呂新偉　楊少軍　朱林　高明

摘 要：簡要介紹了中國中鐵航空港集團(tuán)北京機(jī)場分公司與上海魯班軟件有限公司合作的太原幼兒師范學(xué)校項目新校區(qū)工程中“大學(xué)生活動中心”子項目的相關(guān)情況，并研究了房建BIM技術(shù)在工程中的具體應(yīng)用。這項技術(shù)在項目建設(shè)中的碰撞檢查、管線綜合優(yōu)化調(diào)整、預(yù)留洞口定位、漫游和凈高檢查、管線二維碼編號、高大支模查找和模擬、二次結(jié)構(gòu)施工方案模擬和材料管控、三維可視化技術(shù)交底、工程檔案信息化管理、安全質(zhì)量監(jiān)控、工程量成本管控、物資需求計劃、變更統(tǒng)計、施工進(jìn)度模擬方面起到了非常重要的作用。

關(guān)鍵詞：BIM；虛擬建造；三維模型；信息化管理

中圖分類號：TU712.1 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.03.013

1 BIM理論概述

BIM是建筑信息模型，它是以三維數(shù)字技術(shù)為基礎(chǔ)，集成了各種建筑工程項目信息的工程數(shù)據(jù)模型，它能詳細(xì)表述工程項目中的內(nèi)容。建筑信息模型是數(shù)字技術(shù)在建筑工程中的直接應(yīng)用，它能夠解決建筑工程在軟件中的描述問題，使設(shè)計人員和工程技術(shù)人員能夠正確應(yīng)對各種建筑信息，并為協(xié)同工作提供堅實的基礎(chǔ)。

BIM不僅是建筑信息模型，還是一種應(yīng)用于設(shè)計、建造、管理的數(shù)字化方法。這種方法支持建筑工程集成管理，可以大大提高建筑工程的施工效率，降低風(fēng)險。

2 工程實例

在施工過程中，先完成了大學(xué)生活動中心整體BIM模型的建立，圍繞BIM模型和魯班BIM系統(tǒng)指導(dǎo)各個施工階段、不同崗位的職能部門開展圖紙問題檢查、成本分析、質(zhì)量安全保障等工作。

2.1 碰撞檢查

將已經(jīng)完成的土建專業(yè)和安裝專業(yè)BIM模型輸出相應(yīng)碰撞文件，利用碰撞系統(tǒng)集成建筑全專業(yè)模型進(jìn)行綜合碰撞檢查，詳細(xì)定位每處碰撞點。在此過程中，一共發(fā)現(xiàn)大學(xué)生活動中心項目碰撞點500多處，并且自動生成碰撞報告，用于與設(shè)計院的溝通工作。

2.2 管線綜合優(yōu)化調(diào)整

碰撞檢查完成之后，利用BIM系統(tǒng)三維可視化的優(yōu)點一一處理碰撞點。在考慮現(xiàn)場施工便利性和使用功能的前提下，要確定排布原則，并提出多套方案供項目選擇，方案1、方案2如圖1、圖2所示。項目最終選擇了方案1.

確定了方案之后，在三維狀態(tài)下重新細(xì)致地排布管線，盡可能避免出現(xiàn)碰撞點。圖3為局部調(diào)整后的管線排布情況。

利用BIM系統(tǒng)的綜合支架功能完成三維支架展示、支架可視化，并分層、分區(qū)域、分系統(tǒng)計算支架材料的用量，做好支架安裝前的管控工作。

確認(rèn)調(diào)整方案，綜合調(diào)整管線后，利用BIM系統(tǒng)導(dǎo)出剖面圖指導(dǎo)現(xiàn)場施工，具體如圖4所示。

利用BIM系統(tǒng)確定設(shè)備和材料的進(jìn)場計劃，并提前提醒現(xiàn)場人員安排相關(guān)工作計劃，防止出現(xiàn)有工作被遺忘的情況，以確保施工進(jìn)度。

2.3 預(yù)留洞口定位

管線綜合調(diào)整工作完成后，可以利用調(diào)整后的管線綜合模型導(dǎo)出預(yù)留洞口定位圖。目前，已經(jīng)精確定位了大學(xué)生活動中心一層的44個預(yù)留洞口，用于指導(dǎo)前期土建洞口預(yù)留，并以三維的方式完成現(xiàn)場交底工作。圖5為預(yù)留洞口的定位情況。

在施工過程中，可以利用BIM移動端BIM View在現(xiàn)場查看BIM洞口位置和管線排布情況。項目現(xiàn)場管理人員利用BIM View能夠更簡單、直觀地在現(xiàn)場查詢模型信息，指導(dǎo)現(xiàn)場施工。

2.4 漫游和凈高檢查

在完成綜合排布的樓層內(nèi)，可以模擬第一人稱的視角進(jìn)行漫游檢查——查看管線排布情況、管線屬性信息，對比管線排布后建筑物的凈高與裝飾吊頂是否有沖突，同時，還可以模擬設(shè)備進(jìn)場路線。在大體積機(jī)電設(shè)備進(jìn)場施工前，要進(jìn)行三維交底工作。目前，大學(xué)生活動中心項目一層區(qū)域均已實現(xiàn)漫游。圖6為三維動漫人員模擬現(xiàn)場實際情況檢查工程凈高和管道布置工作。

2.5 管線二維碼編號

在工作過程中，可以利用BIM系統(tǒng)平臺在BIM模型中賦予管線二維碼信息，利用打印機(jī)打印出二維碼標(biāo)簽，并將其貼在現(xiàn)場相應(yīng)的構(gòu)件上。同時，利用移動設(shè)備二維碼掃描功能可以實時查詢構(gòu)件定位、材質(zhì)信息等。大學(xué)生活動中心項目模型中的所有構(gòu)件均可導(dǎo)出二維碼信息。圖7為利用BIM系統(tǒng)生成的構(gòu)件信息二維碼。

2.6 高大支模查找和模擬

高大支模關(guān)系著整個項目的質(zhì)量和安全，它是需要專家論證的重要施工方案。在梁板高度大于8 m、梁搭設(shè)跨度大于18 m、線荷載大于20 kN/m的位置，BIM系統(tǒng)可以準(zhǔn)確找到需要進(jìn)行高大支模的區(qū)域，如圖8所示，并準(zhǔn)確定位。篩選出高大支模區(qū)域后，工程部人員就可以針對高大支模區(qū)域編制專項施工方案，以供專家論證。該項目共篩選出高大支模區(qū)域66處，其中，一層12處，二

層26處，三層11處，四17層處。表1為高大支模區(qū)域統(tǒng)計表。

通過對高大支模區(qū)域的篩選，可以完成以下兩方面的工作：①準(zhǔn)確、全面、直觀地找到高大支模的位置，以方便施工管理人員編制專項施工方案；②利用BIM模型輔助技術(shù)交底工作。

2.7 二次結(jié)構(gòu)施工方案模擬和材料管控

二次結(jié)構(gòu)施工方案模擬是將建立好的土建模型導(dǎo)入BIM系統(tǒng)中，利用魯班施工軟件中的墻體編號功能為每一面墻有序編號，并將編號墻體依次按照設(shè)置的砌體規(guī)格、種類和灰縫大小等排布，從而得出相應(yīng)編號墻體各種規(guī)格砌體、砌筑砂漿用量的排布圖，最后形成項目。在此，可以按照編號墻體砌體用量來指導(dǎo)相應(yīng)砌體施工。圖9為砌體的精確排布情況。

在此工程中，可以利用BIM系統(tǒng)精確控制二次結(jié)構(gòu)使用量。其中，二次結(jié)構(gòu)材料蒸壓灰砂磚共計353.34 m3，加氣砼砌塊3 428.34 m3，加氣砼板467.14 m3，元寶基礎(chǔ)96.31 m3，C25圈梁54.58 m3，C25過梁19.05 m3，C25構(gòu)造柱316.61 m3，C15砼基座124.81 m3。表2為各編號墻體砌體用量明細(xì)，表3為二次結(jié)構(gòu)材料用量統(tǒng)計表。

對于構(gòu)造柱定位，可先在BIM模型中模擬構(gòu)造柱，然后利用BIM系統(tǒng)動態(tài)剖切平面圖，并導(dǎo)出平面圖指導(dǎo)現(xiàn)場構(gòu)造柱的定位工作。

2.8 三維可視化技術(shù)交底

結(jié)合項目二維平面布置圖，利用魯班施工軟件建立綜合場布三維模型反映項目的綜合場布情況和施工特點，同時，還可利用BIM系統(tǒng)合理布置材料堆放位置和材料用量，讓各級主管部門領(lǐng)導(dǎo)、業(yè)主、監(jiān)理和各相關(guān)工作人員充分了解部分施工工藝和利用信息化手段管理工程的優(yōu)勢。

在施工前，要集中相關(guān)專業(yè)施工人員，采用將BIM三維模型投放于大屏幕的方式進(jìn)行技術(shù)交底工作。BIM三維模型可以可視化預(yù)演施工中的重點、難點和工藝復(fù)雜的施工區(qū)域，多角度、全方位地查看模型。這樣做，不僅能夠提高交底工作的效率，還便于工人理解相關(guān)的工作內(nèi)容。

2.9 工程檔案信息化管理

虛擬施工技術(shù)詳細(xì)記錄了整個施工過程和材料的使用情況，可將其作為檢查、改進(jìn)和責(zé)任追溯的依據(jù)，從而有效提高各參建部門的質(zhì)量意識。與此同時，資料員、技術(shù)員、預(yù)算員能夠及時在圖形中找到與自己負(fù)責(zé)的工作相關(guān)的施工進(jìn)度、項目材料進(jìn)場和檢測、各分項工程施工質(zhì)量檢查驗收、成本數(shù)據(jù)、技術(shù)管理等數(shù)千份工程資料。待相關(guān)資料上傳到BIM資料庫中后，可與模型掛接，形成BIM資料管理數(shù)據(jù)庫。這時，各部門就可以通過檢索快速查看、下載所需的資料，進(jìn)一步提高現(xiàn)場信息的傳遞效率。

在施工過程中，可將相關(guān)施工記錄、驗收資料與BIM模型掛接。如果在后期運(yùn)營管理過程中出現(xiàn)設(shè)備維護(hù)問題，只需要通過BIM模型就能夠查看與設(shè)備有關(guān)的資料，為后期運(yùn)營維護(hù)工作提供了極大的便利。

另外，可將項目中涉及到的圖集、規(guī)范或者其他公共資料、資料模板等形成電子信息庫，讓項目人員能夠隨時隨地查看圖集規(guī)范，并與模型作對比。

2.10 安全質(zhì)量監(jiān)控

根據(jù)項目前期BIM總體計劃安排中所列的職責(zé)，現(xiàn)場施工人員可以通過基于BIM系統(tǒng)的手機(jī)移動端應(yīng)用拍攝現(xiàn)場施工質(zhì)量、安全防護(hù)、施工節(jié)點和進(jìn)度等內(nèi)容，并將有疑問的施工照片通過手機(jī)移動終端上傳到BIM系統(tǒng)中。目前，可將已上傳的上百張照片與BIM模型中相應(yīng)的內(nèi)容作對比。另外，在安全、質(zhì)量會議或生產(chǎn)例會上，可以通過魯班BE客戶端查看出現(xiàn)的問題，并與現(xiàn)場溝通，從而確定相應(yīng)問題的處理方法，以避免因為語言表達(dá)或文字描述不清而引發(fā)的爭論。這樣做，不僅提高了工作效率，還為現(xiàn)場管理提供了重要的圖像依據(jù)，形成項目質(zhì)量、安全等方面的資料庫。

2.11 工程量成本管控

利用BIM模型可以為工程提供項目計劃工程預(yù)算數(shù)據(jù)，同時，還可以快速提供支撐項目各條線管理所需的數(shù)據(jù)信息。

在工作過程中，項目部會有3份工程數(shù)據(jù)，即招標(biāo)清單數(shù)據(jù)、BIM模型數(shù)據(jù)和實際施工數(shù)據(jù)。如果不能精確核對這些數(shù)據(jù)，將會阻礙施工過程中的提量和最終工程結(jié)算工作的順利進(jìn)行。鑒于此，必須合理利用BIM模型中的數(shù)據(jù)，與工經(jīng)部核對招標(biāo)清單量差，降低預(yù)算部門錯算、漏算等問題發(fā)生的概率，與工程部比較現(xiàn)場實際用量，控制材料計劃，同時，也能為BIM模型數(shù)據(jù)的使用提供保障，使各部門的問題都能通過提前核對來解決，從而協(xié)調(diào)統(tǒng)一施工過程中的數(shù)據(jù)應(yīng)用情況。

經(jīng)過全專業(yè)的多算對比、核查，在確保數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度的基礎(chǔ)上，整理、歸納出招標(biāo)清單工程數(shù)據(jù)錯、漏、少算的問題，為項目簽證提供依據(jù)。

在此次量差對比中，具體的分部分項工程有一部分量差特別大，它們最終會影響工程造價工作。例如，大學(xué)生活動中心項目矩形柱部分的招標(biāo)清單量為1 137.921 m3，模型工程量為1 349.18 m3，相差211.259 m3，一次結(jié)構(gòu)的混凝土量差主要集中在這個部分。而吸聲內(nèi)墻面的招標(biāo)清單量為789.9 m2，模型工程量為4 044.27 m2，相差3 254.37 m2，招標(biāo)量與我方模型算量相差數(shù)倍。由此可見，招標(biāo)清單中裝飾部分的算量誤差極大。對于全玻幕墻MQ14，原有清單招標(biāo)量中并沒有這一項，而模型工程量卻達(dá)386.15 m2。這就意味著，招標(biāo)清單中存在漏項的問題。鑒于此，相關(guān)工作人員要在原有清單的基礎(chǔ)上將詳細(xì)的算量補(bǔ)充完整，盡可能精確模型算量。

2.12 物資需求計劃

完成上述工作后，在項目前期就能得到準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支持，為項目各條線施工人員提供強(qiáng)大的數(shù)據(jù)支撐。同時，項目各崗位人員可以根據(jù)自身需要，利用BIM系統(tǒng)靈活地在模型上劃分施工段，調(diào)取相關(guān)施工段數(shù)據(jù)編制項目材料采購計劃。

BIM系統(tǒng)中集成了精確的工程量數(shù)據(jù)，所以，可結(jié)合項目的施工進(jìn)度安排相關(guān)工作，在每次施工前，可利用系統(tǒng)提取各時間節(jié)點、各施工段所需的材料計劃，工程部人員在施工完成之后要對比實際用量與圖紙標(biāo)準(zhǔn)用量，確定材料的使用損耗率，從而找出工程問題的根源所在，并加以控制，以降低類似問題發(fā)生的概率。

2.13 變更統(tǒng)計

項目BIM小組每次收到變更通知后，會在第一時間根據(jù)變更內(nèi)容調(diào)整BIM模型，并及時更新系統(tǒng)模型，同時，還會記錄好變更前、變更后和變更產(chǎn)生的工程量差，以便于后期簽證。

2.14 施工進(jìn)度模擬

將BIM模型導(dǎo)入PDS系統(tǒng)中可以實現(xiàn)項目部信息的共享與應(yīng)用，解決了過去項目部基層人員與管理人員之間、項目部與公司總部之間信息不對稱的問題。在模擬施工進(jìn)度時，可以按照施工進(jìn)度計劃在魯班用模端SP中定義好時間節(jié)點。在此過程中，可以將工作細(xì)化到每個構(gòu)件的施工進(jìn)度模擬演示上。利用BIM系統(tǒng)可以精確提取施工計劃所需要的材料計劃，提前組織好施工隊伍，準(zhǔn)備機(jī)械、材料進(jìn)場。

3 總結(jié)

近幾年，因為BIM技術(shù)具有可視化、協(xié)調(diào)性、模擬性、優(yōu)化性和出圖性的特點，所以，它被廣泛應(yīng)用于工程施工中。這項技術(shù)對房屋建筑施工管理有非常大的指導(dǎo)作用，是建筑行業(yè)未來發(fā)展的趨勢。

〔編輯：白潔〕