BIM技術(shù)在土建工程施工中的應(yīng)用研究

【摘要】目前，BIM技術(shù)在土建工程的結(jié)構(gòu)和裝飾工程施工中的應(yīng)用，與機(jī)電、鋼結(jié)構(gòu)等專業(yè)對(duì)比，應(yīng)用程度相對(duì)較淺。應(yīng)用大多在局部節(jié)點(diǎn)模擬以及效果展示上，造成了全專業(yè)、全流程BIM技術(shù)應(yīng)用斷點(diǎn)。文章通過對(duì)多個(gè)土建工程項(xiàng)目的BIM技術(shù)應(yīng)用實(shí)踐，總結(jié)了基于BIM技術(shù)的數(shù)字化施工方法和施工經(jīng)驗(yàn)。研究結(jié)果表明，落實(shí)土建工程基于BIM技術(shù)的全面數(shù)字化應(yīng)用，能打通全專業(yè)、全生命周期BIM技術(shù)的應(yīng)用流程，實(shí)現(xiàn)全面數(shù)字化建造，使工程大幅提質(zhì)增效。

【關(guān)鍵詞】土建工程；BIM技術(shù)；智慧建造；數(shù)字化；全生命周期

【中圖分類號(hào)】TU17 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A 【文章編號(hào)】1673-6028（2025）01-0034-03

0 引言

BIM技術(shù)的核心是創(chuàng)建工程項(xiàng)目構(gòu)件的數(shù)字化孿生模型，并在工程建造各階段，賦予模型各參與方、各建造活動(dòng)相關(guān)的信息?；贐IM信息管理技術(shù)，可以重塑工作流程?；贐IM技術(shù)的智慧建造，可以實(shí)現(xiàn)精細(xì)化建造，提高施工效率及施工質(zhì)量?；贐IM及智慧建造的工作協(xié)同，可以提高工作溝通效率，減免工作銜接誤差。綜合BIM技術(shù)和智慧建造技術(shù)，并落實(shí)工作協(xié)同，可以促進(jìn)建筑企業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型發(fā)展。

1 BIM應(yīng)用思路

從工程項(xiàng)目的各專業(yè)施工順序上看，土建工程中的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、砌體結(jié)構(gòu)工程靠前，裝飾工程相對(duì)靠后。結(jié)構(gòu)工程質(zhì)量決定了主體工程質(zhì)量，結(jié)構(gòu)工程成形質(zhì)量影響后續(xù)各專業(yè)施工。裝飾工程現(xiàn)場施工受前期各專業(yè)的制約，也與同期多專業(yè)交叉施工、相互影響。因此，要貫通工程項(xiàng)目施工的全鏈條、全周期的數(shù)字化管理，需要在土建工程的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、裝飾工程施工中，全面做深、做實(shí)BIM技術(shù)應(yīng)用點(diǎn)，改進(jìn)工作流程，落實(shí)基于BIM及智慧建造的工作協(xié)同。

2 BIM技術(shù)應(yīng)用措施

2.1 基于BIM技術(shù)的工作流程優(yōu)化

2.1.1 BIM技術(shù)應(yīng)用實(shí)施策劃管理

在開展BIM技術(shù)應(yīng)用工作前，做好應(yīng)用實(shí)施策劃與在各分項(xiàng)工程施工前規(guī)劃專項(xiàng)施工方案一樣重要。實(shí)施策劃應(yīng)明確項(xiàng)目BIM技術(shù)應(yīng)用方向、工作流程以及具體實(shí)施方法，促進(jìn)項(xiàng)目BIM技術(shù)應(yīng)用低成本、高效率實(shí)施，并與項(xiàng)目實(shí)際需求緊密結(jié)合，提升項(xiàng)目智慧建造水平[1]。在策劃中應(yīng)重點(diǎn)分析鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)及裝飾專業(yè)施工重難點(diǎn)，明確各重難點(diǎn)的解決思路、實(shí)施方法，制定符合需求的建模、管理標(biāo)準(zhǔn)以及管理流程等。

2.1.2 基于BIM技術(shù)的項(xiàng)目管理流程分析

BIM技術(shù)應(yīng)用要貫穿項(xiàng)目始終，才能形成數(shù)字化建造閉環(huán)，發(fā)揮BIM技術(shù)及數(shù)字建造價(jià)值。施工前，在設(shè)計(jì)階段完成三維建模，隨著施工開展，BIM信息逐漸完善，由3D完善到7D[2]。在BIM3D模型中加入時(shí)間信息，形成4D信息模型，加入成本，形成5D信息模型，加入性能、資產(chǎn)等信息，形成運(yùn)維階段需要的6D、7D信息模型。

1）模型先行。在施工前，依據(jù)設(shè)計(jì)圖紙或模型，建立、完善施工階段鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、砌體結(jié)構(gòu)及裝飾專業(yè)模型。記錄在建模過程中發(fā)現(xiàn)的設(shè)計(jì)問題及施工建議，形成圖紙會(huì)審，得到業(yè)主、設(shè)計(jì)師回復(fù)后，依據(jù)圖紙會(huì)審進(jìn)行模型調(diào)整。

2）模型整合。將上述專業(yè)模型與其他模型整合，記錄整合過程中發(fā)現(xiàn)的土建專業(yè)問題。組織專業(yè)的BIM協(xié)調(diào)會(huì)，核實(shí)結(jié)構(gòu)、裝飾的準(zhǔn)確性，協(xié)助機(jī)電專業(yè)確定各區(qū)域空間凈高，協(xié)調(diào)解決碰撞點(diǎn)，確定初版模型并出圖。

3）模型深化。在初版模型基礎(chǔ)上，對(duì)各專業(yè)模型進(jìn)行深化，基于土建模型協(xié)調(diào)解決機(jī)電管線路由，將確定后的深化模型出圖，報(bào)送相關(guān)部門審核。

4）報(bào)審與調(diào)整。報(bào)審、現(xiàn)場施工過程中如有問題，應(yīng)進(jìn)行二次調(diào)整。

5）完善模型。在施工過程中借助三維掃描、AR等數(shù)字化手段做好質(zhì)量跟蹤并形成報(bào)告，進(jìn)一步完善模型信息。

6）信息錄入。將最終的零碰撞模型進(jìn)行非幾何信息錄入，為竣工模型移交及后期運(yùn)維做好基礎(chǔ)工作。

2.2 基于BIM技術(shù)的智慧建造

2.2.1 模型創(chuàng)建

創(chuàng)建高精準(zhǔn)的三維模型是后續(xù)工作的基礎(chǔ)。結(jié)構(gòu)、裝飾模型創(chuàng)建應(yīng)遵循以下幾點(diǎn)原則。

1）設(shè)定建模標(biāo)準(zhǔn)。創(chuàng)建前設(shè)定好建模標(biāo)準(zhǔn)，包括命名規(guī)則、編碼規(guī)則、顏色標(biāo)準(zhǔn)、包含信息等。

2）扣減構(gòu)件。模型構(gòu)件應(yīng)按實(shí)際施工進(jìn)行扣減，如結(jié)構(gòu)的柱扣梁、梁扣板等。

3）自建族。當(dāng)建模軟件內(nèi)既有的族類型無法精準(zhǔn)表達(dá)模型構(gòu)件造型時(shí)，需要自建族，構(gòu)件曲線、角度需嚴(yán)格按設(shè)計(jì)意圖建立。

4）參數(shù)化模型。建立族時(shí)，應(yīng)最大限度參數(shù)化，提高建模效率，方便模型持續(xù)應(yīng)用。

5）拆分模型。結(jié)構(gòu)模型應(yīng)按流水段進(jìn)行拆分，裝飾模型按施工進(jìn)度計(jì)劃拆分。

6）裝飾模型。應(yīng)在結(jié)構(gòu)、建筑實(shí)體完成后，經(jīng)三維掃描，在與點(diǎn)云模型復(fù)核確認(rèn)的基礎(chǔ)上，對(duì)模型進(jìn)行二次修正。

7）建立施工措施模型。在施工過程中，除工程實(shí)體模型外，還應(yīng)建立施工措施模型，以輔助施工方案比選、優(yōu)化、施工部署等，主要為物料運(yùn)輸設(shè)備、模板、支撐架、腳手架等模型。

8）深化設(shè)計(jì)。基礎(chǔ)模型確認(rèn)后，可以進(jìn)行深化設(shè)計(jì)。裝飾專業(yè)構(gòu)件數(shù)量繁多，利用Revit的Diroots插件，可以批量創(chuàng)建大量族參數(shù)，實(shí)現(xiàn)模型與Excel表的聯(lián)動(dòng)，快速給構(gòu)件批量上色、編號(hào)，還可以批量創(chuàng)建和導(dǎo)出圖紙，大幅提高裝飾專業(yè)BIM建模效率。

2.2.2 多專業(yè)碰撞檢查

通過全專業(yè)集成BIM進(jìn)行碰撞檢查，發(fā)現(xiàn)、調(diào)整、優(yōu)化深化設(shè)計(jì)各類碰撞問題。出具多專業(yè)模型碰撞檢查報(bào)告及優(yōu)化建議，供專業(yè)工程師進(jìn)行調(diào)整和修改。全專業(yè)無碰撞檢查后，完成BIM輔助深化設(shè)計(jì)的過程[3]。

2.2.3 輔助測量放線

基于BIM利用測量機(jī)器實(shí)現(xiàn)建筑坐標(biāo)三維空間定位，能避免誤差積累，可將模型與現(xiàn)場位置的誤差控制在3 mm/50 m以內(nèi)，提高建筑施工測量的精度與效率，實(shí)現(xiàn)人與機(jī)器的同步作業(yè)，實(shí)現(xiàn)建筑軸線測設(shè)和模型的細(xì)部結(jié)構(gòu)測量放樣的簡單化、自動(dòng)化，及無紙化測量作業(yè)，實(shí)現(xiàn)了建筑模型與建筑實(shí)體實(shí)時(shí)校核對(duì)比。

2.2.4 施工組織與工藝模擬

施工組織中的工序安排、資源組織、平面布置、進(jìn)度計(jì)劃等工作，需基于上游模型、施工圖、施工組織設(shè)計(jì)文檔等創(chuàng)建施工組織模型，并將工序安排、資源組織和平面布置等信息與模型關(guān)聯(lián)，輸出施工進(jìn)度計(jì)劃和資源配置計(jì)劃，指導(dǎo)模型、視頻、說明文檔等成果的制作。以三維模擬方式展示進(jìn)度計(jì)劃及場地布置情況，為項(xiàng)目的施工組織方案提供可視化的技術(shù)參考。

1）施工進(jìn)度模擬。通過BIM技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)流水段劃分與進(jìn)度計(jì)劃關(guān)聯(lián)，通過進(jìn)度模擬直觀展示施工進(jìn)度，并將計(jì)劃進(jìn)度與實(shí)際進(jìn)度對(duì)比，及時(shí)分析進(jìn)度偏差。

2）模型模擬。在結(jié)構(gòu)模型基礎(chǔ)上，添加塔吊模型，可以模擬群塔位置、高度、旋轉(zhuǎn)半徑，輔助方案比選、優(yōu)化。

3）施工模擬。針對(duì)重難點(diǎn)結(jié)構(gòu)部位，進(jìn)行模架搭設(shè)模擬、模架方案設(shè)計(jì)、專家論證，基于模型進(jìn)行工程提料，制作可視化交底。對(duì)細(xì)部節(jié)點(diǎn)進(jìn)行深化，保證施工安全、質(zhì)量。

4）工序模擬。針對(duì)勁性結(jié)構(gòu)鋼筋節(jié)點(diǎn)安裝困難的問題，建立精細(xì)化模型，并進(jìn)行工序模擬，確定鋼筋排布方案，提高復(fù)雜節(jié)點(diǎn)的施工質(zhì)量和效率。

5）方案優(yōu)化。利用BIM技術(shù)進(jìn)行裝飾工程面材、龍骨排布方案優(yōu)化，預(yù)排安裝順序，精準(zhǔn)下料，避免返工。

2.2.5 可視化應(yīng)用

利用AR、VR等沉浸式可視化技術(shù)，可以提高與業(yè)主、設(shè)計(jì)師的溝通效率，進(jìn)行數(shù)字化施工指導(dǎo)、遠(yuǎn)程巡檢、工程驗(yàn)收等。另外，在VR里加入效果圖、施工圖、設(shè)備信息等，可以讓溝通變得更加順暢。在施工過程中，把設(shè)計(jì)模型和現(xiàn)場實(shí)施情況做對(duì)比，能第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)問題，或直接用于給施工隊(duì)技術(shù)交底[4]。

2.2.6 預(yù)算及成本管理

在BIM應(yīng)用中，根據(jù)項(xiàng)目特點(diǎn)和成本管理等工作的要求，編制不同層次、不同周期的成本計(jì)劃。通過BIM進(jìn)行工程量計(jì)算和清單提取，可以快速實(shí)現(xiàn)基于BIM的工程量統(tǒng)計(jì)，為項(xiàng)目成本控制提供及時(shí)準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。結(jié)合項(xiàng)目經(jīng)營部門對(duì)BIM在成本應(yīng)用方面的需求、過程成本控制中的限額領(lǐng)料與進(jìn)度款的報(bào)量、工程量的參考對(duì)比，進(jìn)行BIM的成本預(yù)算與管理。

土建專業(yè)一般采用兩種方式進(jìn)行成本的預(yù)算與管理，一是采用Revit精確建模方式，二是借助第三方插件。為保證工程量計(jì)算的準(zhǔn)確性、及時(shí)性，兩種方法均需在建模前對(duì)建模人員統(tǒng)一進(jìn)行建模規(guī)范的交底，并每周對(duì)模型的建立進(jìn)行審核并查找問題，同時(shí)對(duì)模型新的變更進(jìn)行修改。

2.2.7 質(zhì)量與安全管理

安全文明施工管理一直是項(xiàng)目管理的重要組成部分。精細(xì)化安全文明施工管理的基本思路是將模型與現(xiàn)場實(shí)時(shí)資料關(guān)聯(lián)，可追溯、可協(xié)同[5]。在模型中，對(duì)存在安全隱患的位置，如洞口、臨邊、電梯井等，進(jìn)行安全圍欄的布置，并在施工前對(duì)施工人員進(jìn)行安全交底。落實(shí)基于BIM技術(shù)的質(zhì)量管理方案，當(dāng)發(fā)生問題時(shí)，質(zhì)量內(nèi)容可通過拍照、錄音和文字記錄與模型關(guān)聯(lián)。軟件基于云平臺(tái)自動(dòng)使各方數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)同步，以文檔圖釘?shù)男问街庇^展現(xiàn)于模型中，從而協(xié)助質(zhì)量問題管理。對(duì)安全方案和質(zhì)量控制方案進(jìn)行交底，可以利用BIM消除主觀判斷帶來的信息不對(duì)稱。在BIM系統(tǒng)中，根據(jù)制定的質(zhì)安檢查點(diǎn)及檢查方案，如果發(fā)現(xiàn)問題，可以在模型上標(biāo)記問題并制定整改措施，記錄后進(jìn)行跟蹤，直至問題得到整改。

2.2.8 進(jìn)度模擬

利用進(jìn)度模擬軟件，如NAVISWORK、FUZOR等，可以集成三維模型以及工程進(jìn)度計(jì)劃信息（如P6、Ms Project）等?；贐IM技術(shù)的進(jìn)度模擬包括三方面。

1）總體進(jìn)度模擬。通過預(yù)定的編號(hào)將模型構(gòu)件和工程實(shí)體構(gòu)件進(jìn)行關(guān)聯(lián)，進(jìn)而將進(jìn)度計(jì)劃中的時(shí)間信息賦予模型[6]。這樣BIM就可以將進(jìn)度計(jì)劃各構(gòu)件所排定的完成時(shí)間直觀展現(xiàn)出來，為進(jìn)度計(jì)劃的合理性判定提供輔助。

2）復(fù)雜節(jié)點(diǎn)工序進(jìn)度模擬。將節(jié)點(diǎn)細(xì)節(jié)模型建立起來，包括該節(jié)點(diǎn)工序所有專業(yè)相關(guān)的各構(gòu)件和步驟。

3）進(jìn)度實(shí)況跟蹤。模型中的信息要根據(jù)現(xiàn)場的實(shí)際進(jìn)度情況進(jìn)行實(shí)時(shí)更新，并通過不同顏色（或以其他方式）進(jìn)行區(qū)分，使現(xiàn)場進(jìn)度情況實(shí)時(shí)展示出來。

2.2.9 三維掃描

要使構(gòu)件實(shí)現(xiàn)虛擬預(yù)拼裝，就要精準(zhǔn)地將真實(shí)的構(gòu)件轉(zhuǎn)化為數(shù)字模型。經(jīng)過項(xiàng)目實(shí)踐，利用三維掃描設(shè)備，將施工過程的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)記錄，對(duì)收集的施工過程信息進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，以檢查施工質(zhì)量、調(diào)整施工計(jì)劃、優(yōu)化現(xiàn)場施工組織。借助協(xié)同平臺(tái)，實(shí)施管理人員在現(xiàn)場能夠抽查任意時(shí)段、任意區(qū)域的施工質(zhì)量，加強(qiáng)質(zhì)量管控，并通過將數(shù)字化施工模型與三維激光掃描采集生成的模型進(jìn)行對(duì)比，及時(shí)反饋施工質(zhì)量和質(zhì)量校核。結(jié)合BIM，對(duì)點(diǎn)云處理后，形成優(yōu)化的點(diǎn)云模型，對(duì)實(shí)體結(jié)構(gòu)、裝飾構(gòu)件進(jìn)行處理，保證其精度滿足施工要求?；贐IM技術(shù)的全面精確檢測能替代抽檢、觀感檢查。

2.3 基于BIM技術(shù)的工作協(xié)同

目前在房建工程中，BIM協(xié)同一般是兩種方式結(jié)合。一是基于AUTODESK或其他平臺(tái)的建模云協(xié)作，二是基于數(shù)字化平臺(tái)智慧建造協(xié)同。

2.3.1 建模協(xié)同

通過AUTODESK BIM360平臺(tái)，可以實(shí)現(xiàn)云協(xié)作。通過在云端設(shè)置專業(yè)工作集的方式來協(xié)同，使用比較靈活，支持團(tuán)隊(duì)其他成員通過跨國家、跨地點(diǎn)的方式對(duì)存儲(chǔ)在云中的模型進(jìn)行遠(yuǎn)程協(xié)作。根據(jù)項(xiàng)目類型、人員的角色來設(shè)置使用權(quán)限，可以在線查看并下載多種格式的圖紙、模型等項(xiàng)目資料，還可以做審閱批注、問題報(bào)告、發(fā)布模型，基于云端做項(xiàng)目管理、數(shù)據(jù)分析等。目前還有一些國產(chǎn)云平臺(tái)，簡化了部署Revit Sever時(shí)復(fù)雜的服務(wù)器安裝配置流程，只需裝好軟件，便可以跳過協(xié)同環(huán)境的搭建環(huán)節(jié)，協(xié)助團(tuán)隊(duì)順利開展Revit協(xié)同工作。

2.3.2 工作協(xié)同流程

通過數(shù)字化平臺(tái)，可以實(shí)現(xiàn)BIM與供應(yīng)鏈技術(shù)的整合，實(shí)現(xiàn)構(gòu)件從建模、生產(chǎn)到安裝，直至后期運(yùn)維的全生命周期管理。通過各項(xiàng)工作協(xié)同，能實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一的建模、流程及管理標(biāo)準(zhǔn)，貫通BIM數(shù)據(jù)在全專業(yè)、各業(yè)務(wù)部門的流轉(zhuǎn)、應(yīng)用，除技術(shù)部門外，還能為經(jīng)營、生產(chǎn)等部門提供決策依據(jù)。

3 結(jié)語

通過多項(xiàng)目的實(shí)踐應(yīng)用，集成BIM信息管理、智慧建造、工作協(xié)同技術(shù)，可以提高項(xiàng)目深化設(shè)計(jì)效率，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、現(xiàn)場的平行施工，前后場同時(shí)開工，有效節(jié)約工期。同時(shí)能夠閉合工程項(xiàng)目全專業(yè)、全生命周期的管理鏈條，改進(jìn)工作流程、管理模式，實(shí)現(xiàn)工業(yè)化施工控制，工業(yè)級(jí)品質(zhì)控制，減少現(xiàn)場變更，排除施工隱患，減輕現(xiàn)場管理壓力。最終實(shí)現(xiàn)全面數(shù)字化管理，改變建造模式，重塑工作流程，極大地提高工程施工效率，提升施工效果。

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[作者簡介]閆海濱（1982—），男，河北定州人，本科，工程師，研究方向：土建施工、BIM技術(shù)、智慧建造。