BIM技術(shù)在建筑工程精細(xì)化管理中的應(yīng)用
——以蘭大理工樓項(xiàng)目施工為例

金兆鑫，唐致龍，，馬雯婉，安永勝

（1蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院土木工程學(xué)院，甘肅蘭州 730060；2甘肅華成建筑安裝工程有限責(zé)任公司，甘肅蘭州 730070）

0 引言

建筑信息模型（Building Information Modeling）簡稱BIM，是在設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)維直至建筑全壽命周期過程中，利用數(shù)字化技術(shù)將建筑的全部真實(shí)信息整合在一個(gè)三維信息模型中。各方工程人員可以基于此模型進(jìn)行協(xié)同工作，提高工作效率、縮短施工工期、節(jié)省資源、降低成本，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代建筑的可持續(xù)和綠色低碳發(fā)展[1-3]。自2002年Autodesk公司率先提出BIM技術(shù)至今，BIM技術(shù)逐步趨于成熟，已經(jīng)在全球范圍內(nèi)得到業(yè)界的廣泛認(rèn)可。國內(nèi)外許多學(xué)者以BIM技術(shù)作為研究課題，針對BIM結(jié)合工程技術(shù)應(yīng)用進(jìn)行了研究。國外學(xué)者Harvey Bernstein等探討了美國建筑公司在綠色項(xiàng)目中如何使用BIM技術(shù)并借此提高項(xiàng)目成果，并對比了綠色BIM公司和非綠色BIM公司的差異[4]。Lavinia Chiara Tagliabue運(yùn)用六個(gè)綠色仿真軟件評估了3個(gè)不同辦公空間的自然采光、可視度、電消耗量以及采暖制冷[5]。國內(nèi)學(xué)者任斌等研究了BIM技術(shù)在北京大興國際機(jī)場東航維修機(jī)庫中的應(yīng)用，促進(jìn)了工程質(zhì)量管理水平的提升，增強(qiáng)了工程進(jìn)度監(jiān)管力度[6]。和曉楠等進(jìn)一步在參數(shù)化建模布置、鉆孔軌跡糾偏、進(jìn)度控制管理三方面進(jìn)行了探索與實(shí)踐，效果良好，提高了工程效率，為相關(guān)工程推廣、應(yīng)用BIM提供了參考[7]。宋戰(zhàn)平等介紹了BIM技術(shù)在各階段的作用和優(yōu)點(diǎn)，并根據(jù)研究成果和工程實(shí)例，對BIM技術(shù)在中國隧道工程領(lǐng)域的發(fā)展作出了展望，為構(gòu)建包括設(shè)計(jì)—施工—工后的全生命周期一體化管理提供了指導(dǎo)[8]。解亞龍等討論了BIM技術(shù)在清河站建設(shè)中的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了對清河站的綜合管控，最終形成了一套普適性的研究成果，為其他高鐵站房管理提供了借鑒[9]。徐鵬飛等利用BIM技術(shù)，預(yù)先發(fā)現(xiàn)施工中可能出現(xiàn)的問題，提高了裝配式建筑施工過程的安全性[10]。

總結(jié)和分析以上BIM研究和工程應(yīng)用現(xiàn)狀，發(fā)現(xiàn)BIM已經(jīng)在機(jī)場、隧道、建筑、水電站、裝配式等多個(gè)領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用，并取得了較好的應(yīng)用成果。但是，根據(jù)工程規(guī)模、施工難度及施工周期的不同，BIM技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域和效果也不盡相同。為此，本文以蘭大理工樓項(xiàng)目為工程案例，介紹BIM技術(shù)在此工程全過程中的應(yīng)用，即主要應(yīng)用Revit軟件建立該項(xiàng)目的三維建筑信息模型，依據(jù)項(xiàng)目施工圖紙對建筑結(jié)構(gòu)、機(jī)電暖通、場景布置等建立相關(guān)模型，利用建模信息中構(gòu)件重疊檢查管道碰撞錯(cuò)誤和指導(dǎo)施工，并進(jìn)行工程量算量統(tǒng)計(jì)，為該類工程現(xiàn)場施工作出指導(dǎo)。

1 項(xiàng)目概況

蘭州大學(xué)理工樓項(xiàng)目位于蘭大體育場東南側(cè)，北側(cè)為專家公寓樓和體育館，南臨麥積山路，東臨會(huì)寧路。項(xiàng)目用地位于十字路口西北角，總用地面積為9985.4m2，總建筑面積為33770m2，其中地下6070m2，地上27700m2。地上二層設(shè)人防工程，平時(shí)為汽車車庫，戰(zhàn)時(shí)為核6級的二等人員掩蔽所。建筑總高度58.2m，地上14層，地下2層，主樓結(jié)構(gòu)形式為框架-剪力墻結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)形式為筏板基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)使用年限50年，建筑結(jié)構(gòu)安全等級為二級，地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)等級二級，地下室防水等級二級，建筑物耐火等級一級，抗震設(shè)防烈度8度，主要功能為辦公，其項(xiàng)目效果圖如圖1所示。

圖1 蘭大理工樓效果圖

2 項(xiàng)目施工的重點(diǎn)和難點(diǎn)

2.1 施工期限短、任務(wù)重

項(xiàng)目于2018年4月16日取得施工許可證后正式開工建設(shè)，要求經(jīng)歷冬季施工，于年底主體封頂。

2.2 場地狹小、協(xié)調(diào)工作難度大

施工區(qū)域占地面積大，周邊無可用場地，開挖后場內(nèi)道路狹窄，施工期間場地交通協(xié)調(diào)困難。

3 BIM技術(shù)應(yīng)用

3.1 BIM應(yīng)用的目的

（1）優(yōu)化施工周期。BIM三維動(dòng)畫模型模擬施工過程，可優(yōu)化工期，幫助項(xiàng)目管理團(tuán)隊(duì)加強(qiáng)質(zhì)量管理，提前檢查出圖紙問題、優(yōu)化圖紙，杜絕返工。

（2）機(jī)電安裝優(yōu)化管理。利用BIM技術(shù)對管線、設(shè)備進(jìn)行3D綜合排布，使管線、設(shè)備整體布局有序、合理、美觀，最大限度提高和滿足內(nèi)部空間的使用效率，減少二次返工，達(dá)到降本增效的目的。

（3）施工預(yù)演。充分利用BIM技術(shù)使施工圖百分百準(zhǔn)確，指導(dǎo)施工。

（4）優(yōu)化場地布置。由于施工場地狹小，利用Revit對現(xiàn)場臨時(shí)設(shè)施進(jìn)行合理布置，進(jìn)行施工區(qū)域機(jī)械的位置確定、道路優(yōu)化。

3.2 BIM實(shí)施組織框架

為了全方面實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目BIM團(tuán)隊(duì)管理，以制度的形式進(jìn)行規(guī)范化管理，專門成立了BIM技術(shù)團(tuán)隊(duì)，安排專人負(fù)責(zé)BIM總策劃、總協(xié)調(diào)，并由專業(yè)的BIM技術(shù)人員對該項(xiàng)目進(jìn)行建模。BIM實(shí)施組織框架圖如圖2所示。

圖2 BIM實(shí)施組織框架

3.3 BIM的應(yīng)用成效

3.3.1 可視化模型建立

該項(xiàng)目可視化建模包含建筑外觀設(shè)計(jì)、建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、機(jī)電安裝部分（特別是管道量大復(fù)雜，檢查碰撞）、裝飾裝修、場地布置等。按照傳統(tǒng)的技術(shù)人員識(shí)圖指導(dǎo)施工，經(jīng)常會(huì)遇到各工種不能統(tǒng)一協(xié)調(diào)作業(yè)、結(jié)構(gòu)構(gòu)件和機(jī)電安裝管道打架等問題，施工現(xiàn)場本就場地緊張，很可能會(huì)導(dǎo)致施工效率低下、不能按時(shí)完工交付使用的問題。為此，利用BIM可視化、數(shù)據(jù)共享的優(yōu)點(diǎn)，按照設(shè)計(jì)圖紙把各施工圖紙采用參數(shù)化設(shè)計(jì)，建立可視化的BIM模型 （圖3），來檢查結(jié)構(gòu)碰撞、機(jī)電管線碰撞問題，針對檢查的問題及時(shí)進(jìn)行調(diào)整，指導(dǎo)現(xiàn)場施工，為投資方節(jié)約成本和時(shí)間。

圖3 BIM可視化模型

3.3.2 土建BIM應(yīng)用——場地布置

項(xiàng)目開工時(shí)，現(xiàn)場臨時(shí)設(shè)施的布置貫穿于整個(gè)施工組織設(shè)計(jì)中，非常重要。臨時(shí)設(shè)施的合理布置關(guān)乎人員出入、材料堆放、水電供應(yīng)等，合理的布置能最大限度節(jié)約人力和物力，為工程合理有序施工創(chuàng)造先決條件，并盡可能減少對周圍環(huán)境的破壞。該項(xiàng)目在建設(shè)初期，結(jié)合實(shí)際項(xiàng)目平面布置圖（包含項(xiàng)目現(xiàn)場各類設(shè)施、構(gòu)件的模型創(chuàng)建布置），掌握場地模型創(chuàng)建及場地設(shè)計(jì)布置要點(diǎn)，以及場地中技術(shù)、安全要點(diǎn)，優(yōu)化場地平面布置。優(yōu)化后的場地布置如圖4所示。

圖4 BIM優(yōu)化場地布置后效果圖

3.3.3 土建BIM應(yīng)用——砌體排磚

在進(jìn)行砌筑作業(yè)時(shí)，如何降低砌塊損耗率、避免材料二次專場搬運(yùn)、提高砌筑質(zhì)量是砌筑工程進(jìn)度控制和質(zhì)量控制的關(guān)鍵點(diǎn)。為了更加直觀地反映砌塊與梁、柱的位置和構(gòu)造關(guān)系，可在BIM模型中對砌體施工砌塊提前優(yōu)化排布，結(jié)合現(xiàn)場施工情況，導(dǎo)出排布圖及施工材料列表，進(jìn)行砌體施工材料管控和施工質(zhì)量監(jiān)督，降低損耗率，提高工程質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)砌筑工程的精細(xì)化管理。對該項(xiàng)目四層外墻排磚模型進(jìn)行砌塊排布，如圖5所示。所用砌塊規(guī)格及工程量統(tǒng)計(jì)表如表1所示。

表1 四層外墻排磚材料表

圖5 四層外墻排磚模型

3.3.4 機(jī)電BIM應(yīng)用——碰撞檢查

BIM技術(shù)在機(jī)電管線上的應(yīng)用，主要體現(xiàn)在碰撞檢查和優(yōu)化設(shè)計(jì)布局上。檢查出問題，及時(shí)作優(yōu)化設(shè)計(jì)，重新調(diào)整管線布置，在一定程度上節(jié)約了成本，加快了施工進(jìn)度。在模型搭建完成后，進(jìn)行碰撞檢查，共發(fā)現(xiàn)碰撞點(diǎn)204處，通過管線綜合調(diào)整及支吊架布置方案優(yōu)化排布，消除所有碰撞點(diǎn)，避免拆改，減少后期返工。應(yīng)用Revit進(jìn)行碰撞檢查、協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)，施工部門重新調(diào)整設(shè)計(jì)和施工方案，為業(yè)主節(jié)約20余萬元。碰撞檢查圖如圖6所示，碰撞檢查結(jié)果圖如圖7所示。

圖6 碰撞檢查

圖7 碰撞檢查結(jié)果圖

3.3.5 BIM裝修應(yīng)用

項(xiàng)目實(shí)施過程中，以BIM模型為基礎(chǔ)，對外墻及內(nèi)飾裝修所需要的材料提前布置，進(jìn)行比選，提前“預(yù)施工”，避免拆改返工，可以為業(yè)主提前提供裝飾裝修效果圖，提高業(yè)主滿意度。BIM裝修模塊可對裝修方案提前排版優(yōu)化，確定室內(nèi)墻磚、地磚排布方案，輸出材料列表，指導(dǎo)現(xiàn)場施工，BIM裝修應(yīng)用及效果圖如圖8所示。

圖8 BIM裝修應(yīng)用及效果圖

4 結(jié)論

（1）通過BIM技術(shù)應(yīng)用，合理布置了施工場地，大幅度降低了由于材料二次搬運(yùn)造成的成本浪費(fèi)，同時(shí)提高了現(xiàn)場文明施工程度。

（2）通過BIM技術(shù)應(yīng)用，針對砌筑工程，優(yōu)化了砌塊排布圖，直觀地反映了砌塊與梁、柱的位置和構(gòu)造關(guān)系，指導(dǎo)砌筑施工，降低損耗率，提高了工程質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)了砌筑工程的精細(xì)化管理。

（3）通過管線綜合調(diào)整及支吊架布置方案優(yōu)化排布，消除所有碰撞點(diǎn)204處，避免拆改，減少了后期返工，為業(yè)主節(jié)約20余萬元。

（4）應(yīng)用BIM技術(shù)對裝飾裝修工程進(jìn)行方案比選，為業(yè)主提供最佳方案，提高了業(yè)主滿意度。