輕量化BIM技術(shù)在青茂口岸項目中的實踐應(yīng)用*

焦向軍，熊 俐，霍振浩，郭洪飛

（1.中國港灣工程有限責(zé)任公司，北京 100027；2.珠海欣邦科技有限公司，廣東珠海 519010；3.暨南大學(xué)物聯(lián)網(wǎng)與物流工程研究院，廣東珠海 519070）

0 引言

中國企業(yè)在全面建設(shè)具有國際競爭力的世界一流企業(yè)過程中[1]，仍有較多亟待解決的問題，基礎(chǔ)管理工作仍滯后于戰(zhàn)略業(yè)務(wù)發(fā)展，流程化的管理體系還不夠健全和完善，可以通過以BIM、物聯(lián)網(wǎng)為代表的信息技術(shù)驅(qū)動和支撐公司實現(xiàn)管理和創(chuàng)新。

BIM（Building Information Modeling）簡稱“建筑信息模型”，其核心是在工程建造前，預(yù)先在計算機中模擬建立1∶1富含各類信息的三維數(shù)字建筑信息模型，工程項目設(shè)計方、建造方、后期運營方可以借助IT 技術(shù)在不同階段使用這個建筑信息模型進行溝通協(xié)作，能大幅度提高協(xié)同效率、節(jié)約資源、提升工程質(zhì)量。BIM 作為建筑行業(yè)信息化實施的基礎(chǔ)，廣泛應(yīng)用于英國、韓國、日本以及北歐的一些國家，并在全球工程建設(shè)領(lǐng)域獲得了廣泛認可[2]。

通過輕量化BIM 技術(shù)對建筑進行可視化分析，可以為項目工程提供解決方案。本文對該技術(shù)在青茂口岸項目施工中的應(yīng)用進行了詳細介紹，圖1 所示為青茂口岸項目的全貌。

圖1 青茂口岸項目全貌

1 項目概述

青茂口岸項目位于珠海拱北口岸西側(cè)鴨涌河地段，是連接粵澳的專用跨境通道，設(shè)計日通關(guān)客流量為20萬人次，僅供行人通行。包括以下3個部分：

（1）鴨涌河上廊橋形式的出入境專門通道，與珠海城軌接駁；

（2）粵澳兩側(cè)的出入境聯(lián)檢大樓，澳門側(cè)為聯(lián)檢大樓兼具綜合交通樞紐、會展及商務(wù)配套；

（3）關(guān)閘口岸至青州西南岸鴨涌河，打造生態(tài)景觀及綠色走廊。

本項目通過輕量化BIM 技術(shù)對項目的整個周期進行管理，提高工程管理信息化水平，提高工程管理工作的效率，并且嚴格把關(guān)設(shè)計質(zhì)量，獲得很好的效率。

2 輕量化BIM技術(shù)應(yīng)用優(yōu)點

為確保項目能按進度實時完成各項任務(wù)，實施輕量化BIM 技術(shù)在公共建筑中的管理應(yīng)用，建立BIM 管理辦法與實施路線，確保設(shè)計質(zhì)量，提高工程管理信息化水平以及工程管理工作效率。

（1）BIM 模型可為項目參建各方提供更高效的溝通平臺，并實現(xiàn)設(shè)計成果的可視化及理解的一致性，及時發(fā)現(xiàn)、解決問題，提高溝通交流的效率和準確性。

（2）BIM 應(yīng)用可大幅減少項目各專業(yè)之間的碰撞和沖突，降低項目設(shè)計變更、材料浪費和工期延長，節(jié)約項目建設(shè)成本。

（3）通過BIM 應(yīng)用，可提前發(fā)現(xiàn)施工中的難點和技術(shù)關(guān)鍵點、施工進度沖突、資源分配需求等等，從而更好地保障項目建設(shè)質(zhì)量，有效進行施工進度控制，甚至減少工期。

（4）BIM 應(yīng)用可在項目規(guī)劃設(shè)計前期預(yù)先考慮和模擬未來運營管理可能面對的需求或困難，在項目設(shè)計和建設(shè)階段提前進行有針對性地設(shè)計和構(gòu)建，保障未來運營管理更加合理、高效和經(jīng)濟。

（5）通過BIM 多維度結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)粒度達到構(gòu)建級，實現(xiàn)及時準確地統(tǒng)計分析工程投資和成本數(shù)據(jù)，體現(xiàn)強大的投資控制能力。

3 輕量化BIM技術(shù)應(yīng)用

3.1 工程設(shè)計BIM應(yīng)用

由于BIM 的早期介入，在設(shè)計階段建立BIM 模型，一方面可通過各專業(yè)的模型運行碰撞檢測形成報告；另一方面是在建模過程中，可對各專業(yè)圖紙進行校審。后者往往更為重要，對圖紙中的錯漏等問題有更全面地反映。通過BIM 報告的方式，將BIM 發(fā)現(xiàn)的問題進行匯總，并定期提交業(yè)主及設(shè)計方進行協(xié)調(diào)解決。這些問題有些可以快速得到解決，有些影響較大，涉及多個專業(yè)的協(xié)調(diào)，需要一定時間才能解決，而當設(shè)計做出調(diào)整之后，還需要再修改模型進行復(fù)核。這個過程需要問題的跟蹤機制，才能確保所發(fā)現(xiàn)的問題得到徹底解決。

圖2 BIM報告跟蹤流程

在已建立BIM報告閉環(huán)管理流程，如圖2所示，通過BIM例會協(xié)調(diào)、設(shè)計修改、BIM 復(fù)核后，記錄問題的解決結(jié)果，使問題的結(jié)果明確、過程可追溯。

BIM報告跟蹤流程是由業(yè)主提出BIM需求，BIM單位針對需求要求設(shè)計單位設(shè)計過程圖紙，并根據(jù)圖紙搭建BIM 模型，就可以對模型進行碰撞檢測、凈高分析、管線綜合等操作，軟件自動分析給出優(yōu)化建議，設(shè)計單位對給出的建議進行設(shè)計復(fù)核與變更，更新BIM模型之后生成最終施工圖。

3.2 土建施工BIM應(yīng)用

利用BIM 模型進行圖紙會審，在項目BIM 模型上進行深化，如圖3 所示。對原有結(jié)構(gòu)增加施工縫、流水段、二次結(jié)構(gòu)、預(yù)留洞口預(yù)埋件等內(nèi)容，檢查深化后模型和其他專業(yè)的沖突情況，并依據(jù)模型核對結(jié)構(gòu)預(yù)留洞，確保預(yù)留預(yù)埋準確，根據(jù)深化設(shè)計內(nèi)容輸出二次結(jié)構(gòu)圖、預(yù)留洞口如圖指導(dǎo)實際施工。

圖3 對實際結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化

依據(jù)施工技術(shù)方案，利用BIM 技術(shù)搭建施工現(xiàn)場高支模型方案模型，如圖4所示，同時通過高支模型技術(shù)方案演示，進行高支模型方案的研究和討論，以分析高支模型方案的正確性、可行性，指導(dǎo)現(xiàn)場施工。

圖4 高支模型圖

3.3 機電施工BIM應(yīng)用

根據(jù)項目模型進行機電深化設(shè)計，機電深化設(shè)計分兩個階段。第一階段由設(shè)計單位主導(dǎo)，機電總包單位需根據(jù)設(shè)計提供的管線模型，進行結(jié)構(gòu)預(yù)留預(yù)埋的詳細核對，發(fā)現(xiàn)問題后及時反饋設(shè)計進行調(diào)整，調(diào)整后由設(shè)計輸出項目結(jié)構(gòu)預(yù)留預(yù)埋機電圖紙，指導(dǎo)現(xiàn)場主體結(jié)構(gòu)施工的預(yù)留預(yù)埋。第二階段由施工總承包單位主導(dǎo)，需在機電模型基礎(chǔ)上進行管線綜合調(diào)整優(yōu)化，并結(jié)合砌體工程、鋁膜構(gòu)件深化設(shè)計、精裝修設(shè)計進行多方配合，根據(jù)調(diào)整優(yōu)化及配合結(jié)果，輸出項目砌體留洞圖、鋁膜構(gòu)件深化圖、項目綜合機電末端點位布置圖、管線綜合平面圖、剖面圖、綜合支吊架布置圖，如圖5所示。

圖5 管線布置三維視圖

3.4 幕墻和裝飾裝修施工BIM應(yīng)用

3.4.1 幕墻系統(tǒng)

根據(jù)幕墻施工圖完成其BIM 模型，進行項目幕墻面板的分格優(yōu)化，并建立標準幕墻節(jié)點模型，核對幕墻龍骨生根位置、幕墻預(yù)埋件及幕墻與其他專業(yè)模型的沖突情況。根據(jù)幕墻嵌板分類，統(tǒng)計幕墻材料信息，如圖6所示。

圖6 幕墻與結(jié)構(gòu)碰撞問題報告

3.4.2 裝飾裝修

因裝修工程深化設(shè)計將準確校核土建隔墻與室內(nèi)裝飾墻完成面的關(guān)系，根據(jù)已有隔墻及裝修完成面的調(diào)整可能性，重新調(diào)整房間完成面尺寸以及平立面裝修圖，并且還要考慮室內(nèi)裝飾與相關(guān)專業(yè)的交接部位。裝修深化設(shè)計做出調(diào)整之后，還需要在與調(diào)整部位相關(guān)的其他專業(yè)圖紙上分別做相應(yīng)調(diào)整，傳統(tǒng)的二維設(shè)計當調(diào)整方案確定后，與之相關(guān)的圖紙就需要人工一個一個地做相應(yīng)調(diào)整，致使深化設(shè)計效率低下，工作量增大[3]?？偘酵ㄟ^提供BIM深化設(shè)計模型，為裝修分包方提供參數(shù)化聯(lián)動的功能，一處調(diào)整，與之對應(yīng)的圖紙均可做到自動調(diào)整，從而提高工作效率。

對于整體工作流程，先要制定項目人員架構(gòu)，搭建BIM工作環(huán)境并制定現(xiàn)場實施方案，通過BIM 創(chuàng)建精裝模型，雙方進行各方需求并對BIM 模型進行整合，每一個設(shè)計方法最后都要判斷是否完成。若未完成，則要對整個精裝模型進行重新創(chuàng)建以及方案調(diào)整，完成后對方案送審。整體流程如圖7所示。

根據(jù)項目裝飾裝修施工圖完成其BIM模型，如圖8所示。結(jié)合裝飾裝修施工工序，對裝飾工程中的關(guān)鍵部位和復(fù)雜工藝進行深化，針對裝飾裝修收邊收口處的做法進行動態(tài)模擬，并輸出施工動畫，用以指導(dǎo)現(xiàn)場工人交底。

圖7 裝修深化設(shè)計流程

圖8 精裝修模型效果

3.5 施工管理BIM應(yīng)用

3.5.1 BIM進度計劃

通過BIM 的4D 反復(fù)模擬，項目經(jīng)理利用直觀的虛擬動畫，如圖9所示。在進行動態(tài)的優(yōu)化分析后，得出了更為合理的施工進度計劃。通過對不同功能建筑施工區(qū)進行合理劃分，調(diào)整施工順序，配置足夠施工資源，確保其按期交付。

圖9 青茂口岸4D施工模擬

3.5.2 通關(guān)方案模擬

作為總承包施工單位，必須對項目的交付使用進行履約，同時該項目作為廣東省與澳門特別行政區(qū)的政治工程，其滿足通關(guān)使用需求為項目的重大節(jié)點，因此總包必須協(xié)調(diào)各專業(yè)分包優(yōu)先完成通關(guān)功能區(qū)，滿足各職能部門的使用需求，確保市民順利通關(guān)。本項工作通過BIM 可視化管理，與各分包明確重點完成區(qū)域，形成三維臨時通關(guān)BIM 模型，錄制通關(guān)路線，輔助方案的報批工作，如圖10所示。

圖10 青茂口岸通關(guān)方案

3.5.3 鋁膜板研發(fā)

本項目澳方11-19F為標準層，同時為滿足項目完工履約的時間節(jié)點，本部分采用鋁模板施工，加快施工進度，確保年底封頂并且通關(guān)層可投入運營使用。

鋁模板配模規(guī)則復(fù)雜，對技術(shù)人員的要求較高，以往的配模設(shè)計采用二維CAD方式進行，效率較低、不直觀、構(gòu)件沒有信息化，無法實現(xiàn)虛擬拼裝[4-5]?；贐IM 模型進行配模深化設(shè)計是大勢所趨，具有直觀、構(gòu)件參數(shù)化、信息化、可虛擬拼裝等多方面的優(yōu)勢，但手動進行配模設(shè)計工作量極大，且容易出錯。針對上述問題，內(nèi)置配模規(guī)則，基于土建BIM 模型自動配模，并形成配模、錯漏檢查、分區(qū)編碼、列表統(tǒng)計、出加工圖等完整流程的軟件解決方案，如圖11所示。

通過鋁膜板的軟件研發(fā)，實現(xiàn)了完成的鋁模板構(gòu)件庫、自動、批量的配模及標注、出圖功能以及數(shù)據(jù)集成與動態(tài)更新。

圖11 11F鋁模板

（1）完整的鋁模板構(gòu)件庫

鋁模板軟件構(gòu)件庫完整豐富，高度參數(shù)化、智能化與軟件功能聯(lián)動，實現(xiàn)設(shè)計、生產(chǎn)、施工、倉儲管理的全流程需求，同時可適應(yīng)不同廠家產(chǎn)品的規(guī)格設(shè)置。

（2）自動、批量的配模及標注、出圖功能

軟件通過精確的幾何計算，實現(xiàn)批量的自動配模，如圖12 所示；同時批量生成多種視圖、自動標注、批量導(dǎo)出加工圖等功能，極大地提高配模設(shè)計效率。

圖12 樓梯配模

（3）數(shù)據(jù)集成與動態(tài)更新

軟件通過構(gòu)件參數(shù)集成數(shù)據(jù)，滿足各種分類統(tǒng)計功能，實現(xiàn)全流程的信息化；與構(gòu)件參數(shù)聯(lián)動的3D標注實時動態(tài)更新，極大方便了設(shè)計及審核過程。

3.5.4 BIM協(xié)同平臺

自主研發(fā)的BIM 協(xié)同管理平臺可對項目圖檔進行集中管理，如圖13所示，實現(xiàn)項目管理文檔的集中組織、更新、共享等管理，便于高效分發(fā)和共享。主要用于解決項目文檔存儲分散、信息不互通、不及時的協(xié)作痛點[6]。

圖13 協(xié)同管理平臺

基于IFC 交換格式標準和WebGL 技術(shù)，無需安裝客戶端及插件即可在網(wǎng)頁中瀏覽BIM 模型的結(jié)構(gòu)及詳細屬性信息，操作簡單快捷，如圖14 所示。實現(xiàn)BIM 模型的輕量化瀏覽，實現(xiàn)工程各方基于BIM 模型的可視化瀏覽、交流及問題跟蹤解決，便于高效、便捷地可視化協(xié)作和交流。主要用于解決需要安裝專有軟件才能瀏覽，不同軟件建立的BIM 模型不能流暢查閱的協(xié)作痛點。

圖14 模擬信息瀏覽

4 結(jié)束語

本項目以青茂口岸項目工程為例，研究輕量化BIM 技術(shù)在其施工過程中的應(yīng)用，基于市場的不斷發(fā)展以及政府相關(guān)部門的大力推動，項目已于2019 年12 月20 日完工，獲得了較好的技術(shù)、經(jīng)驗和人才的積累，通過土建施工、機電施工等模型的搭建，利用BIM 模型對多個方面進行協(xié)同工作，通過報告流程跟蹤、裝修深化設(shè)計，實現(xiàn)了設(shè)計流程可視化。

當前，中國輕量化BIM 技術(shù)正在飛速發(fā)展，輕量化BIM技術(shù)使得傳統(tǒng)二維圖紙飛躍到三維，BIM 在建筑行業(yè)的廣泛應(yīng)用是建筑行業(yè)信息化的必經(jīng)之路。利用輕量化BIM 技術(shù)可以從設(shè)計延續(xù)到施工、運維階段，有效提高本項目的建設(shè)、管理、運營水平，可以繼續(xù)開展相關(guān)建筑方面的研究。