BIM技術(shù)在工業(yè)建筑工程施工管理中的應(yīng)用分析

孫大鵬

近年來，建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）技術(shù)是建筑工程設(shè)計、施工及管理工作中應(yīng)用最為廣泛的一類技術(shù)，具有可視化、協(xié)調(diào)性、優(yōu)化性等諸多優(yōu)點，對提升建筑工程建設(shè)質(zhì)量發(fā)揮了重要的作用。工業(yè)建筑與民用建筑存在諸多差異性，BIM 技術(shù)的應(yīng)用要點及注意事項也會有所不同，需要結(jié)合具體情況，對BIM 技術(shù)在工業(yè)建筑工程施工管理中的應(yīng)用做進(jìn)一步探究。

1 案例概況

某地擬新建一座污水處理廠，總占地面積約為5 萬m2，包含多座工業(yè)建筑。根據(jù)實際的污水處理工藝，整個項目包括二級泵房、翻板濾池、加藥車間、脈沖澄清池、濃縮池、排泥排水池、清水池、脫泥污水池、生產(chǎn)調(diào)度中心以及其他附屬設(shè)施等。由于該污水處理廠的污水處理工藝相對較為復(fù)雜，且含有大量特殊設(shè)備，管線交叉情況較為嚴(yán)重，存在較高的管線碰撞風(fēng)險，傳統(tǒng)設(shè)計模式具有諸多短板，難以滿足實際需要?？紤]到以上問題，工程單位決定采用BIM 技術(shù)對該項目的施工全流程實施輔助管理。

2 應(yīng)用BIM 技術(shù)建立污水處理廠模型

為確保應(yīng)用BIM 技術(shù)建模的準(zhǔn)確性，工程單位首先要開展前期準(zhǔn)備工作。工作人員采用BIM 與地理信息系統(tǒng)（Geographic Information System，GIS）兩項技術(shù)聯(lián)合應(yīng)用的方式進(jìn)行現(xiàn)場勘查作業(yè)，為工程建設(shè)提供必要的信息基礎(chǔ)。其次，考慮到在該工程的GIS 模型設(shè)計中涉及二維和三維兩種類型的數(shù)據(jù)，因此在實際設(shè)計工作中，技術(shù)人員應(yīng)用MapControl 和SceneControl 兩種控件分別調(diào)用數(shù)據(jù)庫中的二維圖層數(shù)據(jù)和三維場景數(shù)據(jù)，以實現(xiàn)二維和三維數(shù)據(jù)之間的聯(lián)動。在兩方面的數(shù)據(jù)執(zhí)行聯(lián)動操作時，先由操作人員獲取二維窗體的中間點坐標(biāo)，再根據(jù)該坐標(biāo)計算出三維場景中的目標(biāo)點位置，從而用平面場景的方式展示系統(tǒng)的三維場景。此環(huán)節(jié)免去了傳統(tǒng)環(huán)節(jié)的投影變換步驟，在GIS軟件界面上即可實現(xiàn)二維平面坐標(biāo)和經(jīng)緯度坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換[1]。最后，在對數(shù)據(jù)進(jìn)行初步處理后，設(shè)計人員基于新一代的MapGIS10 平臺，對污水處理廠工程項目的三維應(yīng)用系統(tǒng)進(jìn)行整體布局。

前期準(zhǔn)備工作完成后，設(shè)計人員結(jié)合前期數(shù)據(jù)、施工圖紙和具體工藝流程等內(nèi)容，采用分部設(shè)計的方式，應(yīng)用Revit軟件設(shè)計污水處理廠的各部分。對其中各個功能模塊，首先建立整體建筑的框架結(jié)構(gòu)模型；其次建立各個分部建筑項目模型；再次建立建筑內(nèi)的機(jī)電工程項目模型；最后建立整體模型并繪制場地平面圖紙，以完成模型的初步構(gòu)建。

在整體模型建立后，技術(shù)人員導(dǎo)出該Revit 模型，轉(zhuǎn)入Navisworks 軟件進(jìn)行碰撞檢測。考慮到污水處理廠的實際運行情況，本次僅對硬碰撞（即兩個構(gòu)件實體在空間位置上相互交錯的情況）進(jìn)行檢測。由此，技術(shù)人員在Navisworks軟件中加載模型，并開啟“碰撞檢查”功能，通過軟件對項目進(jìn)行自動碰撞檢測，從而獲得系統(tǒng)生成的管理報告。碰撞檢測報告具體內(nèi)容如表1 所示。

表1 碰撞檢測報告

依據(jù)此碰撞檢測結(jié)果，技術(shù)部門與設(shè)計部門、施工部門等進(jìn)行統(tǒng)一協(xié)商，修改存在碰撞沖突的部分，以實現(xiàn)預(yù)期目標(biāo)。在修改過程中，仍要基于BIM 技術(shù)，優(yōu)化修改前后的管線模型對比如圖1所示。

圖1 優(yōu)化修改前后的管線模型對比（來源：作者自繪）

3 應(yīng)用BIM 技術(shù)進(jìn)行施工管理的相關(guān)舉措

3.1 基于BIM 技術(shù)模擬施工過程

為切實提升本次施工的安全系數(shù)，施工開始前，首先應(yīng)用BIM 技術(shù)模擬施工過程。技術(shù)人員基于已有的工程模型，調(diào)查施工現(xiàn)場的噪音、車輛進(jìn)出頻率等信息，并結(jié)合施工圖紙確定建筑高度、施工塔吊位置等信息，再將這些數(shù)據(jù)信息全部輸入軟件中，由軟件對施工風(fēng)險進(jìn)行自動預(yù)測。預(yù)測結(jié)果發(fā)現(xiàn)，兩座施工塔吊位置存在一定沖突，可能導(dǎo)致風(fēng)險，因此技術(shù)人員對其中1 座塔吊的位置進(jìn)行調(diào)整，以消除隱患問題[2]。其次，技術(shù)人員還應(yīng)用BIM 技術(shù)對后續(xù)的施工流程進(jìn)行動態(tài)模擬。在該步驟中，技術(shù)人員將建筑模型調(diào)整為RVT 格式，使用Navisworks 軟件中的TimeLiner 功能，動態(tài)模擬工地施工狀態(tài)，并把控相關(guān)設(shè)備的運行情況。在此基礎(chǔ)上，技術(shù)人員進(jìn)一步應(yīng)用軟件中的4D 虛擬模型功能，同時在模型中搭建防墜落保護(hù)裝置，以提高安全管理水平。

3.2 基于BIM 技術(shù)進(jìn)行特殊設(shè)備管理

本次施工預(yù)算環(huán)節(jié)中發(fā)現(xiàn)該污水處理廠中的1 臺關(guān)鍵設(shè)備——0.8t 攪拌機(jī)，因性能參數(shù)存在特殊性，其綜合單價并未及時登記于定額文件中。針對這一問題，工作人員基于BIM 技術(shù)，通過市場調(diào)研、問詢等方式，并根據(jù)已有經(jīng)驗，確定該特殊設(shè)備在施工過程中人工、材料和機(jī)具3 方面的成本開支權(quán)重分別為0.45、0.32、0.23。技術(shù)人員應(yīng)用Dynamo 軟件，將層次分析法（The Analytic Hierarchy Process，AHP）權(quán)重數(shù)據(jù)導(dǎo)入BIM軟件中，再根據(jù)模型和現(xiàn)場實際情況添加此模型參數(shù)，利用Excel 將已有數(shù)據(jù)快速轉(zhuǎn)換至MATLAB 軟件中進(jìn)行計算，最終確定影響該環(huán)節(jié)造價的主要成本為人工成本。因此，工程單位研究后決定增加安裝機(jī)械設(shè)備以節(jié)約成本開支。應(yīng)用此方法后，該設(shè)備安裝后的成本比預(yù)期成本減少了22%左右，充分證明了BIM 技術(shù)應(yīng)用的有效性。

3.3 基于可視化的BIM 技術(shù)應(yīng)用

在本次工程施工中，BIM 技術(shù)的可視化優(yōu)勢也得到了充分應(yīng)用。首先，工程單位技術(shù)人員基于BIM 技術(shù)的可視化特點，分析該工程的空間凈高，并基于模型的剖面圖確定各個空間位置的凈高。在應(yīng)用BIM 技術(shù)對施工區(qū)域空間凈高進(jìn)行分析后，該施工區(qū)域不同的空間凈高數(shù)據(jù)一目了然。基于此，工程單位優(yōu)化調(diào)整了不同生產(chǎn)工藝的設(shè)備安裝運行區(qū)域，并合理排布了水管和供熱管線等，確保相關(guān)工藝流程能夠有條不紊運行[3]。施工現(xiàn)場管線排布工作如圖2 所示。

圖2 施工現(xiàn)場管線排布工作（來源：作者自攝）

其次，工程單位還應(yīng)用BIM 軟件進(jìn)行了施工預(yù)演。在此環(huán)節(jié)中，主要模擬各種設(shè)備和管線的安裝過程，工程設(shè)備安裝預(yù)演示意圖如圖3 所示。工程單位通過施工預(yù)演對施工人員進(jìn)行直觀的技術(shù)交底工作，有效避免了以往因大量使用專業(yè)術(shù)語導(dǎo)致的技術(shù)交底工作效率不足等問題，并在后續(xù)施工環(huán)節(jié)中也發(fā)揮了重要作用。

圖3 工程設(shè)備安裝預(yù)演示意圖（來源：網(wǎng)絡(luò)）

3.4 應(yīng)用BIM 技術(shù)進(jìn)行工程質(zhì)量管理

在本次工程施工期間，技術(shù)人員通過已建立的BIM 模型與現(xiàn)場施工情況進(jìn)行比對，將BIM 模型應(yīng)用于整體施工項目的監(jiān)督管理中。通過這種比對方式，有效避免了施工錯誤，同時也最大程度上消除了不按照圖紙施工產(chǎn)生的風(fēng)險問題[4]。另外，技術(shù)人員積極應(yīng)用BIM 技術(shù)進(jìn)行工程量分析，確保工程按要求完成。這方面的應(yīng)用由工程單位的預(yù)算員和技術(shù)員共同協(xié)作完成，應(yīng)用場景和具體方案如表2 所示。

表2 BIM 技術(shù)在工程量分析計算中的應(yīng)用

3.5 應(yīng)用BIM 進(jìn)行工程驗收階段的質(zhì)量控制

在全部施工流程完成后，管理人員通過應(yīng)用BIM 技術(shù)，快速整合施工流程中產(chǎn)生的各種影像數(shù)據(jù)資料以及其他類型的數(shù)據(jù)信息資料，這些資料整合后即可在BIM 三維模型技術(shù)的支持下構(gòu)建項目數(shù)據(jù)庫。依據(jù)該數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)信息，現(xiàn)場驗收環(huán)節(jié)可根據(jù)數(shù)據(jù)信息中的項目快速判斷施工環(huán)節(jié)是否出現(xiàn)了隱患和缺陷[5]。特別是對于一些隱蔽性較強的問題，管理人員通過查閱圖片資料，或同三維模型進(jìn)行對比，便可快速找出較隱蔽的施工質(zhì)量問題，從而進(jìn)一步提高建筑工程項目的質(zhì)量。

4 結(jié)語

整體來看，在本次研究中，結(jié)合某地污水處理廠工程項目建設(shè)的實際情況與需求，以BIM 技術(shù)為核心，同時整合計算機(jī)技術(shù)、GIS 技術(shù)等為輔助，使BIM技術(shù)在施工環(huán)節(jié)的管理工作中得到了全面應(yīng)用，這對于提升項目質(zhì)量具有突出的現(xiàn)實意義。因此，在今后的工作中，應(yīng)針對工程的具體情況，結(jié)合相關(guān)規(guī)定要求構(gòu)建出相應(yīng)的BIM 模型，并進(jìn)行模擬分析等工作，以保證整個施工活動順利開展。