BIM技術(shù)在工程施工中的應(yīng)用

王小龍

（恒大地產(chǎn)集團(tuán)管理及監(jiān)察中心，廣東 深圳 518054）

0 引言

建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）具有可視化、協(xié)調(diào)性、優(yōu)化性、可出圖性等特點(diǎn)。隨著我國(guó)建筑行業(yè)信息化的發(fā)展及BIM平臺(tái)軟件的逐步完善，為建筑界提供了解決建設(shè)領(lǐng)域信息問(wèn)題的方法。2011年住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部明確指出信息化建設(shè)是建筑業(yè)發(fā)展的重要推動(dòng)力，在建筑信息化發(fā)展進(jìn)程中，BIM自2003年引入我國(guó)后，引起政府、行業(yè)及各類(lèi)培訓(xùn)咨詢(xún)機(jī)構(gòu)的廣泛重視。BIM技術(shù)以其貫穿建筑全生命周期（主要包括設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營(yíng)維護(hù)3個(gè)階段）的廣泛應(yīng)用起到重要作用。近年來(lái)，隨著B(niǎo)IM技術(shù)應(yīng)用的不斷深入，國(guó)內(nèi)諸多學(xué)者和工程技術(shù)人員也圍繞這一課題展開(kāi)了研究和探索。張建平等根據(jù)我國(guó)施工管理特點(diǎn)和實(shí)際需求，提出工程施工BIM應(yīng)用技術(shù)架構(gòu)、系統(tǒng)流程和應(yīng)對(duì)措施，并將BIM與4D技術(shù)相結(jié)合，自主研發(fā)建筑施工BIM建模系統(tǒng)和基于BIM的4D施工項(xiàng)目管理系列軟件，從而形成一套工程施工BIM應(yīng)用整體實(shí)施方案［1］；翟越等從保障建筑施工安全角度，基于BIM虛擬施工技術(shù)，構(gòu)建了由資料基礎(chǔ)模塊、BIM虛擬施工模塊及安全監(jiān)控模塊3部分組成的多維數(shù)字化安全管理體系，重點(diǎn)分析了其中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)［2］；王宇佳等根據(jù)現(xiàn)階段我國(guó)建筑工程施工管理中亟待解決的問(wèn)題，介紹了BIM技術(shù)在建筑工程施工管理中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，并從施工管理角度探討B(tài)IM技術(shù)對(duì)于推進(jìn)施工過(guò)程管理精細(xì)化、信息化的重要意義［3］。高成等運(yùn)用BIM相關(guān)軟件對(duì)中國(guó)尊建筑工程建立三維可視化模型，對(duì)深化設(shè)計(jì)、施工過(guò)程進(jìn)行4D模擬及鋼結(jié)構(gòu)輔助施工進(jìn)行分析，并基于BIM技術(shù)應(yīng)用提出BIM工程管理的組織架構(gòu)［4］。晏平宇結(jié)合施工企業(yè)管理現(xiàn)狀，對(duì)BIM技術(shù)實(shí)施要點(diǎn)進(jìn)行分析，同時(shí)對(duì)現(xiàn)階段BIM技術(shù)在建筑施工階段的項(xiàng)目實(shí)踐內(nèi)容進(jìn)行介紹［5］。

1 BIM技術(shù)在土方工程中的應(yīng)用

土方開(kāi)挖是施工組織設(shè)計(jì)的重要組成部分，其對(duì)土方工程計(jì)算、施工進(jìn)度安排及土方工程填挖平衡設(shè)計(jì)都有很大影響。傳統(tǒng)土方量計(jì)算方法（平均斷面法、DEM三角網(wǎng)法、網(wǎng)格法、散點(diǎn)法）由于平面地形圖可視性差及求各網(wǎng)格點(diǎn)高程值繁瑣，導(dǎo)致工作量很大，并有時(shí)會(huì)因?yàn)榫W(wǎng)格劃分不合理而產(chǎn)生較大誤差。

一般情況下，甲方提供的地形圖為二維CAD格式的等高線(xiàn)平面圖。要計(jì)算開(kāi)挖土方量，首先須將二維等高線(xiàn)平面圖轉(zhuǎn)化為三維地形圖。為論證使用Revit進(jìn)行場(chǎng)地土方量計(jì)算的精度，考慮現(xiàn)場(chǎng)先采用大開(kāi)挖方式不留土堆進(jìn)行土方的計(jì)算。使用Revit將場(chǎng)地平面布置CAD圖導(dǎo)入后，與之前建立的地形表面模型形成對(duì)應(yīng)關(guān)系，對(duì)比CAD圖中基礎(chǔ)邊線(xiàn)確定開(kāi)挖的邊線(xiàn)，并采用平整場(chǎng)地功能，將模型中各高程點(diǎn)調(diào)整至基槽底部開(kāi)挖設(shè)計(jì)高程后，通過(guò) Revit軟件計(jì)算得到的挖土方量。

2 BIM技術(shù)在模架工程中的應(yīng)用

建設(shè)工程中模板與腳手架安全性與經(jīng)濟(jì)性的平衡一直是不可回避的設(shè)計(jì)難題。從成本角度，模板工程占鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)工程費(fèi)用的20%～30%；從工期和用工角度，用工量占鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)總用工量的30% ～40%，工期的50%；更為重要的是，腳手架或模板支撐坍塌事故占國(guó)內(nèi)建筑較大事故的30% ～50%。

傳統(tǒng)模式下的模板腳手架往往存在方案選型、安全計(jì)算、施工圖繪制繁瑣，方案展示不夠直觀，管理困難，材料浪費(fèi)等問(wèn)題或難點(diǎn)，其與BIM模式下的模板腳手架方案比較如圖1所示。采用BIM技術(shù)可方便快捷地處理模板配置問(wèn)題，降低設(shè)計(jì)強(qiáng)度，節(jié)省時(shí)間。模板的配置可采用動(dòng)態(tài)規(guī)劃方法優(yōu)化，采用BIM技術(shù)特性完成復(fù)雜的模板配置過(guò)程，從而最大限度地利用模板，可減少模板浪費(fèi)，提高模板施工效率。

圖1 傳統(tǒng)模式與BIM模式下的模板腳手架方案對(duì)比

依據(jù)JGJ 130—2011《建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術(shù)規(guī)范》及BIM建立腳手架施工計(jì)劃。在施工模擬階段，根據(jù)專(zhuān)家和施工技術(shù)人員經(jīng)驗(yàn)并結(jié)合可視化腳手架模型，對(duì)施工中存在的安全隱患進(jìn)行排查。依據(jù)安全隱患存在的位置和危險(xiǎn)等級(jí)等因素進(jìn)行分類(lèi)，形成分類(lèi)別的重大危險(xiǎn)源名單，并將危險(xiǎn)源位置在模型中進(jìn)行標(biāo)記。在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施階段，根據(jù)各危險(xiǎn)源的特點(diǎn)與部位，制定相應(yīng)的安全措施，安排安全管理人員進(jìn)行施工過(guò)程控制，保證施工質(zhì)量與信息模型一致，最后將該部分信息加入安全信息庫(kù)。腳手架的安全信息模型實(shí)現(xiàn)了安全問(wèn)題的事前和事中有效控制，通過(guò)對(duì)安全模型進(jìn)行分析，可安排專(zhuān)人對(duì)關(guān)鍵部分進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)督，并可將腳手架搭設(shè)流程及要點(diǎn)進(jìn)行直觀展示。

3 BIM技術(shù)在節(jié)點(diǎn)深化設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

3.1 機(jī)電管線(xiàn)綜合布線(xiàn)

在復(fù)雜項(xiàng)目施工管理過(guò)程中，機(jī)電管線(xiàn)綜合布線(xiàn)問(wèn)題一直是困擾工程技術(shù)人員的一大難題。在實(shí)際施工管理中，每個(gè)專(zhuān)業(yè)設(shè)定好各自專(zhuān)業(yè)的布線(xiàn)規(guī)則，利用BIM進(jìn)行虛擬仿真，在模型中模擬各系統(tǒng)管道布置，通過(guò)生成管道分支的過(guò)程可及時(shí)發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤。傳統(tǒng)項(xiàng)目建設(shè)過(guò)程中，項(xiàng)目參建各方有時(shí)需要花費(fèi)巨大費(fèi)用彌補(bǔ)由設(shè)備管線(xiàn)碰撞而引起的拆裝、返工及浪費(fèi)。在管線(xiàn)綜合設(shè)計(jì)時(shí)，可利用BIM的可視化功能進(jìn)行管線(xiàn)碰撞檢測(cè)，將碰撞信息反饋給設(shè)計(jì)人員及時(shí)做出調(diào)整，以減少管線(xiàn)碰撞及返工，降低成本，如圖2，3所示。

圖2 管線(xiàn)綜合排布

圖3 管線(xiàn)碰撞檢查

3.2 鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)深化設(shè)計(jì)

BIM技術(shù)為鋼結(jié)構(gòu)的數(shù)字化建造提供了發(fā)展思路，使鋼結(jié)構(gòu)的全面工業(yè)化管理成為可能。通過(guò)智能工藝方案設(shè)計(jì)、自動(dòng)化排板套料、數(shù)控設(shè)備聯(lián)網(wǎng)集成、云計(jì)算技術(shù)等應(yīng)用，大大降低了管理失誤率和施工數(shù)據(jù)跨域傳遞的成本，為工程大數(shù)據(jù)庫(kù)的建立提供了技術(shù)平臺(tái)；通過(guò)建立常備材料庫(kù)和對(duì)物流過(guò)程進(jìn)行全方位追溯，進(jìn)行準(zhǔn)確、高效的材料快速盤(pán)點(diǎn)，提高了材料綜合利用率；借助BIM技術(shù)建立了鋼結(jié)構(gòu)施工全過(guò)程質(zhì)量驗(yàn)收體系，實(shí)現(xiàn)各參與方信息共享。

隨著鋼結(jié)構(gòu)體系發(fā)展，伸臂桁架、環(huán)帶桁架在結(jié)構(gòu)體系中的應(yīng)用越來(lái)越多，在梁柱節(jié)點(diǎn)處多肢多腔鋼結(jié)構(gòu)與鋼筋相互交叉的節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)越來(lái)越復(fù)雜。在勁性結(jié)構(gòu)的深化設(shè)計(jì)中，可通過(guò)BIM虛擬仿真進(jìn)行模擬，在減少鋼材穿孔、鋼筋中斷的前提下盡量減少連接板設(shè)置，以降低成本。在純鋼結(jié)構(gòu)深化設(shè)計(jì)時(shí)，構(gòu)件加工制作前可利用BIM技術(shù)進(jìn)行虛擬預(yù)拼裝，提前檢驗(yàn)各構(gòu)件尺寸的準(zhǔn)確性，以保證最終尺寸滿(mǎn)足結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求。

3.3 裝飾節(jié)點(diǎn)深化設(shè)計(jì)

裝飾節(jié)點(diǎn)深化設(shè)計(jì)要考慮的關(guān)聯(lián)因素較多，既要與結(jié)構(gòu)受力相匹配，又要不影響機(jī)電系統(tǒng)功能，在考慮防火要求的同時(shí)，還要兼顧功能格局的要求。通過(guò)BIM技術(shù)利用，將可能的方案放置到具體的空間環(huán)境中，才能在事前發(fā)現(xiàn)并及時(shí)處理好這些矛盾。同時(shí)實(shí)現(xiàn)所有構(gòu)件或板塊尺寸的精確計(jì)算，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化加工與制作，從而節(jié)約資源。

4 BIM技術(shù)在工程安全管理中的應(yīng)用

項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)管理、危險(xiǎn)源識(shí)別大多依靠項(xiàng)目管理人員的施工管理經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行初判，由于項(xiàng)目施工過(guò)程是動(dòng)態(tài)過(guò)程，施工風(fēng)險(xiǎn)和危險(xiǎn)源隨施工的進(jìn)行而變化，這為施工安全管理帶來(lái)許多不確定性因素?；贐IM技術(shù)平臺(tái)可對(duì)施工進(jìn)行全面形象模擬、施工全過(guò)程模擬和碰撞檢查，并可進(jìn)行危險(xiǎn)源識(shí)別、安全檢查及可視化施工安全管理。

5 結(jié)語(yǔ)

BIM技術(shù)在建筑設(shè)計(jì)、施工和后期維護(hù)等方面給建筑產(chǎn)業(yè)帶來(lái)巨大的技術(shù)革新。在建筑施工過(guò)程中，BIM技術(shù)提供了可視化模型，通過(guò)模擬可優(yōu)化施工場(chǎng)地布置和施工方案，并從施工進(jìn)程、施工資源、資金分配等方面進(jìn)行多維度施工管理。通過(guò)BIM模型模擬施工管理能實(shí)現(xiàn)最大限度的施工優(yōu)化配置，做到綠色節(jié)能、綠色施工。