楊太華，戴思燁

(上海電力學(xué)院，上海 200090)

1 引言

隨著大規(guī)?；A(chǔ)設(shè)施的建設(shè)在中國(guó)迅速發(fā)展，項(xiàng)目管理也變得日益復(fù)雜，建筑工程設(shè)計(jì)涉及的專業(yè)項(xiàng)目種類繁多、專業(yè)接口多、界面管理復(fù)雜，傳統(tǒng)的方法很難在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中實(shí)現(xiàn)信息的集成和閉環(huán)?！盎ヂ?lián)網(wǎng)+”時(shí)代的出現(xiàn)，使得建筑信息模型(Building Information Modeling，BIM)的應(yīng)用得以推廣和普及。建筑信息模型是一種以三維數(shù)字技術(shù)為基礎(chǔ)的，集成了建筑工程項(xiàng)目的各種相關(guān)信息[1～3]，可用于設(shè)計(jì)、施工、管理等環(huán)節(jié)。

推廣BIM技術(shù)在綠色建筑工程中的應(yīng)用，特別是在設(shè)計(jì)階段的方案設(shè)計(jì)、可視化建模、協(xié)同設(shè)計(jì)、管道綜合的自動(dòng)碰撞檢測(cè)、施工圖設(shè)計(jì)、運(yùn)維管理等方面的應(yīng)用具有優(yōu)勢(shì)。在設(shè)計(jì)變更、施工指導(dǎo)等方面，有利于系統(tǒng)的評(píng)審，大大提高了建設(shè)項(xiàng)目的集成化程度和設(shè)計(jì)乃至整個(gè)工程的質(zhì)量和效率，并減少施工中返工，具有十分重要的意義。

本論文結(jié)合上海電力學(xué)院臨港校區(qū)圖文信息大樓工程實(shí)例，從設(shè)計(jì)和算量?jī)蓚€(gè)方面，將建筑信息模型(Building Information Modeling)的理論和方法應(yīng)用于工程項(xiàng)目管理，并進(jìn)行鋼筋算量和土建算量的三維計(jì)算。

2 BIM技術(shù)的介紹

2.1 BIM的軟件介紹

BIM是Building Information Modeling的英文縮寫，這一理論由Chuck Eastman教授1975年創(chuàng)建[1]，Jerry Laiserin通過(guò)Autodesk將其應(yīng)用于工程中。BIM技術(shù)是以三維數(shù)字技術(shù)為基礎(chǔ)，集成了建設(shè)項(xiàng)目各種相關(guān)工程信息數(shù)據(jù)模型的總稱，而這一模型是伴隨著項(xiàng)目發(fā)展處于不斷深化和變化之中[3]。目前，常用的BIM軟件已有幾十個(gè)，甚至上百個(gè)之多(表1)。而且BIM軟件已涉及整個(gè)項(xiàng)目的全生命周期。

2.2 BIM技術(shù)的特點(diǎn)

2.2.1 可視化

利用BIM技術(shù)可以將2D平面圖紙轉(zhuǎn)化為3D圖形，并通過(guò)立體渲染，空間感強(qiáng)，從而解決了過(guò)去設(shè)計(jì)人員需憑想象和經(jīng)驗(yàn)來(lái)判斷是否會(huì)出現(xiàn)碰撞，以及鋼筋尺寸的人工統(tǒng)計(jì)問(wèn)題。運(yùn)用BIM技術(shù)的三維立體視圖，可以彌補(bǔ)了平面設(shè)計(jì)上的不足。通過(guò)構(gòu)建建筑5個(gè)專業(yè)的所有模型，并深入檢查平面、立面和剖面后，進(jìn)行管線綜合檢查，做出實(shí)際調(diào)整，以消除設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的建筑和結(jié)構(gòu)中的錯(cuò)誤，最后計(jì)算出工程量，預(yù)算項(xiàng)目成本[4～6]。

表1 BIM國(guó)內(nèi)外軟件分類

2.2.2 信息集成化

信息模型是信息集成的本質(zhì)載體[7]。BIM的核心內(nèi)容包含了整個(gè)工程從初始到使用周期終結(jié)的全部信息，包括①幾何信息，比如建筑結(jié)構(gòu)的空間關(guān)系等；②物理信息，表現(xiàn)在建筑材料等方面；③規(guī)則信息，例如建筑物的日照和隔音等。信息的集成化可根據(jù)不同的需求，綜合使用不同的軟件和硬件，呈現(xiàn)出所需要的模型或提供數(shù)據(jù)，發(fā)揮其更大的價(jià)值。建筑信息模型的信息集成化，完完全全打破了傳統(tǒng)CAD的方法，設(shè)計(jì)人員能夠全面的掌握每個(gè)環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)或出現(xiàn)的問(wèn)題，優(yōu)化每一個(gè)建筑構(gòu)件的布局，合理的控制整個(gè)工程的成本。

2.2.3 可傳遞性

BIM軟件雖然種類多，數(shù)量多，但都擁有可以傳遞信息的統(tǒng)一文件格式[7]。目前較為統(tǒng)一的格式為IFC格式。不同階段的軟件可以實(shí)現(xiàn)相互間的轉(zhuǎn)化，從而達(dá)到信息的傳遞。例如，Revit建完模型后，即可將數(shù)據(jù)保存為BIM信息，導(dǎo)入結(jié)構(gòu)、設(shè)備專業(yè)數(shù)據(jù)，由結(jié)構(gòu)工程師對(duì)其進(jìn)行設(shè)計(jì)與計(jì)算。在建筑和結(jié)構(gòu)專業(yè)都完成后，再將數(shù)據(jù)導(dǎo)入水電、暖通等專業(yè)進(jìn)行優(yōu)化。

2.2.4 協(xié)同性

BIM的協(xié)同性，主要通過(guò)云平臺(tái)實(shí)現(xiàn)。而B(niǎo)IM系統(tǒng)相當(dāng)于提供了協(xié)同的介質(zhì)，為設(shè)計(jì)、施工、業(yè)主經(jīng)營(yíng)者之間搭建了一個(gè)溝通橋梁，降低了各方溝通協(xié)同的成本。其協(xié)同性可分為內(nèi)部協(xié)同和外部協(xié)調(diào)，內(nèi)部協(xié)同就是在一個(gè)團(tuán)隊(duì)里，同時(shí)做一個(gè)項(xiàng)目，彼此之間相互溝通，怎樣能通過(guò)合理分工，提高工作效率；外部協(xié)同就是在一個(gè)項(xiàng)目中，不同分工的人，可以通過(guò)云平臺(tái)隨時(shí)了解項(xiàng)目各部分的進(jìn)展，做到有問(wèn)題及時(shí)溝通修改，提升綜合效率。

除此之外，還可以更好的支持基于BIM模型采集的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)、模型存儲(chǔ)分析等。此特點(diǎn)不但在很大程度上提高了整個(gè)項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)之間溝通與交流的能力，還充分有效地縮短設(shè)計(jì)的周期，提高了設(shè)計(jì)的質(zhì)量，給項(xiàng)目帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)效益，更重要的是，項(xiàng)目設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營(yíng)過(guò)程中的溝通、討論、決策都可基于BIM模型的基礎(chǔ)上進(jìn)行[8，9]。

3 BIM技術(shù)在不同階段的應(yīng)用流程

3.1 方案設(shè)計(jì)階段

利用BIM軟件對(duì)建筑項(xiàng)目所處的場(chǎng)地環(huán)境(地形地貌、道路交通等)、綠色建筑(能耗分析、日照采光分析等)進(jìn)行分析，并比較環(huán)境、綠建和成本，選出最優(yōu)的工程設(shè)計(jì)方案。

3.2 初步設(shè)計(jì)階段

依據(jù)初步設(shè)計(jì)的各專業(yè)圖紙，建立初步模型。初步的對(duì)平面、立面和剖面進(jìn)行檢查，協(xié)助項(xiàng)目進(jìn)一步確認(rèn)建筑空間的設(shè)計(jì)、能耗等，避免一些錯(cuò)誤，從而減少后續(xù)變更帶來(lái)的浪費(fèi)[3]。

3.3 施工圖設(shè)計(jì)階段

在施工圖階段用于構(gòu)建建筑的五個(gè)專業(yè)的模型，并深入檢查平、立、剖面后，進(jìn)行管線自動(dòng)碰撞檢查，做出實(shí)際調(diào)整，以消除設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的建筑和結(jié)構(gòu)中的錯(cuò)誤，最后計(jì)算出工程量，預(yù)算項(xiàng)目成本[4]。

3.4 施工階段

在施工階段可防止設(shè)計(jì)錯(cuò)誤傳遞到項(xiàng)目上。BIM系統(tǒng)可利用三維模型來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)對(duì)象之間的互相溝通與影響。還可協(xié)調(diào)每一個(gè)專業(yè)的碰撞問(wèn)題，產(chǎn)生協(xié)調(diào)數(shù)據(jù)，提供出來(lái)。對(duì)于復(fù)雜施工節(jié)點(diǎn)部分，利用BIM技術(shù)建立三維尺寸數(shù)據(jù)模型，模擬施工，對(duì)原有施工方案進(jìn)行優(yōu)化，節(jié)約人力和費(fèi)用。

3.5 運(yùn)營(yíng)維護(hù)

運(yùn)營(yíng)維護(hù)分為五部分：空間管理、設(shè)施管理、隱蔽工程管理、應(yīng)急管理、節(jié)能減排管理。BIM與其他軟件對(duì)接，還可進(jìn)行資產(chǎn)管理，監(jiān)控固定資產(chǎn)成本和分配，計(jì)算折舊，規(guī)劃人員和資產(chǎn)的搬遷。

4 三維算量應(yīng)用實(shí)例

4.1 工程概況

項(xiàng)目名稱：上海電力學(xué)院臨港新校區(qū)新能源智能微電網(wǎng)項(xiàng)目作為中國(guó)高校能源管理和綜合運(yùn)用的一次探索，已獲國(guó)家發(fā)展改革委和國(guó)家能源局批準(zhǔn)，成為全國(guó)首批、上海唯一的新能源微電網(wǎng)示范項(xiàng)目。該項(xiàng)目位于上海市浦東新區(qū)臨港新城，一期工程總建筑面積為159063 m2。其中地上建筑面積148613 m2，地下建筑面積10450 m2。項(xiàng)目新建公共教學(xué)樓、圖文信息綜合大樓、綜合體育館、學(xué)生公寓、學(xué)生食堂等工程。項(xiàng)目總投資估算為146669萬(wàn)元。其中圖文信息綜合大樓工程設(shè)計(jì)為框架剪力墻結(jié)構(gòu)，地上11層，地下一層，抗震等級(jí)為三級(jí)。

4.2 廣聯(lián)達(dá)BIM鋼筋算量軟件GGL2013操作步驟

(1)新建工程。按照?qǐng)D紙，輸入工程信息。

(2)工程設(shè)置。A. 比重設(shè)置：將直徑為6 mm的鋼筋比重改為0.26 kg/m；B. 樓層設(shè)置：根據(jù)結(jié)構(gòu)圖紙將數(shù)據(jù)輸入層高和底標(biāo)高。

(3)識(shí)別圖紙。A. 整理圖紙：導(dǎo)入cad圖紙后，按照層數(shù)和柱、梁板、等手動(dòng)整理圖紙；B. 樓層對(duì)應(yīng)：在識(shí)別構(gòu)件前，將圖紙按照樓層對(duì)應(yīng)，防止出現(xiàn)不在同一空間的情況出現(xiàn)。

(4)識(shí)別構(gòu)件。軸網(wǎng).B. 柱：提取柱邊線、標(biāo)識(shí)、鋼筋線→自動(dòng)識(shí)別→自動(dòng)檢查和校核。C. 墻：識(shí)別剪力墻表→提取混凝土墻邊線、標(biāo)識(shí)→自動(dòng)識(shí)別→自動(dòng)檢查和校核。D. 連梁：識(shí)別連梁表→梁邊線、標(biāo)注→自動(dòng)識(shí)別→自動(dòng)檢查和校核。E. 梁：提取邊線、標(biāo)注、自動(dòng)識(shí)別→梁跨校核→自動(dòng)識(shí)別原位標(biāo)注。F. 板：提取板標(biāo)注→支座線→板洞線→自動(dòng)識(shí)別→自動(dòng)檢查和校核。板筋：提取板鋼筋線、標(biāo)注→支座線→自動(dòng)識(shí)別→自動(dòng)檢查和校核。G. 基礎(chǔ)：建立構(gòu)件→提取邊線、標(biāo)識(shí)→自動(dòng)識(shí)別→自動(dòng)檢查和校核。

(5)非常規(guī)構(gòu)件定義和繪制。根據(jù)圖紙畫出異形柱截面形狀→輸入鋼筋信息→布置角筋、邊筋、箍筋。

(6)匯總計(jì)算(圖1)。

4.3 圖文信息大樓的BIM建模

建模見(jiàn)圖2、圖3。

圖1 BIM軟件鋼筋算量操作步驟

圖2 鋼筋模型

圖3 土建模型

4.4 廣聯(lián)達(dá)BIM土建算量軟件GCL2013操作步驟

①新建工程; ②工程設(shè)置(樓層設(shè)置); ③導(dǎo)入鋼筋工程; ④識(shí)別圖紙(整理圖紙、樓層對(duì)應(yīng)); ⑤建筑識(shí)別。 A. 墻：提取砌體墻邊線→門窗線→墻厚→自動(dòng)識(shí)別→自動(dòng)檢查和校核。 B. 門窗洞：識(shí)別門窗表→墻邊線→門窗洞→自動(dòng)識(shí)別→自動(dòng)檢查和校核。 ⑥繪制墊層、土方、樓梯、散水、場(chǎng)地平整、裝修。 ⑦匯總計(jì)算(圖4)。

圖4 BIM軟件土建算量操作步驟

4.5 工程量匯總計(jì)算

匯總計(jì)算見(jiàn)表2。

表2 工程量匯總

5 結(jié)論

本文首先詳細(xì)闡述了BIM技術(shù)的介紹和在建設(shè)項(xiàng)目不同階段的應(yīng)用，然后在此基礎(chǔ)上重點(diǎn)完成了某建筑工程的三維算量實(shí)例的應(yīng)用。通過(guò)實(shí)例分析，本文主要獲得以下結(jié)論。

使用現(xiàn)有BIM軟件技術(shù)，能夠有效提高建筑工程的建模和工程算量等工作，實(shí)現(xiàn)建設(shè)工程數(shù)據(jù)的共享，提高建設(shè)工程的精細(xì)化管理水平。在廣聯(lián)達(dá)算量軟件中，造價(jià)人員只需按照?qǐng)D紙定義構(gòu)建屬性，正確繪出圖形，軟件就能按照設(shè)置好的計(jì)算規(guī)則，自動(dòng)計(jì)算出需要扣減的部位和構(gòu)件，匯總計(jì)算得出工程量清單。相較于手工算量來(lái)說(shuō)，3D模型可以讓造價(jià)人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)圖紙錯(cuò)誤，縮短工程計(jì)量時(shí)間，大大提高了計(jì)算的準(zhǔn)確性和工作效率。實(shí)踐證明，這一技術(shù)引用是成功的，可以在今后的工程建設(shè)過(guò)程中推廣使用。