基于BIM技術的建筑施工場地布置及優(yōu)化分析

文｜湖南城市學院 趙曼莉｜五礦二十三冶建設集團有限公司 高明

0 引言

編制施工場地布置方案是施工組織設計中至關重要的一環(huán)，該方案不僅要契合現(xiàn)場物資使用計劃和總體施工進度計劃，結合實地勘查情況，還要嚴格遵守文明施工、安全生產(chǎn)的要求。隨著我國建筑工程規(guī)模不斷擴大，建筑結構和造型愈加復雜，施工組織的編制難度持續(xù)升級，高度集成化、信息化的施工場地布置方案已得到業(yè)內(nèi)廣泛的認可。目前傳統(tǒng)的二維場地布置設計模式無法滿足實際施工需求，已逐漸成為制約項目精細化管理與可持續(xù)發(fā)展的主要因素。

BIM（Building Information Modeling）技術的出現(xiàn)與完善，改變了傳統(tǒng)的設計方法，為施工場地布置的革新帶來了新的契機。施工場地布置方案匯集了眾多不同專業(yè)的信息流，BIM技術既可以通過可視化技術將信息流直觀地展現(xiàn)出來，同時其本身也是一個強大的信息集成包平臺。通過這個平臺實現(xiàn)信息的交互、更新及共享，模擬施工各階段場地的動態(tài)變化，實現(xiàn)場地方案的最優(yōu)布置。

1 BIM技術在施工場地布置方案中的應用

1.1 施工場地布置概念及原則

施工場地布置是將場地內(nèi)各種構筑物、建筑物、道路、管線、機械、綠化、料場等施工要素，依據(jù)項目使用要求和相關規(guī)定進行空間分布安排。其布置原則是在相關規(guī)定、規(guī)章框架內(nèi)充分、有效地利用場地空間，既要合理處理各臨建設施、永久性建筑及擬建建筑間的空間關系，又要方便后續(xù)方案修改及優(yōu)化，減少生產(chǎn)活動變更產(chǎn)生的成本，為場地內(nèi)各要素間的協(xié)調(diào)運轉提供基礎和保障。

1.2 施工場地布置方案要點

（1）施工場地道路布置

道路布置不僅包含場地內(nèi)臨時道路，還應考慮場外交通接駁方式。臨時道路布置應在滿足施工要求的前提下，盡量減少成本，其線路走向宜與后期永久道路重合。場外交通接駁方式除了最常見的道路交通之外，還包括鐵路運輸、水路運輸。當采取這些運輸方式時，應在場地布置方案中納入這些交通方式的引入方案。

（2）施工場地臨時設施

場地內(nèi)臨時設施主要包括儲存設施、加工設施、生活辦公設施及其他功能性設施。儲存設施主要用于臨時儲存施工所需的材料和設備，如各種材料堆場、設備倉庫等。加工設施則是用于對建筑原材料進行加工，并直接用于現(xiàn)場施工，如鋼筋加工棚、木工加工棚等。儲存設施和加工設施的布置主要考慮總體運距以方便運輸，并滿足消防安全要求。辦公生活設施的布置則要遵循經(jīng)濟實用及減小安全風險的原則。

其他功能性設施中，臨水、臨電的布置是場地總體布置方案中的重點。施工現(xiàn)場用水主要來自管道供水和天然水源。當采用供水管道時，布設方案應盡量使管道的布設距離最短，并優(yōu)先采用暗管布設；當采用天然水源供水時，需對水質(zhì)進行測定和處理，使其滿足生活衛(wèi)生要求或者施工標準要求。面對建筑工業(yè)化、建筑信息化的新態(tài)勢，臨電線路的合理布置已成為施工現(xiàn)場保證安全生產(chǎn)時舉足輕重的一環(huán)，因此臨電線路應避免與其他管道同側，同時要綜合考慮現(xiàn)場的總用電量，從而合理布設變壓器和配電箱。

（3）場地內(nèi)大型機械布置

建筑工程的大型機械主要為塔吊。塔吊位置的選擇需要綜合考慮各施工建筑的需求、儲存設施和加工設施的位置、塔吊間的避讓距離以及與周邊高層建筑的水平安全距離，保證塔吊覆蓋主要的施工區(qū)、加工區(qū)和堆料區(qū)，同時安裝時避開結構主梁及重要結構部位。塔吊應盡量滿足不同施工階段下的吊裝需求，避免二次拆裝。

1.3 BIM技術在施工場地布置中的應用

BIM技術經(jīng)過多年的發(fā)展，已有多款實用軟件得到廣泛的應用。這些BIM軟件各有側重，需要對其進行適用性分析，選擇最契合的軟件進行施工場地布置方案的編制及優(yōu)化。

目前，較為常用的BIM軟件包括：Revit、Navisworks、SketchUp及廣聯(lián)達系列軟件，表1中詳列了上述軟件的適用范圍及其優(yōu)劣勢。

BIM技術對建筑工程的推動作用不僅是視覺上的提升，更關鍵在于信息集成。軟件在信息集成上的優(yōu)勢，體現(xiàn)在進行施工場地布置時可將時間進度對場地各要素的影響變化考慮在內(nèi)。綜合上述各大主要BIM軟件的對比分析可以看出，廣聯(lián)達BIM施工現(xiàn)場布置軟件和BIM5D軟件在施工現(xiàn)場信息集成方面更優(yōu)，可用于經(jīng)濟效益分析，且兼容性高、接口多，易于不同項目施工實際操作。

不同的BIM軟件各有優(yōu)劣，若要找到一款放之四海皆準的BIM軟件應用于建筑施工場地布置，是不合理且很難實現(xiàn)的。因此在進行施工組織設計時，應根據(jù)現(xiàn)場的實際情況和現(xiàn)實需求選擇最適用的BIM軟件，或利用多款軟件，綜合運用其兼容性接口實現(xiàn)優(yōu)勢互補，編制最佳的施工場地方案。

2 基于BIM技術的施工場地方案優(yōu)化

2.1 BIM技術應用于施工場地布置的過程

利用BIM技術進行施工場地布置，首先要進行三維模型構建，使用BIM軟件自身的構建庫可以實現(xiàn)快速建模。利用BIM軟件進行模型構建主要包括以下要素：施工現(xiàn)場的地形、施工現(xiàn)場周邊的已有道路和建筑、施工生產(chǎn)以及生活所需設施、施工現(xiàn)場施工及運輸路線、施工場地大門等。布置順序流程為：首先確定塔吊的位置，之后依次布置材料堆場、加工場地、運輸?shù)缆?，最后布置辦公管理和生活用臨時房屋。在完成上述設施布置后，即可根據(jù)現(xiàn)場布置進行水電管網(wǎng)的布設。

施工生產(chǎn)是一個動態(tài)變化的過程，包括實物的變化和信息的變化，因此施工現(xiàn)場的布置會隨著工程進度的變化而改變。為減少重復拆裝、二次搬運等造成的成本增加，應首先對整體施工階段進行劃分，詳列出不同施工階段所需的設施，利用BIM技術建立三維信息模型關聯(lián)施工進度計劃，并通過施工動態(tài)模擬及施工場地的三維漫游，對布置方案進行檢查，排除潛在風險，保證方案在施工全過程的流暢、高效及節(jié)約。同時可將施工3D模型與施工資源、安全質(zhì)量等信息關聯(lián)，實現(xiàn)施工信息動態(tài)集成管理。

2.2 基于BIM技術的場地方案優(yōu)化

傳統(tǒng)的二維施工場地布置無法形象直觀地反映施工現(xiàn)場的布置情況，加之施工過程具有動態(tài)性，使得許多潛在問題無法被發(fā)現(xiàn)。利用BIM技術可以有效規(guī)避二維場地布置方案的局限性，利用3D模型進行直觀的“預施工”，預知施工難點，從而更大程度地消除施工的不確定性和不可預見性。利用BIM技術進行施工場地布置，還能有效實現(xiàn)各施工要素專業(yè)信息流的集成整合。匯集不同專業(yè)的施工要素，通過BIM模型和軟件平臺展示出來，并共享給各專業(yè)的管理人員，最終實現(xiàn)施工現(xiàn)場的最優(yōu)布置。

3 BIM技術在施工場地布置中的案例分析

3.1 工程概況

某棚戶改造回遷房項目總建筑面積約24萬平方米，建筑物地上28層，地下4層，結構形式為框架剪力墻結構，基礎形式為筏板基礎，基坑長190米，寬132米，開挖深度為13米～13.3米。該項目屬于重大民生工程，工期緊張，需嚴格控制工期及項目成本。因此，本項目改變了傳統(tǒng)的CAD二維場布方案，采用BIM技術對施工場地的總體布置進行詳盡的建模分析。

3.2 建立軸網(wǎng)

本項目使用BIM技術對施工現(xiàn)場進行全過程控制。為方便后續(xù)模型的持續(xù)導入，先將工程模型的軸網(wǎng)導入場地模型中。為了使模型更具通適性，采用Revit軟件進行模型構建。

表1 BIM軟件在建筑施工場地布置中適用性分析

3.3 地形建模

將現(xiàn)場測量點通過txt或csv文件導入模型中，完成對工程所在地形的創(chuàng)建，如圖1所示。當項目沒有適用的坐標寫入格式時，可通過CAD文件導入。

3.4 臨時設施建模

圖1 現(xiàn)場地形模型

圖2 現(xiàn)場公告牌實物與模型圖

圖3 土方開挖模型

圖4 堆料場布置管理

項目的臨時辦公區(qū)為彩鋼活動板房，采用軟件內(nèi)自帶族庫完成建模。在建模過程中，需通過坐標對比及對齊原點確認臨時設施與其他建筑構物的相對位置關系，盡可能減少誤差，以免影響后續(xù)模型的建立和碰撞檢測?，F(xiàn)場的臨時構件，如公告牌、警示牌、消防器材、場地圍擋等可通過族模型建模，如圖2所示。

3.5 施工場地模擬

在模型與進度、成本、質(zhì)量、材料等多種信息的關聯(lián)整合度方面，廣聯(lián)達BIM5D優(yōu)勢更凸顯，因此通過將Revit模型轉化為ifc格式文件導入廣聯(lián)達BIM5D中，進行后續(xù)模擬分析。同時，將Project軟件中的施工進度計劃導入，以實現(xiàn)模型模擬過程與進度信息的匹配。

根據(jù)現(xiàn)場基坑圖紙，采用Revit軟件進行土方建模；根據(jù)流水段編制Project施工進度，并將Revit模型和Project文件導入廣聯(lián)達BIM5D中進行關聯(lián)并生成施工動畫，按照施工計劃模擬場地開挖。通過動畫顯示和數(shù)據(jù)流水優(yōu)化場地布置和施工安排，排除風險和沖突點，如圖3所示。

3.6 物資管理及工程量統(tǒng)計

圖5 現(xiàn)場光照模擬

表2 房間照明計算表

在廣聯(lián)達BIM5D軟件中，通過大規(guī)模構件族的使用，能更為便捷地統(tǒng)計現(xiàn)場構件和材料，并自動生成材料明細表。預制構件還可通過物聯(lián)網(wǎng)進行管理，實現(xiàn)料場實存物資與模型物資的同步更新，如圖4所示。管理人員可通過模型顯示，直接了解現(xiàn)場物資儲備情況，降低人員工作量，提高管理效率。

3.7 施工臨建光照模擬

BIM技術可通過在模型中設置光源或光帶進行光照模擬，達到優(yōu)化施工光照、排除夜間施工光照不足或者節(jié)約辦公室光照強度的作用，如圖5。

通過軟件可以測得各房間光照強度，與規(guī)范照明要求進行對比，進行光照的優(yōu)化，見表2所示。

4 總結

本文通過對BIM技術在施工場地的可視化布置和優(yōu)化進行研究分析，總結了BIM在施工場地布置中相對于傳統(tǒng)二維技術無法比擬的優(yōu)勢。通過對比不同BIM軟件在施工場布中的優(yōu)缺點，明確提出需要協(xié)同使用不同BIM軟件，才能編制出最佳的場布方案。最后通過一個在建工程案例，闡述了BIM技術在實際工程中的應用及優(yōu)化。隨著BIM技術的進一步發(fā)展與完善，BIM技術的建筑施工場地布置及優(yōu)化技術也將更加成熟。在未來，BIM技術將會不斷拓展建筑工程的應用領域，以信息化、精細化、智能化高效輔助全過程施工管理，推動工業(yè)建造向工業(yè)建造的精益管理方向發(fā)展。