基于BIM技術(shù)的建筑智能建造應(yīng)用研究

摘要：隨著建筑行業(yè)的發(fā)展和社會需求的改變，建筑工程建設(shè)逐漸趨于信息化和智能化。為了分析BIM技術(shù)在建筑智能建造中的應(yīng)用效果，以某建筑工程為例，針對工程難點，基于BIM技術(shù)從施工平面布置、管線綜合深化、鋼結(jié)構(gòu)深化與施工、BIM集成智慧平臺方面對建筑的智能建造效果進行了分析。項目通過BIM智能化建造，在經(jīng)濟效益上縮短工期近38d，降低工程成本近200萬元，同時降低了資源浪費和環(huán)境污染，取得了顯著的效果。

關(guān)鍵詞：BIM技術(shù)；智慧平臺；管線碰撞

0" "引言

隨著城市化進程的加快，建筑行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)也越來越高，傳統(tǒng)的設(shè)計建造方式已難以滿足現(xiàn)代建筑的高效、高質(zhì)量需求，尤其對于結(jié)構(gòu)復(fù)雜、形狀不規(guī)則的公共建筑，傳統(tǒng)二維設(shè)計難以清楚表達異形構(gòu)件的設(shè)計信息，不能對施工起到有效指導(dǎo)作用[1-2]。

而隨著信息技術(shù)的發(fā)展，建筑的智能建造逐漸受到建筑從業(yè)者的關(guān)注和重視。BIM技術(shù)作為一種新型的建筑信息管理工具，從最初的建筑信息模型發(fā)展至今天的數(shù)字化建造，以其三維可視化、信息集成和協(xié)同工作的特點，逐漸成為智能建造的核心技術(shù)，這也為建筑業(yè)的發(fā)展帶來了新的機遇[3-4]。

何俊杰等[5]通過智能建造技術(shù)，對某建筑施工方案進行了數(shù)字化模擬，提高了工程的智能性和高效性。宋雙等[6]智能檢測、智能監(jiān)控、施工信息云同步等方面分析了BIM時代背景下裝配式建筑智能化建造的可行性，為裝配式智能化轉(zhuǎn)型提供了借鑒。為了進一步分析BIM技術(shù)在建筑智能建造中的應(yīng)用效果，以某建筑工程為例，針對工程難點，基于BIM技術(shù)從施工平面布置、管線綜合深化、鋼結(jié)構(gòu)深化與施工、BIM集成智慧平臺方面對建筑的智能建造效果進行了分析，為類似項目提供了指導(dǎo)和借鑒。

1" "項目概況

某建筑建筑面積和用地面積分別為107129.69m2和42005.42m2，建筑高度為38m，建筑綠化率和覆蓋率分別為32%和50%，該建筑地下1層、地上5層，地下和地上規(guī)定建筑面積分別為30560.42m2和48241.14m2，建筑功能為博物館。

建筑地上結(jié)構(gòu)類型為樓承板+全鋼框架，地下結(jié)構(gòu)類型為鋼框架+鋼筋混凝土框架，基礎(chǔ)形式為筏板基礎(chǔ)+抗浮錨桿。地上層高依次為地下室層高為8.2m，地上層高依次為10m、8m、8m、3.3m、3.3m。

本工程地上由5個筒體結(jié)構(gòu)組成，筒體間通過裙房連廊進行連接，筒體結(jié)構(gòu)為鋼管斜柱全鋼框架結(jié)構(gòu)，由于鋼管柱均自帶傾斜角度，1#筒直徑由76m內(nèi)縮至63m，2#筒直徑由56m內(nèi)縮至46m，3#筒直徑由54m內(nèi)縮至42m，4#筒直徑由48m內(nèi)縮至42m，5#筒直徑由42m內(nèi)縮至40m，內(nèi)傾斜柱傾角12°至34°不等。

2" "工程難點

2.1" "測量定位難度大

本工程施工場地空間、平面不規(guī)則，且為空間結(jié)構(gòu)體系，由多個圓筒組合，各層圓心均不在同一點，各筒圓心偏移方向、角度均不一致，對構(gòu)件加工精度要求高，現(xiàn)場施工過程中難以精準(zhǔn)進行測量定位，無法保證施工質(zhì)量和工期。

2.2" "施工工藝復(fù)雜

本工程筒體傾斜，為減小筒體側(cè)移，設(shè)計采用同層施工的施工順序。整個坡屋面視為同層，施工順序?qū)て谟绊憳O大。同時本工程框架內(nèi)傾斜柱與轉(zhuǎn)換桁架及鋼梁連接的多肢相交節(jié)點，對組裝精度要求極高，且節(jié)點構(gòu)造復(fù)雜、焊縫密集及施焊空間狹小，施工工藝復(fù)雜，對工程安全和質(zhì)量控制保障要求高。

2.3" "墻體施工質(zhì)量及落地效果難控制

本工程幕墻工程是涵蓋了石材幕墻、玻璃幕墻、玻璃采光頂、金屬幕墻的綜合性幕墻工程。其中石材幕墻單體板塊質(zhì)量達1t以上，施工難度大，對深化及施工工藝要求高。項目輕質(zhì)隔墻由6～8層不同材質(zhì)復(fù)合而成，后期開槽或拆改難度大。地下室存在大量異圓心、異半徑弧形墻體，墻體面積約12000m2，且地下室層高較高，負一層層高6.4～8.2m，弧形墻體施工質(zhì)量及落地效果控制難度較大。

2.4" "機電設(shè)備安裝標(biāo)準(zhǔn)高

建筑內(nèi)部標(biāo)高較多，空間復(fù)雜，機電設(shè)備較多，管線走向和排布難度大。同時為了保證建筑的美觀，對建筑內(nèi)外裝飾裝修和機電安裝制定了較高的標(biāo)準(zhǔn)。

3" "基于BIM技術(shù)的建筑智能建造具體應(yīng)用

根據(jù)上述工程難點，通過BIM技術(shù)實現(xiàn)建筑的智能建造，對施工場地布置、鋼結(jié)構(gòu)深化施工、墻體深化設(shè)計以及機電安裝進行優(yōu)化，提高工程質(zhì)量和建設(shè)效率。

3.1" "施組平面布置優(yōu)化

建立不同階段施工組織平面模型，通過BIM模型的可視化對不同階段垂直方向與水平方向的交通組織進行設(shè)計，通過不同視角及施工場地漫游，調(diào)整施工道路、生活區(qū)、臨建區(qū)、辦公區(qū)等布置，完成項目施工總平面布置，提高工程施工效率。項目場地布置模型如圖1所示。

各專業(yè)人員通過BIM協(xié)作平臺可以實現(xiàn)信息共享和數(shù)據(jù)交換，實現(xiàn)設(shè)計、施工和管理各方之間的協(xié)同工作，提升施工組織平面布置優(yōu)化的效率和準(zhǔn)確性。結(jié)合施工進度和BIM模型，對工程全過程進行模擬建造，參考工程各階段特點優(yōu)化技術(shù)措施、施工流水、施工方案等，對施工活動的有序開展進行指導(dǎo)。

通過無人機傾斜拍攝現(xiàn)場實景照片，導(dǎo)入實景建模軟件，打開空三運算引擎，提交空中三角測量。設(shè)置空三參數(shù)定義，選取格式，提交生產(chǎn)模型并運算，最后生成輕量化實景模型。同時拍攝各階段施工場地實際施工進度，與BIM模型施工進度進行比較，全面清晰掌握工程進度偏差，及時調(diào)整各環(huán)節(jié)工程進度，實現(xiàn)工程的動態(tài)管控。工程實景模型圖如圖2所示。

3.2" "綜合管線優(yōu)化

實現(xiàn)工程項目的快速高效建設(shè)，核心在于能夠提前發(fā)現(xiàn)設(shè)計以及施工中存在的問題，并在前期設(shè)計階段避免這些問題，保證工程進度和質(zhì)量。建筑機電管線深化設(shè)計需要建筑、結(jié)構(gòu)、給排水、電氣等專業(yè)間不斷的相互協(xié)調(diào)溝通，通過BIM技術(shù)可以實現(xiàn)各專業(yè)之間的信息共享和協(xié)同工作，提高設(shè)計效率和質(zhì)量。

基于BIM協(xié)同工作平臺，各專業(yè)人員可以在平臺中，將其他專業(yè)模型以鏈接的方式，整體引入至本專業(yè)工作界面，通過合模能夠直觀判斷出各專業(yè)間設(shè)計沖突部位。利用BIM技術(shù)三維可視化的特點，可以在綜合管線初步排布后開展碰撞檢查，定位出碰撞部位并進行調(diào)整，以使管線布置更加合理、經(jīng)濟、美觀，避免在實際施工中出現(xiàn)的管道和設(shè)備空間不足等問題。

利用BIM技術(shù)結(jié)合機電預(yù)埋、精裝修、展陳等單位，提供準(zhǔn)確的機電安裝施工所需的構(gòu)件信息、定位尺寸和預(yù)留預(yù)埋等相關(guān)內(nèi)容，做好深化設(shè)計，可以大幅度提高管線綜合的效率，并確保一次安裝預(yù)埋到位，避免后期拆改影響觀感，達到降低成本和提高消防工程安裝一次成功率的目的。同時，進行后續(xù)穿插施工進行模擬施工，選擇最佳施工方案。局部管線吊架深化如圖3所示。

3.3" "鋼結(jié)構(gòu)優(yōu)化

3.3.1" "主要流程

本工程筒體結(jié)構(gòu)為鋼管斜柱全鋼框架結(jié)構(gòu)，鋼管柱均自帶傾斜角度，且分段較多，如何確保框鋼柱的施工質(zhì)量是此次工程的重點和難點。通過BIM軟件構(gòu)建鋼結(jié)構(gòu)模型，按1：1的比例對鋼節(jié)點和鋼結(jié)構(gòu)進行模擬放樣。基于鋼結(jié)構(gòu)BIM模型，動態(tài)模擬施工工藝和施工方案，掌握施工過程中的關(guān)鍵點，對施工工藝和方案進行優(yōu)化，并確定了相應(yīng)的解決措施。

3.3.2" "操作要點

采用BIM模型輔助施工測量人員快速提取坐標(biāo)、高程、尺寸等數(shù)據(jù)，并通過激光放線機器人將做好的三維模型拷貝到設(shè)備，然后放樣到室內(nèi)或者室外，投射出來的點線，施工人員可以跟進這種點線進行施工，有助于提高操作精度和速度。

在安裝斜柱時，通過BIM三維深化模型，精確確定雙夾板自平衡耳板尺寸及定位。提前確定鋼絲繩長度，構(gòu)件起吊后姿態(tài)基本就位，設(shè)置3個吊點控制調(diào)節(jié)鋼柱角度。利用全站儀進行安裝坐標(biāo)控制，將葫蘆微調(diào)精準(zhǔn)就位，在控制斜角小于25°時自平衡雙夾板耳板安裝固定，超過25°時額外增加支撐立柱輔助安裝。

安裝轉(zhuǎn)換桁架時采用“構(gòu)件分段+支撐胎架+原位吊裝”的施工方法由下至上正序施工，并通過BIM技術(shù)對方案進行動態(tài)模擬，分析方案可行性，如圖4所示為局部鋼結(jié)構(gòu)示意圖。通過液壓千斤頂組合操作設(shè)備對安裝存在誤差的傾斜鋼柱構(gòu)件進行校正。局部鋼結(jié)構(gòu)模型如圖4所示。

3.4" "墻體優(yōu)化

本工程幕墻工程造型獨特，異形墻體較多，鑒于此，結(jié)合BIM模型充分利用幕墻視覺樣板模擬工況制作幕墻視覺樣板，以確定最終幕墻效果，明確施工工藝、工序、安全管控措施及重點注意事項。利用3D掃描儀采集現(xiàn)場實體數(shù)據(jù)，依據(jù)點云數(shù)據(jù)建立BIM墻體模型，根據(jù)BIM模型二次深化幕墻圖紙。

3.5" "集成智慧平臺

基于BIM技術(shù)建立的施工現(xiàn)場管理平臺，即為BIM智慧工地指揮中心，其整合了各種信息技術(shù)和智能化設(shè)備，可為施工現(xiàn)場提供全面的管理和監(jiān)測服務(wù)。

通過安裝攝像頭和傳感器，對施工現(xiàn)場進行實時監(jiān)控，監(jiān)測施工進度、安全、質(zhì)量等方面的情況，及時發(fā)現(xiàn)和解決問題。通過BIM技術(shù)，對施工過程進行數(shù)據(jù)化管理，記錄施工進度、材料使用、人員管理等信息，便于后期查詢和分析。通過智能化設(shè)備監(jiān)測施工現(xiàn)場的環(huán)境、設(shè)備、人員等方面的安全風(fēng)險，及時發(fā)出預(yù)警信息，預(yù)防安全事故的發(fā)生。通過安裝傳感器和質(zhì)量檢測設(shè)備，對施工質(zhì)量進行實時監(jiān)測和評估，確保施工質(zhì)量符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

除此之外，項目使用了BIM輕量化引擎協(xié)同平臺，大大降低了BIM模型的存儲占用空間，使一線工作者和項目管理者能夠隨時隨地通過平板、手機等設(shè)備查看BIM模型，打破了BIM模型在高配置設(shè)備下才能流暢運行的限制，擴大了BIM模型應(yīng)用范圍和場景。

項目同時配備了結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測平臺，基于機器視覺技術(shù)，通過攝像拍照對結(jié)構(gòu)撓度值、偏移量、變形值等進行識別，如對高大支模區(qū)域、基坑以及斜鋼柱的變形監(jiān)測。監(jiān)測數(shù)據(jù)實時上傳至指揮中心，項目部安排專人跟蹤數(shù)據(jù)情況，以便對現(xiàn)場情況快速反應(yīng)，在保證施工質(zhì)量的前提下降低了監(jiān)測成本。

4" "結(jié)束語

利用信息技術(shù)和智能技術(shù)實現(xiàn)建筑工程的智慧建造，提高建筑的智能化程度對建筑的成本控制、質(zhì)量控制以及進度控制至關(guān)重要。本文以某工程為例，針對工程難點，基于BIM技術(shù)從施工平面布置、管線綜合深化、鋼結(jié)構(gòu)深化與施工、BIM集成智慧平臺方面對建筑的智能建造進行了分析。項目通過BIM智能化建造，縮短工期近38d，降低工程成本近200萬元，同時降低了資源浪費和環(huán)境污染，取得了顯著的效果。

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