曾大林 趙靈敏 岳廣飛

(1.同濟(jì)大學(xué)經(jīng)濟(jì)與管理學(xué)院，上海 200092;2.濟(jì)南柏慕營特工程咨詢有限公司，濟(jì)南 250014)

1 引言

BIM 是一種三維構(gòu)思、三維設(shè)計、三維建造、三維運(yùn)營的理念，它能夠改變建筑業(yè)的生產(chǎn)和運(yùn)營管理方式。BIM 具有精確的成本控制和管理、直觀和便捷的進(jìn)度管理、高效的建設(shè)環(huán)境校核、高效的可持續(xù)建筑分析、克服勞動力技術(shù)力量短缺、教育和語言障礙、更有效的設(shè)計協(xié)調(diào)和評估、更有效的物業(yè)和信息資產(chǎn)管理等諸多應(yīng)用特點(diǎn)［1］。美國等一些發(fā)達(dá)的國家應(yīng)用BIM 的工程比較多，獲得了不錯的效益。

我國工程建設(shè)行業(yè)從2003 年開始BIM 技術(shù)在實(shí)際項目中的應(yīng)用及研究工作。截至目前，我國已經(jīng)擁有了一定數(shù)量在不同程度上應(yīng)用過BIM 技術(shù)的業(yè)主、設(shè)計和施工企業(yè)。尤其是在2008 年之后，BIM 應(yīng)用得到了一定的發(fā)展，受到越來越多的工程項目青睞，成為推進(jìn)我國建筑業(yè)發(fā)展的寵兒。

濟(jì)南西客站建設(shè)是一項規(guī)模比較大且復(fù)雜的工程，在設(shè)計、施工等階段容易遇到的問題及困難比較多。BIM 技術(shù)的引入給工程帶來很大的效益，同時為今后BIM 在該區(qū)域內(nèi)其它工程項目的推廣及應(yīng)用打下良好基礎(chǔ)。

2 工程的特點(diǎn)

濟(jì)南西客站項目是山東省重點(diǎn)工程，其站前廣場項目是整個西客站項目的重點(diǎn)工程。它包括商業(yè)綜合體、站前廣場、西南角公交站房及相關(guān)地下工程。總建筑面積32 萬平方米，地下建筑面積約24 萬平方米，地上建筑面積約8 萬平方米。該項目規(guī)模巨大，參建單位多，技術(shù)和管理非常復(fù)雜，業(yè)主對參建各方的要求甚高，這給施工帶來很大的困難。具體可歸結(jié)于下:

(1)地下工程大，管線多而復(fù)雜。

(2)主體工程量巨大，計算不易。

(3)安裝難度較大。

因此，為保證該項目如期完成，業(yè)主要求施工階段不能有過多或者過大的修改。這便給項目設(shè)計及施工提出了較大的要求。

如何提高決策的準(zhǔn)確度和效率、減少變更浪費(fèi)、提高管理效益、盡快實(shí)現(xiàn)投資回報等一系列的問題，成為投資方、管理方以及總承包方所最為關(guān)心的問題。BIM(建筑信息模型)理念的引入，給建設(shè)領(lǐng)域項目管理注入了新的活力，也受到業(yè)方的高度重視。

3 BIM 應(yīng)用的方法及工具

項目中BIM 應(yīng)用內(nèi)容主要包括三個方面:建筑結(jié)構(gòu)及設(shè)備之間的碰撞檢查、工程量統(tǒng)計、4D 施工模擬。下面分別對三個方面的BIM 應(yīng)用的方法進(jìn)行探討。

3.1 管線綜合

管線綜合可以用一句話來描述，那就是:建模先土建，后管線，從上到下，從大到小減避讓，匯成文檔并出圖［2］。

(1)描二成三建模型

“描二成三”是指BIM 建模員根據(jù)甲方提供的二維圖紙，使用Revit 軟件搭建三維模型，包括建筑、結(jié)構(gòu)、水暖電。見圖1、圖2。

(2)碰撞檢測

碰撞檢測主要包含三方面的內(nèi)容:

一是土建模型內(nèi)部的不合理碰撞，即建筑和結(jié)構(gòu)之間的不合理布局。如根據(jù)二維施工圖紙的設(shè)計，生成三維模型，可以看出某梁的標(biāo)高過低，與門接近，無法為過道流出足夠的凈高。

二是管線與土建模型的碰撞檢測，這種碰撞一般是必須調(diào)整的，主要調(diào)整對象為管線的位置，如果建筑或者結(jié)構(gòu)十分不合理，也可以調(diào)整建筑或者結(jié)構(gòu)(見圖3)。

圖1 建筑結(jié)構(gòu)整體模型

圖2 設(shè)備管線整體模型

圖3 冷水管、熱水回水管、冷卻水供水管與某梁相碰

圖4 消防水管道與風(fēng)管交錯

圖5 多管交匯處管線避讓調(diào)整

三是管線之間，即電氣、水、暖通設(shè)備管線之間的碰撞檢測。在傳統(tǒng)二維設(shè)計中，管線的設(shè)計屬于粗放型的，設(shè)計師為施工人員提供的圖紙都是系統(tǒng)圖，也即示意圖，在某些局部復(fù)雜且管線較多的地方，施工人員無法根據(jù)示意圖完成安裝，或者做了不合理的安裝工作，最后對施工質(zhì)量大打折扣，見圖4。而采用Revit 進(jìn)行三維管線綜合設(shè)計則是精細(xì)化設(shè)計，它能為滿足工程嚴(yán)苛的凈高要求產(chǎn)生很大裨益。因此，利用Revit MEP 軟件自身的功能，對管線模型進(jìn)行自動檢測，再由具有施工經(jīng)驗的工程師對檢測出的碰撞挑選出有必要調(diào)整的部分，形成書面報告。

(3)管線綜合優(yōu)化設(shè)計(管線調(diào)整避讓)

管線綜合優(yōu)化設(shè)計是根據(jù)管線碰撞檢測報告，對出現(xiàn)問題的地方進(jìn)行調(diào)整，目的是為滿足建筑體功能流出足夠的凈高和空間。三維的BIM 模型具有精確調(diào)整管線標(biāo)高及位置的功能，利用其對需要調(diào)整的地方進(jìn)行精確調(diào)整，對施工人員會起到很大的幫助。見圖5。

(4)匯成文檔并出圖

三維設(shè)計的管線綜合成果的輸出不同于二維設(shè)計形式，一般可分為四個層次的成果提交。一是管線綜合平面圖;二是局部剖面大樣;三是局部三維軸測圖;四是DWF 格式的BIM 模型。圖6 和圖7分別展示了局部軸測圖和標(biāo)高層次示意圖。

圖6 某局部軸測圖

圖7 管線綜合標(biāo)高層次示意圖

圖8 某樓層結(jié)構(gòu)工程量明細(xì)(局部)

3.2 工程量統(tǒng)計

工程量統(tǒng)計是工程成本核算的最主要部分，一般有三種方法獲取BIM 模型中的工程量:一是利用應(yīng)用程序接口(API)在BIM 軟件和成本預(yù)算軟件中建立連接;二是利用開放式數(shù)據(jù)庫連接(ODBC)直接訪問BIM 軟件數(shù)據(jù)庫;三是利用BIM 的自動算量功能將工程量導(dǎo)入到Excel 表中，然后按照傳統(tǒng)方式進(jìn)行成本核算。［3］

工程量統(tǒng)計是在土建模型、管線模型都已經(jīng)優(yōu)化之后的基礎(chǔ)上，對項目的主材料和輔材料進(jìn)行量的統(tǒng)計。由于Revit 軟件具有自動統(tǒng)計功能，BIM 工程師需要做的就是設(shè)置好工程量材料的歸類以及材料信息的標(biāo)注，如圖8。工程量統(tǒng)計能否為造價人員提供準(zhǔn)確的量的依據(jù)，主要取決于兩方面的內(nèi)容，即模型的精細(xì)程度和材料信息的分類能否與造價人員所需要的材料清單相符。

3.3 施工模擬

施工模擬一般用于工程的管線安裝，尤其是管線復(fù)雜的部分。在安裝過程中，有些施工人員憑借長年的施工經(jīng)驗對某些需要特別注意的管線采取了常規(guī)的安裝模式，造成的結(jié)果是安裝完成后的管線排布并沒有和BIM 模型中管線排布一樣，影響了施工質(zhì)量。其中的主要原因是施工人員沒有足夠掌握所要安裝內(nèi)容的信息，出現(xiàn)了管線安裝順序不妥的情況，從而出現(xiàn)了質(zhì)量問題。如某部分需要先安裝橫向的排水管，再安裝其它較大的風(fēng)管、電纜橋架等，但安裝人員忽略了這一點(diǎn)，采取了先安裝電纜橋架的辦法，并且占據(jù)了排水管的空間，也無法形成合理的避讓。如果有比較直觀的安裝模擬做指導(dǎo)，施工人員所犯的錯誤就會大大減少，間接上會提高施工質(zhì)量，節(jié)省工程費(fèi)用，保證工期。BIM工程師可以利用Navisworks 制作施工模擬視頻，但前提是該工程師必須對需要做施工模擬的部分能夠提供最為合理的安裝方案，之后依據(jù)方案制作具有指導(dǎo)意義的視頻。其主要的制作步驟如下:

(1)制定詳細(xì)的施工安裝計劃，確定每個關(guān)鍵時間節(jié)點(diǎn);

(2)根據(jù)施工進(jìn)度節(jié)點(diǎn)，使用Navisworks 軟件模擬施工過程，并生成視頻文件;

(3)對于局部施工比較復(fù)雜地方則需要提前制定好安裝工序，然后根據(jù)工序模擬安裝過程，生成視頻文件;

(4)對生成的視頻文件做必要渲染，以增強(qiáng)其表達(dá)效果。

4 BIM 應(yīng)用的價值

(1)通過碰撞檢查及管線綜合優(yōu)化，提前發(fā)現(xiàn)設(shè)計圖紙中可能存在的碰撞問題并提出合理的解決辦法，有效地減少了在施工階段出現(xiàn)的設(shè)計變更或修改，減少了施工過程中可能出現(xiàn)的大量反攻浪費(fèi)，節(jié)省投資，節(jié)約了工期。

此工程應(yīng)用BIM 的部分為T 型廣場和南綜合體兩部分。按照二維圖紙搭建的BIM 模型，導(dǎo)入Navisworks 檢測出:T 形廣場部分檢測出通風(fēng)碰結(jié)構(gòu)共計232 處，排煙碰通風(fēng)和結(jié)構(gòu)共計165 處，給排水與空調(diào)水、通風(fēng)、結(jié)構(gòu)間的碰撞共計92 處，消火栓與給排水、空調(diào)水、通風(fēng)、結(jié)構(gòu)間的碰撞共計75 處，噴淋碰消火栓、給排水、空調(diào)水、通風(fēng)、結(jié)構(gòu)共計132處，橋架碰噴淋、消火栓、給排水、空調(diào)水、通風(fēng)、結(jié)構(gòu)共計439 處。

南綜合體部分檢測出通風(fēng)碰結(jié)構(gòu)共計232 處，排煙碰通風(fēng)和結(jié)構(gòu)共計206 處，空調(diào)水碰排煙、通風(fēng)、結(jié)構(gòu)共計211 處，給排水碰空調(diào)水、排煙、通風(fēng)、結(jié)構(gòu)共計175 處，消火栓碰給排水、空調(diào)水、排煙、通風(fēng)、結(jié)構(gòu)共計48 處，電纜橋架碰噴淋、消火栓、給排水、空調(diào)水、排煙、通風(fēng)、結(jié)構(gòu)共計133 處。

上述碰撞檢測結(jié)果中，大部分是在施工過程中無法現(xiàn)場調(diào)整的錯誤。BIM 工程師根據(jù)這些錯誤的特點(diǎn)結(jié)合施工辦法對錯、漏、碰等現(xiàn)象進(jìn)行了合理調(diào)整，優(yōu)化管線模型，進(jìn)而為實(shí)際施工提供準(zhǔn)確可靠的施工依據(jù)，增強(qiáng)了項目可建造性。

通過碰撞檢查，提前解決了設(shè)計圖紙中的大量的設(shè)計變更或修改，減少在施工過程中出現(xiàn)大量變更的可能性，避免大量的返工，確保工程質(zhì)量。

(2)通過搭建模型，統(tǒng)計工程量，為工程提供預(yù)、結(jié)算參考依據(jù)。

BIM 模型包含了建筑物所有結(jié)構(gòu)和設(shè)備的全部信息，通過管線綜合優(yōu)化后的BIM 模型，生成所有的工程量和建筑構(gòu)件統(tǒng)計是比較準(zhǔn)確的，為工程預(yù)算、結(jié)算提供參考依據(jù)。項目的工程造價人員采用了BIM 模型提供部分工程量統(tǒng)計信息，通過與傳統(tǒng)方式統(tǒng)計對比，BIM 模型的工程量統(tǒng)計在結(jié)算準(zhǔn)確度上要強(qiáng)于傳統(tǒng)的統(tǒng)計方式。

(3)通過4D 施工模擬，按照施工進(jìn)度模擬建造過程，實(shí)現(xiàn)了西客站站前廣場土建、安裝專業(yè)的四維可視化施工進(jìn)度模擬。

一般項目在施工階段每個環(huán)節(jié)的把握是比較困難的。如在建設(shè)到不同高度的階段，人們?nèi)绾晤A(yù)知下一階段的建筑物形貌?每個階段需要購置的材料具體為多少?如何高效利用倉儲空間?這一系列問題都需要精確的計算才能給出相對準(zhǔn)確的答案。

濟(jì)南西客站站前廣場地下工程采用了BIM4D施工模擬技術(shù)，從時間維度動態(tài)地反映了工程進(jìn)度可視化情況。

通過施工模擬，第一為管理者提供了更加直觀的進(jìn)度控制依據(jù);第二為施工現(xiàn)場提供可視化施工模擬建造過程，避免施工工序交叉時出現(xiàn)問題，達(dá)到優(yōu)化進(jìn)度、縮短工期的效果;第三為工程投資控制人員提供分階段工程量統(tǒng)計依據(jù)，做到科學(xué)備工備料，及時統(tǒng)計工程投資完成情況。

5 難點(diǎn)與不足

(1)做BIM 管線綜合要求BIM 工程師要懂得施工。

BIM 管線綜合對管線排布的要求是精確化的，而非CAD 那樣粗放。實(shí)際上BIM 的管線綜合就是實(shí)際施工與安裝的高度仿真，因此，BIM 工程師必須熟悉實(shí)際項目中管線的安裝內(nèi)容，包括施工的組織與管理。這樣才能更好的做出與竣工之后的理想模型。

(2)工程量統(tǒng)計中材料清單不全面且分類符合傳統(tǒng)造價人員的習(xí)慣。

目前行業(yè)里使用的造價軟件主要為廣聯(lián)達(dá)，主要的流程就是熟悉二維圖紙、建立模型、工程量統(tǒng)計、定額套價。傳統(tǒng)方式的概算一般要求額度高于結(jié)算的5%，預(yù)算則要低于3%。對工程量統(tǒng)計的要求也便基于此。目前，采用BIM 技術(shù)進(jìn)行工程量統(tǒng)計主要還是在于材料清單是否全面，如模型搭建的不夠精細(xì)，一些材質(zhì)沒有在模型上體現(xiàn)，則工程量統(tǒng)計中也便缺失了。因此，造價人員能否用得上BIM 工程師提供的工程量統(tǒng)計，材料清單的全面性是個關(guān)鍵。另外，BIM 模型導(dǎo)出的工程量統(tǒng)計，對材料的分類是非常細(xì)的，不符合目前造價人員的分類習(xí)慣，因此如果不加以調(diào)整，許多工程量的統(tǒng)計就無法支持項目的預(yù)算。

(3)施工模擬缺乏組織與管理的功能，對現(xiàn)場施工指導(dǎo)作用需要進(jìn)一步開發(fā)。

目前應(yīng)用Revit 軟件搭建模型，制作施工模擬視頻，主要體現(xiàn)在工序及寬泛性的施工進(jìn)度模擬之上，如何將施工模擬做得更精細(xì)?如讓施工人員預(yù)先知道每一天的工程量，需用人工工種、工時及人數(shù)，每天所用多少材料，什么樣的材料，各種機(jī)械設(shè)備與人員如何組織等，這些都無法通過單獨(dú)的軟件來實(shí)現(xiàn)，對軟件的智能化提出了較大要求。

(4)受軟件功能限制，無法畫出橫向排水管的傾斜度。

在管線綜合中，橫向的排水管一般要求有一定的傾斜度。但在Revit MEP 軟件的功能中，無法實(shí)現(xiàn)橫向排水管的傾斜，因此，在三維表達(dá)方面也存在著與現(xiàn)實(shí)施工的失真。這便對軟件功能提出進(jìn)一步的要求。

6 總結(jié)

濟(jì)南西客站項目BIM 應(yīng)用從內(nèi)容上來說比較少，應(yīng)用的層次也不是很深，但總體上還是給項目帶來了比較大的收益，體現(xiàn)了其應(yīng)用價值，得到了業(yè)主及其它參建方的認(rèn)可。它不僅提高了設(shè)計效率和出圖質(zhì)量，縮短工期，節(jié)約成本，還改變了項目管理模式和施工模式，使絕大多數(shù)的設(shè)計錯誤在施工前得到改正，避免了施工過程中出現(xiàn)大量變更處理。我國的BIM 應(yīng)用還在探索階段，如何讓BIM 為我國城市化建設(shè)展現(xiàn)其強(qiáng)大的能力，這需要我們不斷的努力與刻苦的鉆研。

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