BIM技術(shù)在供貨單位中的應(yīng)用
——以某大型地下室項目為例

唐小東 胡云進 虞 盛

(1.浙江省巖石力學(xué)與地質(zhì)災(zāi)害重點實驗室，浙江 紹興 312000；2.紹興文理學(xué)院 土木工程學(xué)院，浙江 紹興 312000；3.浙江省山體地質(zhì)災(zāi)害防治協(xié)同創(chuàng)新中心，浙江 紹興 312000)

0 引言

建筑各方責(zé)任主體構(gòu)成眾多，項目建設(shè)周期長、不確定因素多，因此在工程實施中各主體單位之間的協(xié)作要求高且協(xié)調(diào)難度大[1].隨著科技、經(jīng)濟的高速發(fā)展，建筑工程項目的造型越來越獨特、體量越來越大、精細化要求及設(shè)計復(fù)雜程度越來越高，與之對應(yīng)的成本費用也大幅增長.面對上述建筑行業(yè)的種種問題，BIM技術(shù)應(yīng)運而生.運用BIM這一先進信息技術(shù)，利用其資源共享的特點，可對建筑工程項目實施中涉及的各方責(zé)任主體集成化管理；通過建立參數(shù)模型整合建筑工程項目的全部相關(guān)信息，保證所有重要信息可在全生命周期中得以快速、準確地傳遞和共享，對建筑工程項目成本、進度和質(zhì)量控制及延長建筑使用壽命等具有重要意義.

目前BIM技術(shù)在設(shè)計、施工中發(fā)揮著重要的作用.BIM不再是單一的3D模型，已成為當(dāng)前建筑行業(yè)中必不可少的管理手段和管理方法.許杰峰等[2]利用BIM技術(shù)對建筑供應(yīng)鏈管理進行了研究，實現(xiàn)建筑供應(yīng)鏈敏捷程度和效率的有效提升.Reijo等[3]研究認為運用BIM技術(shù)在設(shè)計、施工階段對增加業(yè)主價值，減少浪費具有重要作用.舒欣等[4]通過對裝配式建筑設(shè)計和BIM技術(shù)進行適用性分析，實現(xiàn)對建筑設(shè)計進程的優(yōu)化和縮短設(shè)計周期.楊震卿等[5]研究發(fā)現(xiàn)，施工單位在機電施工階段通過運用BIM技術(shù)開展機電專業(yè)深化設(shè)計工作可有效保證施工質(zhì)量和進度.王健[6]將BIM技術(shù)應(yīng)用到大型地下室機電管線綜合項目中，并對項目設(shè)計、施工階段的BIM云端協(xié)作方式進行了分析.陳祥赟等[7]通過傳統(tǒng)管理方法與基于BIM管理方法的差異對比發(fā)現(xiàn)，BIM技術(shù)在施工階段可進行有效的成本、進度控制.上述以建筑各方責(zé)任主體與BIM技術(shù)相結(jié)合研究多從設(shè)計、施工方面實現(xiàn)成本和進度管理，但未從供貨單位角度開展基于BIM技術(shù)的協(xié)同研究.而供貨單位(材料供應(yīng)商、設(shè)備供應(yīng)商)為建筑工程項目提供原材料設(shè)備及后期服務(wù)，在項目實施中扮演著重要角色，其提供的材料和服務(wù)質(zhì)量好壞直接影響建筑工程的成本、質(zhì)量及使用壽命.因此開展基于BIM技術(shù)的供貨單位與建筑各方責(zé)任主體間的協(xié)同研究具有重要的工程應(yīng)用價值.

本文針對目前的不足，將BIM技術(shù)應(yīng)用到供貨單位，首先研究總結(jié)供貨單位應(yīng)用BIM技術(shù)的流程，然后具體分析供貨單位與其他建筑責(zé)任主體間的協(xié)同工作模式，最后將上述研究結(jié)果應(yīng)用于實際工程并進行效益驗證.

1 供貨單位應(yīng)用BIM技術(shù)的流程研究

供貨單位為建筑工程項目的設(shè)計-施工-運維等提供材料、設(shè)備、技術(shù)及服務(wù).供貨單位應(yīng)用BIM技術(shù)可消除與各參建方的溝通障礙、保證質(zhì)量、降低成本并延長建筑使用壽命.根據(jù)建筑工程項目各個實施階段的內(nèi)容和特點，本文分析了供貨單位與其他建筑責(zé)任主體之間在設(shè)計階段、施工階段和運維階段的關(guān)系，擬定了供貨單位應(yīng)用BIM技術(shù)的具體流程，如圖1所示.

圖1 供貨單位應(yīng)用BIM技術(shù)的具體流程

2 基于BIM技術(shù)的供貨單位與各方責(zé)任主體間的協(xié)同作業(yè)

基于上述供貨單位應(yīng)用BIM技術(shù)的流程，下面分別闡述供貨單位與設(shè)計單位、施工單位及運營單位間的具體協(xié)同.

2.1 與設(shè)計單位的協(xié)同作業(yè)

隨著科技的發(fā)展，建設(shè)領(lǐng)域的新技術(shù)、新工藝和新材料不斷涌現(xiàn).建材種類繁多，性能各不相同，且每項建筑工程都具有唯一性、不確定因素多，因此對于建筑材料的性能要求也各不相同.設(shè)計單位在眾多專業(yè)分包商方案的設(shè)計中，如電梯方案、泛光照明方案、中壓開關(guān)柜布置及母線設(shè)計方案、地下車庫排煙風(fēng)機廠家CFD模擬試驗等都會遇到許多實際設(shè)計及選材問題.供貨單位可參與建材選取、輔助設(shè)計等對于工程質(zhì)量及成本控制有助益性的設(shè)計工作.以電梯工程專業(yè)分包商為例，供貨單位根據(jù)工程實際情況應(yīng)用BIM技術(shù)可與設(shè)計單位進行協(xié)同設(shè)計，如圖2所示.

圖2 電梯供貨單位基于BIM技術(shù)的協(xié)同設(shè)計

2.2 與施工單位的協(xié)同作業(yè)

施工現(xiàn)場參建各方及人員出入眾多、環(huán)境復(fù)雜、影響因素多、可利用空間資源少，這對施工單位進行進度、成本和質(zhì)量控制非常不利.供貨單位提供的建材及設(shè)備占工程前期投入費用的50%以上，施工單位加強與供貨單位協(xié)同可有效改善以上問題.

2.2.1 承包商供應(yīng)鏈管理

隨著BIM技術(shù)的發(fā)展，其在建筑供應(yīng)鏈中的應(yīng)用范圍及深度都顯著提升；供貨單位運用BIM技術(shù)在承包商供應(yīng)鏈管理中的重要性尤為突出.供貨單位通過BIM技術(shù)獲得建筑工程項目完整的明細表，明確建材及設(shè)備的數(shù)量、尺寸、材質(zhì)及性能要求，做到標準化生產(chǎn)避免施工單位在現(xiàn)場進行二次加工.生產(chǎn)過程中通過BIM視覺分析的檢測系統(tǒng)并置入RFID標簽芯片，對建筑材料、預(yù)制構(gòu)件和重要設(shè)備等進行精準定位[8]，進而合理安排運輸路線，并在材料設(shè)備進場后有序擺放，做到節(jié)約場地、避免二次搬運.

2.2.2 供貨單位指導(dǎo)安裝

施工階段會運用許多大型、成套設(shè)備，作為施工機具或?qū)⑵浒惭b至建筑主體內(nèi)部.供貨單位對產(chǎn)品設(shè)備的質(zhì)量性能、拼裝工藝、磨損程度等最為了解，可在旁進行指導(dǎo)安裝，根據(jù)施工現(xiàn)場的實際情況發(fā)現(xiàn)BIM模型中的錯誤或不協(xié)調(diào)之處，及時提出優(yōu)化設(shè)計或改進方案.如塔吊和電梯等危險性或質(zhì)量要求高的特種設(shè)備安裝，必須由具有相應(yīng)資質(zhì)的單位進行現(xiàn)場拼裝.通過BIM技術(shù)提前進行安裝模擬，提前排除設(shè)備安裝過程中可能出現(xiàn)的問題，從而提高拼裝效率及保障安裝質(zhì)量.

2.2.3 供貨單位績效評價

目前我國供貨單位的總體信息化水平較低，仍采取電話、傳真等傳統(tǒng)方式進行采購.各類供貨單位存在“價格不透明，質(zhì)量無保障”的問題，這對施工單位選取最優(yōu)建材、設(shè)備造成極大阻礙[9].供貨單位通過BIM技術(shù)將生產(chǎn)的材料、設(shè)備的結(jié)構(gòu)組成進行精確的細節(jié)展示，可將生產(chǎn)的材料、設(shè)備進行有力推廣，同時施工單位可根據(jù)工程實際需求快速確定最合適的供貨單位.施工單位和供貨單位可根據(jù)供貨質(zhì)量、是否按時交貨和支付材料款等相互進行績效考核，作為后續(xù)是否長期合作的一項重要指標.

2.3 與運營單位的協(xié)同作業(yè)

建筑工程項目實施是一個連續(xù)動態(tài)的過程，BIM的模型精度(LOD)在這一過程中也不斷趨于精細化[10].BIM模型精度提升至LOD500，可直接提供給運營單位用于后期的運維管理.由表1可看出，供貨單位為模型提升至LOD500的主要參與單位.在上一等級模型基礎(chǔ)上加入由供貨單位提供建置的設(shè)備“族”文件，從而使項目模型組件得以最精細化的展示，便于運營單位對項目進行管理.

表1 建筑各方責(zé)任主體LOD等級要求

通過查閱資料可知，建筑工程項目三分之二的成本費用發(fā)生在項目后期運營和維護階段[11].通常運維階段出現(xiàn)的問題不是一個單位能解決的，需要供貨、設(shè)計單位等協(xié)同處理解決.供貨單位協(xié)助編輯的數(shù)據(jù)庫記錄并保存所有建筑構(gòu)件和設(shè)備的詳盡信息(如供貨單位名稱、生產(chǎn)日期、設(shè)備型號和維護日志等)，同時RFID標簽可對設(shè)備進行跟蹤，管理者可通過云端實時觀察設(shè)備的使用狀態(tài)[12]，提醒業(yè)主或運營單位及時做出正確決斷，保證建筑工程項目在全生命周期內(nèi)的安全使用，從而降低損失、節(jié)約后期運營成本.

3 工程應(yīng)用及效益驗證

建筑工程項目的地下人防工程在基礎(chǔ)建設(shè)階段的施工資源投入很大，且綜合管線、設(shè)備錯綜復(fù)雜，務(wù)必采取科學(xué)精細的管控.以某建筑工程項目地下人防工程為例，對上述供貨單位應(yīng)用BIM技術(shù)協(xié)同帶來的效益進行驗證.本項目位于浙江省金華市，為大體量品質(zhì)社區(qū)，占地面積約78 000 m2，建筑面積約250 000 m2，共有22棟高層住宅，總住宅1 616戶.其中該項目地下人防工程總長約427.3 m，總寬約181.4 m，地下建筑面積約60 000 m2.

首先使用Revit建模軟件對本項目地下人防工程進行土建、結(jié)構(gòu)和機電專業(yè)的模型建立(見圖3)，再使用Navisworks軟件進行碰撞檢測、模擬施工及后期運維管理.通BIM技術(shù)對該工程實施和使用階段的過程模擬，突出體現(xiàn)供貨單位運用BIM技術(shù)與各參建方協(xié)同作業(yè)的特點及優(yōu)勢.

(a)土建模型(b)結(jié)構(gòu)模型(c)機電模型

3.1 輔助設(shè)計

設(shè)計單位對建筑工程項目設(shè)計工作進行全面管理，但對于電梯等較小的專業(yè)分包項目只做到了明確其具體方位，對于具體設(shè)備選材、型號和成本方面涉及不深.供貨單位作為實時關(guān)注建筑材料最新發(fā)展動態(tài)的一方，對于各類建筑材料的材質(zhì)性能、適應(yīng)性和價格等方面最為了解.因此供貨單位可以在模型建立時就輔助設(shè)計單位輸入材料種類、設(shè)備型號和成本費用等的詳細信息，對項目整體質(zhì)量和成本進行管控.本項目共有消防電梯44臺，圖4為電梯工程的具體設(shè)備信息，其中成本計算包括電梯單價、運輸費和安裝費.建筑工程項目專業(yè)分包眾多，在設(shè)計階段就明確各設(shè)備分包較為精確的費用成本，可對本項目前期工程造價進行有效控制.

圖4 供貨單位BIM應(yīng)用

供貨單位通過管線碰撞檢查對設(shè)計單位提出設(shè)計建議，如造價高的管線避讓造價低的，管線附件少的避讓附件多的，臨時管線避讓永久管線，并將需要定期檢修的管線安裝在下部，同時預(yù)留檢修空間便于后期整修.由圖5可見，各類管線、電纜橋架和風(fēng)管密集、縱橫交錯，需立體交叉施工，供貨單位根據(jù)對管道價格、材料特性的了解可進行輔助設(shè)計，通過改動造價低和整體影響小的管道位置，減少設(shè)計變更，同時降低施工-運維階段出現(xiàn)問題的概率和額外的返工修補費用.

圖5 管線碰撞檢查

3.2 施工互動

建筑工程項目施工過程中設(shè)備、材料供貨單位都與施工單位存在很多交流與合作，供貨單位應(yīng)用BIM技術(shù)對重要設(shè)備進行安裝模擬，必要時從旁進行安裝指導(dǎo)，很大程度上提高了拼裝效率和保證現(xiàn)場施工安全.供貨單位首先通過BIM軟件模擬本單位提供的塔吊安裝過程(見圖6)，向現(xiàn)場施工人員進行有效的安全交底，充分地展示塔吊安裝工序和運行方式，防止墜物傷人.模擬軟件種類多樣，例如Navisworks、Fuzor等，可根據(jù)不同需求選擇相對應(yīng)的模擬軟件.再根據(jù)周邊環(huán)境資料對塔吊布置進行仿真模擬選定合適的塔吊型號，確保塔吊對施工現(xiàn)場的全面覆蓋，并選定最佳塔吊布置點，保證塔吊交叉作業(yè)時進行安全施工，圖7為本項目施工現(xiàn)場塔吊布置簡圖.

圖6 塔吊安裝模擬

圖7 塔吊布置簡圖

本地下人防工程面積較大且系統(tǒng)復(fù)雜，尤其在機電安裝階段，管道構(gòu)件等供應(yīng)需要進行科學(xué)合理的管理.管道構(gòu)件供貨單位依據(jù)施工承包方的施工進度計劃進行按時、按量生產(chǎn)制作，防止施工現(xiàn)場待工、待料情況的發(fā)生.既保證工期，同時也減免了材料、設(shè)備的保管費用和降低損壞風(fēng)險.如圖8所示，供貨單位根據(jù)BIM模型可以輕松掌握管道、橋架、風(fēng)箱和消防栓箱等的詳細信息(尺寸、材質(zhì)和數(shù)量等)，做到精確化生產(chǎn).避免施工現(xiàn)場二次加工，對后期施工安裝帶來極大便利，從而做到“節(jié)時、節(jié)材、節(jié)財”.

圖8 機電工程模型構(gòu)件信息

3.3 運維管理

供貨單位通過RFID技術(shù)可追蹤定位的特點，在設(shè)備構(gòu)件生產(chǎn)過程中置入RFID芯片，并利用BIM技術(shù)的可視化對重要設(shè)備和管線密集區(qū)保存視點，便于后期快速查找該位置，同時對模型中需按時更換或定期檢修的設(shè)備構(gòu)件進行重點標識.通過該方法既可方便運營單位進行資產(chǎn)、空間管理，也有利于供貨單位后期更換、檢修設(shè)備時可快速定位找到問題設(shè)備.圖9為本項目停車位上方綜合管線交匯處的一個重要視點.

圖9 重要視點

供貨單位通過在運維期間繼續(xù)提供新材料、新設(shè)備而獲取二次利潤，并通過回收利用更新?lián)Q代后淘汰的舊建筑材料，提高建筑資源的循環(huán)使用率.本研究通過供貨單位與運營單位協(xié)同作業(yè)，供貨單位應(yīng)用BIM技術(shù)輔助運營單位解決運維階段出現(xiàn)的問題，實現(xiàn)供貨單位與運營單位雙贏的合作模式，并促進建筑行業(yè)由粗放型向集約型發(fā)展.具體協(xié)同流作業(yè)流程圖見圖10.

圖10 供貨單位與運營單位協(xié)同作業(yè)流程圖

4 結(jié)論

本文首先研究總結(jié)了供貨單位應(yīng)用BIM技術(shù)在設(shè)計—施工—運維階段的流程，并從供貨單位與各方責(zé)任主體協(xié)同作業(yè)及效益出發(fā)，對供貨單位應(yīng)用BIM技術(shù)的實施過程和優(yōu)勢進行了分析，最后通過工程應(yīng)用對本文研究成果進行了驗

證.結(jié)果表明，供貨單位應(yīng)用BIM技術(shù)對建筑工程項目進行輔助設(shè)計、施工互動和運維管理，可以優(yōu)化資源整合、提高建筑各方責(zé)任主體之間作業(yè)的協(xié)同性，是建筑工程項目保證質(zhì)量、按時交付、節(jié)約資源、降低成本和延長建筑使用壽命的有力保障.