基于BIM的施工管理及深化應(yīng)用

張 裕，劉俊杰，王俊鵬，劉占省，楊 偉，谷端宇

(1.中鐵建工集團(tuán)有限公司，北京 100160； 2.北京工業(yè)大學(xué)，北京 100124)

1 工程概況

中國人民大學(xué)通州校區(qū)位于北京市通州區(qū)潞城鎮(zhèn)，北京城市副中心核心區(qū)域，毗鄰北京行政辦公區(qū)，南至明德街、西至?xí)澈臀髀贰⒈眰?cè)為校園內(nèi)部道路、東側(cè)緊鄰校園中軸線。該校南區(qū)學(xué)部樓1期項(xiàng)目包含南區(qū)學(xué)部樓1期、公共教學(xué)樓1期、西區(qū)食堂，總建筑面積30 540m2，其中地上建筑面積15 540m2，地下建筑面積15 000m2。

2 項(xiàng)目重難點(diǎn)

1)參建單位多 工程參與方眾多，包括建設(shè)單位、項(xiàng)目公司、設(shè)計(jì)單位、勘察單位、總承包單位、監(jiān)理單位、跟蹤審計(jì)單位、材料供應(yīng)商及各子工程承包單位等。協(xié)同工作與溝通困難，需以高效的方式協(xié)調(diào)各參與方，以保證項(xiàng)目有效運(yùn)轉(zhuǎn)。

2)建筑體量大、配套工程繁雜 工程總建筑面積較大，結(jié)構(gòu)施工整體要求較高，且配備地下室及配套設(shè)施等，涉及不同功能性建筑和大體積混凝土施工，建筑體量大、配套工程繁雜。

3)結(jié)構(gòu)形式不統(tǒng)一 本工程并不是單一的剪力墻結(jié)構(gòu)或者框架結(jié)構(gòu)，上部主體為剪力墻結(jié)構(gòu)，而地下室與裙房等都是框架結(jié)構(gòu)。因此，由于結(jié)構(gòu)不統(tǒng)一必然導(dǎo)致施工與管理困難，如何解決各部分的施工統(tǒng)一與協(xié)調(diào)成為難點(diǎn)。

4)工期緊、質(zhì)量要求高 工期緊、任務(wù)重，受疫情影響，加之冬季施工，給施工進(jìn)度安排帶來較大挑戰(zhàn)。其次，工程致力于追求長城杯等獎項(xiàng)，對結(jié)構(gòu)質(zhì)量要求更嚴(yán)格。

5)智能化與綠色化施工要求高 為響應(yīng)國家對建筑業(yè)的升級轉(zhuǎn)型號召，實(shí)現(xiàn)智能化與綠色化施工，需要創(chuàng)新性的施工方案與技術(shù)，增加施工難點(diǎn)。

3 BIM在施工中的基礎(chǔ)應(yīng)用

本項(xiàng)目中BIM技術(shù)的基礎(chǔ)應(yīng)用集中在臨建施工與基礎(chǔ)施工部分，BIM在施工中的基礎(chǔ)應(yīng)用包括建筑物BIM模型搭建，提前安排規(guī)劃施工區(qū)域、總體布局，進(jìn)行圖紙深化設(shè)計(jì)，完成臨建設(shè)施施工模擬演練，優(yōu)化并輔助施工部署。

3.1 施工區(qū)域布置及總體布局安排

應(yīng)用BIM可提前劃分施工區(qū)域、布置總體平面，提前發(fā)現(xiàn)施工區(qū)域劃分不合理等問題，以指導(dǎo)施工，避免因不合理的設(shè)計(jì)和方案浪費(fèi)成本。利用BIM模型綜合布設(shè)不同施工階段場區(qū)內(nèi)的大型機(jī)械設(shè)備、加工場區(qū)、施工道路、綠色文明施工設(shè)備、標(biāo)識標(biāo)牌等，以確定最優(yōu)場地布置方案，提高場地利用率、減少拆改。不同階段場地布置如圖1所示。

圖1 不同階段場地布置

3.2 BIM模型三維可視化

通過BIM構(gòu)建學(xué)部樓三維可視化模型，如圖2所示，可明確施工區(qū)域、生活區(qū)、辦公區(qū)界限，避免閑雜人等闖入施工現(xiàn)場，造成安全施工問題。通過三維可視化模型可讓工作人員通過移動終端實(shí)現(xiàn)漫游，提前了解場地布置，同時(shí)指導(dǎo)施工并加強(qiáng)安全教育。

圖2 學(xué)部樓三維可視化模型

3.3 臨建設(shè)施工模擬演練

通過BIM構(gòu)建臨建設(shè)施三維模型，包括洗車池、班前講平臺、太陽能路燈、二級配電箱、霧炮機(jī)、地磅及磅房、塔式起重機(jī)、成品式圍擋、人車分離護(hù)欄、鋼筋加工棚及小型設(shè)備。通過構(gòu)建模型可進(jìn)行周圍臨建設(shè)施模擬演練，優(yōu)化并輔助施工部署。

3.4 管線綜合布置

該項(xiàng)目地下2,3層為車庫，其中大量機(jī)電管線匯聚于地下2層，各專業(yè)管線在寬僅2.4m的狹長走廊內(nèi)交錯(cuò)，管線綜合排布、空間凈高壓力極大。利用BIM綜合設(shè)計(jì)管道，可優(yōu)化整個(gè)管道布置，在滿足設(shè)計(jì)規(guī)范及施工可行性的同時(shí)，減少不必要的返工，同時(shí)使整個(gè)空間簡潔美觀。管道BIM模型如圖3所示。

圖3 管道BIM模型

3.5 圖紙深化設(shè)計(jì)

1)結(jié)構(gòu)深化 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中經(jīng)常出現(xiàn)主次梁與梁柱節(jié)點(diǎn)碰撞、梁縱筋凈距不足等問題，通過BIM技術(shù)可直觀體現(xiàn)構(gòu)件中鋼筋排布的三維空間情況，通過BIM進(jìn)行深化設(shè)計(jì)，可使鋼筋排布更加合理，從而減少施工錯(cuò)誤率和施工過程中的設(shè)計(jì)變更。主次梁保護(hù)層厚度修正后如圖4所示。

圖4 主次梁保護(hù)層厚度進(jìn)行修正

結(jié)構(gòu)深化設(shè)計(jì)包括二次結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、預(yù)留孔洞設(shè)計(jì)、預(yù)埋件設(shè)計(jì)等。創(chuàng)建預(yù)埋件BIM模型與相關(guān)專業(yè)模型進(jìn)行協(xié)調(diào)，可提高預(yù)埋件位置的正確性，避免錯(cuò)、漏等問題。施工前，利用BIM建模提前確定型鋼懸挑腳手架與預(yù)留孔洞位置，可避免施工中發(fā)生錯(cuò)誤、返工、碰撞問題。洞口預(yù)留如圖5所示。

圖5 洞口預(yù)留

2)碰撞檢查 通過整合土建、結(jié)構(gòu)、機(jī)電專業(yè)模型，可全面檢驗(yàn)專業(yè)問題，如專業(yè)間的沖突、構(gòu)件標(biāo)高偏差、建模失誤或圖紙中隱含的設(shè)計(jì)問題等，并生成圖紙檢查報(bào)告。整合各專業(yè)模型后，使用Navisworks進(jìn)行碰撞檢查，并在模型中對碰撞位置進(jìn)行調(diào)整，再根據(jù)圖框標(biāo)準(zhǔn)繪制預(yù)留洞口圖，以指導(dǎo)現(xiàn)場施工。如圖6所示，可利用BIM技術(shù)，提前發(fā)現(xiàn)管道碰撞或凈高不合理的位置，并做出相應(yīng)安排。

圖6 管道調(diào)整前后對比

4 BIM在項(xiàng)目中的綜合應(yīng)用

為充分發(fā)揮BIM優(yōu)勢，響應(yīng)國家對建筑業(yè)升級轉(zhuǎn)型的要求，在BIM應(yīng)用上有如下創(chuàng)新。

4.1 BIM在土方工程中的應(yīng)用

1)通過BIM建立場地基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)施工模型，可直觀展示各構(gòu)件的組成，以指導(dǎo)施工。

構(gòu)建樁基模型后進(jìn)行施工模擬，可導(dǎo)出各樁基算量明細(xì)表，以計(jì)算模型量，再提取工程量，通過組價(jià)完成工程造價(jià)，減少算量誤差、提高工作效率。

2)通過構(gòu)建基坑邊坡支護(hù)三維參數(shù)化模型，可在設(shè)計(jì)階段提前發(fā)現(xiàn)不合理的支護(hù)方案，指導(dǎo)施工、進(jìn)行技術(shù)交底。通過導(dǎo)出的模型參數(shù)可計(jì)算土釘墻與錨桿工程量，作為造價(jià)預(yù)算的參考。邊坡支護(hù)模型如圖7所示。

圖7 邊坡支護(hù)模型

應(yīng)用BIM構(gòu)建深淺基坑開挖模型，對基坑1,2層土方開挖、土方回填進(jìn)行施工模擬，便于及時(shí)發(fā)現(xiàn)不合理的施工順序，及時(shí)優(yōu)化機(jī)械車輛施工位置與進(jìn)出路徑，避免開挖過程中擾動基坑，影響地基承載力。同時(shí)，通過三維參數(shù)化模型可導(dǎo)出挖方與填方工程量，有助于掌控開挖平衡，避免土方浪費(fèi)，把控成本。深淺基坑開挖模型如圖8所示。

圖8 深淺基坑開挖模型

4.2 BIM在綠色施工中的應(yīng)用

應(yīng)用BIM技術(shù)進(jìn)行建筑垃圾處理與資源再生利用，可實(shí)現(xiàn)太陽能利用、抑制建筑灰塵、控制噪聲，實(shí)時(shí)監(jiān)控評價(jià)綠色施工體系。

結(jié)合BIM與現(xiàn)代設(shè)備可實(shí)時(shí)監(jiān)測施工現(xiàn)場，建立BIM平面布置模型分區(qū)域儲存，可分類處理建筑垃圾。結(jié)合BIM與Ecotect Analysis軟件可分析施工現(xiàn)場光熱條件，充分利用太陽能等新型能源。通過在現(xiàn)場安裝粉塵檢測和噪聲檢測設(shè)備，可將現(xiàn)場情況實(shí)時(shí)傳輸?shù)紹IM信息管理平臺，便于及時(shí)采取處理措施。通過三維掃描技術(shù)、AI圖形分析技術(shù)，將綠色施工成果轉(zhuǎn)化為可視化模型，經(jīng)過BIM模型比對，進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整與改正，形成綠色施工監(jiān)測評價(jià)體系。

4.3 BIM在安全管理中的應(yīng)用

傳統(tǒng)安全管理中，對危險(xiǎn)點(diǎn)的判定和保護(hù)措施的布置都依賴于施工管理人員個(gè)人經(jīng)驗(yàn)，因此，各施工區(qū)域的危險(xiǎn)源較模糊。施工總承包單位在安全管理實(shí)施過程中，通過創(chuàng)建三維模型，使施工人員提前感知、預(yù)測危險(xiǎn)點(diǎn)，可快速在危險(xiǎn)區(qū)域布置防護(hù)設(shè)施模型，將安全死角進(jìn)行可視化呈現(xiàn)。

由于部分施工人員難以準(zhǔn)確識別分部工程危險(xiǎn)源，嚴(yán)重情況下會引發(fā)安全事故，本項(xiàng)目利用Lumion軟件仿真模擬施工人員行走路線，并將危險(xiǎn)源信息標(biāo)注在建筑模型上，通過辨認(rèn)，施工人員能清晰判斷每道施工工序存在的安全風(fēng)險(xiǎn)，進(jìn)而采取預(yù)防措施，消除安全隱患。

4.4 BIM在進(jìn)度安排中的應(yīng)用

總承包單位根據(jù)BIM進(jìn)度安排控制整個(gè)工程進(jìn)度。在設(shè)計(jì)過程中，通過三維可視化和信息協(xié)作輔助分析、優(yōu)化計(jì)劃進(jìn)度，若進(jìn)度拖后，可進(jìn)行合理調(diào)整，以保證按計(jì)劃進(jìn)度開展。同時(shí)，進(jìn)度計(jì)劃跟蹤需在進(jìn)度計(jì)劃軟件中輸入進(jìn)度信息與成本管控內(nèi)容，輸入數(shù)據(jù)并同步到施工進(jìn)度仿真中，動態(tài)顯示進(jìn)度方案實(shí)施狀況。通過 BIM 4D平臺和Navisworks軟件模擬施工進(jìn)度，并對比計(jì)劃進(jìn)度與實(shí)際進(jìn)度?；贐IM的施工進(jìn)度控制流程如圖9所示。

圖9 施工進(jìn)度流程

5 結(jié)語

本文開始總結(jié)了BIM技術(shù)在項(xiàng)目施工中的應(yīng)用，然后以中國人民大學(xué)通州校區(qū)學(xué)部樓為案例詳細(xì)論述了BIM技術(shù)在公用建筑中的基礎(chǔ)應(yīng)用與創(chuàng)新應(yīng)用，得出以下成果。

1)目前，BIM在住宅建筑中應(yīng)用廣泛，也取得較高的工程價(jià)值，但在創(chuàng)新應(yīng)用、智慧工地應(yīng)用方面缺乏研究與實(shí)踐。

2)在該項(xiàng)目中應(yīng)用BIM技術(shù)，提高了施工管理效率，嚴(yán)格把控了施工成本。

3)通過BIM在該項(xiàng)目中的創(chuàng)新應(yīng)用，為實(shí)現(xiàn)綠色施工、構(gòu)建智慧工地提供寶貴經(jīng)驗(yàn)。