BIM技術在某高品質(zhì)綠色建筑工程項目全過程咨詢應用研究

夏忠衛(wèi) XIA Zhong-wei；田秋紅 TIAN Qiu-hong；潘正偉 PAN Zheng-wei；潘莉 PAN Li；范小峰 FAN Xiao-feng；錢久樂 QIAN Jiu-le

（①江蘇博智工程咨詢有限公司，徐州221000；②徐州開放大學，徐州 221000）

0 引言

在綠色建筑取得迅速推廣的同時，國內(nèi)現(xiàn)有的建設管理方法與技術并不能很好地服務于高品質(zhì)綠色建筑建設全過程。BIM技術應用打破了傳統(tǒng)建設管理過程中各信息技術及各參建方相互孤立的現(xiàn)狀，可以從全壽命周期、各參建方及信息技術的維度對綠色建筑的參建要素進行集成，更好地服務于高品質(zhì)綠色建筑的建設[1]。

結(jié)合工程實踐案例徐州某高品質(zhì)綠色工程項目，研究BIM技術在高品質(zhì)綠色建筑項目管理全過程中的應用，并構建該工程綠色BIM項目管理模型。

1 工程概況

徐州某高品質(zhì)綠色工程項目（5#樓、13#樓）位于徐州高新技術產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū)，毗鄰銅山區(qū)、新城區(qū)，位于徐州市城市發(fā)展的重點方向之一。項目規(guī)劃用地面積為63242.99m2，共包含四棟8層洋房、十棟高層（15~27層）、商業(yè)及幼兒園，總建筑面積約217913.19m2，項目采取工程總承包（EPC）模式，立足于“以人為本”的設計理念，運用新型工業(yè)化建造方式，深度融合綠色健康、裝配式組合結(jié)構、科技智慧等集成技術，打造綠色三星、健康三星、高品位、高質(zhì)量、高舒適度的時尚人文國際社區(qū)。

其中，本次申報的5#樓建筑面積為5337.50m2，13#樓建筑面積為5108.62m2，5#樓和13#樓建筑高度均為24.40m，地上八層，地下一層，其中地上為住宅，地下為非機動車庫和機動車庫及其設備用房。建筑設計使用年限為50年，主要結(jié)構類型為裝配式混凝土剪力墻，地上建筑耐火等級為二級，地下建筑耐火等級為一級。項目100%采用精裝修，其中5#樓戶內(nèi)采用裝配化裝修方式。

2 工程重難點分析

①本工程復雜節(jié)點較多、超高層、設計復雜、BIM模型量大。②本工程工期緊，工程體量大，在施工部署上難度較大。③參加單位多、多專業(yè)交叉施工，協(xié)調(diào)難度大。

3 BIM技術在某高品質(zhì)綠色工程項目案例全過程工程咨詢策劃與實施

該項目以BIM信息化技術為核心，實現(xiàn)設計、制造、施工、運維一體化。從設計到施工均貫穿了BIM信息化技術，有效地優(yōu)化工程設計和管線排布方案，極大提高了設計和施工的自動化程度和安裝的精度，完美還原了建筑的細節(jié)效果。同時各階段的大容量工程數(shù)據(jù)在信息平臺上集成分流和實時共享，有效地架起了設計和運營溝通的橋梁，實現(xiàn)了工程的增值服務價值。

3.1 實施總體目標

對業(yè)主方：減少少算漏算；內(nèi)部運營：從施工技術和管理技術入手減少資源浪費、降低建設管理成本，提升精細化管理水平。

3.2 高品質(zhì)綠色建筑項目案例BIM關鍵技術應用分析及團隊管理機制

BIM最直觀的特點在于三維可視化，降低識圖誤差，本項目利用BIM的三維技術進行碰撞檢查，直觀解決空間關系沖突，優(yōu)化工程設計，優(yōu)化管線排布方案，減少在建筑施工階段可能存在的錯誤和返工。施工人員可利用碰撞優(yōu)化后的方案，進行施工交底、施工模擬，提高施工質(zhì)量以及與業(yè)主溝通的能力。

①建模標準及拆分要求。

流程、編號及色彩搭配按照《建筑工程設計信息模型制圖標準》JGJT448-2018執(zhí)行。本項目的模型依據(jù)三大基礎專業(yè)進行拆分：土建、結(jié)構、機電。模型拆分之處應確立統(tǒng)一的文件坐標，朝向，項目基點，應用的軟件文件及模型格式等。模型的拆分更注重命名，確保模型的組織性，便于拆分分包及后期整合模型。

②模型精度。

依照國際通用LOD100~LOD500模型精度標準，按照招標文件及打造綠色建筑、智慧建筑要求，本工程BIM模型精度按照LOD350高精度標準執(zhí)行。

③相關軟件協(xié)同設計。

在BIM應用實施過程中，相關軟件的協(xié)同設計過程如圖1。其中，建模軟件：Revit（建筑模型、結(jié)構模型）；Magicad（給排水模型、機電模型、暖通模型）；Navisworks（碰撞管線綜合）。造價軟件：廣聯(lián)達土建（土建算量模型）、廣聯(lián)達鋼筋/廣聯(lián)達下料（鋼筋算量模型）、廣聯(lián)達安裝（給排水算量模型、機電算量模型、暖通算量模型）。預制構件生產(chǎn)信息化管理軟件：PCMES（預制構件管理）。施工管理軟件：廣聯(lián)達BIM5D（施工項目信息化管理）。

圖1 基于BIM信息化技術的設計組織結(jié)構圖

④BIM+信息化技術應用。

圖2 BIM+信息化技術應用

1）BIM+數(shù)字化加工：采用BIM與數(shù)字化加工集成，將BIM模型中的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成數(shù)字化加工所需的數(shù)字模型，制造設備可根據(jù)該模型進行數(shù)字化加工。目前，主要應用在預制混凝土板生產(chǎn)、管線預制加工和鋼結(jié)構加工3個方面。

2）BIM+VR模擬：BIM與虛擬現(xiàn)實技術集成應用，可提高模擬工作中的可交互性。在虛擬的三維場景中，可以實時地切換不同的施工方案，在同一個觀察點或同一個觀察序列中感受不同的施工過程，有助于比較不同施工方案的優(yōu)勢與不足，以確定最佳施工方案。

3）BIM+現(xiàn)場協(xié)同：BIM可以與協(xié)同平臺進行配合，通過協(xié)同平臺將施工和模型進行關聯(lián)，每完成一個區(qū)域或者每完成一個建筑構件的一個階段，都可以通過協(xié)同平臺上傳照片，和同位置的BIM模型進行關聯(lián)，這樣就能在模型上實時查看，同時可以明確責任人，包括后面的樓板施工區(qū)域等難以界定的部分，可以通過這種關聯(lián)方式來滿足后期的結(jié)算和找尋負責人的需求，方便后面產(chǎn)生實用性資料。確保施工每一寸，都能明確責任。

4）BIM+施工模擬指導：本工程施工情況復雜，重點應當是讓施工工人完全領會設計意圖，明確施工方法，達到施工質(zhì)量要求。所以BIM模型制作的施工模擬動畫就是必不可少的一環(huán)，應當根據(jù)工況排班有組織的讓工人觀看施工模擬動畫，學習如何規(guī)范化施工，利用科學方式施工，而不是憑借經(jīng)驗面對嶄新的項目，利用施工動畫可以讓工人對于如何安裝，施工標準有了明確的認知。

5）智慧工地平臺：項目擬按智慧工地標準建設，應用人臉識別、勞務實名制管理、車輛未沖洗抓拍、臨邊防護報警、高危大工程預警等設施，實現(xiàn)對工地現(xiàn)場設備、人員、3D指導、環(huán)境等要素全面監(jiān)測、管理。（圖3）

圖3 智慧工地平臺看板

⑤BIM管理機制。

項目專門成立BIM中心，6人常駐現(xiàn)場確保BIM信息化全過程應用的順利進行，主要負責：BIM模型的創(chuàng)建、維護，確保設計和深化設計圖清楚、形象地展現(xiàn)在模型里，及時發(fā)現(xiàn)圖紙問題并解決；清晰地表現(xiàn)出結(jié)構施工流程及施工工藝等，優(yōu)化施工方案和工作計劃；進行模擬施工，進而優(yōu)化工程施工進度計劃。（表1）

表1 項目管理團隊整體有關BIM工作的職責表

3.3 BIM服務分階段實施計劃及成果交付

3.3.1 規(guī)劃設計階段BIM應用

本項目BIM信息化技術在規(guī)劃設計階段，構建建筑、結(jié)構、暖通、給排水和電氣專業(yè)的信息化模型，然后將各專業(yè)模型整合到一起構成完整的建筑模型，再將整體模型導入計算機分析工具中檢測碰撞沖突的類型及位置并生成報告[2]。可以直觀地發(fā)現(xiàn)圖紙中存在的“錯、漏、碰、缺”等問題，及時反饋給設計院并在施工前指導設計單位加以解決，檢驗設計的可施工性，指導項目圖紙會審。這種方法可以優(yōu)化工程設計及管線排布方案，減少在建筑施工階段可能存在的錯誤和返工。

3.3.2 BIM在設計階段深化設計中的應用

①預制構件深化設計。

利用revit軟件完成預制構件深化設計，包括構件庫及連接節(jié)點設計，并提供鋼筋碰撞檢測報告及構件清單。

圖4 標準層預制構件圖

②歸家動線應用。

本項目圍繞客戶體驗感，對整個地庫歸家動線做了整體直觀的提前呈現(xiàn)，車道、車位的整體校核，使凈高滿足2200mm的前提下盡可能提高2300mm左右，集水井、人防大門的提前核對，暴露出圖紙問題。順帶本項目向后做了延伸，根據(jù)裝飾裝修設計資料將地下一層入戶大堂，地上一層大堂建模，做了提前直觀的感受，調(diào)整了管線密集處等不利于業(yè)主觀感的部位。

3.3.3 施工建造階段BIM應用

項目深化設計隨工程進展繪制土建-機電-裝修-景觀綜合圖，并交BIM顧問配合形成深化設計BIM模型。項目使用BIM模型對總體施工計劃、施工方案進行模擬演示，并積極利用BIM信息化技術手段指導施工管理。

①BIM技術在施工建造階段深化設計。主要進行了車道車位優(yōu)化空間提升、車位校核及地庫凈高方案優(yōu)化、入戶空間提升及管線優(yōu)化、凈空高度提升及碰撞檢查、集水坑與車位完整性校核、梁下凈高標記、圖紙一致性校核、共用吊架設計等8大方面的應用。

如在共用吊架設計方面，傳統(tǒng)機電安裝方式，機電各專業(yè)管道采用分支架安裝，各專業(yè)只負責自己本身的支架安裝。而對于本項目，各路由相同的管段可采用公共支架敷設，既節(jié)省費用，也可使管道安裝標高統(tǒng)一，整體美觀，同樣施工難度大大降低相對傳統(tǒng)分支架安裝估算，每平米可節(jié)省成本2元。本項目總面積共28394平方米，約節(jié)省5.6萬元。

圖5 傳統(tǒng)橋架與優(yōu)化吊架效果

②預制構件生產(chǎn)應用階段。構件廠信息化應用：預制構件廠為徐州工潤建筑科技有限公司。構件廠的信息化管理是基于WEB端的構件跟蹤統(tǒng)計平臺-PCMES，此平臺專注于裝配式建筑工廠的智能信息化管理，為工廠提供基于云端、數(shù)據(jù)驅(qū)動、靈活可配置的多平臺實時協(xié)同系統(tǒng)，通過一物一碼、生產(chǎn)溯源、移動協(xié)同、堆場管控、自動報表，用輕量高效的方式幫助工廠提高生產(chǎn)效率、降低制造成本、打通信息孤島。利用PCMES數(shù)字管理平臺完成工廠生產(chǎn)信息數(shù)據(jù)庫，包括生產(chǎn)計劃安排、構件生產(chǎn)流程管理、構件質(zhì)量控制管理等。建立構件生產(chǎn)信息數(shù)據(jù)庫，對構件進行智能化標識，實現(xiàn)建設全過程的控制和管理。詳見圖6。

圖6 預制構件信息化管理示意圖

③項目現(xiàn)場施工應用階段。在項目的施工過程中采用了數(shù)字化的控制技術，對施工數(shù)據(jù)進行處理，實現(xiàn)安裝精確放線，從而快速吊裝和快速定位。通過BIM模型的創(chuàng)建、維護，確保設計和深化設計圖清楚地、形象地展現(xiàn)在模型里，可以更好地發(fā)現(xiàn)圖紙問題并及時解決；可以表現(xiàn)出結(jié)構施工流程，各種施工工藝等，更好地優(yōu)化施工方案和工作計劃；進行模擬施工，進而優(yōu)化工程施工進度計劃。

BIM 5D平臺：以BIM平臺為核心，集成土建、機電、鋼構等專業(yè)模型，并以集成模型為載體，關聯(lián)施工過程中的進度、質(zhì)量、安全、物料等信息，為項目進度、成本管控、物料管理等提供數(shù)據(jù)支撐，協(xié)助管理人員有效決策和精細管理，從而達到減少施工變更、縮短工期、控制成本、提升質(zhì)量的目的。BIM 5D平臺主要包括生產(chǎn)進度管理看板、技術管理看板、質(zhì)量管理看板、安全管理看板。

智慧工地建設：擬按智慧工地標準建設，應用人臉識別、勞務實名制管理、車輛未沖洗抓拍、臨邊防護報警、高危大工程預警等設施，實現(xiàn)對工地現(xiàn)場設備、人員、物資、環(huán)境等要素全面監(jiān)測、管理。

項目利用BIM信息化技術，對建筑空間幾何信息、建筑空間功能信息、建筑使用材料信息及相關設備信息等各專業(yè)數(shù)據(jù)信息進行集成與一體化管理，為綠色建筑設計相關測算提供必要的分析依據(jù)；利用三維數(shù)據(jù)信息可視化技術，對規(guī)劃方案進行分析與優(yōu)化。從室外環(huán)境、建筑能耗、建筑水資源利用、材料資源利用、室內(nèi)環(huán)境等多角度分析以實現(xiàn)合理利用土地、水資源與材料，降低能源消耗[3]。

施工重難點模擬與交底：與普通住宅相比，本項目重難點在于預制裝配率高，且外墻為預制夾心保溫墻板，普通住宅為砌筑墻體+保溫板，為了保證吊裝工藝與步驟的準確，基于BIM技術的模擬性制作了吊裝模擬動畫，從根本上解決施工質(zhì)量與進度問題。

3.3.4 運維管理階段BIM應用

項目建設后期擬設專業(yè)的BIM運維管理部，將設計、施工中BIM信息集成至運維管理系統(tǒng)中，通過與智能化、消防平臺數(shù)據(jù)對接，開發(fā)真實、高效、智慧、可視化BIM運維管理系統(tǒng)，將BIM信息化技術落地到本項目。

①設備集成管理。

利用BIM模型可以整合各系統(tǒng)在三維模型中直觀展示，同時實現(xiàn)快速的查詢和調(diào)取。通過竣工模型提供的資料，可以設置設備養(yǎng)護和更換自動提醒，把安全隱患控制在萌芽狀態(tài)。

②突發(fā)事件應急處理。

維護階段對于突發(fā)事件的處置在于準確和快速，例如疏導人員的撤離，設備緊急關閉或更換，重要領導來訪的安保等。通過BIM模型可以很好地解決目前存在的問題。

③公共安全管理。

1）視頻監(jiān)控：通過配備監(jiān)控大屏幕可以對整個廣場的視頻監(jiān)控系統(tǒng)進行操作。所有監(jiān)控設備均定位于模型中。點擊對應部位即可查看改點監(jiān)控視頻，代替?zhèn)鹘y(tǒng)按照編號查看，極易查詢錯誤。2）可疑人員的定位：利用視頻識別及跟蹤系統(tǒng)，對不良人員、非法人員，甚至恐怖分子等進行標識，利用視頻識別軟件使攝像頭自動跟蹤及互相切換，對目標進行鎖定。3）火災消防管理：基于BIM信息化技術的管理系統(tǒng)可以通過噴淋感應器感應信息，迅速確定火災第一發(fā)生點。

3.3.5 資料管理

徐州某項目中咨詢單位基于BIM技術的業(yè)主方檔案資料構建了綠色建筑項目協(xié)同管理平臺，將施工管理中、項目竣工和運維階段需要的資料檔案（包括驗收單、合格證、檢驗報告、工作清單、設計變更單等）等列入BIM模型中，實現(xiàn)高效管理與協(xié)同。針對聯(lián)系單、簽證單、方案申報等需簽字審批的文件，均可在BIM平臺中實現(xiàn)在線審批，所有記錄均留痕記錄在BIM系統(tǒng)中。

4 應用實施效益

高品質(zhì)綠色建筑實踐項目的創(chuàng)建進一步推動了江蘇省綠色建筑規(guī)?；l(fā)展。該高品質(zhì)綠色建筑實踐項目的經(jīng)濟效益可以分為宏觀和微觀兩個層面。在宏觀層面，從全壽命的角度出發(fā)，將綠色建筑設計所涉及的經(jīng)濟問題整合到從建材生產(chǎn)、設計、施工、運行、資源利用、垃圾處理、拆除直至自然資源再循環(huán)的整個過程。

經(jīng)分析，本項目每年節(jié)約費用可達到約108.3萬元，實現(xiàn)節(jié)電量約171.9萬kWh，標煤節(jié)約量約為68.76萬噸，CO2的減排量高達171.4萬噸。在微觀的層面，該項目建筑面積共計10446.12m2，項目增量成本為614.6萬元，單位面積增量成本約為588.3元。

5 結(jié)語

本工程在規(guī)劃設計階段、施工建造階段充分利用了BIM技術，在前期進行碰撞檢查，直觀解決空間關系沖突，優(yōu)化工程設計以及管線排布方案，減少在建筑調(diào)整的迫切需要；是按照減量化、再利用、資源化的原則，促進資源綜合利用，建設節(jié)約型社會，發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟的必然要求；是堅持走生產(chǎn)發(fā)展、生活富裕、生態(tài)良好的文明發(fā)展道路的重要體現(xiàn)；是節(jié)約能源，保障國家能源安全的關鍵環(huán)節(jié)；是探索解決建設行業(yè)高投入、高消耗、高污染、低效益的根本途徑；是改造和提升傳統(tǒng)的建筑業(yè)、建材業(yè)，實現(xiàn)建設事業(yè)健康、協(xié)調(diào)、可持續(xù)發(fā)展的重大戰(zhàn)略性工作；是助力江蘇省早日實現(xiàn)“碳中和”和“碳達峰”愿景的強大推力。