BIM技術(shù)在運河宿遷港項目中的應(yīng)用

(中電建建設(shè)集團(tuán)有限公司，北京 100120)

前言

進(jìn)入21世紀(jì)以來，建筑行業(yè)一直是我國國民經(jīng)濟的支柱產(chǎn)業(yè)之一，近年來，相關(guān)國家政策的實施無疑是給建筑業(yè)提供了更大的發(fā)展機遇。目前，建設(shè)項目深化設(shè)計要求越來越高，建設(shè)方案越來越復(fù)雜，工期越來越緊張，采用傳統(tǒng)模式進(jìn)行信息溝通和管理已不能滿足要求，一種便捷高效的管理理念應(yīng)運而生[1,2]。

BIM技術(shù)(Building Information Modelling，建筑信息模型)是一種多維的模型信息集成技術(shù)，提供了先進(jìn)的管理理念[3]，通過BIM專項管理平臺能夠?qū)崿F(xiàn)三維的信息傳遞與共享。在傳統(tǒng)模式下，發(fā)生索賠與爭議事件的主要原因是信息錯誤傳達(dá)和不完備，BIM技術(shù)的信息管理能夠從源頭上有效避免此類事件的發(fā)生。BIM技術(shù)創(chuàng)建了包含建筑工程項目設(shè)計、施工、管理相關(guān)信息的建筑、結(jié)構(gòu)、機電模型，進(jìn)而實現(xiàn)對整個建設(shè)項目全過程的實際控制。BIM技術(shù)為實現(xiàn)設(shè)計施工一體化提供了清晰的解決思路、先進(jìn)的技術(shù)平臺，同時，有望解決目前建筑工程領(lǐng)域存在的整體性不強、協(xié)調(diào)性差等問題，在提升建筑項目的建筑水平以及管理水平方面具有重要作用，在整個建筑工程項目全生命周期當(dāng)中具有重要意義。本文以運河宿遷港為例，利用BIM技術(shù)進(jìn)行建模，通過動態(tài)模擬施工，對項目實現(xiàn)科學(xué)管理。

1 工程概況

運河宿遷港位于宿遷市運河中心港產(chǎn)業(yè)園，現(xiàn)階段在施項目京杭運河樞紐港擴容提升工程1#樓、2#樓為兩棟綠色三星辦公樓，項目用地面積12 992m2，總建筑面積1 541.18m2，主體為框架結(jié)構(gòu)。其中， 1#樓(高低跨結(jié)構(gòu))為半地下一層，高跨地上6層，低跨1層； 2#樓為高跨地上3層，低跨地上2層，低跨處主體結(jié)構(gòu)為鋼結(jié)構(gòu)。其效果圖如圖1所示。

本文結(jié)合宿遷港項目，進(jìn)一步研究了BIM技術(shù)在施工階段的具體應(yīng)用，包括深化設(shè)計應(yīng)用、可視化技術(shù)、與高科技技術(shù)結(jié)合、5D技術(shù)等。本項目兩棟辦公樓為綠色建筑，因此對“四節(jié)一環(huán)保”、施工管理及運營管理的要求高，項目在工程施工之初精心策劃，以綠色施工智慧工地打造綠色建筑為管理理念，現(xiàn)場大量采用高新信息化施工技術(shù)，全力保證工程滿足綠色建筑評價要求。BIM應(yīng)用技術(shù)圖如圖2所示。

圖1 本項目BIM模型

圖2 BIM應(yīng)用技術(shù)路線圖

2 BIM技術(shù)在項目中的具體應(yīng)用

2.1 基于BIM的參數(shù)化建模

在對項目進(jìn)行BIM建模之前，首先需要建立的是參數(shù)化構(gòu)件族庫。在運河宿遷港項目中，存在大量構(gòu)件的類型及參數(shù)類別是相似的，考慮到要避免因圖紙變更和工程改動而可能造成的整個項目模型的修改和調(diào)整，同時要考慮到進(jìn)度控制和成本控制，建模過程中，運河宿遷港項目基于BIM技術(shù)的參數(shù)化特征，建立起參數(shù)化構(gòu)件族庫，該族庫支持實時快捷修改，如果對族庫中某類型構(gòu)件參數(shù)進(jìn)行修改，這些修改將應(yīng)用于該類型的所有圖元實例，從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫和模型的雙向鏈接。

在BIM實施過程中，考慮到運河宿遷港項目的需求，制定出標(biāo)準(zhǔn)化族庫，收入尺寸、材質(zhì)、密度、造價等參數(shù)化數(shù)據(jù)，同時開發(fā)了關(guān)于本項目的專項族庫，包含系統(tǒng)族、標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件族、內(nèi)建族。在本項目中應(yīng)用參數(shù)化族庫，接下來查詢、修改等工作可以直接調(diào)取組庫數(shù)據(jù)，根據(jù)實際情況進(jìn)行操作，能夠大幅提升工作效率。參數(shù)化族庫的建立在運河宿遷港項目中發(fā)揮了很好的作用[4]。

運河宿遷港項目應(yīng)用的軟件是Autodesk公司的Revit軟件，采用三步進(jìn)行建模：首先識別CAD施工圖紙，大概了解建筑結(jié)構(gòu)和管線設(shè)備結(jié)構(gòu)； 其次熟悉廣聯(lián)達(dá)建模標(biāo)準(zhǔn)； 最后將CAD文件導(dǎo)入Revit軟件，利用Revit中的三維模型構(gòu)件，根據(jù)施工圖紙中的軸網(wǎng)、標(biāo)高等信息，延二維圖形分布進(jìn)行建模，對于三維構(gòu)件中不全面的部分，建模人員需要自行繪制相應(yīng)族文件。運河宿遷港項目中建立的參數(shù)化模型如圖3所示。

圖3 參數(shù)化族庫建立

2.2 基于BIM的深化設(shè)計應(yīng)用

施工過程中的設(shè)計變更會直接影響工期和造價，若在變更過程中管理不善，進(jìn)度目標(biāo)、費用目標(biāo)將無法保證。BIM深化設(shè)計應(yīng)用可以從源頭上減少變更的發(fā)生，從而改變這一局面。本項目采用可視化建筑信息模型使形成施工圖前完善修改工作，設(shè)計師通過三維設(shè)計能夠更加直觀的發(fā)現(xiàn)設(shè)計中不完善之處，在交付設(shè)計成果前修改設(shè)計錯誤，從而減少后續(xù)的設(shè)計變更。即使在施工期間發(fā)生設(shè)計變更，采用BIM技術(shù)也能夠?qū)υO(shè)計變更進(jìn)行有效管理和動態(tài)控制。

針對運河宿遷港項目的復(fù)雜性，運用BIM技術(shù)進(jìn)行建模與整合，根據(jù)檢測任務(wù)需要，選擇待檢模型，利用BIM模型的三維可視化進(jìn)行查找，以避免幕墻GRC與混凝土結(jié)構(gòu)碰撞、幕墻天溝與主鋼結(jié)構(gòu)碰撞以及機電與鋼結(jié)構(gòu)碰撞等問題。根據(jù)碰撞報告顯示，本項目運河宿遷港及倉儲一期工程共發(fā)現(xiàn)碰撞點4 000余處，類型均為硬碰撞，經(jīng)檢測，碰撞報告如圖4所示，使用Revit建立全機電專業(yè)模型，Naviswork進(jìn)行管線碰撞、優(yōu)化、排布，保證模型與現(xiàn)場施工高度一致，針對發(fā)現(xiàn)的管線碰撞問題，采用BIM技術(shù)進(jìn)行管道優(yōu)化，管道優(yōu)化前后對比如圖5所示。同時，項目設(shè)計團(tuán)隊?wèi)?yīng)用Revit軟件進(jìn)行深化設(shè)計，利用三維模型自動生成各種平面、剖面、大樣圖。結(jié)合現(xiàn)場實際情況及工程施工進(jìn)度，根據(jù)圖紙設(shè)計說明、規(guī)范、圖集及業(yè)主單位的相關(guān)要求，項目部自開工以來先后完成了施工現(xiàn)場平面布置圖、二次結(jié)構(gòu)構(gòu)造柱、鋼結(jié)構(gòu)工程、摩擦阻尼器等多方面的圖紙深化設(shè)計，并得到業(yè)主和監(jiān)理單位的簽字確認(rèn)，及時指導(dǎo)現(xiàn)場施工。

圖4 碰撞報告

圖5 管道優(yōu)化前后對比

圖6 傳統(tǒng)紙質(zhì)交底與可視化交底對比

2.3 基于BIM的可視化技術(shù)

在運河宿遷港項目中，針對傳統(tǒng)紙質(zhì)交底存在實用性不強、方法繁瑣等問題，采用BIM技術(shù)三維模型可視化交底，更加形象客觀，具有更強的實用性，如圖6所示； 基于施工現(xiàn)場采用大量盤扣式腳手架，腳手架連接處插銷多工藝復(fù)雜，現(xiàn)采用三維模型交底方式，可視性強，保證腳手架工程安全搭建； 況且施工現(xiàn)場機電結(jié)構(gòu)復(fù)雜，專業(yè)多，易發(fā)生安裝與圖紙不符現(xiàn)象，根據(jù)提供的二維圖紙搭建機電管線模型進(jìn)行可視化交底，能夠大大提高機電管線安裝的準(zhǔn)確率。

考慮到本項目工期緊張，且施工環(huán)境復(fù)雜，施工人員專業(yè)素質(zhì)各異，由此可能會發(fā)生信息溝通不對稱的現(xiàn)象，進(jìn)而可能導(dǎo)致施工錯誤或延期，BIM小組采用navisworks軟件進(jìn)行4D(3D+Time)施工模擬，模擬施工進(jìn)度指導(dǎo)現(xiàn)場施工保證工程能按期、高質(zhì)完成。實施施工模擬的過程就是通過建立BIM模型，把施工計劃、數(shù)據(jù)、現(xiàn)場環(huán)境、方案等納入模型之中，運用BIM軟件進(jìn)行施工模擬，其施工進(jìn)度模擬及控制流程如圖7所示。

圖7 施工進(jìn)度模擬及控制流程圖

2.4 BIM與VR技術(shù)結(jié)合

本項目利用BIM技術(shù)建立的工程模型導(dǎo)入Unity 3D中進(jìn)行加工、處理，之后利用VR設(shè)備進(jìn)行VR實景演示。VR技術(shù)可以把二維圖紙上的建筑規(guī)劃圖變成更有空間感的模型，決策者可以任意進(jìn)入虛擬建筑內(nèi)，從任意視角去體驗觀察作品，從材料、尺寸到采光，真實體驗位置場景、空間尺寸，結(jié)合VR體驗設(shè)備實現(xiàn)動態(tài)漫游，實現(xiàn)更加真實的體驗(如圖8所示)。

圖8 VR實景演示圖

2.5 BIM與三維掃描技術(shù)結(jié)合

在施工工程中，很難在各個不同的項目組之間以及復(fù)雜的全工程范圍內(nèi)進(jìn)行溝通交流。BIM技術(shù)在3D模型中加入進(jìn)度、成本等信息，形成5D模型，使模型能夠更加直觀地展現(xiàn)有關(guān)項目的所有信息，對于各個項目組之間的協(xié)調(diào)工作特別關(guān)鍵。但是在施工階段，要將模型應(yīng)用于管理則需要有效手段加以輔助，因此，本項目采用三維掃描技術(shù)作為紐帶，連接BIM模型與工程現(xiàn)場，利用三維掃描技術(shù)對正在施工或竣工后的建筑進(jìn)行掃描，生成點云模型，該模型能夠反映實體建筑的內(nèi)部結(jié)構(gòu)以及空間位置關(guān)系等信息，三維掃描合成圖如圖9所示。三維掃描技術(shù)將工程現(xiàn)場的情況完整的記錄下來，獲得數(shù)據(jù)全面完整，將獲得的點云模型與已建BIM模型進(jìn)行對比校核，及時地對施工中存在的誤差進(jìn)行調(diào)整和修改，從而保證建筑實體與BIM模型的統(tǒng)一。其最大特點就是非接觸面測量，有效地解決了施工現(xiàn)場復(fù)雜的測量問題，掃描技術(shù)對于工程現(xiàn)場最大的好處在于優(yōu)化現(xiàn)場人員主要以鋼尺、傳統(tǒng)圖紙作業(yè)這種繁瑣的工作方式，其應(yīng)用流程路線圖如圖10所示。

圖9 三維掃描合成圖

圖10 三維掃描應(yīng)用流程路線圖

2.6 基于BIM的5D技術(shù)

BIM技術(shù)在3D模型中加入進(jìn)度、成本信息，形成5D模型，圍繞BIM平臺，集成各個專業(yè)模型，其中包括建筑、結(jié)構(gòu)、機電等，綜合考慮施工進(jìn)程中的進(jìn)度、質(zhì)量、安全、成本等信息，利用BIM模型的可分析計算特性，支撐項目的成本管控、進(jìn)度控制、物料管理等，幫助管理人員實現(xiàn)精細(xì)化管理和有效決策，達(dá)到提高質(zhì)量、縮短工期、控制成本的目的。本項目運用BIM5D軟件平臺，將Revit等軟件建立的模型導(dǎo)入BIM5D進(jìn)行集成，形成完備的BIM應(yīng)用模型，將模型與施工圖紙、進(jìn)度計劃、成本計劃關(guān)聯(lián)起來。

在運河宿遷港項目中，采用Navisworks、5DBIM等軟件對施工場地進(jìn)行場地分析及綠色建筑三維模擬。研發(fā)項目級專項管理平臺，在保證安全、質(zhì)量要求的前提下，通過BIM技術(shù)進(jìn)行管理，最大限度地節(jié)約資源，并盡可能減少對環(huán)境存在負(fù)面影響的施工活動，實現(xiàn)四節(jié)(節(jié)能、節(jié)地、節(jié)水、節(jié)材)，努力打造綠色建筑。

通過施工用地的合理利用，建筑設(shè)計前期的場地分析、運營管理中的空間管理，達(dá)到節(jié)約施工場地的目的，為項目綠色施工加分； 利用BIM技術(shù)協(xié)助土方量的計算，模擬土地沉降、場地排水設(shè)計，以及分析建筑的消防作業(yè)面，設(shè)置最經(jīng)濟合理的消防器材。設(shè)計規(guī)劃每層排水地漏位置雨水等非傳統(tǒng)水源收集，將收集來的水源循環(huán)利用，能達(dá)到節(jié)水的目的； 利用BIM技術(shù)，通過將BIM模型與現(xiàn)場實際情況進(jìn)行對比，進(jìn)行物料統(tǒng)計與限額領(lǐng)料，以達(dá)到節(jié)材的目的； 利用BIM算量統(tǒng)計技術(shù)，通過參數(shù)化嵌入及二維碼，使設(shè)備材料有據(jù)可查，施工過程定位管理，二維碼物資供應(yīng)鏈管理信息系統(tǒng)流程圖如圖7所示。在設(shè)備材料采購前完成族庫構(gòu)件的參數(shù)，使用5D-BIM進(jìn)行限額領(lǐng)料，避免物料的二次運輸、以及不必要的損耗，大大降低物料的消耗，節(jié)約成本。

3 結(jié)束語

圖11 二維碼物資供應(yīng)鏈管理信息系統(tǒng)流程圖

隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展，我國大型建設(shè)項目的投資日益增加、參建單位越來越多、項目功能要求越來越高且項目信息量大等特點日益顯著。目前，建設(shè)項目深化設(shè)計要求越來越高，建設(shè)方案越來越復(fù)雜，工期越來越緊張，傳統(tǒng)模式下的信息溝通和管理模式已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足要求，而BIM提供了一個合理高效的管理平臺，能有效提高項目生產(chǎn)效率，實現(xiàn)精細(xì)化管理和標(biāo)準(zhǔn)化管理的目標(biāo)。BIM技術(shù)已經(jīng)成功應(yīng)用在運河宿遷港及倉儲一期工程的項目管理上，同時結(jié)合宿遷港項目，進(jìn)一步研究了BIM技術(shù)在施工階段的具體應(yīng)用，包括深化設(shè)計應(yīng)用、可視化技術(shù)、與VR技術(shù)結(jié)合、與三維掃描技術(shù)結(jié)合、5D技術(shù)等。BIM技術(shù)在整個項目建設(shè)全壽命周期中起到重要作用，利用自身優(yōu)點，對整個過程進(jìn)行監(jiān)管。如今，市場競爭愈發(fā)激烈，利用BIM技術(shù)提升項目建筑水平與管理水平已成為當(dāng)務(wù)之急。同時，在實踐過程中，應(yīng)不斷完善BIM技術(shù)，以促進(jìn)建筑業(yè)可持續(xù)發(fā)展。