基于BIM技術(shù)信息轉(zhuǎn)換對(duì)建筑施工的編排優(yōu)化及成本控制

陽 芬， 羅迎社， 歐陽春生， 涂 宇， 盧 迎， 肖 敏， 王 威， 鄧宇龍， 丁 科

(1.湖南交通工程學(xué)院 交通運(yùn)輸工程學(xué)院， 湖南 衡陽 421001； 2.廣州市第一市政工程有限公司， 廣州 510060；3.湖南建工集團(tuán)裝飾工程有限公司， 長沙 410004； 4.中南林業(yè)科技大學(xué) 工程流變學(xué)湖南省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 長沙 410004；5.中南林業(yè)科技大學(xué) 土木工程學(xué)院， 長沙 410004)

在智能化的今天，綠色、碳中和以及高質(zhì)量發(fā)展等環(huán)保理念已經(jīng)深入人心。這就要求在建筑工程項(xiàng)目的建設(shè)過程中結(jié)合實(shí)際情況，做到在保質(zhì)保量的同時(shí)，還要通過智能化、信息化的手段將環(huán)保理念灌輸進(jìn)建筑工程的各個(gè)環(huán)節(jié)中去，進(jìn)而做到施工方案合理以及成本控制恰當(dāng)[1-3]。

目前建筑工程項(xiàng)目施工計(jì)劃主要是結(jié)合項(xiàng)目部以往施工經(jīng)驗(yàn)，再結(jié)合建筑工程項(xiàng)目負(fù)責(zé)人的工作經(jīng)驗(yàn)，依托現(xiàn)有施工設(shè)計(jì)模板，制備前期二維設(shè)計(jì)圖紙、施工成本、施工步驟等資料。采用這種古板、陳舊的方法制定的建筑工程施工計(jì)劃無法滿足現(xiàn)有建筑工程施工要求，進(jìn)而無法做到信息互換、信息集成的高效統(tǒng)一，更無法結(jié)合施工過程中出現(xiàn)的問題進(jìn)行信息統(tǒng)計(jì)，做到及時(shí)、快速、高效的方案調(diào)整，做到進(jìn)度計(jì)劃與設(shè)計(jì)模型動(dòng)態(tài)連接、計(jì)劃和模型之間的信息互通。

基于BIM技術(shù)其固有的優(yōu)異性能，諸如信息集成度高、施工編排邏輯性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，通過對(duì)建筑工程施工現(xiàn)場的信息進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測并收集，通過二次開發(fā)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行快速處理，做到施工方案與施工現(xiàn)場情況始終保持動(dòng)態(tài)平衡，進(jìn)而做到建筑工程施工進(jìn)度優(yōu)化，打破建筑工程施工的傳統(tǒng)模式，推動(dòng)建筑施工管理改革，提高建筑施工管理水平。

楊磊等[4]以綠地絲路全球文化中心項(xiàng)目為例，結(jié)合新型快速施工技術(shù)(鋼管混凝土側(cè)拋免振澆筑、鋼筋桁架樓承板臨時(shí)支撐和后澆帶對(duì)稱水平傳力構(gòu)件等快速施工技術(shù))，對(duì)超高層建筑施工過程中，存在體量大、工序多、專業(yè)性強(qiáng)、工作空間窄、工作環(huán)境危險(xiǎn)性高等問題進(jìn)行處理，在確保施工工期的同時(shí)，用新型施工技術(shù)改良施工進(jìn)度措施，確保工程按時(shí)按質(zhì)完成。但是楊磊等的對(duì)于施工的改進(jìn)主要是采用新型施工技術(shù)，對(duì)與建筑工程項(xiàng)目各個(gè)環(huán)節(jié)之間的串聯(lián)，沒有做到信息集成與統(tǒng)一。

劉占省等[5]針對(duì)超高層建筑結(jié)構(gòu)復(fù)雜、施工周期長、檢測困難等問題，結(jié)合某超高層結(jié)構(gòu)，研究了多源信息融合方法、建筑信息模型(building information modelling, BIM)技術(shù)在結(jié)構(gòu)監(jiān)測方案制定、三維可視化施工模擬指導(dǎo)傳感器安裝及可視化智能監(jiān)測系統(tǒng)搭建等方面的具體應(yīng)用，進(jìn)而解決了建筑結(jié)構(gòu)施工監(jiān)測過程中，由于施工過程復(fù)雜等導(dǎo)致的在施工管理中未能及時(shí)完成監(jiān)測等問題，進(jìn)而提升了管理人員對(duì)施工管理策略制定以及實(shí)施的合理性。

可以看出，結(jié)合信息技術(shù)對(duì)建筑工程施工規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化、集成化是建筑工程發(fā)展的趨勢(shì)之一。

1 BIM技術(shù)量化、分解施工活動(dòng)

建筑工程項(xiàng)目施工計(jì)劃本質(zhì)上是對(duì)建筑工程項(xiàng)目施工活動(dòng)的具體化、步驟化，以及結(jié)合邏輯性、空間等一系列串聯(lián)。因此，對(duì)建筑工程項(xiàng)目施工活動(dòng)的量化、分解是編輯施工的必要前提，而具體項(xiàng)目施工活動(dòng)的量化分解主要是通過之前的施工經(jīng)驗(yàn)以及施工體系，而不是通過建設(shè)項(xiàng)目信息分類標(biāo)準(zhǔn)[6-8]。

目前，國內(nèi)建筑工程項(xiàng)目缺乏對(duì)建筑工程信息集成和信息互通(信息轉(zhuǎn)換)，且應(yīng)用目的、信息標(biāo)準(zhǔn)不一，不足以支持精準(zhǔn)匹配建筑工程施工現(xiàn)場的施工計(jì)劃[9-10]。而基于BIM技術(shù)和國外建設(shè)項(xiàng)目信息分類體系，可以參數(shù)化建筑施工過程中各個(gè)階段的工作量、工程量清單、工程定額等，并結(jié)合二次開發(fā)，參考建設(shè)項(xiàng)目信息分類標(biāo)準(zhǔn)(IFC國際標(biāo)準(zhǔn))和建筑信息模型交付準(zhǔn)則[11-12]，首先對(duì)建筑工程項(xiàng)目施工活動(dòng)的量化、分解，并通過BIM技術(shù)強(qiáng)大信息集成能力，對(duì)有變化的信息進(jìn)行處理，并對(duì)變化信息影響區(qū)域進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，進(jìn)而減少建筑施工設(shè)計(jì)乃至施工過程中出現(xiàn)的重復(fù)工作?；贐IM技術(shù)及相關(guān)輔助手段的建筑施工計(jì)劃進(jìn)度生成流程如圖1所示。

圖1 基于BIM技術(shù)及相關(guān)輔助手段的建筑施工計(jì)劃進(jìn)度生成流程

為此，本文根據(jù)施工進(jìn)度計(jì)劃編排的實(shí)際需求，參考現(xiàn)有信息分類體系[13-15]，提出了適用于建筑工程施工現(xiàn)場的施工計(jì)劃。具體如下：①通過對(duì)建筑施工所涉及的專業(yè)分類。其中內(nèi)容包括地基與基礎(chǔ)、建筑主體結(jié)構(gòu)、裝飾工程、屋面工程、管道工程等。由于不同專業(yè)檢測信息標(biāo)準(zhǔn)不一，進(jìn)而導(dǎo)致建筑施工各環(huán)節(jié)信息交互不足，影響施工進(jìn)度。②按建筑施工活動(dòng)分段。因受施工環(huán)境、所處地域以及季節(jié)氣候的影響，做到高效益的成本控制的同時(shí)，貫徹綠色、碳中和以及高質(zhì)量發(fā)展理念，采用分段、分時(shí)的建筑施工。③針對(duì)建筑施工現(xiàn)場條件以及現(xiàn)有施工技術(shù)，對(duì)不同區(qū)域、不同層次采用適宜的施工工藝、施工順序、施工方法以及施工主旨[16-18]。建筑工程項(xiàng)目的施工活動(dòng)分解結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示，基于BIM技術(shù)的成本控制示意圖如圖3所示。

2 BIM技術(shù)二次開發(fā)信息互通

通過BIM技術(shù)強(qiáng)大的信息集成能力，結(jié)合GIS或無人機(jī)等輔助手段對(duì)建筑工程施工前、施工進(jìn)行中乃至施工后進(jìn)行數(shù)據(jù)收集并整理[19-23]。但是GIS或無人機(jī)等輔助手段采集的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)不一，無法直接用于BIM模型。而BIM模型自帶的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換插件，無法快速、高效地識(shí)別并轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)?；诖?，采用Java語言對(duì)BIM軟件進(jìn)行二次開發(fā)。部分信息轉(zhuǎn)換二次開發(fā)Java開發(fā)代碼如圖4所示。

圖2 建筑工程項(xiàng)目的施工活動(dòng)分解結(jié)構(gòu)示意圖

圖3 基于BIM技術(shù)的成本控制示意圖

通過檢測，并結(jié)合建筑工程實(shí)際情況，通過信息轉(zhuǎn)換對(duì)構(gòu)建的BIM建筑模型調(diào)整，從而生成最新的設(shè)計(jì)圖、動(dòng)態(tài)匹配且適宜的施工計(jì)劃以及相關(guān)資料，減少了調(diào)整施工的重復(fù)性的同時(shí)，增加溝通效率，提升管理質(zhì)量。數(shù)據(jù)精度分類見表1。

表1 數(shù)據(jù)精度分類

圖4 部分信息轉(zhuǎn)換二次開發(fā)Java開發(fā)代碼

3 案例分析

本文以某建筑工程的裝飾階段的施工為例，通過BIM技術(shù)自動(dòng)生成初步的裝飾施工進(jìn)度計(jì)劃以及成本控制策略。工程材料根據(jù)裝飾工程的要求采用仿古釉面墻磚、白色乳膠漆、進(jìn)口深啡石材、高分子晶體板和淺色樺木板，其設(shè)計(jì)圖如圖5所示。

采用圖5所設(shè)計(jì)的平面設(shè)計(jì)圖在裝飾施工過程中發(fā)現(xiàn)相關(guān)設(shè)計(jì)圖與裝飾施工存在較多不合理之處，設(shè)計(jì)參數(shù)以及設(shè)計(jì)形式過于簡單。為了結(jié)合裝飾施工的要求，通過建筑工程的設(shè)計(jì)圖(圖5)，在BIM軟件中選取圖5邊界、構(gòu)建原始BIM模型[24-26]。但是目前關(guān)于裝飾工程的建筑信息標(biāo)準(zhǔn)不一，且裝飾工程涉及專業(yè)較廣，通過JAVA語言以及IFC信息標(biāo)準(zhǔn)，并結(jié)合Dynamo參數(shù)化裝飾施工各類指標(biāo)，對(duì)初始建筑裝飾BIM模型進(jìn)行調(diào)整，進(jìn)而生成立體的3D渲染圖(圖6)和施工計(jì)劃與成本控制表(表2)。

圖5 建筑工程平面設(shè)計(jì)圖

表2 裝飾工程定額及工日/工時(shí)轉(zhuǎn)化及成本控制(一戶)

圖6 基于BIM技術(shù)的建筑工程部分裝飾施工3D渲染效果圖

4 結(jié)論

基于BIM技術(shù)，采用Java技術(shù)對(duì)其進(jìn)行二次開發(fā)，加速BIM模型與具體建筑工程項(xiàng)目之間的信息轉(zhuǎn)換，進(jìn)而優(yōu)化建筑工程施工計(jì)劃，數(shù)字化建筑工程施工過程各環(huán)節(jié)的各項(xiàng)指標(biāo)、改良施工順序，進(jìn)而生成恰當(dāng)?shù)慕ㄖこ淌┕さ倪M(jìn)度計(jì)劃，精準(zhǔn)匹配各種施工環(huán)境下的狀況，進(jìn)而提高資源利用，增強(qiáng)成本管控。