BIM技術(shù)在土木工程施工中的應(yīng)用

李和庭

(中國建筑第七工程局有限公司，河南 鄭州 450004)

0 前 言

隨著國民經(jīng)濟(jì)的高質(zhì)量發(fā)展,建筑市場管理由粗放型向精細(xì)型轉(zhuǎn)變,建設(shè)項目投資由單一型向多元化轉(zhuǎn)變。從項目成本管理和成本控制的角度來看,投資利潤最大化已成為建筑業(yè)等眾多企業(yè)的核心競爭力。EPC、BOT、PPP等建設(shè)項目是將設(shè)計圖紙上的建筑物通過投資和建設(shè)資金轉(zhuǎn)化為具有使用價值的建筑物的過程。施工進(jìn)度控制、施工質(zhì)量控制、質(zhì)量通病防治、揚塵治理與環(huán)境保護(hù)等諸多因素和環(huán)節(jié)直接影響工程施工的準(zhǔn)確性和投資收益的決策。基于BIM技術(shù),采用動態(tài)數(shù)據(jù)方法,在現(xiàn)場收集和共享多維數(shù)據(jù),優(yōu)化對投資、進(jìn)度、施工現(xiàn)場、材料供應(yīng)商等的控制和決策,從而為各方創(chuàng)造施工進(jìn)度、效益最大化的最佳路徑。

1 建筑施工面臨的挑戰(zhàn)

1.1 采購、招標(biāo)量大

合理劃分施工區(qū)段,將本項目劃分為兩個施工區(qū)部署,每個施工區(qū)域單獨組織施工隊伍,施工區(qū)之間平行施工。編制詳細(xì)的三級節(jié)點計劃,按照“分級預(yù)警、分級糾偏”的原則,切實做好工期管控。貫徹快速建造理念,落實保證措施。物資材料快速計劃、快速采購、快速供應(yīng)。分包隊伍提前考查、分包招標(biāo)快速定標(biāo)、勞動力快速供應(yīng),并協(xié)助業(yè)主做好分包內(nèi)容的采購與招標(biāo)。

1.2 數(shù)據(jù)調(diào)整來源較多，難以統(tǒng)一管理

在建設(shè)項目實施過程中,建筑施工數(shù)據(jù)主要來源于施工組織和圖紙,如造價估算、材料設(shè)備、項目管理等。軟件平臺用于計算多端口數(shù)據(jù)的輸入和調(diào)整,如:商務(wù)倒掛、干混砂漿調(diào)價等,鋁模改性和木模深化、行政成本等,導(dǎo)致實際工程中數(shù)據(jù)和工程量的計算不正確或延遲,導(dǎo)致項目決策和實施的糾正。

1.3 數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，細(xì)化程度不高

由于數(shù)據(jù)來源眾多,鋁模和木模之間的價差消失了。鋁模改木模高精度砌塊砌體利潤減少;內(nèi)外墻鋁模改木模增加抹灰成本。從鋁模到木模的轉(zhuǎn)變導(dǎo)致鋼筋和混凝土工程的收入減少,導(dǎo)致利潤減少,并對數(shù)據(jù)進(jìn)行了其他緊急調(diào)整。成本數(shù)據(jù)采集不能與當(dāng)?shù)囟~準(zhǔn)確匹配,成本數(shù)據(jù)采集標(biāo)準(zhǔn)難以及時統(tǒng)一。

2 BIM技術(shù)特性

BIM技術(shù)(稱為建筑信息建模)模型、參數(shù)化，并集成了設(shè)計、構(gòu)建和操作整個生命周期中的工程信息。整個生命周期中，信息量巨大，可行性研究、設(shè)計圖紙、施工組織、成本預(yù)算、決算等都與信息成本密切相關(guān)。通過BIM技術(shù)的數(shù)字化手段，實現(xiàn)信息對稱、多用途等出發(fā)點，以實現(xiàn)設(shè)計、施工、運營的全周期。信息集成可視化、數(shù)字化、協(xié)作、仿真與優(yōu)化。

3 BIM及施工

施工進(jìn)度控制合理劃分施工區(qū)段，將本項目劃分為兩個施工區(qū)(詳見施工部署)，每個施工區(qū)域單獨組織施工隊伍，施工區(qū)之間平行施工。編制詳細(xì)的三級節(jié)點計劃，按照“分級預(yù)警、分級糾偏”的原則，切實做好工期管控。貫徹快速建造理念，落實保證措施。物資材料快速計劃、快速采購、快速供應(yīng)。分包隊伍提前考查、分包招標(biāo)快速定標(biāo)、勞動力快速供應(yīng)，并協(xié)助業(yè)主做好甲指分包內(nèi)容的采購與招標(biāo)。

進(jìn)度控制從材料的進(jìn)場驗收、保管、發(fā)放和使用等各環(huán)節(jié)，都將建立一套嚴(yán)密的管理制度，使投放到工程上的各種材料始終處于有效的管理之中。堅決杜絕不合格材料入場，對不符合圖紙及設(shè)計要求的材料堅決退場。樣板引路，建立施工樣板展示區(qū)(地下室封閉后置于地下室頂板上)和現(xiàn)場實體樣板展示區(qū)，建立材料樣品展示庫。明確項目創(chuàng)優(yōu)的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)場施工以樣板為準(zhǔn)。推行《工程細(xì)部做法圖集》，做好施工技術(shù)交底。注重過程管控，認(rèn)真落實旁站、技術(shù)復(fù)核、“三檢”、質(zhì)量例會和質(zhì)量獎罰等制度，及時消除隱患，避免返工。每周組織項目部及各勞務(wù)管理人員進(jìn)行一次現(xiàn)場質(zhì)量全面檢查，并召開質(zhì)量專題會議，對現(xiàn)場存在的質(zhì)量問題及時制定相應(yīng)的方案，對現(xiàn)場質(zhì)量問題進(jìn)行動態(tài)管理并按檢查結(jié)果進(jìn)行評比、獎懲。全面嚴(yán)格執(zhí)行建設(shè)單位質(zhì)量管理相關(guān)制度及考評標(biāo)準(zhǔn)，如在建評估、品質(zhì)排查、交付評估等。

質(zhì)量通病防治和控制，結(jié)合本工程的具體特點，在開工前制定詳盡的施工組織方案和質(zhì)量通病防治措施，設(shè)立項目質(zhì)量管理領(lǐng)導(dǎo)小組，明確質(zhì)量管理的責(zé)任和工作內(nèi)容、從“毫厘”抓起，對工程質(zhì)量實行全面監(jiān)控。在勞務(wù)合同簽訂階段，將施工質(zhì)量目標(biāo)明確進(jìn)勞務(wù)合同，同時制定詳細(xì)可行的賞罰協(xié)議，確保勞務(wù)隊伍積極主動地參與施工質(zhì)量管控。成立QC小組，按PDCA原理制定專項治理方案，防微杜漸，持續(xù)改進(jìn)，減少顧客投訴。施工過程中，做好質(zhì)量通病防治、排查和消項工作，每月整理匯總質(zhì)量通病消項情況，并根據(jù)質(zhì)量通病統(tǒng)計和消項記錄制定改進(jìn)措施，盡可能減少質(zhì)量通病的發(fā)生。施工后期制定詳盡的交房策劃，提前進(jìn)行分戶驗收策劃，協(xié)助建設(shè)單位對交房前的質(zhì)量進(jìn)行驗收和把關(guān)，確保順利地交房，避免業(yè)主的投訴。嚴(yán)格行建設(shè)單位質(zhì)量通病相關(guān)制度、標(biāo)準(zhǔn)、細(xì)部做法，如工藝樣板、細(xì)部做法圖集、精細(xì)化管理等。

4 基于BIM技術(shù)的整體解決路徑

目前,預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用,包括傳統(tǒng)的現(xiàn)澆構(gòu)件和普通構(gòu)件。通過采用BIM技術(shù),將現(xiàn)澆件的工程模型與通用件模型相結(jié)合,對不同的工程量進(jìn)行了時間和過程控制,減少了通用件的二次加工,并從中受益。避免了傳統(tǒng)方法的復(fù)雜性和混亂性,不利于安排,不利于實時評價,協(xié)調(diào)性差等問題。BIM技術(shù)實現(xiàn)了變更信息的預(yù)集成、工程量的自動生成和各責(zé)任人的查詢,實現(xiàn)了變更的優(yōu)化。

4.1 五維數(shù)據(jù)集成提高決策的準(zhǔn)確性和可靠性

在市場經(jīng)驗豐富，資源配備速度快，有過高層施工業(yè)績，且施工進(jìn)度快、質(zhì)量水平高的分包隊伍，提前招標(biāo)、定標(biāo)。合理優(yōu)選場內(nèi)道路布置和總平面布置，科學(xué)合理的施工組織與施工部署。到氣象單位收集往年強(qiáng)降雨、高溫及冬季氣候資料，并進(jìn)行分析，制定詳細(xì)的應(yīng)對措施，確保特殊季節(jié)工程進(jìn)度能如期進(jìn)展。做好揚塵控制、綠色施工與環(huán)境保護(hù)，避免因揚塵治理而影響工期。高層采用鋁模施工工藝二層以下采用落地式腳手架，一次性鋪設(shè)周轉(zhuǎn)及木枋、模板等材料，加快模板支撐體系搭拆速度。在傳統(tǒng)建筑模型三維空間顯示的基礎(chǔ)上，將“時間信息”和“成本信息”兩個緯度結(jié)合起來，形成三維(實體)1D(進(jìn)度)1D的五維建筑信息模型。(成本)，即BIM5D，BIM5D協(xié)調(diào)工作量、進(jìn)度和成本。從工程量的角度看，既可以協(xié)調(diào)土建、機(jī)電、鋼結(jié)構(gòu)、幕墻等建筑模型單元，又可以校核各工程量之間的關(guān)系。以集成模型為載體，對工程建設(shè)過程中的進(jìn)度、合同、成本、質(zhì)量、安全、圖紙、原材料等信息進(jìn)行集成。BIM5D模型直觀，具有較強(qiáng)的計算和分析能力，有助于項目經(jīng)理做出有效的決策和準(zhǔn)確的管理。

4.2 及時修改數(shù)據(jù),解決了數(shù)據(jù)的及時性和準(zhǔn)確性問題

在市場經(jīng)驗豐富，資源配備速度快，有過高層施工業(yè)績，且施工進(jìn)度快、質(zhì)量水平高的分包隊伍，提前招標(biāo)、定標(biāo)。將工程質(zhì)量要求明確進(jìn)分包合同，并簽訂《分包質(zhì)量協(xié)議書》，按照質(zhì)量合格率百分比進(jìn)行分包分供計量。引進(jìn)第三方實測實量，并將實測實量結(jié)果與勞務(wù)半年度考核結(jié)果掛鉤。做為樣板展示區(qū)，推行工序樣板，實現(xiàn)樣板交底與示范引領(lǐng)。推行公司《工程細(xì)部做法標(biāo)準(zhǔn)圖集》與《質(zhì)量通病防治手冊》。項目經(jīng)理通過該軟件,點擊模型中的建筑構(gòu)件,查看構(gòu)件類型、材料組成、外觀形狀等相關(guān)屬性,做出有效決策,實現(xiàn)精細(xì)化管理,節(jié)約成本,提高效率。使用BIM5D軟件平臺，可以使用IFC格式界面直接導(dǎo)入GCL格式模型。Revit軟件也可以保存為IFC格式，然后導(dǎo)入BIM5D模型。該模型通過數(shù)據(jù)平臺將施工合同、工程量清單、相關(guān)定額、工程圖紙等進(jìn)度信息聯(lián)系起來。項目經(jīng)理通過該軟件，點擊模型中的建筑構(gòu)件，查看構(gòu)件類型、材料組成、外觀形狀等相關(guān)屬性，做出有效決策，實現(xiàn)精細(xì)化管理，節(jié)約成本，提高效率。

4.3 施工工藝

數(shù)據(jù)輸入工程單元中的各種建筑模型，如主要建筑實踐、安裝工程給排水系統(tǒng)、電氣工程、暖通空調(diào)系統(tǒng)、現(xiàn)場環(huán)境等，包括特殊部件，如變截面柱的處理等，梁的加固、不同墻體構(gòu)件、高層復(fù)雜、偽影管道設(shè)備之間的空間關(guān)系，提高了模型的精度。只有在模型達(dá)到預(yù)期精度的情況下，才能關(guān)閉空間模型。此外，實時在線數(shù)據(jù)信息輸入值、零件號分類檢查，根據(jù)項目特點可在統(tǒng)計匯總表中列出。該信息極大地解決了傳統(tǒng)模型相對單一、難以匹配的問題，大大提高了模型的標(biāo)定精度。

5 案例對比分析

某項目室內(nèi)建筑高度3 m，總建筑高度99.8 m，建筑為商業(yè)中心。表1列出了圖紙、工程變更、結(jié)算三個階段主要指標(biāo)和退出指標(biāo)的增減情況。

表1 主要指標(biāo)的圖紙與變更的工程量

從表1可以看出，施工過程中的工程量是以工程圖的工程量為依據(jù)的，工程中變更和沉降的比例是不同的，不同指標(biāo)之間存在差異。由于圖紙、變更、結(jié)算方式、人員素質(zhì)等原因，數(shù)量變化不一，變化趨勢是結(jié)算數(shù)量大于數(shù)量和變化值，各指標(biāo)差異明顯。

6 總 結(jié)

在當(dāng)前項目中，項目成本面臨著數(shù)據(jù)量大、決策難度大；數(shù)據(jù)來源和管理不易統(tǒng)一?；?D(實體)1D(進(jìn)度)1D(成本)的五維建筑信息模型BIM5D，實現(xiàn)了解決工程造價三大難題的途徑，可以實現(xiàn)五維數(shù)據(jù)集成，提高決策的準(zhǔn)確性和可靠性。及時的數(shù)據(jù)修正解決了數(shù)據(jù)的及時性和準(zhǔn)確性問題，通過數(shù)據(jù)擬合提高了模型的精度。通過實例分析，由于工程圖的計算、變更、結(jié)算方式、人員素質(zhì)等原因，工程量的變化不盡相同。改變數(shù)值，每個指標(biāo)都有明顯的不同。如果增發(fā)和變更都支付，建設(shè)單位的收益將減少0.3%。建設(shè)單位的收入將減少0.3%。納入結(jié)算的變更價款將減少建設(shè)單位的收入。顯然，在考慮資金的時間價值時，傳統(tǒng)項目成本帶來的挑戰(zhàn)是顯而易見的。BIM技術(shù)將過程和變化等可選因素轉(zhuǎn)化為最優(yōu)，從而為企業(yè)資本投資收益最大化奠定了堅實的理論基礎(chǔ)和實踐基礎(chǔ)。

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