王檜耀 王自強(qiáng) 王丹
隨著多高層建筑的不斷發(fā)展,土建行業(yè)存在3 個(gè)亟待解決的問(wèn)題:一是項(xiàng)目涉及建筑、結(jié)構(gòu)、給排水、電氣、暖通等眾多專業(yè)種類,工程建設(shè)過(guò)程中參與方眾多,信息對(duì)接過(guò)程中難度較大;二是多元化設(shè)計(jì)需求和設(shè)計(jì)的科學(xué)性對(duì)建筑設(shè)計(jì)的性能指標(biāo)和設(shè)計(jì)精密度方面提出較高要求;三是較多建筑功能類型眾多、空間構(gòu)成上要求精確,公共設(shè)施及管線布置復(fù)雜[1]。BIM 技術(shù)是一種將建筑工程建設(shè)中各類數(shù)據(jù)信息數(shù)字化、可視化、信息化處理,通過(guò)各項(xiàng)參數(shù)、特性的分析,從而提高建筑工程質(zhì)量和效率的新型設(shè)計(jì)理念和技術(shù)。隨著 BIM 技術(shù)不斷地發(fā)展完善,BIM 技術(shù)依托其強(qiáng)大的協(xié)同性在建筑的全生命周期中運(yùn)用越來(lái)越廣泛。
位于合肥市包河區(qū)淝河路與至德路交口西南角的旭輝天阜·玖江來(lái)小區(qū)住宅樓建設(shè)項(xiàng)目,總用地面積13226.25 m2,總建筑面積33601.56 m2,基于項(xiàng)目的復(fù)雜性和建設(shè)單位要求,項(xiàng)目的設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)維的過(guò)程中均有利用BIM 技術(shù)管理協(xié)調(diào),并取得一定成果。
項(xiàng)目開展之初,為實(shí)現(xiàn)對(duì)BIM 技術(shù)運(yùn)用過(guò)程中的總體管理和協(xié)調(diào),特成立BIM 領(lǐng)導(dǎo)小組。在BIM 管理方面,明確BIM 技術(shù)在項(xiàng)目中的應(yīng)用目標(biāo),制訂人員組織管理架構(gòu),編制BIM 實(shí)施方案,制訂各環(huán)節(jié)接口規(guī)則;在BIM技術(shù)方面,制訂BIM建模標(biāo)準(zhǔn),明確BIM 應(yīng)用點(diǎn)和協(xié)同方案,完成硬件配置。
2.3.1 模型建立
傳統(tǒng)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)期間,建筑、結(jié)構(gòu)、機(jī)電等相關(guān)專業(yè)主要采用CAD二維繪圖軟件設(shè)計(jì),各專業(yè)之間相對(duì)獨(dú)立,無(wú)法保證信息傳遞的實(shí)時(shí)性,往往造成大量返工,要求設(shè)計(jì)者對(duì)設(shè)計(jì)有深刻的理解和豐富的想象[2],綜合考慮傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的缺陷,本項(xiàng)目采用BIM 建模的方式,利用BIM 技術(shù)的協(xié)同性、可視化的特點(diǎn),促進(jìn)了各參與方之間的溝通、協(xié)調(diào)。項(xiàng)目開始時(shí),根據(jù)各專業(yè)任務(wù)量、難度進(jìn)行合理分工,由建筑專業(yè)牽頭進(jìn)行原點(diǎn)、標(biāo)高設(shè)置,其余各專業(yè)設(shè)計(jì)人員基于統(tǒng)一的原點(diǎn)和標(biāo)高,圍繞中心模型直接利用Revit 軟件構(gòu)建本專業(yè)的模型。所有計(jì)算、設(shè)計(jì)直接通過(guò)BIM 三維模型表達(dá),BIM 模型如圖1 所示,并通過(guò)BIM 管理平臺(tái)實(shí)現(xiàn)BIM 數(shù)據(jù)共享,通過(guò)中心模型可以直接獲取其他專業(yè)設(shè)計(jì)信息,在完成所有專業(yè)的協(xié)同設(shè)計(jì)后,通過(guò)碰撞檢查,規(guī)避設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn),最終合模完成模型的建立。
圖1 BIM 模型圖(來(lái)源:作者自繪)
2.3.2 施工圖的繪制與審核
傳統(tǒng)的施工圖繪制主要依賴于二維設(shè)計(jì)軟件AutoCAD,但在繪制過(guò)程中存在著時(shí)間和人力成本過(guò)高、信息傳遞不準(zhǔn)確以及缺乏可視化展示等問(wèn)題,這些問(wèn)題限制了施工圖的準(zhǔn)確性,同時(shí)也增加了項(xiàng)目的風(fēng)險(xiǎn)和成本。利用BIM 技術(shù)能夠顯著提升繪圖效率,降低出錯(cuò)和沖突的可能性,進(jìn)而提高施工的效率與質(zhì)量。
基于BIM 模型的施工圖繪制只需在模型中對(duì)視圖進(jìn)行切分,按照二維施工圖要求,進(jìn)行標(biāo)注和注釋就可以完成施工圖的繪制,由于BIM 模型支持漫游、測(cè)量、剖切、查詢等操作,各專業(yè)之間可輕松實(shí)現(xiàn)碰撞協(xié)調(diào),很大程度上避免了傳統(tǒng)繁瑣的過(guò)程,可出圖性也成為了BIM 技術(shù)的一大特點(diǎn)。在審圖方面,BIM 技術(shù)提供審圖申請(qǐng)功能,各專業(yè)專家直接在線上協(xié)同審圖,審圖過(guò)程中可以通過(guò)添加時(shí)間維度構(gòu)建4D-BIM 體系進(jìn)行施工預(yù)演,方案缺陷一覽無(wú)余,進(jìn)而對(duì)已建立的模型審核、批注、修改,最終敲定施工圖。各專業(yè)通過(guò)BIM 模型自動(dòng)生成的圖紙,如圖2 所示。
圖2 各專業(yè)正向出圖(來(lái)源:作者自繪)
2.3.3 預(yù)制構(gòu)件設(shè)計(jì)
為了更加充分、合理的利用施工場(chǎng)地,工程中會(huì)使用一些預(yù)制構(gòu)件,如梁、剪力墻、樓板等構(gòu)件,這些構(gòu)件在工廠加工,運(yùn)至工地組裝,因此構(gòu)件的生產(chǎn)有嚴(yán)格的精度要求,由于BIM 模型包含構(gòu)件的幾何信息和尺寸要求,并且?guī)缀螀?shù)與構(gòu)件形體直接關(guān)聯(lián),改變參數(shù)的同時(shí),構(gòu)件的形狀和尺寸會(huì)相應(yīng)改變,保證了參數(shù)與構(gòu)件的圖形表達(dá)的統(tǒng)一,設(shè)計(jì)效果更加直觀,直接將BIM 系統(tǒng)和預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)系統(tǒng)對(duì)接,有效避免了信息對(duì)接過(guò)程中信息傳遞不到位造成的誤差,同時(shí)利用BIM 技術(shù)可視化的特點(diǎn)全景式展示構(gòu)件的工藝要求,構(gòu)件的質(zhì)量、精度得以保證(圖3)。
圖3 預(yù)制樓梯模型(來(lái)源:作者自繪)
2.3.4 建筑性能分析
建筑節(jié)能設(shè)計(jì)作為一項(xiàng)關(guān)系能源安全、影響生態(tài)文明的工作,在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中有著舉足輕重的作用,其主要過(guò)程是將建筑的三維模型導(dǎo)入分析軟件,利用軟件對(duì)建筑的通風(fēng)、采光、室外噪聲、熱工、太陽(yáng)輻射等性能展開模擬分析,在此過(guò)程中,模型所包含的建筑信息越豐富、準(zhǔn)確,模擬的結(jié)果越精確。本項(xiàng)目采用BIM 協(xié)同建模的方式,模型集合了建筑耗能分析所需要的建筑環(huán)境、材料、圖紙等信息,為分析的準(zhǔn)確性提供了必要支撐。在模型中,通過(guò)定義建筑各區(qū)域房間邊界并將模型導(dǎo)出為gbXML 格式,保障了模型與分析軟件之間信息傳遞的準(zhǔn)確性和完整性。項(xiàng)目基于BIM 技術(shù)的協(xié)同性,將Revit 軟件導(dǎo)出的模型導(dǎo)入Ecotect 分析軟件,對(duì)該建筑的自然通風(fēng),自然采光進(jìn)行仿真分析,并且對(duì)分析結(jié)果進(jìn)行優(yōu)化,提高建筑物的自然采光水平,優(yōu)化室內(nèi)的自然通風(fēng)效果,提高建筑的舒適度以及節(jié)能水平。
2.3.5 碰撞檢查
碰撞檢查作為BIM 技術(shù)最具價(jià)值的特點(diǎn)之一,能夠在設(shè)計(jì)階段有效避免因各專業(yè)之間沖突、空間布置不合理造成的工期延誤、返工等問(wèn)題,是規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)、提高效益的有效手段。在正向設(shè)計(jì)過(guò)程中,建筑專業(yè)需要將已取得的地質(zhì)地貌信息、環(huán)境信息、幾何信息、非幾何信息參數(shù)化,考慮建筑結(jié)構(gòu)功能、空間布置等因素,建立該項(xiàng)目的三維模型,建模的過(guò)程中利用分析系統(tǒng)對(duì)建筑的通風(fēng)、采光、太陽(yáng)輻射等方面進(jìn)行性能分析;結(jié)構(gòu)專業(yè)主要表達(dá)梁、柱、墻等構(gòu)件的配筋信息、節(jié)點(diǎn)信息;暖通專業(yè)、電氣專業(yè)和給排水專業(yè)基于建立的三維模型進(jìn)行管線設(shè)備的布置。在BIM 模型中,構(gòu)件的信息以三維可視化的形式表達(dá),利用Navisworks 軟件,通過(guò)設(shè)定檢測(cè)條件,可以選擇不同專業(yè),不同構(gòu)件類型進(jìn)行碰撞檢查,找到二維圖紙中難以發(fā)現(xiàn)的圖紙尺寸不一致,信息表達(dá)不明確,凈高不足與管線綜合碰撞問(wèn)題并生成沖突報(bào)告文件,避免了因?qū)I(yè)沖突造成的設(shè)計(jì)不合理問(wèn)題。以地下車庫(kù)設(shè)計(jì)為例,設(shè)計(jì)過(guò)程中,由于專業(yè)之間的不協(xié)調(diào),防火卷簾安裝至梁下,考慮到梁高后,卷簾門上方無(wú)穿越管線空間,通過(guò)碰撞檢查和模型的協(xié)調(diào),機(jī)電管線最終均避開防火卷簾門,示意圖如圖4 所示。
圖4 管線碰撞(來(lái)源:作者自繪)
2.3.6 生成工程量及成本控制
方案設(shè)計(jì)階段是影響項(xiàng)目的工作量和成本的關(guān)鍵環(huán)節(jié),合理的設(shè)計(jì)可以有效避免人力物力的浪費(fèi)[3],BIM模型可視化的特點(diǎn)保證了不同專業(yè)之間信息傳遞的準(zhǔn)確性,深化設(shè)計(jì)后的參數(shù)化模型利用廣聯(lián)達(dá)公司開發(fā)的GFC 插件實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)工程量統(tǒng)計(jì),該插件可以將不同時(shí)段、不同構(gòu)件、不同工作面的工程量信息精確表達(dá),同時(shí)生成工程量清單,實(shí)現(xiàn)工程量的統(tǒng)計(jì)。此外,將計(jì)算得到的工程量清單與計(jì)價(jià)清單關(guān)聯(lián),項(xiàng)目的預(yù)算精度得到了提高,設(shè)計(jì)成本可以得到有效的控制。稱、注意事項(xiàng)、技術(shù)信息,確定合理的施工工序[4]。在和工人技術(shù)交底的過(guò)程中,由于大多數(shù)工人沒有受到專業(yè)訓(xùn)練,缺乏識(shí)別圖紙的能力,專業(yè)人員利用虛擬模型模擬施工過(guò)程,講解施工要點(diǎn),幫助工人明確施工技術(shù)要求,為保證施工質(zhì)量打下基礎(chǔ),此外,通過(guò)BIM 技術(shù)準(zhǔn)確的展示施工場(chǎng)地,施工單位可以合理布置塔吊等設(shè)備、合理規(guī)劃材料堆放區(qū)域,保證場(chǎng)地的科學(xué)使用。
2.3.7 施工準(zhǔn)備
施工準(zhǔn)備過(guò)程中,施工單位運(yùn)用Revit 軟件構(gòu)建可視化三維模型,通過(guò)施工預(yù)演,預(yù)測(cè)施工過(guò)程中可能出現(xiàn)的問(wèn)題,明確施工過(guò)程中的重難點(diǎn)環(huán)節(jié),利用BIM 模型標(biāo)注各施工環(huán)節(jié)名
2.3.8 施工過(guò)程
施工過(guò)程中,項(xiàng)目的質(zhì)量、進(jìn)度、成本是項(xiàng)目管理的三大目標(biāo)[5]。為了更好的協(xié)調(diào)三者之間的關(guān)系,施工人員通過(guò)BIM 的4D 建模(3D 模型基礎(chǔ)上增加時(shí)間屬性)優(yōu)化施工工藝,確定合理的施工工序,保證項(xiàng)目質(zhì)量和效率的同時(shí)科學(xué)地把控項(xiàng)目進(jìn)度。同時(shí)利用BIM 技術(shù)可以明確施工現(xiàn)場(chǎng)面貌,準(zhǔn)確把握施工中的實(shí)際情況,定位施工人員位置,預(yù)測(cè)危險(xiǎn)情況,確定科學(xué)的施工方案,實(shí)現(xiàn)對(duì)材料、機(jī)械、施工人員的管理,同時(shí)記錄施工過(guò)程中的信息變更,動(dòng)態(tài)管理項(xiàng)目空間布置和工程量,避免材料浪費(fèi),降低安全事故,保證項(xiàng)目的精準(zhǔn)開展。
2.3.9 竣工驗(yàn)收及模型交付
傳統(tǒng)交付主要通過(guò)文本和圖像的形式,在項(xiàng)目立項(xiàng)、招標(biāo)、設(shè)計(jì)、施工、驗(yàn)收、交付的全生命周期中,由于過(guò)程繁瑣,工期漫長(zhǎng),期間將產(chǎn)生大量數(shù)據(jù),這些數(shù)據(jù)存在一定的丟失風(fēng)險(xiǎn),為驗(yàn)收工作帶來(lái)困難,本項(xiàng)目通過(guò)BIM 技術(shù)將各承包商提供的竣工模型數(shù)據(jù)高度集成,整合成一個(gè)各環(huán)節(jié)分項(xiàng)施工信息均有詳細(xì)記錄的竣工模型,管理員直接通過(guò)高級(jí)檢索功能快速準(zhǔn)確查詢需要的信息,實(shí)現(xiàn)對(duì)項(xiàng)目的信息化管理,提高驗(yàn)收效率。
BIM 技術(shù)的推廣和應(yīng)用在建筑行業(yè)發(fā)展的過(guò)程中展現(xiàn)出強(qiáng)大的生命力,為建筑行業(yè)注入了新的活力,逐漸打破傳統(tǒng)模式的弊端,受到政府和企業(yè)的高度重視,運(yùn)用BIM 理念構(gòu)建的信息平臺(tái),能夠有效保證項(xiàng)目的質(zhì)量和效率,在項(xiàng)目的技術(shù)、管理、經(jīng)濟(jì)、對(duì)環(huán)境的影響方面都展現(xiàn)出巨大優(yōu)勢(shì),對(duì)建筑行業(yè)的轉(zhuǎn)型具有重大意義,本文論述了在實(shí)際項(xiàng)目的設(shè)計(jì)、施工的過(guò)程中BIM 技術(shù)的應(yīng)用點(diǎn),為相關(guān)項(xiàng)目的建設(shè)和專業(yè)人員對(duì)BIM 的二次開發(fā)提供參考,BIM 技術(shù)通過(guò)精細(xì)化、數(shù)字化、參數(shù)化、智能化管理,保障信息的實(shí)時(shí)傳遞和協(xié)同共享,將進(jìn)一步提高建筑業(yè)現(xiàn)代化水平。