BIM技術(shù)在公共建筑施工全過(guò)程中的落地應(yīng)用——以渭南市某公建項(xiàng)目為例

姚 寶

（渭南遠(yuǎn)大建工集團(tuán)有限公司 陜西 渭南 714000）

1 工程概況

渭南市某公建項(xiàng)目是渭南市委市政府確定的重點(diǎn)民生項(xiàng)目，該項(xiàng)目將打造成為集共享性、識(shí)別性、地域性、生態(tài)性為一體的城市多功能綜合體建筑坐標(biāo)。工程設(shè)計(jì)風(fēng)格是將關(guān)中傳統(tǒng)建筑的方、院，聚落與華山層層疊疊之形態(tài)相融合。具有現(xiàn)代建筑的時(shí)尚氣息，設(shè)計(jì)新穎獨(dú)特。主要包括檔案館、圖書(shū)館、科技館、青少年宮及婦幼活動(dòng)中心等4個(gè)場(chǎng)館組成。

本項(xiàng)目位于渭南市臨渭區(qū)，占地面積約37.3畝，總建筑面積為77 583.10 m2，其中地上7 層，建筑面積46 612.40 m2，地下2層，建筑面積30 970.70 m2，建筑高度37.8 m，建筑設(shè)計(jì)使用年限為50 年，建筑物結(jié)構(gòu)類型為框架結(jié)構(gòu)。

2 工程特點(diǎn)、難點(diǎn)及質(zhì)量目標(biāo)

多功能館功能特殊、綜合性強(qiáng)、造型獨(dú)特、結(jié)構(gòu)形式復(fù)雜、高大空間模架安全要求高、鋼骨混凝土柱施工節(jié)點(diǎn)復(fù)雜、中庭花架梁施工難度大、各獨(dú)立場(chǎng)館間管線凈高控制難、室內(nèi)裝飾裝修風(fēng)格多樣、幕墻系統(tǒng)種類多等特點(diǎn)。本項(xiàng)目質(zhì)量目標(biāo)為“魯班獎(jiǎng)”，在項(xiàng)目特點(diǎn)、難點(diǎn)、質(zhì)量目標(biāo)的基礎(chǔ)上，將其定義為BIM 應(yīng)用重點(diǎn)項(xiàng)目，將BIM 技術(shù)作為一種工具，輔助現(xiàn)場(chǎng)管理人員及作業(yè)人員便捷化管理與施工。

3 BIM實(shí)施方案

依據(jù)集團(tuán)要求與項(xiàng)目實(shí)際需求由BIM 團(tuán)隊(duì)編制BIM 實(shí)施方案，實(shí)施方案中包括BIM 實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)、實(shí)施計(jì)劃、實(shí)施流程、應(yīng)用點(diǎn)、模型整合以及更新等內(nèi)容，并報(bào)集團(tuán)公司BIM 中心審核。該方案是項(xiàng)目BIM 技術(shù)應(yīng)用實(shí)施的綱領(lǐng)性文件，使項(xiàng)目各參與方清楚理解BIM 實(shí)施的戰(zhàn)略性目標(biāo)和階段性目標(biāo)，明確各參與方在項(xiàng)目各施工階段中的工作內(nèi)容及職責(zé)［1］。

4 BIM在施工過(guò)程中的創(chuàng)優(yōu)策劃與實(shí)施

4.1 場(chǎng)地布置策劃

項(xiàng)目部位于樂(lè)天大街與六泉路十字附近，由于渭南市道路交通規(guī)定，樂(lè)天大街禁止大型車輛通行。與交通管理部門(mén)溝通后，僅樂(lè)天大街以北可以通行大型車輛。為方便材料運(yùn)輸及混凝土罐車進(jìn)入場(chǎng)區(qū)，使用BIM 模型進(jìn)行道路寬度、高度模擬，對(duì)場(chǎng)區(qū)施工道路進(jìn)行重新規(guī)劃，根據(jù)模擬結(jié)果，決定在施工場(chǎng)地設(shè)置3個(gè)工地大門(mén)（見(jiàn)圖1）。規(guī)避了吊車、天泵等大型設(shè)備作業(yè)時(shí)影響其他車輛通行的問(wèn)題。

圖1 BIM模型Fig.1 BIM Model

辦公區(qū)綠化部分參照項(xiàng)目建造主體輪廓特點(diǎn)進(jìn)行相應(yīng)策劃。辦公室前花園造型與建造主體輪廓遙相呼應(yīng)，意涵其中（見(jiàn)圖2）［2］。

圖2 BIM模型及辦公區(qū)實(shí)體Fig.2 BIM Model and Physical of Office Area

4.2 主體階段BIM應(yīng)用

4.2.1 鋼骨混凝土柱

建造工程設(shè)計(jì)局部采用鋼骨混凝土柱，梁鋼筋與鋼骨混凝土柱的連接及核心區(qū)鋼筋排布是施工難點(diǎn)之一。利用BIM 技術(shù)，以三維可視化的方式進(jìn)行鋼筋優(yōu)化與施工模擬，確定連接節(jié)點(diǎn)，繪制鋼骨混凝土柱與梁節(jié)點(diǎn)深化設(shè)計(jì)圖，共227個(gè)節(jié)點(diǎn)，深化圖紙681張，深化圖紙經(jīng)原設(shè)計(jì)單位確認(rèn)，有效解決上述問(wèn)題（見(jiàn)圖3）。將項(xiàng)目出具鋼骨混凝土柱節(jié)點(diǎn)深化圖反饋于鋼結(jié)構(gòu)專業(yè)分包單位，利用Tekla 鋼結(jié)構(gòu)專業(yè)軟件進(jìn)行翻模，出具構(gòu)件圖，進(jìn)行工廠化加工，編制專項(xiàng)施工方案，嚴(yán)格按照三級(jí)交底制度進(jìn)行安全技術(shù)交底，過(guò)程管控，嚴(yán)把質(zhì)量關(guān)，確保施工質(zhì)量，實(shí)施效果達(dá)到設(shè)計(jì)要求。利用無(wú)人機(jī)進(jìn)行GIS 正射，與BIM 可視化圖紙結(jié)合，進(jìn)行鋼骨混凝土柱吊點(diǎn)分析，根據(jù)實(shí)際點(diǎn)位比例進(jìn)行鋼骨混凝土柱吊裝施工模擬，確定吊點(diǎn)位置［3］。

4.2.2 屈曲約束支撐

主體結(jié)構(gòu)采用190 個(gè)屈曲約束支撐，屈曲約束支撐一般由3個(gè)部分組成：核心單元、無(wú)粘結(jié)構(gòu)造層與約束單元。在強(qiáng)地震起到耗能，保證主體安全的作用。利用BIM 參數(shù)化模型，對(duì)預(yù)埋件進(jìn)行準(zhǔn)確定位、統(tǒng)計(jì)構(gòu)件數(shù)目。

4.2.3 粘滯阻尼器

主體結(jié)構(gòu)采用88套粘滯阻尼器，粘滯阻尼器一般由圓缸、活塞、阻尼介質(zhì)（硅油）、活塞桿和關(guān)節(jié)軸承等部分組成。建立BIM 參數(shù)化模型，對(duì)管理人員和作業(yè)人員進(jìn)行可視化技術(shù)交底，提高施工效率。

4.2.4 中庭空洞花架梁施工

在青少年活動(dòng)中心中庭空洞屋面1-3 軸交M-P軸中庭處，從1～6 層屋面（屋面結(jié)構(gòu)標(biāo)高為32.4 m）為17 m×17 m 空洞，結(jié)構(gòu)屋面以上5.0 m 為十字花架梁，高度為37.4 m。傳統(tǒng)的滿堂架施工方法，搭建耗時(shí)久、施工難度大、工期長(zhǎng)、費(fèi)用高、安全系數(shù)低?？紤]將頂部花架梁變更為鋼梁，進(jìn)行吊裝，方便施工，經(jīng)與設(shè)計(jì)院溝通，由于西側(cè)中間柱橫向高度在37.4 m，僅有屋面鋼梁及花架梁支撐，若變?yōu)殇摿汉?，?cè)向剛度難以滿足要求，所以考慮在花架梁下搭設(shè)鋼支撐平臺(tái)，作為操作空間，提出如下方案：主梁采用兩層滿足受力要求的工字鋼（Ⅰ40b）進(jìn)行十字疊加搭設(shè)，次梁采用普通工字鋼（Ⅰ16b）進(jìn)行搭設(shè)（見(jiàn)圖4）。此方案滿足上部鋼結(jié)構(gòu)天窗鋼梁的施工，整體安裝、分段拆卸方便，提高施工安全系數(shù)，降低人工、材料費(fèi)用（工字鋼作為固定資產(chǎn)，可重復(fù)利用）。

圖4 節(jié)點(diǎn)模型及方案模型Fig.4 Node Model and Scheme Model

4.2.5 吊籃施工

結(jié)構(gòu)屋面5.0 m 以上為花架梁，外幕墻吊籃橫梁必須跨過(guò)花架梁才能滿足幕墻施工，利用BIM 技術(shù)對(duì)吊籃搭設(shè)方案進(jìn)行策劃，將各方案轉(zhuǎn)化成三維模型（見(jiàn)圖5），直觀對(duì)比并進(jìn)行計(jì)算，確定最終實(shí)施方案，此方案安全系數(shù)高，既滿足外墻幕墻施工，又滿足花架梁和頂部幕墻施工［4］。

圖5 方案比選Fig.5 Scheme Comparison

4.3 機(jī)電安裝BIM創(chuàng)優(yōu)策劃

4.3.1 凈高分析

利用BIM技術(shù)進(jìn)行管線綜合排布，地下1層4個(gè)走廊各有一處2 500 mm 的降板，地下1 層為主要的功能房間和各類電器設(shè)備泵房，走廊寬度較窄并且管道密集，技術(shù)要求高，排布難度大，西側(cè)走廊最窄處寬度為2 240 mm，最低梁下高度為3 700 mm，管線綜合排布后凈高為2 200 mm，不能滿足吊頂高度要求，優(yōu)化后凈高為2 500 mm，提升300 mm，滿足吊頂高度要求［5］。

4.3.2 機(jī)電方案優(yōu)化與實(shí)施

與內(nèi)裝飾吊頂標(biāo)高進(jìn)行對(duì)比，對(duì)功能房間管線進(jìn)行優(yōu)化，確定最佳方案，并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際需求出具剖面圖，導(dǎo)出CAD圖紙，指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施工（見(jiàn)圖6）。

圖6 模型及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)景Fig.6 Model and Live Scene

4.3.3 管井優(yōu)化、預(yù)留預(yù)埋、綜合支吊架施工

對(duì)管井進(jìn)行三維模型建立，優(yōu)化后的管井形象、直觀并帶有注釋數(shù)據(jù)，方便現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員掌握施工圖紙，并根據(jù)要求加工支架，進(jìn)而提高了安裝的施工質(zhì)量。

將機(jī)電、土建模型結(jié)合，深化一次、二次墻體預(yù)留預(yù)埋圖紙，現(xiàn)場(chǎng)施工按照深化后的圖紙進(jìn)行預(yù)留預(yù)埋。減少后續(xù)施工二次開(kāi)洞，節(jié)省工時(shí)和修補(bǔ)材料費(fèi)用。

綜合支架的確定是在管綜排布完成后，依據(jù)管徑的設(shè)計(jì)尺寸和現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)面實(shí)際尺寸以及國(guó)家有關(guān)規(guī)范和相應(yīng)圖集來(lái)確定支架尺寸。根據(jù)確定的管線綜合排布方案，輸出支架加工圖、定位圖、各專業(yè)平面布置圖，有效提高現(xiàn)場(chǎng)施工效率，避免返工現(xiàn)象，確保管線敷設(shè)一次成優(yōu)。

利用BIM 模型對(duì)槽盒、水管、風(fēng)管及所有管件進(jìn)行工程量統(tǒng)計(jì)，與商務(wù)工程量進(jìn)行對(duì)比，為項(xiàng)目部材料用量進(jìn)行了良好的管控，避免材料浪費(fèi)［6］。

4.3.4 裝配式機(jī)房

在使用BIM 技術(shù)三維建模時(shí)，按照廠家提供的機(jī)械參數(shù)進(jìn)行參數(shù)化建模，分割并進(jìn)行工廠化加工，保證了管件的整體尺寸偏差在誤差范圍內(nèi)，有效提高了施工進(jìn)度和整體安裝質(zhì)量。

在消防水泵房空間優(yōu)化時(shí)，依據(jù)CAD設(shè)計(jì)圖紙建立泵房初步模型；項(xiàng)目部與加工廠進(jìn)行前期會(huì)議溝通，確定施工工序、施工注意事項(xiàng)；考慮主體施工的誤差，對(duì)于主體的墻面、梁、柱、頂板、地面、設(shè)備基礎(chǔ)逐一進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量，準(zhǔn)確定位管線；結(jié)合實(shí)際材料、設(shè)備尺寸參數(shù)，完善各類參數(shù)化族；根據(jù)采集的信息及創(chuàng)建的各參數(shù)化族，再結(jié)合電氣通風(fēng)管線進(jìn)行泵房深化建模［7］。

制冷機(jī)房通過(guò)三維建模后，對(duì)冷凍管道進(jìn)行綜合排布，層次分明，閥門(mén)高度一致，支架牢固，減震有效，方便廠家加工運(yùn)輸及現(xiàn)場(chǎng)安裝，泵組立管采用支柱組合支架，解決不同標(biāo)高管線難固定的問(wèn)題，管道支架一次安裝到位。

根據(jù)管徑大小及空間要求結(jié)合管道荷載計(jì)算，選擇支吊架形式和排布方案［8］。

4.4 裝飾裝修BIM創(chuàng)優(yōu)策劃

4.4.1 地下車庫(kù)耐磨地面優(yōu)化

利用BIM 技術(shù)對(duì)地下車庫(kù)耐磨混凝土地面分格進(jìn)行優(yōu)化，根據(jù)柱網(wǎng)軸線進(jìn)行分格，柱網(wǎng)軸線之間間距為9 000 mm，分格縫間距不大于6 000 mm，因此，分格縫設(shè)置于柱網(wǎng)軸線中間部位，分格間距為4 500 mm×4 500 mm；距墻柱邊200 mm 設(shè)置分格縫與柱分格縫交圈，避免機(jī)械設(shè)備切割不到墻柱根部，墻柱根部混凝土地面開(kāi)裂現(xiàn)象。

4.4.2 公共區(qū)域創(chuàng)優(yōu)策劃

對(duì)衛(wèi)生間空間尺寸、細(xì)部做法進(jìn)行優(yōu)化，衛(wèi)生間吊頂、墻磚、地磚三線對(duì)縫，衛(wèi)生潔具居中，開(kāi)關(guān)高度一致，堅(jiān)持樣板引路，弘揚(yáng)工匠精神，實(shí)現(xiàn)過(guò)程精品，質(zhì)量一次成優(yōu)。

在樓梯地磚排布策劃中，利用BIM 技術(shù)進(jìn)行三維鋪磚排布，踏面均分且踢面對(duì)縫，線條居中、上下對(duì)縫。提高施工質(zhì)量，減少材料損耗，降低施工成本，提升鋪裝觀感。

對(duì)電梯前室空間進(jìn)行墻面磚、地面磚排布、頂棚設(shè)備末端點(diǎn)位優(yōu)化、精準(zhǔn)提量，避免返工。

4.4.3 屋面創(chuàng)優(yōu)策劃

利用BIM 技術(shù)對(duì)屋面缸磚進(jìn)行合理排布，整磚鋪貼，套色美觀，坡向正確，考慮排水順暢的同時(shí)考慮嚴(yán)寒地區(qū)明溝消融與不積水，采用黑色缸磚鋪貼溝底；針對(duì)屋面圖案增加了地方、民族與建筑用途的文化元素，針對(duì)不同場(chǎng)館，設(shè)計(jì)不同寓意的花型圖案，既達(dá)到美觀的效果，又體現(xiàn)了設(shè)計(jì)的多樣性，如圖7?所示。

圖7 優(yōu)化模型Fig.7 Optimization Model Optimization Model

4.4.4 幕墻施工

利用BIM 技術(shù)，對(duì)U 型玻璃幕墻的轉(zhuǎn)角處進(jìn)行三維可視化技術(shù)交底，通過(guò)相互插接的方式進(jìn)行連接，解決了邊緣整體強(qiáng)度差、遭受惡劣天氣邊緣容易出現(xiàn)開(kāi)裂的問(wèn)題，如圖7?所示。

5 BIM+應(yīng)用（無(wú)人機(jī)GIS技術(shù)、5D平臺(tái)應(yīng)用）

項(xiàng)目前期利用無(wú)人機(jī)GIS技術(shù)測(cè)量復(fù)核記錄場(chǎng)地內(nèi)地貌情況，并將測(cè)量數(shù)據(jù)導(dǎo)入軟件中，生成地貌模型，協(xié)助現(xiàn)場(chǎng)管理人員計(jì)算土方開(kāi)挖情況。

利用GIS 正射與BIM 可視化圖紙相結(jié)合，對(duì)地下車庫(kù)中的集水坑和電梯井等位置進(jìn)行復(fù)測(cè)，輔助地基與基礎(chǔ)施工階段的質(zhì)量管理。

搭建項(xiàng)目5D 數(shù)字平臺(tái)，可隨時(shí)上傳項(xiàng)目安全、質(zhì)量問(wèn)題，可直觀的查看問(wèn)題所處部位、分管負(fù)責(zé)人和整改進(jìn)度，并定期輸出數(shù)據(jù)報(bào)告圖表，提高項(xiàng)目安全質(zhì)量管理效率。

6 BIMer實(shí)施總結(jié)再前行

各項(xiàng)目部在應(yīng)用BIM 技術(shù)過(guò)程中，以企業(yè)總工程師為負(fù)責(zé)人，建立項(xiàng)目BIM 工作站；結(jié)合各類型項(xiàng)目培養(yǎng)“BIM+”人才，不僅培養(yǎng)大量的BIM 工程師，更要加強(qiáng)對(duì)BIM 人員工程技術(shù)、現(xiàn)場(chǎng)管理復(fù)合型人才的培養(yǎng)；將BIM 技術(shù)作為一種工具，服務(wù)于現(xiàn)場(chǎng)施工，并合理利用其解決項(xiàng)目施工中的重、難點(diǎn)問(wèn)題；提高項(xiàng)目管理水平，降本增效［9］。

7 結(jié)論

綜上所述，將BIM 技術(shù)應(yīng)用于渭南市某項(xiàng)目施工全過(guò)程，以工程特點(diǎn)、難點(diǎn)、質(zhì)量目標(biāo)為基礎(chǔ)，研究BIM 技術(shù)在主體階段、機(jī)電安裝、裝飾裝修施工過(guò)程中的應(yīng)用。主體階段進(jìn)行可視化方案交底，提高施工人員管理效率，保障作業(yè)人員作業(yè)質(zhì)量。機(jī)電安裝階段進(jìn)行方案優(yōu)化，導(dǎo)出CAD 圖紙，指導(dǎo)作業(yè)人員現(xiàn)場(chǎng)施工。裝飾裝修階段，輔助技術(shù)相關(guān)人員進(jìn)行創(chuàng)優(yōu)策劃，樣板引路，一次成優(yōu)。同時(shí)，加強(qiáng)信息化、數(shù)據(jù)化人才培養(yǎng)，為以后公建工程BIM 技術(shù)應(yīng)用指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施工夯實(shí)了基礎(chǔ)，助力公建工程高效管理，利用信息化推進(jìn)企業(yè)管理升級(jí)，為企業(yè)的精細(xì)化管理提供數(shù)字化支撐［10］。