BIM 技術(shù)在智慧工地建設(shè)中的應(yīng)用策略

文／李羽、吳鏈、劉江 江西應(yīng)用工程職業(yè)學院 江西萍鄉(xiāng) 337000

引言：

所謂智慧工地，就是通過當前先進的信息化技術(shù)手段，在三維設(shè)計平臺上進行建筑工程項目的設(shè)計與施工模擬。將施工過程管理作為目標，建立一個科學管理、智能生產(chǎn)、互聯(lián)協(xié)同形式的信息化施工項目生態(tài)圈，并在虛擬現(xiàn)實條件中通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對建筑工程項目中的各類生產(chǎn)數(shù)據(jù)進行采集，再通過數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)對采集到的所有工程信息數(shù)據(jù)進行分析和處理，以此來為其建筑過程趨勢預(yù)測與專家預(yù)案提供有力支持[1]。通過這樣的方式，便可使現(xiàn)代建筑工程項目得到可視化與智能化的監(jiān)管，從而實現(xiàn)整體建筑工程項目信息化管理水平的顯著提升。

1.BIM 技術(shù)在智慧工地建設(shè)中的主要應(yīng)用方向

1.1 在工程量統(tǒng)計中的應(yīng)用

在現(xiàn)代智慧工地的建設(shè)過程中，BIM 技術(shù)的一個首要應(yīng)用方向就是工程量統(tǒng)計。通過BIM 技術(shù)的合理應(yīng)用，可對建筑工程項目中的鋼材、水泥以及其他材料應(yīng)用數(shù)量做出迅速、準確的統(tǒng)計，從而實現(xiàn)各項材料用量的合理控制，避免材料不足或材料浪費情況對工程進度、質(zhì)量和成本等的不利影響。就目前來看，在通過BIM 技術(shù)中的Revit 軟件進行工程量統(tǒng)計時，可將統(tǒng)計結(jié)果與現(xiàn)場實際材料用量之間的偏差控制在3%以下。

1.2 在節(jié)點分析中的應(yīng)用

將BIM 技術(shù)合理應(yīng)用到建筑工程項目的結(jié)構(gòu)設(shè)計中，通過結(jié)構(gòu)圖紙的設(shè)計和分析，可合理計算出其中所有的復(fù)雜節(jié)點。比如，對于建筑工程結(jié)構(gòu)里的鋼筋框架節(jié)點，具體設(shè)計中，設(shè)計者可采用BIM 設(shè)計軟件來實施模板構(gòu)建，并以此為依據(jù)，對其中的各個結(jié)構(gòu)節(jié)點進行合理的仿真處理。通過這樣的方式，便可對模板中的碰撞節(jié)點做出完整標注，從而為后續(xù)的整體鋼筋框架布置及其空間結(jié)構(gòu)優(yōu)化提供足夠便利[2]。另外，通過BIM 軟件的仿真建模與節(jié)點分析之后，也可以對鋼框架結(jié)構(gòu)中各個支撐構(gòu)件的具體受力狀態(tài)做出科學分析，盡最大限度消除其中存在的安全隱患。

1.3 在碰撞檢查中的應(yīng)用

在建筑工程項目中，對于管道架設(shè)或電纜架設(shè)的位置，因為洞口或線溝無法事先預(yù)留，所以在后續(xù)的電氣工程施工中將很容易出現(xiàn)一些碰撞事故，從而對整體建筑工程的施工進度及其質(zhì)量產(chǎn)生不良影響。為避免此類問題的發(fā)生，相關(guān)單位與工作人員便可通過BIM 技術(shù)來進行施工模擬與碰撞檢查。在BIM 軟件中完成整體建筑與線路等的仿真模型建立，并根據(jù)現(xiàn)場實際情況進行建筑與線路之間的合體模擬施工。通過這樣的方式，便可使后續(xù)實際施工中可能會出現(xiàn)的碰撞問題得以及時發(fā)現(xiàn)，并根據(jù)模擬情況，對施工方案進行合理的改造與完善，以此來顯著降低建筑工程項目施工中的碰撞情況，減少由于施工碰撞所導致的返工問題。

1.4 在材料管控中的應(yīng)用

在智慧工地的材料管控工作中，BIM 技術(shù)也可以發(fā)揮出顯著的應(yīng)用優(yōu)勢。具體管控時，可通過電子標識碼以及條形碼等的形式將施工現(xiàn)場所有的建筑材料、結(jié)構(gòu)部件以及施工設(shè)備等信息全面錄入到BIM 管理系統(tǒng)中，以便管理者實時了解所有進場材料、設(shè)備等的實際情況，并通過BIM 管理系統(tǒng)對其實施追蹤管理與控制。通過這樣的方式，便可為各項材料、設(shè)備的調(diào)度以及建筑工程項目施工方案的合理制定提供有力的技術(shù)支持。

1.5 在現(xiàn)場規(guī)劃中的應(yīng)用

在建筑工程項目的建設(shè)施工中，施工現(xiàn)場規(guī)劃是實現(xiàn)智慧工地合理建設(shè)的關(guān)鍵。而通過BIM 技術(shù)的合理應(yīng)用，便可為智慧工地的現(xiàn)場規(guī)劃工作提供有力支持。在此過程中，相關(guān)單位可將現(xiàn)場所有的工程數(shù)據(jù)導入到BIM 軟件里，通過BIM 軟件對施工現(xiàn)場的實際情況進行仿真模擬，以此來監(jiān)督各種設(shè)備設(shè)施的應(yīng)用以及各個施工環(huán)節(jié)的落實情況。尤其是在一些現(xiàn)場條件比較復(fù)雜的建筑工程項目中，通過BIM 模型的構(gòu)建與應(yīng)用，更是能夠?qū)ζ涫┕がF(xiàn)場做出合理規(guī)劃，盡最大限度保障建筑工程項目建設(shè)施工的順利完成，并使其施工質(zhì)量和安全性得以良好保障[3]。

2.BIM 技術(shù)在智慧工地建設(shè)中的實踐應(yīng)用策略分析

2.1 項目概況

某EPC 項目東部區(qū)域的總建筑面積是21.73 萬m2，其中包括17.55 萬m2主樓建筑面積以及4.18 萬m2地下車庫建筑面積。在該項目中，主要包括11 棟住宅樓，其地上建筑為18 層，地下建筑為2 層，標準層高度是2.9m，建筑主體結(jié)構(gòu)是剪力墻形式。在該建筑工程項目的建設(shè)施工管理中，主要通過智慧工地系統(tǒng)和BIM 輔助施工的方式進行管理。將BIM 技術(shù)作為基礎(chǔ)，構(gòu)建一套完整的智慧工地系統(tǒng)，從而實現(xiàn)整體工程建設(shè)的數(shù)字化、可視化以及智能化管理。

在本次建筑工程項目中，BIM 技術(shù)在智慧工地建設(shè)中的主要應(yīng)用目標包括以下幾個：（1）BIM 建模：通過Lumion、Naviswork、Rhino 以及Revit 等專業(yè)的BIM軟件對該項目中涉及到的所有建筑建模，以此來實現(xiàn)整體BIM 模型與數(shù)據(jù)的形成，從而為后續(xù)的相關(guān)工作奠定有力基礎(chǔ)。（2）BIM 輔助施工：將智慧工地中的BIM 模型作為基礎(chǔ)，借助于相關(guān)數(shù)據(jù)和其他智能化設(shè)備，對該建筑工程項目建設(shè)施工中的各類問題做到及時發(fā)現(xiàn)，并通過BIM 仿真模擬的方式來進行輔助施工，以此來為各個分項工程中的各個工藝環(huán)節(jié)提供滿意的BIM 服務(wù)[4]。（3）基于BIM 技術(shù)的智慧工地系統(tǒng)構(gòu)建：將智慧工地平臺作為依托，通過BIM 建模的形式將整體的建筑工程項目數(shù)字化模型呈現(xiàn)給管理者，從而實現(xiàn)整體施工質(zhì)量、環(huán)境、安全等方面的智慧化與智能化管理。

2.2 BIM 模型構(gòu)建

在本次建筑工程項目的智慧工地建設(shè)中，一項首要任務(wù)就是構(gòu)建整體項目的BIM 模型。將該建筑工程項目實際的建設(shè)施工及其應(yīng)用需求作為依據(jù)，在Revit BIM 軟件中對各個專業(yè)模型進行構(gòu)建。因本次建筑工程項目具有較大的體量，所以在具體的BIM 建模過程中，工作人員主要將不同的業(yè)態(tài)區(qū)域作為依據(jù)，對各個分項目的BIM模型分別進行構(gòu)建，最后再采用輕量化處理的方式，在Naviswork BIM 軟件中完成所有分項目BIM 模型的匯總。通過這樣的方式，便可使各個專業(yè)之間達到良好的相互協(xié)同效果，使不同專業(yè)之間的施工碰撞問題得以及時發(fā)現(xiàn)和有效解決，從而實現(xiàn)不同專業(yè)施工技術(shù)之間的有效銜接，盡最大限度確保整體的建筑工程項目設(shè)計質(zhì)量[5]。同時，本次工程中所構(gòu)建的BIM 模型也和具體的工程成本管理緊密結(jié)合到了一起，將各類的成本信息與成本數(shù)據(jù)都加載到了這個BIM 模型中，以便工作人員在模型中進行工程量清單和相應(yīng)成本信息的獲取。

2.3 BIM 輔助施工

2.3.1 通過BIM 技術(shù)審查三維設(shè)計

首先是沖突檢查。在本次項目的智慧工地建設(shè)中，主要采用Navisworks BIM 軟件來檢查整體項目施工中的碰撞情況，經(jīng)模擬檢測之后，生成的碰撞點總數(shù)為982 個。將檢測出的所有碰撞位置以碰撞報告的形式導出，便提前發(fā)現(xiàn)了施工圖紙中的施工沖突與碰撞問題。結(jié)合實際的碰撞分析與仿真模擬結(jié)果，對各個碰撞點進行合理整改，這樣便可盡最大限度避免實際施工中的返工和拆改等情況。其次是審查三維設(shè)計。將設(shè)計團隊已有的背景和經(jīng)驗作為依據(jù)，在普通沖突檢查的過程中，對整體工程項目的三維設(shè)計圖紙進行了綜合審查，包括規(guī)范性、合理性、美觀性和經(jīng)濟性等多個方面，并結(jié)合具體的審查結(jié)果與工程建設(shè)需求，通過BIM 技術(shù)對其三維設(shè)計做出了合理優(yōu)化。

2.3.2 機電安裝工程的深化設(shè)計

首先是管線綜合方案設(shè)計。結(jié)合BIM 模型以及實際的工程建設(shè)需求，對該項目中的各個區(qū)域管綜方案做出了合理設(shè)計，并將設(shè)計好的剖面方案提交給各個區(qū)域的負責人，再通過和原設(shè)計方以及業(yè)主之間的有效溝通來確認管線的綜合設(shè)計方案。其次是凈高分析。在明確了各個區(qū)域的管線綜合方案之后，需要合理評估其凈空高度。通過凈高分色圖的繪制來清晰表達出項目中各個區(qū)域的實際凈高狀態(tài)，從而為各個建筑區(qū)域凈空狀態(tài)的清晰表達和后續(xù)內(nèi)裝方案的合理制定提供有力支持。最后是安裝深化與預(yù)留預(yù)埋。在業(yè)態(tài)落定之后，設(shè)計者就需要對機電安裝工程進行二次設(shè)計，并將二次設(shè)計結(jié)果作為依據(jù)，對該項目中的機電安裝做到合理深化，以此來實現(xiàn)各個機電系統(tǒng)的精準布局，并以此為依據(jù)，采用三維協(xié)同設(shè)計的方式提前設(shè)置各類的預(yù)留洞口，從而為施工現(xiàn)場后續(xù)的預(yù)留與預(yù)埋工作提供科學合理的設(shè)計圖紙[6]。圖1 為本次建筑工程項目智慧工地建設(shè)中的機電安裝工程BIM 深化設(shè)計圖（部分）：

圖1 本次建筑工程項目智慧工地建設(shè)中的機電安裝工程BIM 深化設(shè)計圖（部分）

2.3.3 施工現(xiàn)場的BIM 技術(shù)應(yīng)用

在本次建筑工程項目施工現(xiàn)場智慧工地建設(shè)中，BIM技術(shù)的主要應(yīng)用策略包括以下幾方面：首先是施工現(xiàn)場布置。在正式施工之前，先通過BIM 技術(shù)對現(xiàn)場的綜合場地平面進行了合理布置，將施工現(xiàn)場實際情況與數(shù)字化三維建筑模型相結(jié)合，實現(xiàn)了施工現(xiàn)場實際布置情況的立體化展示，并對其施工平面布置與交通組織進行了合理規(guī)劃，從而使整個施工現(xiàn)場的空間布局分配情況得到了合理優(yōu)化。其次是模型動態(tài)剖切，通過BIM 軟件對構(gòu)建在其中的建筑工程項目BIM 模型各個截面進行剖切，從而為現(xiàn)場施工提供更加直觀、形象的指導，以便及時發(fā)現(xiàn)實際施工中存在的一些問題，并使其得到及時整改。再次是施工交底方案，將施工圖紙中的設(shè)計模型以及BIM 軟件中的深化設(shè)計模型作為依據(jù)，在BIM 軟件中對其施工過程進行可視化模擬，從而將各項施工操作以更加形象、直觀的形式展現(xiàn)給施工人員，最終達到良好的可視化施工交底工作效果。最后是施工模擬，將確定好的施工技術(shù)方案以虛擬4D 動漫的形式展現(xiàn)給業(yè)主方，以便其及時發(fā)現(xiàn)施工技術(shù)方案中存在的問題，并根據(jù)其實際需求，在BIM 軟件中完成相應(yīng)工序的施工方案修改。

2.4 BIM 與智慧工地管理系統(tǒng)建設(shè)

在本次建筑工程項目的智慧工地建設(shè)中，主要將BIM技術(shù)作為基礎(chǔ)，建立了一個BIM 和智慧工地相結(jié)合形式的管理平臺。在這個管理平臺中，施工現(xiàn)場現(xiàn)有的所有重點設(shè)備、環(huán)境、監(jiān)控以及門禁等傳感監(jiān)測設(shè)備設(shè)施都實現(xiàn)了有機集成，從而可充分滿足智慧工地的智慧化、智能化與可視化管理需求，為其綠色、安全施工提供良好保障。通過施工現(xiàn)場各類傳感監(jiān)測設(shè)備所提供的數(shù)據(jù)接口，將這些設(shè)備全面接入到BIM 與智慧工地管理系統(tǒng)中，將建立好的BIM 模型作為依據(jù)，對整個施工現(xiàn)場進行全面的視頻監(jiān)控，并對其中的各種工程設(shè)備、施工人員、環(huán)境等信息數(shù)據(jù)進行全面的可視化分析與管理，以此來滿足本次建筑工程項目智慧工地的綠色、安全建設(shè)管理需求[7]。表1為本次建筑工程項目BIM 與智慧工地管理系統(tǒng)中的主要功能模塊及其應(yīng)用策略：

表1 本次建筑工程項目BIM 與智慧工地管理系統(tǒng)中的主要功能模塊及其應(yīng)用策略

通過這樣的方式，才可以使BIM 技術(shù)以及智慧工地之間達到良好的協(xié)調(diào)配合效果，從而實現(xiàn)整體建筑工程項目施工全過程的智慧化與可視化監(jiān)管。

2.5 BIM 技術(shù)應(yīng)用效果

在通過上述方式將BIM 技術(shù)合理引入到本次建筑工程項目的智慧工地建設(shè)中之后，通過BIM 技術(shù)與智慧工地的結(jié)合應(yīng)用，主要獲取到了以下幾項應(yīng)用成效：（1）通過BIM 技術(shù)及其相應(yīng)的軟件來建立本次建筑工程項目的樣板模型，這樣就有效避免了實際施工中的樣板區(qū)域試驗?zāi)Ｐ图庸づc制作，從而為本次工程節(jié)約了25 萬元的樣板模型建設(shè)費用。（2）在通過BIM 技術(shù)與智慧工地技術(shù)進行施工現(xiàn)場的智能化與可視化監(jiān)控之后，使得本次建筑工程項目施工現(xiàn)場的安全監(jiān)管質(zhì)量得到了顯著提升，從而有效避免了很多施工安全問題的出現(xiàn)，這也為整體施工周期的控制與工程成本的節(jié)約提供了有利條件。（3）在通過BIM 技術(shù)進行該工程地下車庫綜合管網(wǎng)的建模與碰撞模擬之后，找出了982 個碰撞點，并在設(shè)計單位的協(xié)調(diào)配合下完成了所有碰撞點的優(yōu)化設(shè)計，從而在后續(xù)施工中顯著降低了返工費用。經(jīng)同類型建筑工程項目的對比計算得出，通過碰撞模擬與改進之后，本次建筑工程項目的整體工期縮短了15d 左右，并節(jié)約了約10 萬元的工程費用。（4）通過施工場地的BIM 三維模型化布置和優(yōu)化，使得本次工程的建設(shè)施工現(xiàn)場布設(shè)更加合理，從而避免了不必要的返工情況，并進一步提升了施工現(xiàn)場的安全文明管理質(zhì)量。（5）通過BIM 建筑模型與施工進度計劃的綜合分析，優(yōu)化了很多不合理的施工進度規(guī)劃與工序安排沖突情況，從而節(jié)約了約25d 的施工工期。

結(jié)語：

綜上所述，在現(xiàn)代建筑工程項目的建設(shè)施工過程中，智慧工地是一個先進且有效的全過程監(jiān)管系統(tǒng)。通過智慧工地的合理建設(shè)，可對整個建筑工程項目實施全過程的合理監(jiān)管。而在智慧工地的實際建設(shè)中，BIM 技術(shù)所發(fā)揮的優(yōu)勢不容忽視?；诖?，相關(guān)單位、研究者與工作人員一定要對BIM 技術(shù)以及智慧工地做到充分了解，明確兩者之間的結(jié)合優(yōu)勢及其結(jié)合方法。然后再以此為依據(jù)，結(jié)合實際的建筑工程項目概況，將BIM 技術(shù)合理融入到智慧工地的建設(shè)工作中，從而使建筑工程項目設(shè)計、建設(shè)及其管理等工作得到合理優(yōu)化。