構(gòu)復(fù)雜、空間多變、造型新穎的發(fā)展趨勢，但同時也伴隨著諸如設(shè)計難度增大、施工工期緊張、現(xiàn)場組織無序，資源供應(yīng)不合理等現(xiàn)象的頻發(fā)。這些亟待解決的問題不僅需要對傳統(tǒng)工程項目管理框架進行重新構(gòu)建，更需要通過現(xiàn)代技術(shù)手段實現(xiàn)對公共建筑工程全生命周期的信息化管理。

一般建筑分類中，主要包括住宅建筑、工業(yè)建筑和公共建筑。公共建筑是人們進行社會活動不可缺少的環(huán)境和場所，其特點表現(xiàn)為：

1)建筑標準層少。

公共建筑區(qū)別于住宅建筑，尤其是高層住宅建筑，其顯著特點之一就是建筑標準層少，即相鄰樓層平面布置完全一致的情況幾乎沒有。通常情況下，復(fù)雜多變的平面結(jié)構(gòu)布置形式，不僅增加了建筑設(shè)計難度和設(shè)計工作量，同時也為后期工程量計價、施工管理帶來諸多挑戰(zhàn)。

2)藝術(shù)美觀要求高。

公共建筑通常規(guī)劃在城市核心區(qū)位，其設(shè)計往往包含一定的寓意，甚至一些公共建筑在設(shè)計之初就已經(jīng)定位為城市新地標。當(dāng)前主流的二維圖紙交付形式，包含的工程信息十分有限，難以全面真實表達設(shè)計人員的設(shè)計意圖，造成設(shè)計階段與其他后續(xù)階段的信息斷流，最終影響建筑物實體的空間表達。

3)功能規(guī)劃全面。

通常，公共建筑的功能用途并不是單一的，而是復(fù)合多樣的。因此，提前對每個房間進行必要的功能模擬，將一系列有需求關(guān)聯(lián)的房間進行集中整合，就顯得十分必要。通過功能模擬，深度優(yōu)化房間功能組合，提高空間使用效率。

4)重視運營維護階段。

運營維護作為建筑全生命周期最后一個階段，前期各個部門、各個環(huán)節(jié)、各個專業(yè)產(chǎn)生的工程建造信息將以多種形式交付到該階段，如何利用好這些有層次的建造信息，將成為管理水平提升的重要標志。

2 案例應(yīng)用

2.1 新校區(qū)圖書館簡介

河北工程大學(xué)新校區(qū)圖書館，主體采用鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，建筑面積71 202 m2，主體主樓地上7層，檐高34.4 m，一級耐火等級，設(shè)計使用年限為50年，甲類節(jié)能建筑，主要建筑功能包括圖書儲藏、閱覽等，設(shè)計藏書量293萬冊，設(shè)計閱覽座位4 600座。

2.2 新校區(qū)圖書館工程特點

1)工期緊。

圖書館作為新校區(qū)的標志性建筑，竣工日期要求較為嚴格，施工方必須按照預(yù)定的竣工日期交付完整工程并投入使用，這對項目參與各方是一個巨大的挑戰(zhàn)。

2)管線錯綜復(fù)雜。

本項目管線種類繁多、設(shè)計錯綜復(fù)雜，以給排水工程為例，就包括室內(nèi)生活給排水系統(tǒng)、中水系統(tǒng)等十余種系統(tǒng)類型。在傳統(tǒng)CAD設(shè)計方式下，各專業(yè)工程師彼此獨立設(shè)計，難以保證專業(yè)間管線設(shè)計的協(xié)調(diào)一致性，尤其在大型建筑中，“碰撞”問題更加突出。

3)大面積玻璃幕墻。

本項目設(shè)計采用了大面積的玻璃幕墻和裝飾性陶板組合幕墻。為了滿足工期、專業(yè)化施工等要求，在項目初始就將此工程內(nèi)容進行了專業(yè)分包。但專業(yè)分包隊伍達到一定數(shù)量時，總承包單位的統(tǒng)籌管理就變得非常困難。如何高效、有序組織各分包隊伍開展施工任務(wù)成為了保證工程質(zhì)量的重要內(nèi)容。

4)樓間躍層較多。

本項目南面大廳的連廊、東西兩側(cè)的樓梯均采用躍層設(shè)計，標高變化多，增加了圖紙準確理解的困難程度和工程量計算的復(fù)雜程度，尤其是節(jié)點細部的構(gòu)造做法，傳統(tǒng)二維圖紙的交付方式難以將包含的構(gòu)造信息詳盡表達。

3 BIM技術(shù)實施過程

本項目BIM技術(shù)應(yīng)用開展時間較晚，因此在設(shè)計階段交付方式仍以CAD圖紙為主。本文重點介紹施工階段及后續(xù)運營維護階段等的BIM應(yīng)用。

3.1 施工階段前期BIM應(yīng)用

1)各專業(yè)模型建立。

在已有CAD圖紙的基礎(chǔ)上，利用Autodesk公司的Revit軟件分別建立各專業(yè)BIM模型。在建模初期，應(yīng)明確兩方面內(nèi)容，第一，明確專業(yè)間的分工協(xié)作方式。即采用工作集的分工方式，還是定好統(tǒng)一基點后，各專業(yè)分別建模，最后再鏈接整合的分工方式，本項目采用后一種方式。第二，明確建模詳細程度。圖書館BIM模型要延伸至運營維護階段，各專業(yè)模型均需達到LOD500(建成竣工)的詳細程度。

2)模型的碰撞檢查。

在二維CAD圖紙的交付方式下，各專業(yè)工程師單獨繪制本專業(yè)的圖紙，缺少必要的信息共享機制，導(dǎo)致各專業(yè)間圖紙精準性差、關(guān)聯(lián)度低等問題，直到實際施工時才發(fā)現(xiàn)同一高度位置，給水管橫穿了電線線槽等不合理現(xiàn)象，不僅耽誤了工期，而且增加了不必要的費用支出。

為了在施工前發(fā)現(xiàn)圖書館各專業(yè)圖紙的設(shè)計不合理問題，將安裝工程Revit模型導(dǎo)入至Navisworks進行管線碰撞檢查，并根據(jù)碰撞報告進行管線深化設(shè)計、綜合優(yōu)化。同時，將土建模型與安裝模型進行碰撞檢查，提前在土建工程相應(yīng)位置預(yù)留各種管道的孔洞。

3)工程造價管理。

在基于BIM技術(shù)的工程造價編制方式下，Revit軟件中自帶的明細表功能，可以方便快捷的將模型中包含的構(gòu)件工程量統(tǒng)計出來，并通過準確匹配對應(yīng)的定額清單項目，使每一個構(gòu)件的造價信息都能精準對應(yīng)，從根本上理清管理內(nèi)容混亂的難題，降低費用不精確風(fēng)險，有效控制造價成本。同時，造價人員也不需要再次將圖紙導(dǎo)入造價軟件中進行二次識別，真正將造價人員從繁重的工程量計算中解放出來，使他們從以“計算造價”為主逐漸過渡到“管理造價”為主。

4)三維虛擬仿真漫游。

業(yè)主等參與方對于工程圖紙等“工程語言”理解的不到位，不能及時發(fā)現(xiàn)工程設(shè)計與自身需求的實際差距，是導(dǎo)致后期變更頻發(fā)的原因之一。通過將Revit模型導(dǎo)入LUMION6.0制作出三維漫游視頻可有效解決這一問題，讓各個項目參與方在實體項目開工前，就能身臨其境的感受擬建建筑建好投入使用時的情況，做到提出意見、盡早修改。

三維漫游視頻也是分析建筑物內(nèi)部空間合理性的有效方式。以第三人視角制作視頻時，設(shè)置虛擬人物的身高，可對當(dāng)前該位置的空間尺寸進行合理性判斷。在圖書館漫游過程中發(fā)現(xiàn)地下停車場有一處凈高不足的問題，及時進行了修正。

3.2 施工過程管理應(yīng)用

1)三維場地布置的應(yīng)用。

利用三維場地布置軟件，按照1∶1的尺寸比例，模擬布置不同施工階段所需工程設(shè)備、材料堆場、職工宿舍等設(shè)施設(shè)備的位置和數(shù)量。將施工場地管理信息化，提前判斷材料進場所需尺寸、面積、位置和車輛的運輸路線等是否合理，充分進行施工現(xiàn)場場地空間分析，實現(xiàn)信息精準化動態(tài)管理。

2)BIM5D技術(shù)的應(yīng)用。

BIM5D技術(shù)是在三維模型的基礎(chǔ)上，將模型中的構(gòu)件信息關(guān)聯(lián)時間進度(4D)和工程造價信息(5D)，模擬施工生產(chǎn)全過程，直觀展示施工現(xiàn)場生產(chǎn)、場地布置和資源供應(yīng)情況。從宏觀管理角度講，5D技術(shù)可以實現(xiàn)對項目施工過程中的工期進度、資金花費、人力資源供應(yīng)、機械進出場時間等信息的精準化模擬和統(tǒng)計，做到將計劃值與實際值時時對比、動態(tài)管理。從微觀管理角度講，5D技術(shù)能方便快捷提取任意構(gòu)件、任意樓層的施工進度、工程造價等局部工程信息。因此，可以做到盡早發(fā)現(xiàn)工期和費用的偏差，從而確保了資源的高效供應(yīng)和工程目標的順利實現(xiàn)。

3)RFID技術(shù)的應(yīng)用。

RFID即無線射頻識別技術(shù)。圖書館項目在最初的BIM應(yīng)用規(guī)劃中就明確提出要全面應(yīng)用RFID技術(shù)，主要基于三點考慮，其一，用于施工階段物料追蹤。在構(gòu)件出廠前由專業(yè)人員將該構(gòu)件相關(guān)信息輸入至RFID芯片中，在構(gòu)件運輸過程中，隨時收集運輸車輛運輸狀況，精準把握構(gòu)件到場時間。其二，用于運營維護階段物料精準定位。將構(gòu)件中RFID芯片的信息關(guān)聯(lián)到BIM模型上，該構(gòu)件一旦發(fā)生故障或需要更換時，可預(yù)先在BIM模型中精確找到相應(yīng)的位置，指導(dǎo)維修人員順利工作。其三，用于物料文件的信息化管理。提高信息查詢的工作效率。

3.3 運營維護階段管理

1)維護管理。

BIM模型包含了前期建造過程中所有的材料和設(shè)備型號、價格、生產(chǎn)廠家等工程信息，因此，可以借助傳感設(shè)備實現(xiàn)BIM模型與實體工程的數(shù)據(jù)傳遞，建立預(yù)警信息系統(tǒng)，一旦某構(gòu)件需要維護或更新，物聯(lián)網(wǎng)管理系統(tǒng)甚至可以自動提示和發(fā)出警告，為維護管理順利進行提供完整可靠的管理依據(jù)。

2)生態(tài)環(huán)境模擬。

圖書館設(shè)計每日人流量可達5 000人以上，如何讓師生在空間使用過程中感到舒適、健康，是建筑環(huán)境研究的重要任務(wù)之一。通過BIM模型的信息提取，可對擬建建筑物所在地的氣象條件、房間采光、聲音傳播、熱環(huán)境等建筑生態(tài)環(huán)境進行模擬，發(fā)現(xiàn)不滿足使用要求的位置，及時進行改進。圖書館是師生閱讀、學(xué)習(xí)的重要場所，因此，對各個房間采光效果和隔音效果的模擬將成為重點。

3)應(yīng)急管理。

大型公共建筑運營非常重視突發(fā)事件下人流秩序的管理。全信息化的運營維護方式將突發(fā)事件的管控延伸至預(yù)防、警報和處理三個階段中。例如在應(yīng)對火災(zāi)逃生時，以圖書館每日人流量峰值為計算依據(jù)，模擬火災(zāi)發(fā)生時，各種應(yīng)急設(shè)備數(shù)量、逃生樓梯開間是否滿足最低標準等。同時，可通過RFID技術(shù)和BIM的結(jié)合，精準定位被困人員和消防人員位置，引導(dǎo)消防人員進行搜尋，有效提高營救效率，降低營救風(fēng)險。

4 結(jié)語

公共建筑相比居住建筑和工業(yè)建筑，其項目設(shè)計難度大、管線設(shè)備復(fù)雜、參與主體多、服務(wù)主體多、運營維護要求高，傳統(tǒng)的項目管理模式已經(jīng)難以滿足項目信息源越來越多，管理內(nèi)容越來越復(fù)雜的公共建筑發(fā)展新要求，而BIM技術(shù)在建筑項目全生命周期內(nèi)的應(yīng)用，勢必將成為信息精準化管理重要支撐，為順利實現(xiàn)項目建設(shè)目標提供有力保障。

[1] 姜劍鋒.BIM技術(shù)在建筑方案設(shè)計中的應(yīng)用研究[D].青島：青島理工大學(xué),2012.

[2] 張建平,李 丁.BIM在工程施工中的應(yīng)用[J].施工技術(shù),2012，41(20)：10-17.

[3] 李祝軍.智慧城市全生命期評價和成本分析[J].智能建筑與城市信息,2014,2(5)：33-34.

[4] 朱西霞.基于BIM技術(shù)在工程造價管理中的應(yīng)用分析[J].城市建設(shè)理論研究(電子版)，2016,24(43)：60-61.

[5] 邱 超,鄭承紅.BIM技術(shù)在超高層主體結(jié)構(gòu)施工中的應(yīng)用[J].施工技術(shù),2017,46(9)：8-10.

[6] 何關(guān)培.BIM總論[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2011.

[7] 葛 清.BIM第一維度——項目不同階段的BIM應(yīng)用[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2013.