王杰欽

摘 要 本文介紹在福州海峽圖書館這一公共建筑的工程施工中綜合應(yīng)用BIM技術(shù)在施工重點部位和重要環(huán)節(jié)進行實踐的工程經(jīng)驗，特別是總結(jié)了本工程在施工總平面BIM三維管控，施工全過程有關(guān)建筑、安裝、生產(chǎn)、進度和成本等BIM5D的應(yīng)用以及采用BIM技術(shù)指導(dǎo)鋼結(jié)構(gòu)吊裝的重大危險源管控等方面均取得比較良好的效果，有力地支持了本工程控制進度，控制費用，減少返工，創(chuàng)造綠色環(huán)保低碳施工的綠色建筑施工理念。

關(guān)鍵詞 公共建筑；工程施工；BIM技術(shù)； 應(yīng)用實踐

引言

隨著現(xiàn)代技術(shù)文明的高度發(fā)展，在追求低能耗、低污染、可持續(xù)發(fā)展的大背景下，工程建設(shè)信息化已經(jīng)成為時代發(fā)展的必然方向。 BIM技術(shù)作為一種新一代創(chuàng)新性的計算機輔助設(shè)計工具和生產(chǎn)方式，已經(jīng)成為建設(shè)信息化技術(shù)在建筑業(yè)應(yīng)用的最重要代表之一，特別是公共建筑在工程施工中得到優(yōu)先推廣應(yīng)用，也已經(jīng)初見成效。

BIM（building information model）是建筑信息模型的簡稱，是以建筑工程項目的各項信息為基礎(chǔ)，建立起來的三維建筑模型。BIM技術(shù)不僅是通常理解的一種或者一類軟件，也不局限于建筑模型的建立。BIM技術(shù)是貫穿于整個建設(shè)項目生命周期的信息集合，是一種有別于傳統(tǒng)的工作模式和協(xié)同管理模式，是將傳統(tǒng)粗放型的建筑行業(yè)向精細、高效、統(tǒng)一轉(zhuǎn)變的一場技術(shù)革命，這次技術(shù)革命被稱為是建筑行業(yè)繼20世紀甩掉手工繪圖板向CAD技術(shù)轉(zhuǎn)變后的又一次重大的技術(shù)變革。

1 工程概況

福州海峽圖書館項目位于福州市臺江區(qū)江濱路北側(cè)CBD中央商務(wù)區(qū)內(nèi)，建筑類別為公共建筑—圖書館，建筑高度65.7m，總建筑面積58005㎡，其中地上建筑面積49032㎡、地下室建筑面積8973㎡，建筑層數(shù)為地上11層、地下室1層，設(shè)計機動停車位112個。本工程工程造價2.2億元，結(jié)構(gòu)體系為框架剪力墻結(jié)構(gòu)，屋面機房層為鋼結(jié)構(gòu)，抗震設(shè)防烈度為7度，框架結(jié)構(gòu)抗震等級為一級，由福建六建集團有限公司總承包施工[1]。

2 建立BIM施工模型及優(yōu)化工作

建立BIM施工模型是施工階段BIM技術(shù)應(yīng)用的首要任務(wù)和先決條用，是利用 BIM 軟件，建立施工三維幾何實體模型，進一步細化、完善、優(yōu)化和協(xié)調(diào)土建、安裝等專業(yè)在設(shè)計階段的三維模型，具體技術(shù)要求如下：

2.1 建立土建工程BIM施工模型及優(yōu)化工作

（1）三維展示圖紙上所含的建筑及結(jié)構(gòu)構(gòu)件信息，并與二維設(shè)計圖紙的信息相符。

（2）提交的土建模型，建模順序為：A結(jié)構(gòu)柱-B結(jié)構(gòu)板-C結(jié)構(gòu)梁-D墻-E建筑板-F其他構(gòu)件。

（3）土建模型建模分地下部分與地上部分，地下部分分樓層、分區(qū)和后澆帶，地上部分分樓棟，分樓層，各部分的建模均要符合文件夾和模型文件的命名規(guī)則。

（4）土建模型全面反映圖紙軸線標注信息和模型定位及項目基準點的設(shè)置。

（5）鋼結(jié)構(gòu)需要添加結(jié)構(gòu)屬性信息，建模時在軟件的屬性設(shè)置中進行設(shè)置。

（6）混凝土結(jié)構(gòu)需要正確反映混凝土平面、混凝土構(gòu)件類型、混凝土強度等級和截面尺寸等信息，對典型及復(fù)雜的結(jié)構(gòu)節(jié)點要進行三維深化。

（7）二次隔墻墻體隨工程進度及現(xiàn)場建筑圖紙更新及時更新模型。

（8）根據(jù)施工圖及深化圖紙在項目的不同階段及時更新防火門及防火卷簾信息，完整體現(xiàn)其構(gòu)造及空間尺寸，同時將門窗表、材料作法表與模型進行關(guān)聯(lián)。

（9）檢查建筑關(guān)鍵節(jié)點防水完整性，檢查追蹤屋面、挑檐的排水坡度，并清晰標識出坡度小于1%的匯水范圍[2]。

2.2 建立安裝工程BIM施工模型及優(yōu)化工作

（1）建模范圍是安裝工程全專業(yè)，包括：空調(diào)、采暖、給排水、雨水、消防、強電、弱電等。

（2）管線建模精度要求：直徑大于等于15 mm的各安裝專業(yè)管線、設(shè)備機房內(nèi)的管線、閥門、管道支吊架、管線的坡度、管道的保溫，對各種管線、管井、吊裝孔等豎向空間貫通性進行核查。

（3）各系統(tǒng)專業(yè)模型屬性全面反映圖紙信息，包括二維設(shè)計圖紙的基本信息，以及電氣、給排水、暖通、消防系統(tǒng)圖紙及設(shè)計說明中所涉及的信息，如幾何信息、對象名稱、系統(tǒng)信息、型號信息等。

（4）安裝工程建模包括給排水系統(tǒng)、消防系統(tǒng)、暖通系統(tǒng)以及電氣系統(tǒng)，主要包括管道、風管、管件、管路附件及設(shè)備等，各系統(tǒng)的建模范圍如下：

（A）給排水系統(tǒng)包括各子系統(tǒng)（生活給水、綠化給水、生活污水、廢水、雨水、中水給水、中水回水等）

（B）消防系統(tǒng)包括各子系統(tǒng)（消防栓、消防噴淋、大空間滅火、氣體滅火、火災(zāi)報警等）

（C）暖通系統(tǒng)包括各子系統(tǒng)（空調(diào)通風系統(tǒng)、消防排煙系統(tǒng)、循環(huán)冷卻水系統(tǒng)、循環(huán)水系統(tǒng)、冷凝水系統(tǒng)等）

（D）電氣系統(tǒng)包括各子系統(tǒng)（電氣系統(tǒng)包括低壓配電系統(tǒng)、柴油發(fā)電機系統(tǒng)、動力配電系統(tǒng)、照明配電系統(tǒng)、應(yīng)急照明系統(tǒng)、消防報警及廣播系統(tǒng)、弱電系統(tǒng)等）

3 施工項目總平面布置三維策劃工作

本工程采用BIM技術(shù)進行施工項目總平面布置三維策劃工作，能快速精準表達施工空間沖突指標，能進一步完善場地布局方案評估模型，具體內(nèi)容如下：

3.1 施工場容場貌

本工程施工現(xiàn)場通過BIM技術(shù)結(jié)合企業(yè)CI策劃進行統(tǒng)一規(guī)劃大門和圍墻及工人實名制登記的門禁體系，同時入口處的五牌二圖、施工五小設(shè)施和現(xiàn)場臨時用地內(nèi)的貼宣傳標語及所有機械設(shè)備統(tǒng)一標識均在BIM圖上進行策劃，并做到實圖相符及每周更新的要求。

3.2 施工臨時道路及設(shè)施

本工程通過BIM技術(shù)規(guī)劃設(shè)計和漫游臨時施工道路，實現(xiàn)3個施工階段的三維立體直觀管理，分別是地下室施工階段、主體施工階段和裝飾裝修施工階段，形成良好的場內(nèi)環(huán)型道路，保證了場地內(nèi)道路暢通并避免了材料的二次搬運。同時，所有臨時設(shè)施也均采用BIM場布軟件進行三維設(shè)計，包括作業(yè)區(qū)、辦公區(qū)和生活區(qū)，通過設(shè)計實現(xiàn)臨設(shè)區(qū)域合理整潔、場地硬化、綠化、美化。

3.3 垂直及水平運輸

本工程通過BIM技術(shù)結(jié)合相關(guān)技術(shù)管理軟件確定本工程采用施工現(xiàn)場共布置2臺QTZ80型塔吊和2臺SC200/200施工電梯，并進行準確定位和指導(dǎo)安裝工作。

3.4 施工臨時用電

本工程利用BIM技術(shù)繪制本工程施工臨時用電三維圖，電按三級配電，三級保護形式布置，整個施工現(xiàn)場供電系統(tǒng)采用絕緣電纜埋地敷設(shè)，建筑物內(nèi)部豎向沿井道明敷，實現(xiàn)施工臨時用電的全方位和全周期的安全用電目標。

3.5 施工臨時用水

本工程利用BIM技術(shù)繪制本工程施工臨時用水三維圖，包括平面給水、立面給水和排水等系統(tǒng)，實現(xiàn)施工場地內(nèi)外生活、生產(chǎn)正常和應(yīng)急用水的需求以及合理合規(guī)的排水排污系統(tǒng)[3]。

4 施工過程BIM5D管理技術(shù)

施工進度拖延，安全、質(zhì)量問題頻發(fā)、返工率高、施工成本超支等已成為現(xiàn)有建筑工程項目的通病。公共建筑尤其嚴重，BIM5D管理技術(shù)的應(yīng)用在本工程的應(yīng)用取得均好的效果，具體如下：

4.1 施工方法可視化及過程驗證

本工程采用BIM5D進行虛擬施工，先確定相關(guān)信息包括設(shè)計和現(xiàn)場施工環(huán)境的五維模型、根據(jù)構(gòu)件選擇施工機械及機械的運行方式、施工的方式和順序、所需臨時設(shè)施及安裝位置等；接著對施工過程進行可視化的模擬包括施工方案設(shè)計、現(xiàn)場環(huán)境和資源使用狀況等；最后一旦發(fā)現(xiàn)問題，采用基于BIN5D模型提出新的方法，并對新的方法進行模擬來驗證其是否可行，即施工試誤過程，有效的識別和解決了工程施工前絕大多數(shù)的施工風險和問題。施工方法的可視化及過程驗證使是本工程所有參建人員在施工前就能清楚地知道所有施工內(nèi)容以及自己的工作職責，也促進施工過程中的有效交流。

4.2 進度控制

本工程利用BIM技術(shù)對施工的重點或難點部分進行可見性模擬，按網(wǎng)絡(luò)時標進行施工方案的分析和優(yōu)化，提高計劃的可執(zhí)行性。同時利用BIM技術(shù)結(jié)合施工組織設(shè)計進行電腦預(yù)演，提高復(fù)雜建筑體系的可施工性。還借助BIM技術(shù)對施工組織設(shè)計進行模擬，直觀地展示了間隔施工過程的時間節(jié)點和關(guān)鍵工序情況，清晰的把握在施工過程中的難點和要點，也進一步實現(xiàn)對施工方案的優(yōu)化完善，整體提高了施工效率和施工方案的安全性。

4.3 參建人員有效的交流工具

本工程通過BIM技術(shù)在施工過程的可視化，使BIM模型成為一個便于本工程施工參建設(shè)各方交流的溝通平臺。通過這種可視化的模擬縮短了現(xiàn)場工作人員熟悉項目施工內(nèi)容、方法的時間，減少了現(xiàn)場人員在工程施工初期犯錯誤的時間和成本。還加快、加深對工程參與人員培訓(xùn)的速度及深度，真正做到質(zhì)量、安全、進度、成本管理和控制的人人參與。

4.4 安裝工程BIM5D應(yīng)用

本工程水、電、暖、消防等設(shè)備系統(tǒng)復(fù)雜，在施工前先根據(jù)所要施工的圖紙利用BIM技術(shù)進行圖紙“預(yù)裝配”，通過典型的截面圖及三維模擬可以直觀地把設(shè)計圖紙上的問題全部暴露出來，尤其是在施工中各專業(yè)之間的位置沖突和標高“打架”問題。而且在采用BIM技術(shù)的項目優(yōu)化后，除了消除管線碰撞現(xiàn)象，而且也是有效的解決復(fù)雜設(shè)備系統(tǒng)凈空可利用率的重要措施，為本程的各樓層及地下室凈高的控制和提高創(chuàng)造了條件。

4.5 成本造價控制

以往施工決算的時候都是拿著圖紙在計算，有了模型以后，數(shù)據(jù)是完全自動生成，做決算、預(yù)算的準確性提高了。因此，本工程在建模的同時，各類的構(gòu)建就被賦予了尺寸、型號、材料等的約束參數(shù)，提高了導(dǎo)出的材料設(shè)備的數(shù)據(jù)精確度，應(yīng)用BIM模型導(dǎo)出的數(shù)據(jù)也直接應(yīng)用到工程預(yù)算中，為造價控制、施工決算提供了有利的依據(jù)。

5 監(jiān)控屋面鋼結(jié)構(gòu)吊裝的重大危險源BIM管理技術(shù)

本工程的鋼結(jié)構(gòu)主要由4層小屋蓋鋼結(jié)構(gòu)與11層主屋蓋構(gòu)成鋼結(jié)構(gòu)，鋼結(jié)構(gòu)鋼材均采用Q345B，對接剖口焊縫質(zhì)量為一級焊縫，其他為二級焊縫，鋼柱為勁性鋼柱的H型鋼柱結(jié)構(gòu)，型鋼梁為H型鋼梁。整個鋼結(jié)構(gòu)的制作與吊裝均采用BIM技術(shù)進行管理，具體如下：

5.1 鋼結(jié)構(gòu)屋蓋的BIM建模及節(jié)點深化設(shè)計符合BIM建模的各項指標和規(guī)范要求。

5.2 根據(jù)BIM建模分解和制作鋼結(jié)構(gòu)各節(jié)點和各桿件的三維加工詳圖，并提供設(shè)計確認和廠家制作加工。

5.3 利用BIM建模確定鋼結(jié)構(gòu)各節(jié)點和各桿件的重量和重心，選擇吊裝設(shè)備為1臺500噸履帶吊，2臺200噸履帶吊，2臺塔吊進行鋼結(jié)構(gòu)施工吊裝及1臺70噸汽車吊進行現(xiàn)場拼裝。

5.4 利用BIM建模確定按4個區(qū)域進行高空吊裝的方案和場地內(nèi)環(huán)型閉合的行車路線。

5.5 通過BIM技術(shù)對鋼結(jié)構(gòu)進行預(yù)拼裝模擬，實現(xiàn)可視化交底，識別重大危險源，有效地消除吊裝中的安全隱患。

5.6 通過BIM技術(shù)，找到本工程鋼結(jié)構(gòu)的四個角的懸挑桁架外挑15米為整個鋼結(jié)構(gòu)吊裝的重點控制部位，因此懸挑桁架采用地面拼裝和整體吊裝的方案，用1臺70噸汽車吊在地面搭設(shè)胎架拼裝，因桁架過大，上下搭設(shè)25#槽鋼臨時固定，吊裝完成后，安裝相關(guān)的內(nèi)部鋼梁及懸挑鋼梁與支架。

5.7 通過BIM技術(shù)尋找高空吊裝作業(yè)危險點，發(fā)明國家新型專利新型掛藍式操作平臺和鋼結(jié)構(gòu)高空作業(yè)安全繩結(jié)構(gòu)等防護措施。

6 結(jié)束語

本工程基于BIM技術(shù)在公共建筑施工中的應(yīng)用實踐達到了的項目精細管理的目標，有力地提升了福州市海峽圖書館這一省市重點工程的建設(shè)水平，而且在技術(shù)方面保證了福州市海峽圖書館建成后將成為福州的“城市記憶、休閑廣場、信息中心、人文教室、共享空間”，也成為福州城市風貌及公共文化服務(wù)的重要展示平臺。

參考文獻

[1] 住房城鄉(xiāng)建設(shè)部.關(guān)于推進建筑信息模型應(yīng)用的指導(dǎo)意見[J].建筑監(jiān)督檢測與造價，2015，（10）：4-7.

[2] GB/T 50326-2014.建設(shè)工程項目管理規(guī)范[S].中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.2014.

[3] GB50205-2015.鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范[S].中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部，2015.