郭毅敏 晉浩 鄭禮剛
BIM 技術(shù)具有模擬性、協(xié)調(diào)化、可視化、可出圖性、優(yōu)化性等特點,在建筑行業(yè)的各個領(lǐng)域得到了廣泛的運用[1]。通過BIM技術(shù),可以實現(xiàn)工程建設的可視化,以直觀、方便的視角看到施工模擬動畫,及時發(fā)現(xiàn)設計、施工方案中的不合理之處,及時修改和完善,能夠有效縮短建設工期,提高工程質(zhì)量,具有顯著的經(jīng)濟效益和社會效益[2]。近年來,國家和地方政府大力發(fā)展BIM 技術(shù)在規(guī)劃、勘察、設計、建設和運營維護的全過程、全流程、全專業(yè)運用,出臺了運用BIM 技術(shù)的各項利好政策,提高了勘察、設計、施工、運維單位的效率。BIM 技術(shù)將繼續(xù)引領(lǐng)建筑領(lǐng)域的技術(shù)升級,持續(xù)推動建筑行業(yè)的更好更快發(fā)展[3]。
裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑以工業(yè)化的方式建造房屋,對建筑構(gòu)件標準化設計、工廠化生產(chǎn)、裝配化施工、一體化裝修、信息化管理、智能化應用,推動建造方式的創(chuàng)新升級。裝配式建筑在工廠中預制生產(chǎn),將預制構(gòu)件運輸?shù)绞┕がF(xiàn)場進行裝配安裝。相比現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)而言,裝配式結(jié)構(gòu)具有生產(chǎn)效率高、節(jié)省人工、構(gòu)件質(zhì)量好、環(huán)保節(jié)約等優(yōu)點。隨著國家對裝配式建筑的大力推動,裝配式建筑的應用越來越普遍[4]。
建筑產(chǎn)業(yè)是國民經(jīng)濟的重要組成部分,國家一直推動建筑產(chǎn)業(yè)的變革,變革的重點是促進我國建筑產(chǎn)業(yè)的工業(yè)化和信息化[5]。裝配式建筑節(jié)能降耗,縮短工期,能夠有效提升建筑業(yè)的工業(yè)化水平。BIM 技術(shù)是設計與施工的革新,能夠顯著提升生產(chǎn)效率,促進我國建筑業(yè)信息化發(fā)展。BIM 技術(shù)和裝配式建筑是信息化和工業(yè)化的深度融合,有助于建筑設計及建造的可持續(xù)發(fā)展[6]。
本項目為山西某單位辦公生活區(qū),包含綜合辦公樓、食堂、宿舍樓1 和宿舍樓2,總建筑面積為41059.91m2。本文以綜合辦公樓為例進行說明。
綜合辦公樓基底面積為2401.33m2,總建筑面積為23622.94m2,其中地上建筑面積為15419.6m2,地下建筑面積8203.34m2。建筑層數(shù)地上7層,地下1層,建筑高度為33m,主要功能為辦公、研發(fā),裝配率為3A,效果圖如下圖1 所示。建筑結(jié)構(gòu)形式為鋼框架結(jié)構(gòu),柱子為矩形鋼管混凝土柱,梁采用H 型鋼梁,樓板為鋼筋桁架混凝土現(xiàn)澆板,設計使用年限為50 年,抗震設防烈度為8 度。防火設計的建筑分類為一類,耐火等級為地上一級,地下一級。辦公樓采用VRV 變制冷劑流量多聯(lián)分體式空調(diào)加新風系統(tǒng);通風防排煙系統(tǒng)均按相關(guān)規(guī)范進行設計;各房間及衛(wèi)生間采用低溫熱水地板輻射采暖系統(tǒng);給排水系統(tǒng)包括生活給水系統(tǒng)、污廢水系統(tǒng)、雨水系統(tǒng)、消火栓系統(tǒng)、自動噴水滅火系統(tǒng)等;室外管線、化糞池等區(qū)內(nèi)統(tǒng)一考慮,由管線綜合設計。
圖1 綜合辦公樓效果圖
BIM 技術(shù)在該工程中實現(xiàn)了全生命周期全專業(yè)應用,包括建筑、結(jié)構(gòu)、機電、裝飾裝修、場地布置等。其中建筑、機電、裝飾裝修、場地布置采用Revit 軟件設計深化,結(jié)構(gòu)部分采用Tekla 軟件進行三維建模,并且利用Navisworks 軟件進行了全專業(yè)的碰撞校核、施工進度模擬和漫游動畫,在Lumion 軟件中進行了效果渲染。本文從設計、生產(chǎn)、施工、運維四個方面對BIM 技術(shù)在本工程中的應用進行具體介紹。
2.1.1 建筑結(jié)構(gòu)機電BIM 模型搭建
在本項目中,BIM 技術(shù)團隊通過BIM 協(xié)同平臺,開展BIM 協(xié)同工作。各專業(yè)深化人員利用設計圖紙和設計標準,建立本專業(yè)的三維模型。BIM 所建立的協(xié)同平臺將各個專業(yè)所需的數(shù)據(jù)全部納入同一個模型之中,運用共通的語言和可視化的展現(xiàn)效果,提高了工作品質(zhì)和工作效率。各專業(yè)所搭建的三維模型如圖2~圖7 所示。
圖2 建筑BIM 模型
圖3 建筑實地效果
圖4 結(jié)構(gòu)BIM 模型
圖5 鋼結(jié)構(gòu)現(xiàn)場安裝
圖6 機電BIM 模型
圖7 機電現(xiàn)場安裝
圖8 樁基礎(chǔ)承臺BIM 模型
圖9 獨立杯口樁基礎(chǔ)
2.1.2 樁基礎(chǔ)BIM 應用
根據(jù)工程樁設計圖紙鋼筋節(jié)點大樣進行工程樁繪制,利用建模后現(xiàn)場的布置情況及精確后的工程樁長度、混凝土量、鋼筋的預估量等信息,判斷人工、機械等的投入,同時反饋回模型中,使項目整體策劃能力大大提升。
2.1.3 基坑開挖BIM 應用
通過創(chuàng)建BIM 基坑模型,在基坑設計與施工之間搭起橋梁,直觀地體現(xiàn)項目全貌,實現(xiàn)多方無障礙信息共享。通過三維可視化溝通,既提高工作效率,也節(jié)約了投資。BIM 技術(shù)將二維轉(zhuǎn)化成三維,體現(xiàn)了數(shù)字化工地發(fā)展階段的質(zhì)的飛躍。不僅降低了各方溝通的難度,而且節(jié)約了投資,降低試錯成本。
圖10 基坑開挖
2.1.4 小市政BIM 模型搭建
本項目的小市政管網(wǎng)BIM 模型,包括供暖、消火栓、自動噴淋、污水、雨水、電氣、燃氣等多個專業(yè)。通過BIM 的三維管線綜合,在圖紙設計階段很好地解決了管線之間的交叉碰撞,為后續(xù)施工過程提供了便利,同時為業(yè)主節(jié)省成本。
圖11 小市政BIM 模型
在裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑的深化設計階段,BIM 技術(shù)的有效運用為各部門搭建了一個高度共享的設計信息交流平臺。在設計過程中,各個專業(yè)技術(shù)人員通過網(wǎng)絡設計信息共享平臺可以上傳并獲取本專業(yè)的設計信息、設計標準及設計情況,從而實現(xiàn)了裝配式鋼結(jié)構(gòu)設計的同步性和共享性[7]。
圖12 廠區(qū)綠化模型
2.1.5 園區(qū)綠化BIM 應用
草圖大師定位就是建模工具,符合景觀園林方案階段的需求。通過導入CAD 總圖底圖,對于植物綠化這一塊,可以用圖形進行喬灌木的種植位置,為后續(xù)種樹的定位提供了方便。景觀豎向設計需要對景觀各個完成面的標高進行準確核對以及確保臺階踏步的準確性。
2.1.6 管線綜合與碰撞檢查
在BIM 三維模型的基礎(chǔ)上,進行全專業(yè)的深化設計,隨著工程進展繪制土建—機電—裝修綜合圖,通過各專業(yè)三維圖疊加、綜合,做到三維可視化,利用Revit 軟件中的碰撞檢查功能或Navisworks軟件進行碰撞檢測,通過碰撞檢測報告中找到在視覺上難以直接發(fā)現(xiàn)的碰撞、干涉等問題,并加以修正。及時發(fā)現(xiàn)綜合圖中各專業(yè)之間的錯、漏、碰、缺等問題,進行解決,以實現(xiàn)圖紙設計零沖突、零碰撞,避免施工過程中的返工、停工等現(xiàn)象發(fā)生,減少設計變更,確保施工進度。
圖13 暖通與給排水專業(yè)碰撞報告
圖14 暖通與電氣專業(yè)碰撞報告
圖15 管線碰撞情況
圖16 管線綜合排布和優(yōu)化設計
2.1.7 優(yōu)化凈高
通過碰撞檢查和管線綜合后,各種機電管線得到合理的優(yōu)化和排布,將能利用的空間充分利用,能夠有效提高管線排布高度,提升室內(nèi)凈高。山西瀟河建筑產(chǎn)業(yè)有限公司綜合樓通過管綜后,吊頂高度提高300mm。
圖17 綜合樓吊頂標高信息
2.1.8 Lumion 軟件渲染
使用BIM 軟件建模完成后,將建好的模型導入Lumion 軟件中進行三維渲染,用于效果宣傳展示,提高了三維渲染效果的精度和效率。
圖18 Lumion 渲染效果圖
2.1.9 漫游動畫
綜合辦公樓通過在Lumion 和Navisworks 軟件中進行漫游模擬,可以直觀看到建筑、結(jié)構(gòu)、機電的三維效果,及時發(fā)現(xiàn)項目成果存在的問題與不足予以修正。
圖19 綜合樓漫游動畫
2.1.10 出圖
完成了綜合管線的碰撞檢測與修正,確保整體模型的合理性和可行性后,各專業(yè)設計人員按照本專業(yè)修正后的模型完成深化施工平面圖,詳細標注專業(yè)管線的標高與詳細標注各專業(yè)管線的位置,用于指導具體施工。綜合辦公樓還通過繪制施工詳圖和大樣圖,反映設備與管路的連接方式,設備基礎(chǔ)做法,設備固定方法,細部做法等。
2.2.1 “BIM 集成制造管理平臺”應用
項目采用了山西瀟河建筑產(chǎn)業(yè)有限公司獨自開發(fā)的“鋼結(jié)構(gòu)建筑BIM 集成制造管理平臺”。該平臺包含的功能模塊有:設計、工藝、深化設計、項目計劃、資料管理、訂單管理、物料管理、車間管理、質(zhì)量檢驗、出入庫管理、現(xiàn)場管理、條碼管理、進度管理、產(chǎn)能分析、構(gòu)件追蹤等??梢栽诰€查看模型,優(yōu)化了企業(yè)軟件資源的配置,非設計類技術(shù)人員、管理者在不配置設計軟件時也可隨時閱讀模型,獲取需要信息,極大地提高了工作效率。它將公司生產(chǎn)、質(zhì)量、安全等信息管理系統(tǒng)的業(yè)務數(shù)據(jù)、經(jīng)營數(shù)據(jù)集成整合,并運用大數(shù)據(jù)手段進行數(shù)據(jù)處理分析,以圖表等形式展示項目各類業(yè)務的指標,深入挖掘項目管控中隱藏的風險點,實現(xiàn)可視化管控,為項目管控提供幫助。
該平臺科學地避免了鋼結(jié)構(gòu)制造中“造數(shù)字”式統(tǒng)計所帶來的數(shù)據(jù)不及時、不全面以及進度把控難、構(gòu)件追溯難等問題,并以模型為核心,以二維碼為手段,打造基于BIM 的鋼結(jié)構(gòu)集成制造管理平臺,形成鋼結(jié)構(gòu)制造企業(yè)從項目中到完工的全產(chǎn)業(yè)鏈一站式管理,進一步改變傳統(tǒng)鋼結(jié)構(gòu)企業(yè)落后的生產(chǎn)管理方式,對鋼結(jié)構(gòu)生產(chǎn)加工技術(shù)進行改造提升,實現(xiàn)鋼結(jié)構(gòu)加工的智能化、信息化、數(shù)字化管理,進而有效指導鋼結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)。
圖20 BIM 集成制造管理平臺
圖21 鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件二維碼
2.2.2 “Tekla 智能下料系統(tǒng)”應用
“Tekla 智能下料系統(tǒng)”主要控制車間內(nèi)的相關(guān)鋼板下料設備聯(lián)動工作,實現(xiàn)下料的無人操作。該系統(tǒng)可對零件信息進行跟蹤,可讀取Tekla 生成的DSTV 信息,并可實時了解零件的下料過程,隨時查詢托盤中每一個零件的零件號和流水號。智能下料系統(tǒng)還可與生產(chǎn)管理系統(tǒng)無縫對接。通過智能下料系統(tǒng),可以合理調(diào)度下料資源,對材料調(diào)度順序、噴碼任務、切割任務、分揀任務統(tǒng)一規(guī)劃、代碼自動下發(fā),使下料任務安排更合理,更智能。該系統(tǒng)能做到對零件下料情況及時反饋,對已割零件、在割零件、待割零件一目了然,從而有利于后道工序的生產(chǎn)規(guī)劃,充分利用套料軟件,提升材料利用率,提升切割效率,最終,在高效、節(jié)約的原則下實現(xiàn)設備管理及生產(chǎn)管理信息化、自動化。
圖22 TekIa 智能下料系統(tǒng)
2.2.3 “智能焊接云管理系統(tǒng)”應用
圖23 智能焊接云管理系統(tǒng)
基于Tekla 鋼結(jié)構(gòu)模型,“智能焊接云管理系統(tǒng)”實現(xiàn)了焊接全過程跟蹤管理。系統(tǒng)主要分為設備監(jiān)控、設備管理、工藝管理、生產(chǎn)管理四大模塊,通過這些模塊實現(xiàn)了焊接工藝標準的遠程下發(fā)、焊機的遠程監(jiān)控以及作業(yè)者的績效管理等功能。
圖24 TekIa 鋼結(jié)構(gòu)模型開孔圖
圖25 生產(chǎn)階段現(xiàn)場開孔
2.2.4 鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件開孔
BIM 模型深化完成后,管線如需在梁上開孔,通過Tekla 軟件在鋼結(jié)構(gòu)模型中實行開孔操作,采取加固措施進行加固。在鋼結(jié)構(gòu)工廠生產(chǎn)階段,基于BIM三維模型,提前預留孔洞,做好預埋件,實現(xiàn)標準化設計,工廠化生產(chǎn)。
2.3.1 三維圖紙會審
本項目在施工準備階段,已經(jīng)完成了全專業(yè)(建筑、結(jié)構(gòu)、機電)的建模工作。采用BIM 模型進行三維圖紙會審,有著不可忽視的優(yōu)勢。首先,基于BIM 的施工圖會審可以發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)二維圖紙會審所難以發(fā)現(xiàn)的許多問題,傳統(tǒng)的施工圖會審都是在二維圖紙中進行圖紙審查,難以發(fā)現(xiàn)空間上的問題,基于BIM 的施工圖會審是在三維模型中進行的,各工程構(gòu)件之間的空間關(guān)系一目了然,通過軟件的碰撞檢查功能進行檢查,可以很直觀地發(fā)現(xiàn)圖紙不合理的地方。其次,基于BIM 的施工圖會審通過在三維模型中進行漫游檢查,以第三人的視角對BIM模型內(nèi)部進行查看,發(fā)現(xiàn)凈空設置等問題以及設備、管道、管配件的安裝、操作、維修所必需空間的預留問題。
圖26 圖紙會審交流
圖27 場地布置BIM 模型
圖28 場地布置現(xiàn)場效果
2.3.2 場地布置
建模反映施工現(xiàn)場場地布置,檢驗施工場地布置的合理性,對施工現(xiàn)場中的臨設、各生產(chǎn)操作區(qū)域、大型設備安裝,通過動態(tài)的方式進行合理布局,最終分析選擇最佳方案,提高施工效率和質(zhì)量,做到綠色施工、節(jié)能減排。
2.3.3 工程量統(tǒng)計
本項目的材料設備均采用Revit 軟件的明細表功能進行統(tǒng)計,包括衛(wèi)浴裝置、噴水裝置、機械設備、管件、管道附件、風管、風管附件等,實現(xiàn)對項目所需材料設備的精準采購。在項目施工BIM 應用過程中,利用BIM 技術(shù)就施工BIM 模型輔助工程計算和造價控制,能大大加快工程量計算的速度。
圖29 綜合樓工程量統(tǒng)計匯總表
圖30 綜合樓噴淋頭統(tǒng)計匯總表
2.3.4 預留洞口
機電各專業(yè)深化平面施工圖確定后,根據(jù)管線的走向需要穿越建筑和結(jié)構(gòu)的時候,必須確定管線在建筑結(jié)構(gòu)上的預留預埋洞口位置,在圖紙上標識出預留洞口的位置、尺寸及標高。
圖31 蒸壓加氣混凝土(ALC)墻板預留洞口
2.3.5 施工進度模擬
本項目將整個施工過程、現(xiàn)場布置、現(xiàn)場施工調(diào)度在Navisworks 軟件中進行進度模擬,能夠及時把握項目的進度信息,了解項目進度的滯后及提前情況,發(fā)現(xiàn)并解決施工中的隱蔽問題,有利于減少施工成本,節(jié)約施工工期。使用BIM 技術(shù)能直觀便捷地展示項目進度與時間計劃之間的關(guān)系,從而對進度計劃進行可視化驗證。
2.3.6 施工方案模擬
綜合管線排布、土方開挖、地下室鋼筋排布等施工方案進行三維模擬,確保目標的實現(xiàn)。綜合辦公樓通過多維技術(shù)的渲染,以動畫形式將施工步驟、施工要點等進行了演示,減少了平面圖分析與實踐之間的差距。
圖32 施工進度計劃
圖33 Navisworks 施工進度模擬
圖34 在場機械作業(yè)模擬
圖35 重難點施工方案模擬
2.3.7 三維現(xiàn)場交底
iPad 三維現(xiàn)場交底可以形象逼真地展示方案或者節(jié)點的動態(tài)施工過程,替代傳統(tǒng)的文字、表格的表達形式,不僅顯著提高了方案交底交流效率,還能作為材料的采購依據(jù)。對于施工質(zhì)量的提高起到了促進作用,形成了公司自己的節(jié)點庫,推廣至其他項目進行應用。
圖36 iPad 三維現(xiàn)場交底
2.3.8 BIM5D 管理平臺應用
該項目運用了廣聯(lián)達BIM5D 集成平臺,該平臺通過三維模型數(shù)據(jù)接口,集成土建、鋼構(gòu)、機電、幕墻等多個專業(yè)模型,并以BIM 集成模型為載體,將施工過程中的進度、合同、成本、工藝、質(zhì)量、安全、材料、勞動力等信息集成在同一平臺,利用BIM 模型的形象直觀、可計算分析的特性,為施工過程中的進度管理、現(xiàn)場協(xié)調(diào)、合同成本管理、材料管理等關(guān)鍵過程提供準確的構(gòu)件幾何位置、工程量、資源量、計劃時間等,能夠幫助管理人員進行有效決策和精細管理,減少施工變更、縮短項目工期、控制項目成本、提升質(zhì)量。
圖37 BIM5D 集成管理平臺
2.3.9 無人機航拍與現(xiàn)場監(jiān)控管理
為了更精細地管理工作面,在天氣允許的情況下,每天利用無人機進行現(xiàn)場照片與視頻攝制,對現(xiàn)場進度、質(zhì)量、人員、機械設備進行例行的信息采集和留存,上傳至平臺進行每日進度記錄,移動端App 能隨時進行調(diào)取。
使用無人機進行低空飛行的地毯式掃描后,進行內(nèi)業(yè)處理就能得到一個與施工現(xiàn)場100%吻合的實景三維模型。利用航測技術(shù),顯著提高了項目部對施工進度、工作面周邊環(huán)境的管理能力。
圖38 航測無人機
圖39 航測畫面
本項目擬將BIM 技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)結(jié)合,運用BIM 技術(shù)與建筑物相關(guān)聯(lián),在三維空間中對設備管線進行定位,對周邊環(huán)境和狀況進行系統(tǒng)考慮;運用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)形成一個統(tǒng)一高效的管理平臺。基于BIM 核心的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)運用,可以為建筑物實現(xiàn)三維可視化的信息模型管理提供幫助,還可以為建筑物的所有組件和設備賦予感知能力和生命力,從而將建筑物的運行維護提升到智慧建筑的全新高度。
BIM 技術(shù)為項目帶來了豐富的應用價值,包括技術(shù)能力的提升、管理效率的提升、精細化管理能力的提升、更流暢的協(xié)同共享等。但是,BIM 在實施過程中還是遇到了很多障礙,有待進一步提升和改進。
3.1.1 BIM 進度滯后
在施工階段,施工單位實施的模型深化、施工方案模擬、進度模擬等工作緩慢,模型搭建進度控制不力,分階段交付時間提前量不夠,或只能勉強跟著現(xiàn)場進度,甚至滯后于施工進度。
3.1.2 BIM 應用與施工脫節(jié)
各參建方的組織機構(gòu)不合理,BIM管理人員與現(xiàn)場管理人員兩套班子,施工單位的BIM 實施方案與專項施工方案分頭編制,實施過程中的BIM 運行專題會議與工地例會分頭召開,模型搭建與現(xiàn)場施工脫節(jié),BIM 工作指導施工效果不理想。
3.1.3 五維應用受限
BIM 模型結(jié)合進度控制、工程量統(tǒng)計的五維應用,因為模型深度不夠、配套軟件局限性等原因,基本上停留在部分主要材料的工程量統(tǒng)計上,以施工單位內(nèi)部成本控制應用為主,未從項目整體角度考慮,在質(zhì)量、進度、投資、安全管理上創(chuàng)造合理的應用價值。
3.2.1 盡早啟動
建議委托熟悉項目管理流程及特點、BIM 管理經(jīng)驗成熟、業(yè)績類型豐富的咨詢服務企業(yè)。采用BIM 咨詢服務、BIM技術(shù)服務、BIM 監(jiān)理等形式介入現(xiàn)場的BIM 應用工作。BIM 理念介入越早,BIM工作啟動越及時,BIM 與項目的整合就越科學,后期應用效果越顯著。
3.2.2 準確定位
BIM 管理單位應協(xié)助建設單位根據(jù)項目實際情況,對BIM 有相對準確的定位,預先根據(jù)后期施工中對質(zhì)量、進度、投資等方面的要求及運維期的需求,進行應用點分析。
3.2.3 保證投入
BIM 應用有了明確的定位后,對項目的投入也就有了相對明確的預算。BIM的投入包括了硬件(包括網(wǎng)絡服務器、工作站等)、軟件(包括建模軟件、運行平臺、運維軟件等、BIM 管理及技術(shù)人員配備等方面)。
3.2.4 明確責任界定
在項目招投標階段,應結(jié)合招標文件編制、咨詢答疑、合同簽訂等環(huán)節(jié),充分與設計、總包、分包溝通既定的BIM 實施目標,明確實施過程中的各方責任,保證BIM 應用貫穿建設全周期。特別應事先約定各參建單位之間BIM 工作的銜接、合同內(nèi)容的界面、獎懲措施等方面的內(nèi)容,避免出現(xiàn)BIM 工作責任不清,模型遲遲不能順利移交,因沒有統(tǒng)一標準導致的重復建模,BIM 里程碑節(jié)點滯緩無法滿足實施要求等情況發(fā)生。
3.2.5 過程管控
各參建方在項目前期充分溝通,搭建與實體施工匹配的BIM管理組織架構(gòu),制定BIM 應用管理制度,包括模型移交流程和標準、實施標準、質(zhì)量管控標準、協(xié)同工作標準等,并結(jié)合工作實際持續(xù)完善。特別應重視BIM 工作和施工組織的結(jié)合、會議制度、月報制度等納入BIM 工作內(nèi)容及與現(xiàn)場管理的銜接,明確對接的管理人員及職責。