BIM技術(shù)與全壽命造價控制仿真教學(xué)研究

文/馬鋒、彭玲、孫兵 武漢科技大學(xué)城市學(xué)院 湖北武漢 430063

BIM技術(shù)已經(jīng)成為建筑行業(yè)的一種潮流趨勢。將BIM運(yùn)用到一個完整項目中，聯(lián)系教學(xué)將各門主干課程聯(lián)系起來，形成全過程BIM造價教學(xué)。其目的是使得學(xué)生能夠在同一個案例中逐步提高，避免脫節(jié)，還可以接軌實(shí)驗(yàn)室建設(shè)，提高軟件教學(xué)銜接水平，接軌建筑行業(yè)最新發(fā)展方向。

在教學(xué)中，注重施工流程方面的教學(xué)，將BIM技術(shù)應(yīng)用到施工過程中，實(shí)現(xiàn)了流程的優(yōu)化，在各個階段控制了施工成本，加快了施工進(jìn)度，提高了生產(chǎn)效率.

1、BIM前期準(zhǔn)備階段

BIM前期準(zhǔn)備階段包括整個項目前期策劃、系統(tǒng)部署、培訓(xùn)與標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)、BIM建模主要四個階段。其中最重要的是BIM建模階段，教學(xué)過程中主要對BIM建模進(jìn)行一系列的課程講解。這些課程講解結(jié)合BIM技術(shù)的過程中需要用到一系列實(shí)驗(yàn)室的配套軟件，軟件對應(yīng)的教學(xué)課程分別是鋼筋算量及電算化、建筑工程計量與計價、安裝工程計量與計價、裝飾裝修計量與計價、Revit系列教程軟件應(yīng)用、三維動畫渲染和制作教程應(yīng)用。

圖1 柱梁板、集水坑、獨(dú)立基礎(chǔ)鋼筋三維圖

圖2 土建各個詳細(xì)構(gòu)件模型圖

通過BIM建模技術(shù)建立各專業(yè)BIM模型。各專業(yè)模型分別有 Revit 建模，建筑與結(jié)構(gòu)建模，電氣專業(yè)建模，給排水專業(yè)建模，暖通專業(yè)建模等。

關(guān)于建筑與結(jié)構(gòu)建模，建筑與結(jié)構(gòu)建模主要就是鋼筋算量和土建算量建模，首先應(yīng)建立鋼筋算量模型，如圖1所示。其次，建立土建算量模型。在Revit中也有建筑結(jié)構(gòu)三維模型，土建算量軟件中比Revit建立的模型更詳細(xì)具體。如圖2所示。

關(guān)于Revit建模，在族中定義好后導(dǎo)入三維模型即可。柱、梁、板模型及樓梯模型都需要定義導(dǎo)入再繪圖。關(guān)于電氣專業(yè)建模，利用Magicad軟件進(jìn)行電氣建模，和Revit一樣，需要先定義導(dǎo)入再繪三維圖形，其中電氣設(shè)備的各個高度定義時要重點(diǎn)注意，如圖3所示。

關(guān)于給排水、噴淋消防暖通專業(yè)建模，水管建?？梢杂肕ajicad軟件建模，將給排水、噴淋、消防、暖通結(jié)合起來建立模型，實(shí)現(xiàn)三維可視圖性。

2、施工準(zhǔn)備階段

施工準(zhǔn)備階段包括施工場地模擬、施工圖紙審查分析、輔助項目成本制定等一系列準(zhǔn)備工作。在教學(xué)中主要針對施工場布模擬進(jìn)行教學(xué)，教導(dǎo)學(xué)生利用相關(guān)軟件，在BIM建模設(shè)計過程中，要統(tǒng)籌規(guī)劃好施工機(jī)械車輛的調(diào)度安排方案，盡量避免出現(xiàn)機(jī)械車輛空閑或者停工導(dǎo)致的工作效率低下的情況，使施工工序井然有序地運(yùn)作下去，如圖4所示。

3、施工階段

施工階段是最主要的一個階段，是教學(xué)過程中最主要的教學(xué)內(nèi)容。它包括BIM模型維護(hù)、專項施工方案模擬、施工進(jìn)度模擬、鋼筋專項BIM應(yīng)用、模塊排布優(yōu)化、材料管理、質(zhì)量、安全協(xié)同管理、現(xiàn)場資料管理、對內(nèi)成本控制、虛擬樣板間等10個階段。其中最主要的教學(xué)要點(diǎn)是專項施工方案模擬，針對各個施工重難點(diǎn)進(jìn)行分析模擬教學(xué)，結(jié)合軟件可以更形象可視化。

專項施工方案模擬主要包括支護(hù)與主體碰撞模擬、二次結(jié)構(gòu)方案模擬、重點(diǎn)部位鋼筋節(jié)點(diǎn)排布模擬、管線綜合優(yōu)化模擬、支模架及模板排布方案模擬、腳手架排布方案模擬、土方開挖方案模擬、大型機(jī)械設(shè)備進(jìn)場模擬、預(yù)制構(gòu)件吊裝模擬、高大支模方案模擬等。

圖3 電氣三維和電氣設(shè)備模型圖

圖4 施工場布模擬及大型機(jī)械調(diào)度排布圖

圖5 基于BIM的施工工藝樣板房和渲染模型圖

將施工前地下的支撐維護(hù)模型和地上主體結(jié)構(gòu)模型，進(jìn)行碰撞檢查模擬分析，可以檢驗(yàn)出結(jié)構(gòu)與結(jié)構(gòu)之間不連通的地方，避免在主體結(jié)構(gòu)施工時支撐支護(hù)結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定影響主體結(jié)構(gòu)的施工過程，盡量安全有效的進(jìn)行施工。二次結(jié)構(gòu)是工程中的細(xì)部構(gòu)件，進(jìn)行模擬可以使施工更順暢，通過BIM技術(shù)進(jìn)行項目的二次結(jié)構(gòu)方案模擬，利用其可視化的特點(diǎn)清楚明白的看見二次結(jié)構(gòu)在建筑項目中的位置。

各種穿鋼筋或鋼結(jié)構(gòu)交叉作業(yè)施工起來比較復(fù)雜，鋼筋數(shù)量密集程度較大。通過BIM技術(shù)對一些部位的鋼筋節(jié)點(diǎn)進(jìn)行節(jié)點(diǎn)排布優(yōu)化，鋼筋排布優(yōu)化原則為：盡量優(yōu)化排布貫通筋，減少鋼筋之間節(jié)點(diǎn)焊筋量，在施工設(shè)計圖允許，設(shè)計單位，建設(shè)單位允許的情況下盡可能地加大鋼筋之間的間距、確保鋼筋焊接時工人的操作空間足夠大，可以提高整體鋼筋工程的焊接質(zhì)量。

在進(jìn)行模板排布時，要注意模板的預(yù)留洞和預(yù)埋件的位置，在正式施工前用BIM技術(shù)和模板的安裝排布詳圖核對準(zhǔn)確無誤后才能開始進(jìn)行施工，模板拆除滿足先裝后拆，后裝先拆的順序原則。在進(jìn)行腳手架排布，主體施工時作業(yè)面上的外腳手架搭設(shè)時，依順序第一層與最上層柱施工腳手架的井字架為依托，相互連成整體，第二層與梁板支撐架連為整體，從而保證其穩(wěn)定性。腳手架的拆除應(yīng)在管理人員的統(tǒng)一管理下，遵循和模板一樣的規(guī)則。

利用BIM軟件在相關(guān)計算機(jī)軟件里將施工工序復(fù)雜的土方基坑、集水坑、電梯井的挖土方過程進(jìn)行施工模擬，解決土方開挖的基坑開挖實(shí)際形狀難以達(dá)到設(shè)計形狀要求的難題。模擬過程中還要考慮到一些具體因素。利用BIM軟件中的NavisWorks軟件進(jìn)行吊裝碰撞，在碰撞檢測中，業(yè)主可以指定吊裝的最小安全距離，模擬施工過程中吊裝時構(gòu)件與施工現(xiàn)場環(huán)境、吊車與施工現(xiàn)場環(huán)境、構(gòu)件與吊車、索具之間可能出現(xiàn)的碰撞問題。

關(guān)于材料用料管控，要做到精細(xì)化材料計劃、材料領(lǐng)用控制，通過BIM模型的創(chuàng)建后，可根據(jù)模型中材料的用量來精確的提取所需數(shù)據(jù)，而審批者也可根據(jù)BIM模型利用軟件來對材料的真實(shí)用量進(jìn)行核對，真實(shí)準(zhǔn)確地降低了材料采購數(shù)量誤差。

關(guān)于質(zhì)量、安全協(xié)同管理，利用BIM技術(shù)中施工數(shù)據(jù)與信息管理平臺結(jié)合的特點(diǎn)，將施工質(zhì)量控制的重點(diǎn)前置控制，加大事前的預(yù)先控制力度。對施工的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)進(jìn)行有效控制，通過將關(guān)鍵施工工序的流程進(jìn)行精細(xì)化，再逐一檢查精細(xì)化后的各個施工小階段，針對關(guān)鍵問題進(jìn)行管理控制。

4、竣工交付階段

竣工時交付BIM竣工模型，還可有施工工藝樣板房和渲染模型，使工程實(shí)現(xiàn)可視化。教學(xué)過程中讓學(xué)生了解到整個施工完成后的三維模型，如圖5所示。