BIM 技術(shù)在城市更新項(xiàng)目施工中的應(yīng)用研究

文／林旖旎 浙江理工大學(xué)建筑工程學(xué)院 浙江杭州 310018

朱劍、史亞洪、李光新、崔德志 華潤(rùn)置地有限公司 浙江杭州 311202

沈軍 杭州敦固建筑特種工程有限公司 浙江杭州 310018

引言：

當(dāng)前，城市更新被認(rèn)為是改善城市建成區(qū)居住環(huán)境、提升城市土地價(jià)值的有效手段，在改善環(huán)境質(zhì)量，振興城市經(jīng)濟(jì)，加強(qiáng)社會(huì)聯(lián)系，并最終促進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展中扮演著重要的作用[1]。城市更新被認(rèn)為是清除“貧民窟”、實(shí)體再開發(fā)或部分修復(fù)的過程[1,2]，是指在城市規(guī)劃部門監(jiān)管下，在城市老工業(yè)區(qū)、老商業(yè)區(qū)、老居民區(qū)和城中村等基礎(chǔ)配套服務(wù)設(shè)施亟待完善、環(huán)境安全問題嚴(yán)重、現(xiàn)有資源利用不足等問題影響的區(qū)域進(jìn)行綜合整治、功能改變或者拆除重建的城市改造項(xiàng)目[3]。另一方面，建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)在建筑項(xiàng)目全壽命周期以直觀、可視化的3D 形式呈現(xiàn)項(xiàng)目和傳遞信息，逾越了建筑行業(yè)受制于二維技術(shù)的鴻溝[4,5]。作為近年來大力推廣應(yīng)用的新技術(shù)，BIM 技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于中國(guó)的建筑行業(yè)，在實(shí)際應(yīng)用中呈現(xiàn)出無可比擬的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，推動(dòng)建筑行業(yè)向數(shù)字化、信息化轉(zhuǎn)型升級(jí)[6,7]?；诖耍疚脑谙到y(tǒng)闡述城市更新項(xiàng)目相關(guān)特征的基礎(chǔ)上，規(guī)劃BIM 技術(shù)在城市更新項(xiàng)目施工中的總體應(yīng)用目標(biāo)，分析BIM 技術(shù)的具體應(yīng)用場(chǎng)景，并以實(shí)際項(xiàng)目為例，總結(jié)BIM 技術(shù)在優(yōu)化設(shè)計(jì)、虛擬施工、進(jìn)度與成本管理等方面的應(yīng)用效果。研究結(jié)論可為類似項(xiàng)目BIM技術(shù)應(yīng)用提供參考與借鑒，對(duì)促進(jìn)我國(guó)建筑行業(yè)數(shù)字化改革、推動(dòng)我國(guó)城市更新項(xiàng)目實(shí)施績(jī)效改善具有重要的意義。

1、城市更新項(xiàng)目施工中BIM 技術(shù)應(yīng)用目標(biāo)規(guī)劃

1.1 城市更新項(xiàng)目特征分析

城市是一個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)，其更新通常需要具備綜合性、全局性、政策性和戰(zhàn)略性的特征[8]；同時(shí)，城市更新又具有時(shí)代和地域特征，不同時(shí)期和地區(qū)的城市更新項(xiàng)目具備不同的內(nèi)涵與特征。按照重建地區(qū)的不同，城市更新項(xiàng)目主要分為住宅區(qū)更新項(xiàng)目、工業(yè)區(qū)更新項(xiàng)目和城市歷史文化街區(qū)更新項(xiàng)目[3]；而根據(jù)“更新”內(nèi)容的差異，城市更新項(xiàng)目又可以分為整體拆除重建類型更新項(xiàng)目、綜合整治類型更新項(xiàng)目和升級(jí)改造類型更新項(xiàng)目[9]?？傮w說來，城市更新項(xiàng)目通常具備如下特征：一方面，城市更新項(xiàng)目涉及利益相關(guān)者多且利益關(guān)系復(fù)雜，城市更新項(xiàng)目涉及利益相關(guān)者多（如政府、企業(yè)、公眾），涉及的權(quán)力機(jī)構(gòu)和利益機(jī)制復(fù)雜，任何主體的行為選擇都有可能影響到項(xiàng)目的進(jìn)程[10-11]；另一方面，資金投入大及實(shí)施周期長(zhǎng)，建筑項(xiàng)目從計(jì)劃實(shí)施到落地的過程中涉及的步驟和程序繁多，建設(shè)實(shí)施周期較長(zhǎng)；此外，由于城市更新項(xiàng)目通常位于較好的區(qū)域地段，其在綜合整治、功能改變或者拆除重建的過程中涉及的權(quán)利主體多且產(chǎn)權(quán)分散，這會(huì)導(dǎo)致更高地更新成本[12-13]；最后，城市更新項(xiàng)目不確定性大，利益沖突、政策變化、施工風(fēng)險(xiǎn)等都有可能構(gòu)成項(xiàng)目的不確定性[11]。

1.2 城市更新項(xiàng)目施工中BIM 技術(shù)應(yīng)用目標(biāo)規(guī)劃

BIM 技術(shù)是基于計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)（Computer Aided Design，CAD）發(fā)展起來的多維模型信息集成技術(shù)，是建筑工程物理和功能特征的數(shù)字化承載和可視化表達(dá)[14]，具有可視化、交互性、模擬性、參數(shù)化及優(yōu)化性等特點(diǎn)[15-16]。隨著信息技術(shù)與“互聯(lián)網(wǎng)+”產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展，以及建筑行業(yè)“提質(zhì)增效”的內(nèi)在需求，BIM 技術(shù)被認(rèn)為是建筑行業(yè)產(chǎn)業(yè)革命的基礎(chǔ)引擎，得到了政府與企業(yè)的廣泛支持。國(guó)民經(jīng)濟(jì)與社會(huì)發(fā)展“十四五”規(guī)劃指出：“加快推進(jìn)BIM 技術(shù)在工程全壽命期的集成應(yīng)用，健全數(shù)據(jù)交互和安全標(biāo)準(zhǔn)，強(qiáng)化設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、施工各環(huán)節(jié)數(shù)字化協(xié)同，推動(dòng)工程建設(shè)全過程數(shù)字化成果交付和應(yīng)用”[17]。

隨著我國(guó)城市化進(jìn)程的持續(xù)推進(jìn)，城市規(guī)模與空間的進(jìn)一步擴(kuò)大受到國(guó)家政策、經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式、交通條件等諸多因素的限制，城市更新日益成為城市建設(shè)的主要方式[18]。在這一過程中，BIM 技術(shù)因其可視化、參數(shù)化等特點(diǎn)，具備發(fā)揮重要作用的巨大潛力[14]。一方面，城市更新項(xiàng)目的設(shè)計(jì)與施工人員可以利用BIM 技術(shù)提高項(xiàng)目全壽命周期的信息化管理水平，協(xié)調(diào)項(xiàng)目各方信息，實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目信息的準(zhǔn)確高效傳遞，提高施工質(zhì)量[6,14]；另一方面，BIM 技術(shù)可以通過碰撞檢查深化設(shè)計(jì)，減少圖紙中的“錯(cuò)漏碰缺”，為施工階段提供完善的施工圖紙，減少返工，加快施工進(jìn)度[19,20]；此外，在提高施工質(zhì)量的同時(shí)，BIM 技術(shù)可以進(jìn)一步輔助施工管理，從而建立信息化項(xiàng)目，以實(shí)現(xiàn)降本增效、縮短工期、升級(jí)管理的目的，全面推進(jìn)BIM 技術(shù)在城市更新項(xiàng)目建設(shè)過程中的應(yīng)用，保證應(yīng)用的完整性、系統(tǒng)性和創(chuàng)新性[21-23]。

2、BIM 技術(shù)在城市更新項(xiàng)目施工中的應(yīng)用場(chǎng)景分析

2.1 施工圖優(yōu)化

BIM 技術(shù)的出現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)了施工圖校對(duì)優(yōu)化從二維到三維的轉(zhuǎn)變。BIM 技術(shù)憑借顯著的可視化優(yōu)勢(shì)，可以直觀、清晰地反應(yīng)圖紙中存在的錯(cuò)誤和疑義之處，在空間上協(xié)調(diào)工程涉及的各專業(yè)（如：建筑、結(jié)構(gòu)、機(jī)電等）設(shè)計(jì)，并檢查不同專業(yè)內(nèi)外部的空間碰撞和沖突問題，及時(shí)反饋和糾正其中的“錯(cuò)漏碰缺”，實(shí)現(xiàn)施工圖優(yōu)化；同時(shí)，在行業(yè)專家的指導(dǎo)下，結(jié)合相關(guān)職能工具，還能實(shí)現(xiàn)管線綜合排布優(yōu)化、機(jī)電設(shè)備安裝優(yōu)化等功能[24-26]。

2.2 施工平面布置規(guī)劃

無論是綜合改造類、功能改變類還是拆除重建類，城市更新項(xiàng)目具備建設(shè)場(chǎng)地周邊環(huán)境復(fù)雜、涉及人員眾多、施工場(chǎng)地受限等特點(diǎn)，在施工過程中容易產(chǎn)生施工條件惡劣、交叉作業(yè)沖突、施工作業(yè)與既有建筑保護(hù)之間存在矛盾等問題。在此情況下，充分利用信息技術(shù)確保施工平面布置方案的及時(shí)性和合理性十分重要[27]。BIM 三維場(chǎng)布技術(shù)可以將施工現(xiàn)場(chǎng)平面布置圖轉(zhuǎn)化為三維形式，從建筑施工現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)態(tài)變化的角度出發(fā)，摒棄傳統(tǒng)二維模式下建筑場(chǎng)地的靜態(tài)布局，實(shí)現(xiàn)城市更新項(xiàng)目及其周邊環(huán)境三維實(shí)景建模，并以實(shí)景模型為基礎(chǔ)進(jìn)行施工平面布置規(guī)劃，通過多方案設(shè)計(jì)、模擬和比較，消除各工種施工作業(yè)過程中可能發(fā)生的空間沖突，提高施工安全，優(yōu)化施工規(guī)劃布局，以解決城市更新項(xiàng)目的拆除、加固和重建之間的矛盾[28-29]。

2.3 施工工序模擬與虛擬施工

可模擬性是BIM 技術(shù)具備的顯著優(yōu)勢(shì)之一[28]。首先，通過對(duì)城市更新項(xiàng)目建立BIM 參數(shù)化模型進(jìn)行虛擬施工，可以對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境條件、流程以及資源消耗等進(jìn)行360°立體模擬，全面、綜合地分析施工組織設(shè)計(jì)的可行性和優(yōu)缺點(diǎn)。其次，針對(duì)施工過程中的重要環(huán)節(jié)和關(guān)鍵工序，可以利用BIM 模型動(dòng)態(tài)模擬施工過程和步驟，分析施工方案中的不足和步驟，提前采取有針對(duì)性的措施和手段，提高施工方案的可行性，加強(qiáng)復(fù)雜工序的可控性[30]。此外，如果在模擬過程中發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)問題、施工工序不合理、施工設(shè)備使用沖突、空間沖突等問題，可以直接交由相關(guān)責(zé)任部門修改，確保施工方案合理、施工質(zhì)量可靠。最后，通過BIM 虛擬施工實(shí)現(xiàn)各工種的協(xié)同施工，保證交叉作業(yè)的安全[28,31,32]。

2.4 施工進(jìn)度與成本管理

BIM5D 技術(shù)可以綜合考慮項(xiàng)目進(jìn)度和成本，能夠反映各工序之間的關(guān)系以及每個(gè)工序自身的進(jìn)度安排，有助于施工方編制進(jìn)度計(jì)劃，安排不同專業(yè)施工班組的進(jìn)出場(chǎng)時(shí)間，做好場(chǎng)地、材料和機(jī)械設(shè)備的準(zhǔn)備[33,34]。同時(shí)，BIM5D 模型將三維模型的幾何數(shù)據(jù)與時(shí)間信息、成本信息等信息集成在一起，利用信息化管理平臺(tái)同步現(xiàn)場(chǎng)施工進(jìn)度和成本，可以綜合分析任意時(shí)間點(diǎn)的計(jì)劃進(jìn)度和實(shí)際進(jìn)度、預(yù)算成本和實(shí)際成本情況，及時(shí)分析和糾正偏差，實(shí)現(xiàn)施工成本和進(jìn)度的精細(xì)化管理[33,35,36]。

3、BIM 技術(shù)在城市更新項(xiàng)目施工中的應(yīng)用效果

3.1 工程應(yīng)用概況

紹興871 城市更新項(xiàng)目位于紹興市越城區(qū)北海街道，為原華越微電子有限公司生產(chǎn)廠區(qū)，總投資約50 億元，致力于打造融合創(chuàng)意街區(qū)、傳統(tǒng)文化基地、設(shè)計(jì)型酒店、城市原型孵化地等現(xiàn)代文商旅業(yè)態(tài)和公共配套設(shè)施的城市創(chuàng)意內(nèi)環(huán)生活圈。項(xiàng)目總建筑面積109028.64m2，其中地上建筑面積66140.91m2（含廠房改造面積約38272.39m2，新建面積27868.52m2），地下建筑面積

本項(xiàng)目原有建筑的拆改加固，拆除新建，以及部分基礎(chǔ)設(shè)施的配套建設(shè)，建設(shè)內(nèi)容龐雜，涉及的工作面廣泛且分散，結(jié)構(gòu)加固工藝做法繁多，工序復(fù)雜且施工工期緊張，必須合理組織、科學(xué)調(diào)度及統(tǒng)籌安排。基于此，項(xiàng)目業(yè)主從施工圖設(shè)計(jì)階段就組建了專業(yè)的BIM 技術(shù)團(tuán)隊(duì)，基于Revit 平臺(tái)進(jìn)行擬拆改項(xiàng)目（A、B、C 廠房）的施工圖設(shè)計(jì)優(yōu)化、施工平面圖布置、工序模擬及虛擬施工、項(xiàng)目進(jìn)度與成本動(dòng)態(tài)控制等（見下圖2），借以保障項(xiàng)目的高質(zhì)量和可持續(xù)交付。

（1）施工圖優(yōu)化。BIM 技術(shù)團(tuán)隊(duì)基于CAD 平面圖紙，有效整合了紹興871 項(xiàng)目的場(chǎng)地、土建、鋼結(jié)構(gòu)和機(jī)電模型，進(jìn)行了不同專業(yè)設(shè)計(jì)之間的沖突與碰撞檢查；同時(shí)，對(duì)A、B 廠房拆改加固和C 廠房拆除新建所涉及的復(fù)雜節(jié)點(diǎn)，如復(fù)雜的鋼筋節(jié)點(diǎn)，連接點(diǎn)的加固形式等，進(jìn)行了三維建模；此外，對(duì)借助虛擬模型明確了結(jié)構(gòu)改造施工過程中，原有建筑涉及到的砌體墻拆除、零星機(jī)電管線拆除、鋼結(jié)構(gòu)的制作安裝等的具體位置。

（2）三維場(chǎng)地布置。借助BIM 三維場(chǎng)布技術(shù)，將現(xiàn)有的場(chǎng)地條件，結(jié)合場(chǎng)內(nèi)外交通線路等數(shù)據(jù)輸入，按照工程施工的需要，通過實(shí)景模擬，進(jìn)行施工生產(chǎn)場(chǎng)地、生活營(yíng)地、臨建設(shè)施的規(guī)劃、設(shè)計(jì)、修建與管理，最小化項(xiàng)目對(duì)周邊建筑、環(huán)境的影響避免原有建筑拆改加固、拆除和新建之間施工、交叉作業(yè)出現(xiàn)的沖突，最終確定了施工平面布置。

（3）工序模擬與虛擬施工。依托BIM 技術(shù)的模擬性進(jìn)行了本項(xiàng)目的施工工序模擬與虛擬施工，調(diào)整優(yōu)化本項(xiàng)目施工的工序安排，特別是突出重點(diǎn)和關(guān)鍵工序，確定各工序間的銜接，施工組織設(shè)計(jì)的合理性和可行性，以及各工種同步施工、交叉作業(yè)的安全性和可行性。

（4）施工進(jìn)度與成本管理。借助廣聯(lián)達(dá)BIM5D 平臺(tái)，同步現(xiàn)場(chǎng)施工進(jìn)度和成本投入，及時(shí)將計(jì)劃進(jìn)度和實(shí)際進(jìn)度、預(yù)算成本和實(shí)際成本進(jìn)行對(duì)比，確定每個(gè)時(shí)間點(diǎn)施工進(jìn)度、投入成本是否有偏差，分析偏差原因并及時(shí)進(jìn)行糾偏，在此基礎(chǔ)上調(diào)整項(xiàng)目的月度計(jì)劃、確定項(xiàng)目的周計(jì)劃與日計(jì)劃，實(shí)現(xiàn)施工班組、材料、機(jī)械設(shè)備進(jìn)出場(chǎng)的合理安排，以及施工成本和進(jìn)度的精細(xì)化管理，保障了項(xiàng)目在工期內(nèi)順利完工，增加項(xiàng)目盈余。

3.2 應(yīng)用效果

經(jīng)過近一年的籌備，本項(xiàng)目與2020 年12 月份正式開工，項(xiàng)目總體進(jìn)展順利，效果良好。其中，擬拆改項(xiàng)目與2021 年6 月份正式啟動(dòng)，A、B 廠房拆改加固工作已經(jīng)基本完成，目前處于項(xiàng)目收尾階段；C 廠房拆除已完成，目前按照預(yù)定計(jì)劃實(shí)施新建。經(jīng)過近1 年的應(yīng)用實(shí)踐，BIM 技術(shù)團(tuán)隊(duì)基本完成了預(yù)先設(shè)定的應(yīng)用目標(biāo)，初步取得了預(yù)期應(yīng)用效果，主要表現(xiàn)為：一方面，BIM碰撞檢查共計(jì)報(bào)告沖突1324 條，根據(jù)沖突報(bào)告修改原始設(shè)計(jì)63 處，施工中未出現(xiàn)專業(yè)沖突現(xiàn)象；同時(shí)，施工過程中設(shè)計(jì)變更大大減少，有效地加快了施工進(jìn)度，降低了施工成本；另一方面，在現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境錯(cuò)綜復(fù)雜的條件下，完成了施工平面布置圖的設(shè)計(jì)與優(yōu)化，施工現(xiàn)場(chǎng)合理有序，符合紹興市建筑安全文明標(biāo)準(zhǔn)化工地的相關(guān)要求；此外，通過工序模擬和虛擬施工，對(duì)關(guān)鍵工序、關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)、關(guān)鍵位置的施工進(jìn)行重點(diǎn)把握與交底，使得項(xiàng)目施工井然有序，施工過程中未出現(xiàn)質(zhì)量和安全事故，施工協(xié)調(diào)工作強(qiáng)度大幅度降低；最后，通過BIM5D 平臺(tái)初步實(shí)現(xiàn)了項(xiàng)目進(jìn)度與成本的集成控制，項(xiàng)目進(jìn)度與投資目標(biāo)基本達(dá)成。

結(jié)語：

城市更新是中國(guó)城鎮(zhèn)化進(jìn)程中修復(fù)和改善城市的良好做法，而BIM 技術(shù)作為城市更新的技術(shù)手段，贏得了國(guó)家政策層面的大力支持。本文在系統(tǒng)闡述城市更新項(xiàng)目施工相關(guān)特征的基礎(chǔ)上，規(guī)劃BIM 技術(shù)在城市更新項(xiàng)目施工中的總體應(yīng)用目標(biāo)，以紹興871 城市更新項(xiàng)目為例，從施工圖優(yōu)化、施工平面布置規(guī)劃、施工工序模擬與虛擬施工和施工進(jìn)度與成本管理四個(gè)方面入手，總結(jié)BIM 技術(shù)在城市更新項(xiàng)目中的應(yīng)用效果，為BIM 技術(shù)在類似城市更新項(xiàng)目的應(yīng)用提供參考與借鑒，對(duì)促進(jìn)我國(guó)建筑行業(yè)數(shù)字化改革、推動(dòng)我國(guó)城市更新項(xiàng)目實(shí)施績(jī)效改善具有重要的意義。