唐小東 胡云進(jìn) 虞 盛

(1.浙江省巖石力學(xué)與地質(zhì)災(zāi)害重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，浙江 紹興 312000；2.紹興文理學(xué)院 土木工程學(xué)院，浙江 紹興 312000；3.浙江省山體地質(zhì)災(zāi)害防治協(xié)同創(chuàng)新中心，浙江 紹興 312000)

0 引言

建筑各方責(zé)任主體構(gòu)成眾多，項(xiàng)目建設(shè)周期長(zhǎng)、不確定因素多，因此在工程實(shí)施中各主體單位之間的協(xié)作要求高且協(xié)調(diào)難度大[1].隨著科技、經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，建筑工程項(xiàng)目的造型越來(lái)越獨(dú)特、體量越來(lái)越大、精細(xì)化要求及設(shè)計(jì)復(fù)雜程度越來(lái)越高，與之對(duì)應(yīng)的成本費(fèi)用也大幅增長(zhǎng).面對(duì)上述建筑行業(yè)的種種問(wèn)題，BIM技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生.運(yùn)用BIM這一先進(jìn)信息技術(shù)，利用其資源共享的特點(diǎn)，可對(duì)建筑工程項(xiàng)目實(shí)施中涉及的各方責(zé)任主體集成化管理；通過(guò)建立參數(shù)模型整合建筑工程項(xiàng)目的全部相關(guān)信息，保證所有重要信息可在全生命周期中得以快速、準(zhǔn)確地傳遞和共享，對(duì)建筑工程項(xiàng)目成本、進(jìn)度和質(zhì)量控制及延長(zhǎng)建筑使用壽命等具有重要意義.

目前BIM技術(shù)在設(shè)計(jì)、施工中發(fā)揮著重要的作用.BIM不再是單一的3D模型，已成為當(dāng)前建筑行業(yè)中必不可少的管理手段和管理方法.許杰峰等[2]利用BIM技術(shù)對(duì)建筑供應(yīng)鏈管理進(jìn)行了研究，實(shí)現(xiàn)建筑供應(yīng)鏈敏捷程度和效率的有效提升.Reijo等[3]研究認(rèn)為運(yùn)用BIM技術(shù)在設(shè)計(jì)、施工階段對(duì)增加業(yè)主價(jià)值，減少浪費(fèi)具有重要作用.舒欣等[4]通過(guò)對(duì)裝配式建筑設(shè)計(jì)和BIM技術(shù)進(jìn)行適用性分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑設(shè)計(jì)進(jìn)程的優(yōu)化和縮短設(shè)計(jì)周期.楊震卿等[5]研究發(fā)現(xiàn)，施工單位在機(jī)電施工階段通過(guò)運(yùn)用BIM技術(shù)開(kāi)展機(jī)電專(zhuān)業(yè)深化設(shè)計(jì)工作可有效保證施工質(zhì)量和進(jìn)度.王健[6]將BIM技術(shù)應(yīng)用到大型地下室機(jī)電管線(xiàn)綜合項(xiàng)目中，并對(duì)項(xiàng)目設(shè)計(jì)、施工階段的BIM云端協(xié)作方式進(jìn)行了分析.陳祥赟等[7]通過(guò)傳統(tǒng)管理方法與基于BIM管理方法的差異對(duì)比發(fā)現(xiàn)，BIM技術(shù)在施工階段可進(jìn)行有效的成本、進(jìn)度控制.上述以建筑各方責(zé)任主體與BIM技術(shù)相結(jié)合研究多從設(shè)計(jì)、施工方面實(shí)現(xiàn)成本和進(jìn)度管理，但未從供貨單位角度開(kāi)展基于BIM技術(shù)的協(xié)同研究.而供貨單位(材料供應(yīng)商、設(shè)備供應(yīng)商)為建筑工程項(xiàng)目提供原材料設(shè)備及后期服務(wù)，在項(xiàng)目實(shí)施中扮演著重要角色，其提供的材料和服務(wù)質(zhì)量好壞直接影響建筑工程的成本、質(zhì)量及使用壽命.因此開(kāi)展基于BIM技術(shù)的供貨單位與建筑各方責(zé)任主體間的協(xié)同研究具有重要的工程應(yīng)用價(jià)值.

本文針對(duì)目前的不足，將BIM技術(shù)應(yīng)用到供貨單位，首先研究總結(jié)供貨單位應(yīng)用BIM技術(shù)的流程，然后具體分析供貨單位與其他建筑責(zé)任主體間的協(xié)同工作模式，最后將上述研究結(jié)果應(yīng)用于實(shí)際工程并進(jìn)行效益驗(yàn)證.

1 供貨單位應(yīng)用BIM技術(shù)的流程研究

供貨單位為建筑工程項(xiàng)目的設(shè)計(jì)-施工-運(yùn)維等提供材料、設(shè)備、技術(shù)及服務(wù).供貨單位應(yīng)用BIM技術(shù)可消除與各參建方的溝通障礙、保證質(zhì)量、降低成本并延長(zhǎng)建筑使用壽命.根據(jù)建筑工程項(xiàng)目各個(gè)實(shí)施階段的內(nèi)容和特點(diǎn)，本文分析了供貨單位與其他建筑責(zé)任主體之間在設(shè)計(jì)階段、施工階段和運(yùn)維階段的關(guān)系，擬定了供貨單位應(yīng)用BIM技術(shù)的具體流程，如圖1所示.

圖1 供貨單位應(yīng)用BIM技術(shù)的具體流程

2 基于BIM技術(shù)的供貨單位與各方責(zé)任主體間的協(xié)同作業(yè)

基于上述供貨單位應(yīng)用BIM技術(shù)的流程，下面分別闡述供貨單位與設(shè)計(jì)單位、施工單位及運(yùn)營(yíng)單位間的具體協(xié)同.

2.1 與設(shè)計(jì)單位的協(xié)同作業(yè)

隨著科技的發(fā)展，建設(shè)領(lǐng)域的新技術(shù)、新工藝和新材料不斷涌現(xiàn).建材種類(lèi)繁多，性能各不相同，且每項(xiàng)建筑工程都具有唯一性、不確定因素多，因此對(duì)于建筑材料的性能要求也各不相同.設(shè)計(jì)單位在眾多專(zhuān)業(yè)分包商方案的設(shè)計(jì)中，如電梯方案、泛光照明方案、中壓開(kāi)關(guān)柜布置及母線(xiàn)設(shè)計(jì)方案、地下車(chē)庫(kù)排煙風(fēng)機(jī)廠(chǎng)家CFD模擬試驗(yàn)等都會(huì)遇到許多實(shí)際設(shè)計(jì)及選材問(wèn)題.供貨單位可參與建材選取、輔助設(shè)計(jì)等對(duì)于工程質(zhì)量及成本控制有助益性的設(shè)計(jì)工作.以電梯工程專(zhuān)業(yè)分包商為例，供貨單位根據(jù)工程實(shí)際情況應(yīng)用BIM技術(shù)可與設(shè)計(jì)單位進(jìn)行協(xié)同設(shè)計(jì)，如圖2所示.

圖2 電梯供貨單位基于BIM技術(shù)的協(xié)同設(shè)計(jì)

2.2 與施工單位的協(xié)同作業(yè)

施工現(xiàn)場(chǎng)參建各方及人員出入眾多、環(huán)境復(fù)雜、影響因素多、可利用空間資源少，這對(duì)施工單位進(jìn)行進(jìn)度、成本和質(zhì)量控制非常不利.供貨單位提供的建材及設(shè)備占工程前期投入費(fèi)用的50%以上，施工單位加強(qiáng)與供貨單位協(xié)同可有效改善以上問(wèn)題.

2.2.1 承包商供應(yīng)鏈管理

隨著B(niǎo)IM技術(shù)的發(fā)展，其在建筑供應(yīng)鏈中的應(yīng)用范圍及深度都顯著提升；供貨單位運(yùn)用BIM技術(shù)在承包商供應(yīng)鏈管理中的重要性尤為突出.供貨單位通過(guò)BIM技術(shù)獲得建筑工程項(xiàng)目完整的明細(xì)表，明確建材及設(shè)備的數(shù)量、尺寸、材質(zhì)及性能要求，做到標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)避免施工單位在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行二次加工.生產(chǎn)過(guò)程中通過(guò)BIM視覺(jué)分析的檢測(cè)系統(tǒng)并置入RFID標(biāo)簽芯片，對(duì)建筑材料、預(yù)制構(gòu)件和重要設(shè)備等進(jìn)行精準(zhǔn)定位[8]，進(jìn)而合理安排運(yùn)輸路線(xiàn)，并在材料設(shè)備進(jìn)場(chǎng)后有序擺放，做到節(jié)約場(chǎng)地、避免二次搬運(yùn).

2.2.2 供貨單位指導(dǎo)安裝

施工階段會(huì)運(yùn)用許多大型、成套設(shè)備，作為施工機(jī)具或?qū)⑵浒惭b至建筑主體內(nèi)部.供貨單位對(duì)產(chǎn)品設(shè)備的質(zhì)量性能、拼裝工藝、磨損程度等最為了解，可在旁進(jìn)行指導(dǎo)安裝，根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況發(fā)現(xiàn)BIM模型中的錯(cuò)誤或不協(xié)調(diào)之處，及時(shí)提出優(yōu)化設(shè)計(jì)或改進(jìn)方案.如塔吊和電梯等危險(xiǎn)性或質(zhì)量要求高的特種設(shè)備安裝，必須由具有相應(yīng)資質(zhì)的單位進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)拼裝.通過(guò)BIM技術(shù)提前進(jìn)行安裝模擬，提前排除設(shè)備安裝過(guò)程中可能出現(xiàn)的問(wèn)題，從而提高拼裝效率及保障安裝質(zhì)量.

2.2.3 供貨單位績(jī)效評(píng)價(jià)

目前我國(guó)供貨單位的總體信息化水平較低，仍采取電話(huà)、傳真等傳統(tǒng)方式進(jìn)行采購(gòu).各類(lèi)供貨單位存在“價(jià)格不透明，質(zhì)量無(wú)保障”的問(wèn)題，這對(duì)施工單位選取最優(yōu)建材、設(shè)備造成極大阻礙[9].供貨單位通過(guò)BIM技術(shù)將生產(chǎn)的材料、設(shè)備的結(jié)構(gòu)組成進(jìn)行精確的細(xì)節(jié)展示，可將生產(chǎn)的材料、設(shè)備進(jìn)行有力推廣，同時(shí)施工單位可根據(jù)工程實(shí)際需求快速確定最合適的供貨單位.施工單位和供貨單位可根據(jù)供貨質(zhì)量、是否按時(shí)交貨和支付材料款等相互進(jìn)行績(jī)效考核，作為后續(xù)是否長(zhǎng)期合作的一項(xiàng)重要指標(biāo).

2.3 與運(yùn)營(yíng)單位的協(xié)同作業(yè)

建筑工程項(xiàng)目實(shí)施是一個(gè)連續(xù)動(dòng)態(tài)的過(guò)程，BIM的模型精度(LOD)在這一過(guò)程中也不斷趨于精細(xì)化[10].BIM模型精度提升至LOD500，可直接提供給運(yùn)營(yíng)單位用于后期的運(yùn)維管理.由表1可看出，供貨單位為模型提升至LOD500的主要參與單位.在上一等級(jí)模型基礎(chǔ)上加入由供貨單位提供建置的設(shè)備“族”文件，從而使項(xiàng)目模型組件得以最精細(xì)化的展示，便于運(yùn)營(yíng)單位對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行管理.

表1 建筑各方責(zé)任主體LOD等級(jí)要求

通過(guò)查閱資料可知，建筑工程項(xiàng)目三分之二的成本費(fèi)用發(fā)生在項(xiàng)目后期運(yùn)營(yíng)和維護(hù)階段[11].通常運(yùn)維階段出現(xiàn)的問(wèn)題不是一個(gè)單位能解決的，需要供貨、設(shè)計(jì)單位等協(xié)同處理解決.供貨單位協(xié)助編輯的數(shù)據(jù)庫(kù)記錄并保存所有建筑構(gòu)件和設(shè)備的詳盡信息(如供貨單位名稱(chēng)、生產(chǎn)日期、設(shè)備型號(hào)和維護(hù)日志等)，同時(shí)RFID標(biāo)簽可對(duì)設(shè)備進(jìn)行跟蹤，管理者可通過(guò)云端實(shí)時(shí)觀察設(shè)備的使用狀態(tài)[12]，提醒業(yè)主或運(yùn)營(yíng)單位及時(shí)做出正確決斷，保證建筑工程項(xiàng)目在全生命周期內(nèi)的安全使用，從而降低損失、節(jié)約后期運(yùn)營(yíng)成本.

3 工程應(yīng)用及效益驗(yàn)證

建筑工程項(xiàng)目的地下人防工程在基礎(chǔ)建設(shè)階段的施工資源投入很大，且綜合管線(xiàn)、設(shè)備錯(cuò)綜復(fù)雜，務(wù)必采取科學(xué)精細(xì)的管控.以某建筑工程項(xiàng)目地下人防工程為例，對(duì)上述供貨單位應(yīng)用BIM技術(shù)協(xié)同帶來(lái)的效益進(jìn)行驗(yàn)證.本項(xiàng)目位于浙江省金華市，為大體量品質(zhì)社區(qū)，占地面積約78 000 m2，建筑面積約250 000 m2，共有22棟高層住宅，總住宅1 616戶(hù).其中該項(xiàng)目地下人防工程總長(zhǎng)約427.3 m，總寬約181.4 m，地下建筑面積約60 000 m2.

首先使用Revit建模軟件對(duì)本項(xiàng)目地下人防工程進(jìn)行土建、結(jié)構(gòu)和機(jī)電專(zhuān)業(yè)的模型建立(見(jiàn)圖3)，再使用Navisworks軟件進(jìn)行碰撞檢測(cè)、模擬施工及后期運(yùn)維管理.通BIM技術(shù)對(duì)該工程實(shí)施和使用階段的過(guò)程模擬，突出體現(xiàn)供貨單位運(yùn)用BIM技術(shù)與各參建方協(xié)同作業(yè)的特點(diǎn)及優(yōu)勢(shì).

(a)土建模型(b)結(jié)構(gòu)模型(c)機(jī)電模型

3.1 輔助設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)單位對(duì)建筑工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)工作進(jìn)行全面管理，但對(duì)于電梯等較小的專(zhuān)業(yè)分包項(xiàng)目只做到了明確其具體方位，對(duì)于具體設(shè)備選材、型號(hào)和成本方面涉及不深.供貨單位作為實(shí)時(shí)關(guān)注建筑材料最新發(fā)展動(dòng)態(tài)的一方，對(duì)于各類(lèi)建筑材料的材質(zhì)性能、適應(yīng)性和價(jià)格等方面最為了解.因此供貨單位可以在模型建立時(shí)就輔助設(shè)計(jì)單位輸入材料種類(lèi)、設(shè)備型號(hào)和成本費(fèi)用等的詳細(xì)信息，對(duì)項(xiàng)目整體質(zhì)量和成本進(jìn)行管控.本項(xiàng)目共有消防電梯44臺(tái)，圖4為電梯工程的具體設(shè)備信息，其中成本計(jì)算包括電梯單價(jià)、運(yùn)輸費(fèi)和安裝費(fèi).建筑工程項(xiàng)目專(zhuān)業(yè)分包眾多，在設(shè)計(jì)階段就明確各設(shè)備分包較為精確的費(fèi)用成本，可對(duì)本項(xiàng)目前期工程造價(jià)進(jìn)行有效控制.

圖4 供貨單位BIM應(yīng)用

供貨單位通過(guò)管線(xiàn)碰撞檢查對(duì)設(shè)計(jì)單位提出設(shè)計(jì)建議，如造價(jià)高的管線(xiàn)避讓造價(jià)低的，管線(xiàn)附件少的避讓附件多的，臨時(shí)管線(xiàn)避讓永久管線(xiàn)，并將需要定期檢修的管線(xiàn)安裝在下部，同時(shí)預(yù)留檢修空間便于后期整修.由圖5可見(jiàn)，各類(lèi)管線(xiàn)、電纜橋架和風(fēng)管密集、縱橫交錯(cuò)，需立體交叉施工，供貨單位根據(jù)對(duì)管道價(jià)格、材料特性的了解可進(jìn)行輔助設(shè)計(jì)，通過(guò)改動(dòng)造價(jià)低和整體影響小的管道位置，減少設(shè)計(jì)變更，同時(shí)降低施工-運(yùn)維階段出現(xiàn)問(wèn)題的概率和額外的返工修補(bǔ)費(fèi)用.

圖5 管線(xiàn)碰撞檢查

3.2 施工互動(dòng)

建筑工程項(xiàng)目施工過(guò)程中設(shè)備、材料供貨單位都與施工單位存在很多交流與合作，供貨單位應(yīng)用BIM技術(shù)對(duì)重要設(shè)備進(jìn)行安裝模擬，必要時(shí)從旁進(jìn)行安裝指導(dǎo)，很大程度上提高了拼裝效率和保證現(xiàn)場(chǎng)施工安全.供貨單位首先通過(guò)BIM軟件模擬本單位提供的塔吊安裝過(guò)程(見(jiàn)圖6)，向現(xiàn)場(chǎng)施工人員進(jìn)行有效的安全交底，充分地展示塔吊安裝工序和運(yùn)行方式，防止墜物傷人.模擬軟件種類(lèi)多樣，例如Navisworks、Fuzor等，可根據(jù)不同需求選擇相對(duì)應(yīng)的模擬軟件.再根據(jù)周邊環(huán)境資料對(duì)塔吊布置進(jìn)行仿真模擬選定合適的塔吊型號(hào)，確保塔吊對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)的全面覆蓋，并選定最佳塔吊布置點(diǎn)，保證塔吊交叉作業(yè)時(shí)進(jìn)行安全施工，圖7為本項(xiàng)目施工現(xiàn)場(chǎng)塔吊布置簡(jiǎn)圖.

圖6 塔吊安裝模擬

圖7 塔吊布置簡(jiǎn)圖

本地下人防工程面積較大且系統(tǒng)復(fù)雜，尤其在機(jī)電安裝階段，管道構(gòu)件等供應(yīng)需要進(jìn)行科學(xué)合理的管理.管道構(gòu)件供貨單位依據(jù)施工承包方的施工進(jìn)度計(jì)劃進(jìn)行按時(shí)、按量生產(chǎn)制作，防止施工現(xiàn)場(chǎng)待工、待料情況的發(fā)生.既保證工期，同時(shí)也減免了材料、設(shè)備的保管費(fèi)用和降低損壞風(fēng)險(xiǎn).如圖8所示，供貨單位根據(jù)BIM模型可以輕松掌握管道、橋架、風(fēng)箱和消防栓箱等的詳細(xì)信息(尺寸、材質(zhì)和數(shù)量等)，做到精確化生產(chǎn).避免施工現(xiàn)場(chǎng)二次加工，對(duì)后期施工安裝帶來(lái)極大便利，從而做到“節(jié)時(shí)、節(jié)材、節(jié)財(cái)”.

圖8 機(jī)電工程模型構(gòu)件信息

3.3 運(yùn)維管理

供貨單位通過(guò)RFID技術(shù)可追蹤定位的特點(diǎn)，在設(shè)備構(gòu)件生產(chǎn)過(guò)程中置入RFID芯片，并利用BIM技術(shù)的可視化對(duì)重要設(shè)備和管線(xiàn)密集區(qū)保存視點(diǎn)，便于后期快速查找該位置，同時(shí)對(duì)模型中需按時(shí)更換或定期檢修的設(shè)備構(gòu)件進(jìn)行重點(diǎn)標(biāo)識(shí).通過(guò)該方法既可方便運(yùn)營(yíng)單位進(jìn)行資產(chǎn)、空間管理，也有利于供貨單位后期更換、檢修設(shè)備時(shí)可快速定位找到問(wèn)題設(shè)備.圖9為本項(xiàng)目停車(chē)位上方綜合管線(xiàn)交匯處的一個(gè)重要視點(diǎn).

圖9 重要視點(diǎn)

供貨單位通過(guò)在運(yùn)維期間繼續(xù)提供新材料、新設(shè)備而獲取二次利潤(rùn)，并通過(guò)回收利用更新?lián)Q代后淘汰的舊建筑材料，提高建筑資源的循環(huán)使用率.本研究通過(guò)供貨單位與運(yùn)營(yíng)單位協(xié)同作業(yè)，供貨單位應(yīng)用BIM技術(shù)輔助運(yùn)營(yíng)單位解決運(yùn)維階段出現(xiàn)的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)供貨單位與運(yùn)營(yíng)單位雙贏的合作模式，并促進(jìn)建筑行業(yè)由粗放型向集約型發(fā)展.具體協(xié)同流作業(yè)流程圖見(jiàn)圖10.

圖10 供貨單位與運(yùn)營(yíng)單位協(xié)同作業(yè)流程圖

4 結(jié)論

本文首先研究總結(jié)了供貨單位應(yīng)用BIM技術(shù)在設(shè)計(jì)—施工—運(yùn)維階段的流程，并從供貨單位與各方責(zé)任主體協(xié)同作業(yè)及效益出發(fā)，對(duì)供貨單位應(yīng)用BIM技術(shù)的實(shí)施過(guò)程和優(yōu)勢(shì)進(jìn)行了分析，最后通過(guò)工程應(yīng)用對(duì)本文研究成果進(jìn)行了驗(yàn)

證.結(jié)果表明，供貨單位應(yīng)用BIM技術(shù)對(duì)建筑工程項(xiàng)目進(jìn)行輔助設(shè)計(jì)、施工互動(dòng)和運(yùn)維管理，可以?xún)?yōu)化資源整合、提高建筑各方責(zé)任主體之間作業(yè)的協(xié)同性，是建筑工程項(xiàng)目保證質(zhì)量、按時(shí)交付、節(jié)約資源、降低成本和延長(zhǎng)建筑使用壽命的有力保障.