BIM技術在結構預留洞口施工中的應用

羅 燦 肖映灼 龍春蓮 殷 瑩

(中國核工業(yè)二四建設有限公司，四川 綿陽 621000)

建筑工程包含建筑結構實體和與其配套的管道設備安裝專業(yè)，施工中需要對各專業(yè)進行統(tǒng)籌考慮，在結構施工時應該為后續(xù)安裝專業(yè)預留尺寸、位置合適的洞口，待安裝施工完成再封堵。隨著社會發(fā)展對建筑功能需求的提高，建筑工程趨向于復雜化，在施工中遇到各專業(yè)沖突的問題更加頻發(fā)，經常造成施工返工、物料浪費、進度拖延。

建筑信息模型(Building Information Modeling)簡稱BIM，是應用在工程領域的數(shù)字化技術，具有可視化、協(xié)調性、模擬性、優(yōu)化性、可出圖性五大特點，它的出現(xiàn)為施工難點問題的解決打開了新的大門。

1 BIM技術在結構預留洞口施工應用的必要性

縱觀結構預留洞口施工的痛點在于設計階段很難做到各專業(yè)協(xié)調，無論是結構還是管線，都是獨立進行設計，設計師在進行管線的排布時，只能通過多張圖紙?zhí)庄B結構和各類管線的平面位置進行協(xié)調，沒有根據現(xiàn)場實際開展工作，這樣設計出來的方案難免存在一定的問題[1]，于是施工階段仍會發(fā)現(xiàn)眾多管線與預留洞口位置錯開現(xiàn)象。導致承重結構施工完成后安裝專業(yè)施工時需要對錯誤設置的預留洞口進行補洞并重新在結構上臨時鑿開洞口。而非承重結構通常是根據情況先將墻體砌筑到一定高度，在管線安裝完畢后再砌筑預留的上部墻體，但是這樣的方式也無法完全避免。施工現(xiàn)場對預留洞口處模板、砌體原材料切割的隨意性較大，普遍存在浪費、損耗高。此問題會造成施工成本增加，施工進度延后以及工程質量下降。利用BIM技術模擬性和協(xié)調性的優(yōu)勢，通過碰撞檢測，深化設計方案及綜合布局，可以減少返工與變更，將沖突問題解決在施工前，提高工程效率[2]。

傳統(tǒng)的設計通過二維線條來創(chuàng)建平面圖、立面圖和剖面圖，用以表達結構與安裝管道之間空間關系的方式，在指導施工時存在很大局限性，需要施工人員具有良好的工作經驗、識圖能力和空間想象能力。如今建筑越來越復雜的情況下，無疑提高了施工人員的門檻，而在建筑業(yè)對青壯年吸引力下降，施工人員老齡化加重的現(xiàn)狀下，結構預留洞口施工的準確性很難保證。而且土建與安裝各分包專注于自身專業(yè)的圖紙，溝通不暢，責任難以厘清，容易發(fā)生糾紛。利用BIM技術可視化的優(yōu)勢，對重要的施工部位提供視覺上的參考，將建筑空間與各個專業(yè)系統(tǒng)之間的關系明確，可以提高工程參與方的直觀度和識圖能力，方便所有人員之間的溝通和交流，減少工程中各種糾紛的發(fā)生[3]。

2 BIM技術在結構預留洞口施工中的應用

2.1 項目概況

某項目地下室分2層，建筑面積70 766.79m2，高度7.4或8.6m,框架剪力墻結構，抗震設防烈度8度，水、電、通風專業(yè)種類多，管線密集，對結構預留洞口設置的精度要求高，迫切需要解決管線與結構沖突問題，因此在本項目結構預留洞口施工中進行BIM技術的應用實踐。

2.2 模型創(chuàng)建

BIM模型集成了建筑物的幾何信息、物理信息、規(guī)則信息等數(shù)據，模型創(chuàng)建屬于基礎數(shù)據采集工作，后續(xù)的應用都是基于模型開展的，因此要重視建模工作，確保模型的精準性。工程項目存在分子項、分專業(yè)、分系統(tǒng)、分施工節(jié)點等層次，大型工程整體的海量數(shù)據又對軟硬件造成龐大壓力，在建模過程中普遍采用靈活的拆解為多個子模型同步開展創(chuàng)建工作的方式。此時應注意運用標準化管理統(tǒng)一單位精度、命名規(guī)則、軸網標高定位，避免子模型拼裝時降低準確性。完成模型后，在投入應用前應針對構件的完整性、構件的屬性參數(shù)、圖紙的變更進行詳細檢查，避免數(shù)據誤用。模型建立也需注意時效性，一般在實體施工前1個月完成該階段模型創(chuàng)建。

在地下結構施工45d前，啟動BIM技術實施，按照原版設計圖紙信息，運用Revit軟件按照建筑結構專業(yè)、給排水專業(yè)、電氣專業(yè)及暖通專業(yè)在統(tǒng)一的軸網、標高定位分別創(chuàng)建深化模型文件(見圖1)，各專業(yè)系統(tǒng)管道用不同顏色進行區(qū)分。在建模過程中通過圖紙繪審也能提前發(fā)現(xiàn)漏標、錯標的尺寸、坐標、標高、編號等淺層設計問題。共發(fā)現(xiàn)117項土建專業(yè)疑問和91項安裝專業(yè)疑問，組織項目各參與方舉行答疑會議，由設計針對疑問澄清回復并及時修改圖紙。通過基于BIM技術的圖紙繪審應用，提前發(fā)現(xiàn)圖紙問題并及時解決，可以大幅降低后期施工過程中進行設計變更帶來的工期拖延、成本增加風險。

圖1 管線綜合模型

2.3 碰撞檢測

各專業(yè)的模型創(chuàng)建完成后，將各模型納入一個總裝模型開展碰撞檢測。碰撞檢測即對模型中的建筑專業(yè)、結構專業(yè)、水暖電安裝專業(yè)等進行檢驗，以確定它們之間是否發(fā)生沖突而導致項目無法施工的現(xiàn)象，主要體現(xiàn)在構件互相重疊的硬碰撞、構件之間未滿足必須空間間距的軟碰撞以及構件施工順序無法協(xié)調的工作流沖突。其中預留洞口的碰撞檢測，主要以檢驗水暖電管線與結構構件間的硬碰撞。

為避免因格式轉換可能存在的數(shù)據丟失情況，采用與模型創(chuàng)建軟件屬于同平臺的Navisworks軟件進行碰撞檢測。將各專業(yè)模型導入Navisworks軟件進行總裝整合，利用Clash Detective工具設置合理的碰撞檢測規(guī)則，主要是運用強大的數(shù)據分析能力對建筑結構與安裝管線相互之間在空間關系上的位置重疊、沖突等物理接觸、交叉硬碰撞而進行的檢查與校驗。對分屬不同集的結構專業(yè)和安裝專業(yè)進行碰撞檢測，核查管線穿過剪力墻、樓板、二次結構時是否留洞，洞口位置、尺寸是否符合要求。運算結果顯示存在的沖突點共533處，結合實際情況排除重復計算，調整、分析后梳理出82處，附上沖突位置、專業(yè)以及截取的圖紙生成碰撞檢測報告。

2.4 設計優(yōu)化

通過BIM技術碰撞檢測等方式進行驗證分析，能夠更深層、全面的發(fā)現(xiàn)工程項目設計方案中可能存在的一些問題和缺陷。同時能夠從三維的角度進行漫游查看，更為直觀地對比模型調整前以及調整后的狀態(tài)，對于這些問題進行有效改進，優(yōu)化其設計水平，最終減少工程項目后續(xù)施工中可能出現(xiàn)的一些問題及干擾因素。

由項目部組織業(yè)主和各專業(yè)分包召開討論會，利用BIM技術可視化特點，通過三維模型配合碰撞檢測報告直觀的展示存在的預留洞口偏差問題，針對問題討論形成問題清單紀錄。將預留洞口問題提交設計，由設計給出優(yōu)化。設計經過復核對82處沖突分別給出澄清和洞口位置變更意見。設計復核給出30項洞口位置變更，如按原圖施工則結構施工完成后續(xù)還需開洞56處，補洞39處(見表1)。

表1 洞口變更統(tǒng)計

2.5 智能排布

將施工中需要按照一定規(guī)格參數(shù)進行羅列排布的材料，通過軟件對BIM模型進行三維模擬計算，并通過采集模型上的數(shù)據進行快速統(tǒng)計。能夠代替人工，高效率、高質量的完成繁瑣工作，在洞口處更合理的排布，一定程度上減少材料消耗。

在包含洞口的承重砌體結構施工前，采用BIM模板腳手架設計軟件智能配模,根據需求設置架體參數(shù)，進行危大構件識別、安全驗算，可以快速精確計算所需模板、鋼管、扣件等材料總量且可按規(guī)格尺寸、構件、階段,隨時提取所需數(shù)據。精確控制模板、鋼管、扣件等材料進場量，確保模架所需材料滿足施工要求的同時降低場地內材料的積壓，根據洞口精細加工模板減少損耗。

在包含洞口的填充墻、隔墻、女兒墻等非承重砌體結構施工前，通過BIM智能排磚精確定位預留洞口，自適應調整墻體的砌體規(guī)格尺寸，導出各施工段的砌體需用量及詳細規(guī)格，由物資管理人員依據報表進行提料，嚴格控制現(xiàn)場的砌塊總量。施工現(xiàn)場各砌筑作業(yè)面張貼砌塊排布圖，按圖領料，在嚴格把控現(xiàn)場砌塊損耗率的基礎上，提高二次結構的施工質量。

2.6 施工交底

在施工前，需要對相關管理人員和施工操作工人進行技術交底，使施工人員對工程特點、技術質量要求、施工方法與措施及安全等方面有一個較詳細的了解，以便于科學地組織施工，避免技術質量等事故的發(fā)生。Revit軟件可以在模型文件中快速創(chuàng)建平面、立面、剖面及構件節(jié)點大樣圖，當模型修改時，所有創(chuàng)建的圖紙聯(lián)動實時更新，提高出圖效率及準確性。還能夠運用BIM模型進行可視化技術交底，相比拿著多張相關部位的二維圖紙交底，利用移動端打開模型，能夠使受交底人從立體直觀的任意視角，詳細了解預留洞口的位置、尺寸，按照變更優(yōu)化的預留洞口精確施工。

3 應用效果

3.1 可視化強溝通

BIM模型可以直觀立體的展現(xiàn)結構預留洞口和安裝管線之間的位置關系，還集成了各專業(yè)尺寸、型號、材料等相關的構件數(shù)據信息，能夠自由的瀏覽與漫游，方便協(xié)調設計根據碰撞修正優(yōu)化圖紙，加強施工前技術交底效果，能夠在問題協(xié)商解決過程中大幅提高溝通協(xié)調效率。

3.2 降成本提效益

精確設置結構預留洞口，減少因預留沖突而在已完成的結構上重新為管道通過在洞口剔鑿和對錯開的多余洞口進行填補而產生的材料、人工成本。避免后期開洞56處，洞口面積10.76m2，節(jié)省成本4.7萬元，避免后期補洞39處，洞口面積5.54m2，節(jié)省成本3.1萬元。BIM智能配模，對預留洞口處模板提前放樣，集中批量化加工模板，降低材料切割浪費的損耗32%。BIM智能排磚，避免預留洞口處砌體施工材料損耗，減少了4.28%的材料用量。加上過程中延誤的工期，產生的成本更是每天以十萬計。BIM技術應用為施工帶來切實的經濟效益。

3.3 減返工保進度

運用BIM技術碰撞檢測能提前發(fā)現(xiàn)解決問題，有效減少承重結構預留洞口返工，非承重結構無需與管線穿插施工，施工邏輯更優(yōu)化，避免安裝專業(yè)因沖突而暫停等待結構重新開洞，支模、砌筑施工更順暢，在項目實踐中可節(jié)約工期22d。

3.4 強技術保質量

傳統(tǒng)方式下，承重結構洞口加強鋼筋設置困難，反復開補洞，造成已設置的鋼筋需切割，未設置的需補加，非承重結構無法一次完成施工，安全性、整體性較差，對工程質量有較大影響，通過BIM技術提前解決問題，能夠較好的保護結構完整性，提高結構的壽命，保證工程質量。

4 實踐經驗

BIM技術應用前期投入人力、物力較大，要求合適易用的軟件、配置較高的硬件設備和具備技術經驗與BIM應用能力的復合型人才，同時合理安排時間提前啟動實施，才能保證模型的質量以及充分發(fā)揮BIM應用效果。所以，需要做好BIM技術的宣貫推廣工作，也要平衡好前期投入與后期收益的關系，根據工程項目實際需求來開展實施。

5 結 語

基于BIM技術的結構預留洞口施工，可以提高預留洞口的精確度，與傳統(tǒng)結構預留洞口施工相比，能夠減少返工，節(jié)省材料人工費，科學合理節(jié)約工期，保證工程質量。在體量較大，結構、管線復雜，對預留洞口要求高的工程中展現(xiàn)出良好效益和廣闊前景，具有良好的推廣應用價值。