工程施工BIM技術(shù)標(biāo)案例分析

占勇利,沈劍華,宋俊敏

(1.廣廈建設(shè)集團(tuán)有限責(zé)任公司,浙江 杭州 310012；2.中國聯(lián)合工程有限公司,浙江 杭州 310022)

1 工程概況

某安置房工程,1號(hào)樓地上建筑面積6 349 m2,地上14層,建筑高度40.9 m；地下室建筑面積15 517 m2,地下3層。建筑安全等級(jí)為二級(jí),設(shè)計(jì)使用年限50年,結(jié)構(gòu)類型為框架剪力墻結(jié)構(gòu),抗震等級(jí)為三級(jí)。見圖1。

圖1 工程結(jié)構(gòu)模型

通過對(duì)招標(biāo)文件、CAD圖紙和現(xiàn)場施工條件的了解,借助魯班BIM軟件、Revit軟件等,將二維CAD轉(zhuǎn)化成三維可視化建筑信息模型,其中能詳細(xì)地統(tǒng)計(jì)出不同標(biāo)號(hào)的混凝土量、混凝土總量以及不同直徑鋼筋量等,更清晰、直觀地展示該工程概況。并且可以使得業(yè)主、評(píng)標(biāo)專家一眼就能感受到該項(xiàng)目建成后的效果。見圖2。

圖2 工程建筑模型

2 施工場地布置

施工場地布置是投標(biāo)方案中的重要組成部分,包括對(duì)道路硬化、材料堆放、臨時(shí)設(shè)施、臨時(shí)用水、臨時(shí)用電、文明標(biāo)化、施工圍墻等規(guī)劃。這是項(xiàng)目施工的前提,合理的場地布置能夠在項(xiàng)目開始之初,從源頭減少安全隱患，是方便后續(xù)施工管理、降低成本、提高效益的重要方式。傳統(tǒng)CAD模式下靜態(tài)的施工場地布置是由編制人員依靠經(jīng)驗(yàn)和推測對(duì)施工場地各項(xiàng)設(shè)施進(jìn)行布置設(shè)計(jì),因?yàn)槭菓{經(jīng)驗(yàn)和感覺,所以很難分辨其布置方案的優(yōu)劣,更不能在早期發(fā)現(xiàn)。而基于BIM的三維場地布置,編制人員可以根據(jù)施工進(jìn)度推進(jìn)對(duì)場地進(jìn)行動(dòng)態(tài)模擬,根據(jù)地基基礎(chǔ)、主體結(jié)構(gòu)及裝飾裝修等不同階段需求分別進(jìn)行場地布置方案設(shè)計(jì),確保場地布置滿足不同施工階段的要求。同時(shí),通過形象、立體的現(xiàn)場平面布置模型,根據(jù)不同的施工進(jìn)度,對(duì)現(xiàn)場平面布置按要求進(jìn)行修改,滿足安全文明標(biāo)準(zhǔn)化的要求,優(yōu)化材料堆放場地,減少二次搬運(yùn)等。比如：

1)本工程將主要材料堆場及加工區(qū)安排在1#樓以南的路旁,通過BIM技術(shù)模擬分析此處可以滿足三階段的使用,這樣既方便了材料的運(yùn)輸,又減少了后期材料的二次搬運(yùn)；

2)在土方開挖階段由于作業(yè)人員較少,可以安排作業(yè)人員住在遠(yuǎn)離作業(yè)區(qū)的宿舍內(nèi),即生活區(qū)南面宿舍,盡量減少噪聲等原因引起休息不充分；

3)通過BIM技術(shù)模擬日照分析,對(duì)生活區(qū)優(yōu)化以后,將宿舍、食堂、衛(wèi)生間等安排在了南北方向,盡量滿足采光要求；

4)在公共區(qū)域布置茶水休息區(qū)、安全體驗(yàn)區(qū)等,方便作業(yè)人員休息以及提高安全防范意識(shí),同時(shí)也能在實(shí)際安排規(guī)劃中提供依據(jù)及版本樣式；

5)將食堂與衛(wèi)生間進(jìn)行南北斜對(duì)角布置,使之距離在生活區(qū)內(nèi)最遠(yuǎn),起到了分隔效果；

6)合理安排綠化,種植草皮、景觀樹木等,使辦公區(qū)及生活區(qū)綠化率將近達(dá)到30%,盡量做到不浪費(fèi)一分土地,提高綠化率,滿足安全文明標(biāo)化要求。

以上效果采用BIM技術(shù),均能實(shí)現(xiàn)三維可視化,為提前進(jìn)行施工規(guī)劃、場地布置提供依據(jù)，并且能夠快速統(tǒng)計(jì)出硬化道路混凝土用量、宿舍數(shù)量、景觀草皮樹木量、室外消防栓數(shù)量以及預(yù)計(jì)完成時(shí)間等。而此效果在二維情況下是很難完成或者需要大量的人力、物力、時(shí)間才能完成。見圖3、圖4。

圖3 基礎(chǔ)階段場地布置

圖4 施工場地文明標(biāo)化

3 碰撞檢查

綜合布線模擬與交叉專業(yè)模型之間的碰撞檢查本應(yīng)在施工圖設(shè)計(jì)階段進(jìn)行,以減少施工中“錯(cuò)、漏、碰、缺”等問題。但實(shí)際上一般工程都是由施工企業(yè)根據(jù)已完成的設(shè)計(jì)圖紙創(chuàng)建BIM模型進(jìn)行土建與暖通、土建與給排水、土建與電氣、機(jī)電專業(yè)間的三維碰撞檢查。因此,也體現(xiàn)了施工企業(yè)的技術(shù)力量?；贐IM進(jìn)行建設(shè)項(xiàng)目協(xié)同設(shè)計(jì),將不同專業(yè)的設(shè)計(jì)師集成在一個(gè)三維模型下,實(shí)現(xiàn)了從二維向三維的轉(zhuǎn)變,從相互獨(dú)立到協(xié)同工作的轉(zhuǎn)變,施工企業(yè)可以在滿足建設(shè)單位功能要求的基礎(chǔ)上,結(jié)合施工現(xiàn)場的情況和施工工藝的特點(diǎn),通過建模優(yōu)化設(shè)計(jì)方案,創(chuàng)造更多的利潤空間。本工程針對(duì)了三層地下室進(jìn)行了專業(yè)間的碰撞檢查,共檢查出了357處碰撞,其中土建與暖通有37處、土建與給排水有288處、機(jī)電專業(yè)有32處。土建與暖通碰撞檢查報(bào)告(部分)見圖5。

4 施工進(jìn)度及模擬動(dòng)畫

圖5 土建與暖通碰撞報(bào)告(部分)

傳統(tǒng)的施工進(jìn)度一般是根據(jù)招標(biāo)文件、施工方案、施工圖紙,然后按經(jīng)驗(yàn)以及建設(shè)單位要求的進(jìn)度節(jié)點(diǎn),進(jìn)行進(jìn)度、人員、材料、搶工期等安排,最后通過甘特圖或網(wǎng)絡(luò)圖展現(xiàn)出進(jìn)度計(jì)劃。傳統(tǒng)的施工進(jìn)度存在著較多的問題,比如：項(xiàng)目信息丟失現(xiàn)象嚴(yán)重，無法有效發(fā)現(xiàn)施工進(jìn)度計(jì)劃中的潛在沖突，工程施工進(jìn)度跟蹤分析困難，在處理工程施工進(jìn)度偏差時(shí)缺乏整體性以及需要專業(yè)人員才能看懂。而基于BIM技術(shù)進(jìn)行施工進(jìn)度控制圖6,可在三維信息模型的基礎(chǔ)上再集成時(shí)間信息,構(gòu)成動(dòng)態(tài)的4D進(jìn)度控制平臺(tái)[1]。在工程開工前,可通過施工進(jìn)度動(dòng)畫模擬視頻,來預(yù)測施工方案和工藝的可實(shí)施性,為多方案的選擇提供支持。在工程實(shí)施過程中,可通過動(dòng)態(tài)的追蹤反饋施工進(jìn)度和資源消耗,對(duì)比進(jìn)度計(jì)劃的執(zhí)行情況并及時(shí)作調(diào)整,保障工期按時(shí)完成。與此同時(shí),可以通過動(dòng)畫模擬了解到大型機(jī)械的進(jìn)出場時(shí)間,更好地控制施工成本。模擬施工進(jìn)度動(dòng)畫時(shí),可以在時(shí)間進(jìn)度的推進(jìn)下,合理適當(dāng)?shù)匕才挪牧?比如鋼筋、鋼管、混凝土澆筑等材料,做到資源合理化利用。又如某一個(gè)區(qū)塊的土方階段完成,作業(yè)面出來以后,就可以安排澆筑混凝土墊層,澆筑完混凝土墊層可以安排綁扎鋼筋,澆筑地下室底板,而在此之前可以準(zhǔn)備主要材料進(jìn)場,這些步驟都能夠在視頻動(dòng)畫中模擬出來。見圖7。

圖6 BIM施工進(jìn)度管理框架

圖7 動(dòng)畫模擬視頻

BIM技術(shù)施工進(jìn)度管理及動(dòng)畫模擬的優(yōu)點(diǎn)：

1)BIM技術(shù)能直觀高效地表達(dá)多維空間數(shù)據(jù),避免了用二維CAD圖紙作為信息傳遞媒介帶來的信息損失,從而使項(xiàng)目參與人員在最短時(shí)間內(nèi)領(lǐng)會(huì)復(fù)雜的勘察設(shè)計(jì)信息,減少溝通障礙和信息丟失。

2)支持施工各階段 “先模擬,后施工”的方法,為施工方案的可行性提供依據(jù)。

3)支持工程進(jìn)度管理與資源管理的有機(jī)集成?；贐IM的施工進(jìn)度管理,支持管理者實(shí)現(xiàn)各工作階段所需的人員、材料和機(jī)械用量的精確計(jì)算,從而提高工作時(shí)間估計(jì)的精確度,保障資源分配的合理化。并且為各階段材料的進(jìn)場、堆放,大型機(jī)械進(jìn)出場時(shí)間,外架的搭設(shè)與拆除等提供有效依據(jù)。

4)在施工進(jìn)度反復(fù)優(yōu)化后,動(dòng)畫模擬視頻播放時(shí)能清楚地展示此時(shí)間段已完成的工作與下個(gè)階段將要開始的工作,更直觀、清晰地表達(dá)了項(xiàng)目施工的全過程,使無經(jīng)驗(yàn)的管理人員都能一目了然地懂得項(xiàng)目的施工進(jìn)度。將施工方案模型化、動(dòng)畫化,讓評(píng)標(biāo)專家、甚至非工程行業(yè)出身的業(yè)主領(lǐng)導(dǎo)都對(duì)施工方案的各種問題和情況了如指掌。

5 重難點(diǎn)方案控制

投標(biāo)單位一般根據(jù)招標(biāo)文件以及CAD圖紙編制一些施工方案及應(yīng)用的工藝、技術(shù)方法,對(duì)于施工難度較大或重要的分部分項(xiàng)工程,會(huì)單獨(dú)進(jìn)行編制重難點(diǎn)實(shí)施方案[2],以便對(duì)此項(xiàng)目起到關(guān)鍵性作用。而投標(biāo)單位一般只能通過抽象的文字進(jìn)行重難點(diǎn)方案的實(shí)施說明,不能使業(yè)主及評(píng)標(biāo)專家起到一目了然的效果。借助BIM模型可視化的特點(diǎn)對(duì)關(guān)鍵部位、關(guān)鍵工序進(jìn)行施工過程模擬,進(jìn)而清晰地說明施工機(jī)械、施工材料、施工段劃分及預(yù)制構(gòu)件等相關(guān)事宜,使得業(yè)主更清晰地了解投標(biāo)單位的技術(shù)實(shí)力,進(jìn)而提高中標(biāo)機(jī)率。比如圖8：針對(duì)高大支模架,采用P-BIM模板及支撐架技術(shù),能快速識(shí)別高支模區(qū)域,智能計(jì)算及布架,自動(dòng)算量和二、三維圖形生成；針對(duì)外架的搭設(shè)(圖9),采用品茗腳手架軟件,能快速識(shí)別三維模型及生成外架,包括落地式腳手架、懸挑式腳手架、附著式升降腳手架等；而對(duì)于三層地下室的深基坑,工程采用了圍護(hù)樁+兩道支撐梁支撐的方式,在土方開挖前使用BIM技術(shù)反復(fù)進(jìn)行模擬施工,優(yōu)化出土道路,盡量保證主干出土道路保持不變,一直使用到土方階段完成。若在實(shí)際施工中發(fā)現(xiàn)進(jìn)度稍有落后,可以模擬施工進(jìn)行增加作業(yè)人員及挖土機(jī)械,來確保工程的順利完成?？紤]到是深基坑施工,為了方便土方開挖,經(jīng)研究決定采用格構(gòu)式塔吊基礎(chǔ),在模擬施工中也能夠反應(yīng)出這一方案。土方開挖時(shí),BIM技術(shù)能夠做到先模擬,后施工,提高了土方開挖的合理性,降低土方階段的危險(xiǎn)性。

圖8 高支模架

圖9 外架搭設(shè)

6 結(jié) 語

技術(shù)標(biāo)編制過程中,最基本的原則是要根據(jù)招標(biāo)文件及圖紙、現(xiàn)場施工條件制定針對(duì)性的解決方案。方案要有鮮明的項(xiàng)目特征,不能搞一些通用的、每個(gè)項(xiàng)目都適用的東西,毫無競爭性,并且可能會(huì)給評(píng)標(biāo)專家及業(yè)主產(chǎn)生一種抄襲的感覺,認(rèn)為投標(biāo)企業(yè)沒有重視這次項(xiàng)目的投標(biāo)工作。而利用BIM技術(shù)的可視化、三維信息模型化、模擬施工等特點(diǎn),可將各個(gè)工程特點(diǎn)都展現(xiàn)出來。與傳統(tǒng)技術(shù)相比,有以下幾個(gè)方面的優(yōu)勢。

1)依據(jù)施工平面布置圖,借助BIM技術(shù)對(duì)場地進(jìn)行建模、場布,解決場地劃分問題,進(jìn)而確保場內(nèi)生活區(qū)、辦公區(qū)、生產(chǎn)區(qū)及運(yùn)輸?shù)缆凡贾玫目茖W(xué)、合理；對(duì)多個(gè)施工工種工作場地進(jìn)行安排,避免了相互牽制和干擾；對(duì)場地的臨時(shí)設(shè)施、圍擋和標(biāo)識(shí)進(jìn)行完善,從而落實(shí)安全文明施工方案,進(jìn)一步展示投標(biāo)單位的施工規(guī)范性,彰顯企業(yè)形象。

2)根據(jù)二維CAD管線圖紙,使用BIM技術(shù)進(jìn)行三維建模后,對(duì)各專業(yè)整合而成的模型進(jìn)行碰撞檢查,以保證各個(gè)模型的一致性,并將有沖突的地方以碰撞報(bào)告的形式輸出,并交由相關(guān)方進(jìn)行修改,避免了在施工中發(fā)現(xiàn)問題,而產(chǎn)生聯(lián)系單、耽誤工期等行為,為企業(yè)贏得時(shí)間及創(chuàng)造利潤空間,展示施工單位的實(shí)力。

3)在施工進(jìn)度管理及動(dòng)畫模擬中,BIM技術(shù)能直觀高效地表達(dá)多維空間數(shù)據(jù),減少溝通障礙和信息丟失。對(duì)于復(fù)雜的施工工藝,利用模擬施工動(dòng)畫進(jìn)行技術(shù)交底,可以讓工人更好地理解施工方案意圖,避免由于理解錯(cuò)誤造成施工不當(dāng),為工程施工降低了危險(xiǎn)性。

4)在技術(shù)標(biāo)中重難點(diǎn)方案措施是必不可少的,而借助BIM技術(shù)可視化的特點(diǎn)能更加直觀、清晰的將本工程的重難點(diǎn)展示在評(píng)標(biāo)階段并且提出解決方案,從而提高了中標(biāo)機(jī)會(huì)。

以上優(yōu)勢減少了后續(xù)施工問題的發(fā)生,比如：材料的二次搬運(yùn)；不合理的施工順序?qū)е嘛L(fēng)險(xiǎn)增大、窩工、停工現(xiàn)象；增加各方的聯(lián)系單,影響工期；不合理的場地布置,增加施工企業(yè)成本,減少自身利潤等。目前,BIM技術(shù)在投標(biāo)中的應(yīng)用越來越廣,在標(biāo)書中的表現(xiàn)形式越來越多樣化,儼然已成為一種新趨勢[3]。

[1] 牛紅霞.淺談技術(shù)標(biāo)編制的程序與技巧[J].建設(shè)監(jiān)理,2009,4(118):36-38．

[2] 許炳,朱海龍.我國建筑業(yè)BIM應(yīng)用現(xiàn)狀及影響機(jī)理研究[J].建筑經(jīng)濟(jì),2015,36(3):10-14．

[3] 任世朋.BIM技術(shù)在投標(biāo)中的應(yīng)用[J].鐵道建設(shè),2016,3(126)：67-72．