張繼薇 敖儀斌 倪 婷 王麒淞 韓 洋 周 榮 尹 蓬 李 龍 劉 燕

(1.成都理工大學(xué) 環(huán)境與土木工程學(xué)院工程管理系，成都 610059；2.中鐵建大橋工程局集團(tuán)第二工程有限公司，深圳 518000；3.成都建工第七建筑工程有限公司，成都 610059；4.成都惟尚建筑設(shè)計(jì)有限公司，成都， 610041；5.雙流區(qū)住房建設(shè)和交通局，成都 610200；6.浙江交工集團(tuán)股份有限公司地下工程分公司，杭州 310051；7.電子科技大學(xué) 公共管理學(xué)院，成都 610054)

前言

BIM指的是建筑信息模型，是一種三維虛擬化數(shù)字技術(shù)。在以前的建筑施工中，相關(guān)工作人員均是通過二維平面圖紙進(jìn)行施工作業(yè)。但是平面圖紙很難展示建筑物的立體效果，相關(guān)工作人員易忽視建筑物的某些重要特征[1]。借助BIM模型可視化的特點(diǎn)，建筑物能夠被立體化展出，相關(guān)工作人員可以更準(zhǔn)確地掌握建筑物的特點(diǎn)與結(jié)構(gòu)，從而更有效地實(shí)施項(xiàng)目建設(shè)工作。例如BIM技術(shù)在云南阜外醫(yī)院項(xiàng)目的應(yīng)用，在設(shè)計(jì)建模和項(xiàng)目管理階段應(yīng)用BIM技術(shù)，為該項(xiàng)目提供了項(xiàng)目設(shè)計(jì)施工圖出圖、各專項(xiàng)設(shè)計(jì)可建性分析及項(xiàng)目建設(shè)期的建筑信息服務(wù)，但該項(xiàng)目的BIM應(yīng)用各階段信息卻并不流通，沒有很好發(fā)揮出應(yīng)有價(jià)值[2]。BIM技術(shù)可在建筑工程項(xiàng)目的全壽命周期不同階段提供不同的技術(shù)支撐，解決工程綠色化過程中存在的問題[3]。

我國建筑行業(yè)在BIM技術(shù)應(yīng)用過程之中，多將BIM技術(shù)分割使用，沒有將其與建筑項(xiàng)目融合起來[4]。在現(xiàn)在的環(huán)境下，雖然已經(jīng)有較多的先行者開始BIM的應(yīng)用，但絕大多數(shù)的應(yīng)用范圍都是初步建模、設(shè)計(jì)展示、碰撞檢查等簡單應(yīng)用。總體來說，國內(nèi)建筑行業(yè)對BIM技術(shù)在不同項(xiàng)目上的應(yīng)用效果缺乏深入總結(jié)。通過實(shí)際項(xiàng)目的全過程應(yīng)用才能夠檢驗(yàn)各應(yīng)用點(diǎn)的價(jià)值，本文便以BIM技術(shù)在綠心公園地下停車庫及配套商業(yè)用房建設(shè)工程項(xiàng)目中的應(yīng)用為例，分析BIM技術(shù)在項(xiàng)目全壽命周期的不同階段的應(yīng)用及應(yīng)用效果，清晰各個(gè)應(yīng)用點(diǎn)的實(shí)際使用價(jià)值，為BIM技術(shù)更有效的應(yīng)用提供實(shí)際的案例依據(jù)。

1 工程概況

項(xiàng)目名稱為“綠心公園地下停車庫及配套商業(yè)用房建設(shè)工程項(xiàng)目”，本項(xiàng)目為擴(kuò)建工程。項(xiàng)目分地上、地下兩部分； 地面為多層建筑：四合院仿古商業(yè)用房、“品”字仿古商業(yè)用房； 地下室共2層，為汽車庫、設(shè)備用房。地上商業(yè)用房建筑面積為2 680.62m2； 地下室建筑面積為9 436.93m2，總建筑面積為12 117.55m2。地理位置如圖1。

圖2 實(shí)施框架

圖1 綠心公園工程地理位置圖

本工程道路臨近綠心路，交通便利，屬于市區(qū)休閑地點(diǎn)，地勢平坦，水資源豐富，周邊市政基礎(chǔ)設(shè)施未完善，基坑外可用場地較寬敞，但工期緊、交叉作業(yè)多，施工平面布置直接影響到整個(gè)工程的進(jìn)行，施工總平面的布置是否合理，將直接關(guān)系到后面施工進(jìn)度的速度。現(xiàn)場由甲方提供用水駁點(diǎn)1個(gè)，場地周邊市政排污管道暫未完善； 提供施工用電駁點(diǎn)1個(gè)，設(shè)置500KVA變壓器一臺。

2 BIM 組織與應(yīng)用環(huán)境

2.1 BIM應(yīng)用目標(biāo)

基于選擇的綠心公園建筑工程，初步擬定BIM設(shè)計(jì)的目標(biāo)包括：

(1)通過BIM建模，使BIM模型信息在項(xiàng)目的各階段能夠統(tǒng)一應(yīng)用，成為協(xié)調(diào)各方的數(shù)字化工具。

(2)招標(biāo)人根據(jù)BIM模型所提供的有效信息編制準(zhǔn)確的工程量清單，達(dá)到清單工程量完整、快速算量、結(jié)果精準(zhǔn)的效果。

(3)施工組織設(shè)計(jì)解決施工階段中的模板腳手架驗(yàn)算工作量大、繁瑣的問題，合理編制進(jìn)度計(jì)劃，優(yōu)化進(jìn)度計(jì)劃。

(4)以BIM平臺為核心，將施工過程中的有用信息載入各專業(yè)模型，利用BIM模型的三維可視、可計(jì)算分析的特點(diǎn)，為項(xiàng)目管理提供數(shù)據(jù)支撐，使管理人員更有效地進(jìn)行決策以及精細(xì)化管理。

2.2 實(shí)施方案

首先建造出BIM模型，將施工工藝中的重點(diǎn)模擬，并對主體工程施工方案等進(jìn)行優(yōu)化。將 BIM 應(yīng)用軟件與平臺軟件相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)施工過程管理[5]。建模過程中遵循相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，并結(jié)合本建筑工程項(xiàng)目的特點(diǎn)進(jìn)行細(xì)化及延伸，形成了設(shè)計(jì)建模、投標(biāo)報(bào)價(jià)、施工組織設(shè)計(jì)幾個(gè)階段。如圖2所示。

2.3 團(tuán)隊(duì)組織

本項(xiàng)目以項(xiàng)目經(jīng)理為主管領(lǐng)導(dǎo)，下設(shè)土建、機(jī)電、財(cái)務(wù)、商務(wù)和經(jīng)營五大部分，每個(gè)部分對應(yīng)一位負(fù)責(zé)人。

2.4 軟件配置

針對各軟件的特點(diǎn)，結(jié)合已有研究和相關(guān)工程的經(jīng)驗(yàn)，選擇合適軟件，各場景中應(yīng)用軟件如表1所示。

表1 項(xiàng)目使用軟件匯總

圖3 參數(shù)化族成果界面

3 BIM 應(yīng)用

3.1 模型參數(shù)化、信息化設(shè)計(jì)

在應(yīng)用Revit軟件建造模型時(shí)，可以利用族模型設(shè)計(jì)各種構(gòu)件，并給它們匯入數(shù)字信息，當(dāng)修改族某一個(gè)數(shù)字信息，將會同步到整個(gè)詳圖中[6]。例如門窗，可以利用族樣板文件繪制參數(shù)化族成果界面各種尺寸的門窗實(shí)體，參數(shù)化窗族的建立如圖3。通過建立參數(shù)化族等方式可以快速布置相同類型的門窗構(gòu)件，本工程中樓梯也是通過建立相應(yīng)的參數(shù)化族加以實(shí)現(xiàn)。后期若需對構(gòu)件的相關(guān)信息(結(jié)構(gòu)、材質(zhì)等)進(jìn)行修改，只用把族文件中的樣例進(jìn)行編輯，此族文件對應(yīng)的所有構(gòu)件將全部會自動更新。

3.2 模型可視化

BIM技術(shù)針對項(xiàng)目建立的數(shù)據(jù)庫借助于數(shù)字化信息技術(shù)等可以構(gòu)建建筑項(xiàng)目的環(huán)境模型，并將相關(guān)信息表現(xiàn)出來，使得相關(guān)人員能夠更直觀地了解項(xiàng)目信息[7-8]。在Revit中，建筑模型以三維立體的效果對設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行全方位展示(圖4)。

圖4 項(xiàng)目真實(shí)效果圖

圖5 土建碰撞報(bào)告

圖6 土建碰撞報(bào)告

可以利用三維模型檢查施工圖中存在的問題(設(shè)計(jì)不合理、畫錯(cuò)圖等問題)，不僅可以在平面圖中修改信息，也可以在三維視圖中直接修改。在三維視圖中可以更直觀地看構(gòu)件直接的連接與否，并且可以給每一個(gè)構(gòu)件賦予不同的屬性。利用3D可視化模型可以更加直觀地進(jìn)行施工交流，對于一些復(fù)雜構(gòu)件，不會拘謹(jǐn)于2D的信息交流，可以利用3D模型信息進(jìn)行交流，細(xì)致到每一個(gè)構(gòu)件信息，尤其對于一些復(fù)雜節(jié)點(diǎn)部位在進(jìn)行技術(shù)交底時(shí)，在用文字與圖紙無法達(dá)到交底目的時(shí)利用3D可視化模型可以更細(xì)致地做好交底工作。Revit中的智能渲染功能，可以創(chuàng)建建筑模型的三維真實(shí)圖像。做完一系列建筑模型后，可以用漫游功能創(chuàng)建模型的動畫三維漫游。

3.3 碰撞檢查

碰撞在工程項(xiàng)目中無論是設(shè)計(jì)，還是施工，乃至后期的運(yùn)維都是不可避免的問題。對于這樣一座規(guī)模不小的建筑工程，其設(shè)計(jì)并不簡單，為了滿足現(xiàn)實(shí)中結(jié)構(gòu)的需要，需涉及大量的構(gòu)件，特別是構(gòu)件的連接處，施工單位在施工前進(jìn)行這些檢查，可以避免后面的返工，省時(shí)省費(fèi)用[9-10]。在傳統(tǒng)平面圖紙時(shí)代，因?yàn)榭梢暬挠邢?，建筑師和施工人員不能看到建筑的三維具體形態(tài)，只能靠自己的想象力以及經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行設(shè)計(jì)和施工，這樣就容易造成設(shè)計(jì)的不合理，有時(shí)甚至?xí)?dǎo)致施工無法繼續(xù)進(jìn)行。房屋的三維BIM模型，其組成的各個(gè)構(gòu)件都具有相應(yīng)的工程參數(shù)，可以使用各種參數(shù)來驅(qū)動三維模型。根據(jù)項(xiàng)目特點(diǎn)，該項(xiàng)目進(jìn)行了土建碰撞檢查和機(jī)電碰撞檢查。本項(xiàng)目根據(jù)有關(guān)原則出具相應(yīng)的土建碰撞報(bào)告，指導(dǎo)施工圖會審，個(gè)例碰撞報(bào)告如圖5～6。

3.4 砌體排磚

軟件根據(jù)構(gòu)件位置，以及砌體大小、灰縫厚度等判斷條件，智能生成砌體優(yōu)化排布圖，指導(dǎo)施工現(xiàn)場精確采購材料，同時(shí)指導(dǎo)施工，減少材料浪費(fèi)，降低施工成本。例如現(xiàn)場排磚問題，砌筑工藝為：主體材料為蒸壓加氣混凝土塊，規(guī)格為600*200*200； 塞縫磚材料粘土磚，規(guī)格為240*115*53； 導(dǎo)墻高200，蒸壓砂加氣混凝土塊； 灰縫寬度為10mm，灰縫調(diào)整值正負(fù)2。在滿足設(shè)計(jì)要求的前提下，準(zhǔn)確估計(jì)磚墻中磚的皮數(shù)避免了二次結(jié)構(gòu)施工時(shí)，磚供應(yīng)過多導(dǎo)致無處堆放，造成施工浪費(fèi)，或者供應(yīng)過少造成工期延誤。

3.5 管綜調(diào)整

優(yōu)先采用平面布排方式錯(cuò)開管道； 其次考慮豎向錯(cuò)開方式，但須遵照下列避讓原則[11]：

(1)小管讓大管；

(2)有壓管讓無壓管；

(3)各專業(yè)管道做上翻下繞處理時(shí)，其管件轉(zhuǎn)折點(diǎn)盡量布置在結(jié)構(gòu)梁窩內(nèi)； 風(fēng)管貼結(jié)構(gòu)主梁布置，底平； 橋架順梁布置時(shí)，距梁邊距離不小于300mm； 排水管敷設(shè)在給水管下方；

(4)控制成本較高管件(或閥門扣件)數(shù)量或長度；

(5)考慮綜合吊支架，大型風(fēng)管設(shè)下噴后，保證綜合管道底平；

(6)考慮管道保溫、支吊架、風(fēng)管下噴頭，地下室車道處凈高不小于2.40m。

管綜優(yōu)化原則剖面圖表示如圖7。

圖7 地下室二層管綜原則圖

3.6 布局管理

本工程周邊市政基礎(chǔ)設(shè)施未完善，基坑外可用場地較寬敞，但工期緊、交叉作業(yè)多，施工平面布置直接影響到整個(gè)工程的進(jìn)行，施工總平面的布置是否合理，將直接影響到施工進(jìn)度的速度。在完成建筑模型及施工現(xiàn)場模型的構(gòu)建后，可以依據(jù)具體的施工平面布置原則創(chuàng)建資源模型，對施工現(xiàn)場布局進(jìn)行模擬，利用顏色來區(qū)分施工區(qū)域，從而為項(xiàng)目的施工組織設(shè)計(jì)和場地布置提供可視化方案。如何在有限的空間內(nèi)合理劃分辦公、生活區(qū)，加工區(qū)、堆放區(qū)、倉庫位置，以減少二次搬運(yùn)。首先需要確定塔吊的型號及位置，其次計(jì)算臨時(shí)設(shè)施占地面積，然后需要計(jì)算臨時(shí)用水用電，最后需要考慮安全文明施工等問題。主體階段場地布置如圖8。此外，將工程周邊及現(xiàn)場環(huán)境的實(shí)際情況，通過數(shù)據(jù)信息的形式輸入到模型中，構(gòu)建三維現(xiàn)場場地平面布置，依照施工進(jìn)度計(jì)劃，對現(xiàn)場在不同階段的具體情況進(jìn)行直觀模擬，保證現(xiàn)場總體布局的合理性。

圖8 主體階段場地布置圖

3.7 成本管理

傳統(tǒng)成本管理弊端：成本信息量大； 各部門溝通不及時(shí)； 對應(yīng)分解困難； 消耗量和資金支付情況復(fù)雜[12]。BIM技術(shù)在處理實(shí)際成本核算問題中有著很大的優(yōu)勢?；贐IM建立工程5D關(guān)系數(shù)據(jù)庫，可以建立與成本相關(guān)數(shù)據(jù)的多維度關(guān)系，使實(shí)際成本數(shù)據(jù)可以高效處理分析[12]。本項(xiàng)目成本管理方案是首先創(chuàng)建實(shí)際成本數(shù)據(jù)庫，然后及時(shí)將實(shí)際成本數(shù)據(jù)導(dǎo)入數(shù)據(jù)庫，最后數(shù)據(jù)庫對數(shù)據(jù)進(jìn)行多維度分析。軟件強(qiáng)大的統(tǒng)計(jì)分析能力，輕松解決了傳統(tǒng)成本管理中工作量大、效率低的難題。該案例工程的資金及資源進(jìn)度曲線分別如圖9-10所示。

圖9 綠心公園資金曲線計(jì)劃實(shí)際對比圖

圖10 綠心公園資源曲線計(jì)劃實(shí)際對比圖

4 應(yīng)用效果

本項(xiàng)目的實(shí)施框架明確，軟件應(yīng)用條件成熟。本項(xiàng)目分為四個(gè)階段：模型創(chuàng)建階段、投標(biāo)報(bào)價(jià)階段、施工組織階段、施工項(xiàng)目管理階段?？蚣芮逦?，具有可操作性。同時(shí)由廣聯(lián)達(dá)為我們提供BIM相關(guān)軟件。本項(xiàng)目基于BIM的施工管理價(jià)值優(yōu)越。與傳統(tǒng)模式相比，BIM技術(shù)在綠心公園項(xiàng)目中實(shí)現(xiàn)了項(xiàng)目管理信息化，達(dá)到了提升施工效率、降低成本、縮短工期、提高建筑質(zhì)量的目的。

5 總結(jié)

綠心公園項(xiàng)目對于BIM技術(shù)的綜合應(yīng)用，覆蓋項(xiàng)目全壽命周期的各個(gè)階段。通過BIM模型進(jìn)行模型參數(shù)化信息化設(shè)計(jì)、碰撞檢查、管綜調(diào)整及布局管理等，真實(shí)的三維模型與準(zhǔn)確具體的空間位置信息提高了項(xiàng)目方案論證的效率和結(jié)果的準(zhǔn)確性。BIM 技術(shù)在綠心公園項(xiàng)目的綜合應(yīng)用是一次功能嘗試，取得了較好的效果，為BIM技術(shù)在實(shí)際工程中的應(yīng)用積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。BIM技術(shù)在不斷地發(fā)展，也在不停地創(chuàng)新，如何更有效地將理論運(yùn)用在實(shí)際項(xiàng)目中，還需要多加實(shí)踐與總結(jié)。