欒海濤

(北京城建建設(shè)工程有限公司，北京 100038)

0 引言

BIM技術(shù)為精益建造提供技術(shù)支持，通過結(jié)合BIM與精益建造，提高建設(shè)效率、創(chuàng)造價值、提高設(shè)計水平，大大提高BIM應(yīng)用的性能[1-5]。Sacks等[6]認(rèn)為，基于BIM的精益建造，利用BIM的4D，5D多維視覺技術(shù)，幫助項目參與者控制和管理，以最低成本、最短工期，促進設(shè)計與施工一體化，實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)的建筑產(chǎn)品。周桂云[7]以鹽城先鋒國際廣場三期酒店寫字樓模板工程為背景，基于BIM技術(shù)模板設(shè)計，表明BIM在可視化、優(yōu)化性、可出圖性等方面的改進。張昊楠等[8]通過現(xiàn)實捕捉技術(shù)獲取連廊點云數(shù)字模型，逆向生成合龍端口處的BIM模型，表明數(shù)字預(yù)拼裝可提高連廊施工的可視化程度，減小連廊結(jié)構(gòu)合龍偏差。

從以上分析可看出，基于BIM技術(shù)的模型集成各種專業(yè)信息，可有效減少施工變更引起的資源浪費。因此本文旨在基于BIM技術(shù)，結(jié)合現(xiàn)有理論和實踐基礎(chǔ)為高層建筑精益建造服務(wù)。

1 精益建造機制與BIM技術(shù)協(xié)同應(yīng)用

1.1 應(yīng)用價值

1)整體應(yīng)用價值 指在建設(shè)項目各階段，充分利用精益建造和BIM技術(shù)價值降低社會成本，提高工作質(zhì)量和效率。整體應(yīng)用價值的實現(xiàn)需要龐大的工程系統(tǒng)，不僅需各階段、各環(huán)節(jié)的BIM應(yīng)用軟件，還需完善的BIM技術(shù)應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)。

2)部分應(yīng)用價值 指精益建造和BIM在部分建設(shè)項目中帶來的價值。在施工階段，BIM的主要應(yīng)用點包括狀態(tài)模型、成本預(yù)測、階段規(guī)劃、基于三維模型的施工協(xié)調(diào)、場地利用規(guī)劃、深化設(shè)計、數(shù)字化裝配、基于三維模型的控制與規(guī)劃。BIM應(yīng)用點和應(yīng)用價值不是靜態(tài)的，將隨著BIM應(yīng)用軟件和應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展而發(fā)展。

1.2 設(shè)計與施工一體化的協(xié)同應(yīng)用

BIM應(yīng)用價值的實現(xiàn)依靠協(xié)同應(yīng)用技術(shù)和管理機制的支撐。在技術(shù)支持方面，BIM協(xié)同應(yīng)用可支持多專業(yè)設(shè)計與施工集成技術(shù)的實現(xiàn)。首先，BIM可實現(xiàn)建筑、結(jié)構(gòu)、裝飾、機電等高度集成的設(shè)計過程，使專業(yè)工程師在同一平臺上同時進行設(shè)計工作，消除模型沖突。通過現(xiàn)場分析、方案論證、可視化控制和動態(tài)優(yōu)化，避免重復(fù)設(shè)計，減少設(shè)計變更和大量返工。其次，BIM的虛擬設(shè)計與施工技術(shù)及配套軟件可實現(xiàn)建筑性能、碰撞檢測、規(guī)范驗證、系統(tǒng)協(xié)調(diào)等精準(zhǔn)施工的可視化分析，并在信息完整的設(shè)計模型上模擬現(xiàn)場施工。最后，利用BIM可視化虛擬動畫，可提前安排現(xiàn)場布局，演示施工操作，優(yōu)化設(shè)計階段施工工藝和關(guān)鍵工序。

2 超高層建筑精益建造

2.1 工程概況

云南某項目辦公樓總建筑面積60 322.74m2，地下4層，地上25層，建筑高度96.85m，為框架核心筒結(jié)構(gòu)和筏板基礎(chǔ)。本工程施工場地小，布置困難；地下室分部工程專業(yè)門類多，管線布置密集，交叉作業(yè)多；人員、材料、設(shè)備投入大，工序銜接多；施工作業(yè)隊伍多，管理難度大。

為克服施工過程中的不利因素，采用BIM技術(shù)提供的多學(xué)科協(xié)同平臺，加強施工過程控制，提高整體質(zhì)量安全管理水平。利用BIM模擬現(xiàn)場平面布置圖和施工方案，使施工方案更加合理，可提前發(fā)現(xiàn)問題，解決施工難點，減少返工現(xiàn)象。采用BIM技術(shù)模擬施工，實現(xiàn)施工過程可視化，并在施工各階段制定詳細(xì)的材料計劃，避免材料浪費，提高工程精細(xì)化管理水平。

2.2 三維場地布置

利用BIM建立施工現(xiàn)場模型，可更直觀展示三維效果，并能進行三維漫游。漫游過程中，項目參與者可參與站點布局的視覺體驗，指導(dǎo)站點布局。根據(jù)進度計劃動態(tài)調(diào)整場地布置，有利于克服施工場地狹窄、場地布置困難的問題，同時利用BIM軟件自動生成工程量，作為材料計劃報告和材料使用控制依據(jù)，節(jié)省建設(shè)成本。

根據(jù)建筑模型的三維可視化特點，在充分考慮塔式起重機中間支撐距離的前提下，合理確定塔式起重機等垂直運輸機械的位置，避免與梁、柱主要結(jié)構(gòu)的碰撞。在塔式起重機位置仿真演示中，采用自編程程序?qū)崿F(xiàn)塔式起重機范圍內(nèi)起重量的變化，自動計算起重范圍內(nèi)構(gòu)件質(zhì)量，將可起吊構(gòu)件顯示為綠色，不可起吊構(gòu)件顯示為紅色，保證使用安全。

2.3 腳手架方案模擬計算

采用BIM軟件，根據(jù)結(jié)構(gòu)模型布置外腳手架和支撐腳手架，輸出腳手架安全計算書與腳手架材料表，對不同部位、不同規(guī)格的腳手架和扣件進行分類，采購和租賃可根據(jù)輸出腳手架材料表計劃進行安排，在保證施工需要的前提下節(jié)約成本。根據(jù)BIM軟件，設(shè)計模板支撐系統(tǒng)，并對大應(yīng)力構(gòu)件進行軸向力監(jiān)測。為保證模板安全，本工程設(shè)置軸力監(jiān)測報警系統(tǒng)，通過軸力計無線傳輸，實時監(jiān)測模板支架受力狀態(tài)，并進行實時安全預(yù)警。

2.4 綜合管線布置

安裝工程施工前，利用Revit軟件對建筑管線的綜合布置進行深化設(shè)計。首先，將Revit管道模型導(dǎo)入Navisworks軟件，進行碰撞檢測和漫游檢查。Navisworks軟件導(dǎo)入模型后，執(zhí)行碰撞檢測并生成測試報告。根據(jù)測試報告中的照片和ID信息，返回Revit軟件找到相應(yīng)的碰撞點并進行調(diào)整。使用Navisworks軟件進行第三方漫游全面檢查后，返回Revit，根據(jù)ID信息調(diào)整問題構(gòu)件。消防泵房等管線密集區(qū)內(nèi)，BIM建模有助于改善施工工藝、提高成功率、避免返工并提高整體檢驗質(zhì)量。泵房綜合管線布置如圖1所示。

圖1 泵房綜合管線布置

2.5 復(fù)雜鋼筋的優(yōu)化設(shè)計

利用BIM軟件對結(jié)構(gòu)復(fù)雜的節(jié)點鋼筋進行建模，形成直觀的節(jié)點圖，可反映鋼筋綁扎順序和位置要求，為避免鋼筋綁扎錯亂造成混凝土無法澆筑，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)質(zhì)量隱患，應(yīng)對施工人員進行鋼筋立體綁扎技術(shù)培訓(xùn)。BIM軟件可提供每個構(gòu)件的鋼筋信息，根據(jù)鋼筋長度實現(xiàn)自動組合切割，最大限度減少廢鋼的產(chǎn)生，并提高工作效率。

2.6 模型渲染及模板優(yōu)化設(shè)計

為減少業(yè)主臨時變更造成的返工，保證施工布置方案的合理性，建立Revit優(yōu)化模型后，導(dǎo)入3DMax進行渲染，從而輸出效果圖和漫游視頻，在業(yè)主選定效果圖后進行施工。由于模型尺寸與現(xiàn)場尺寸一致，可實現(xiàn)空間布置指導(dǎo)施工。

由于我國建筑工程大量使用木模板，模板組合在成本控制中起關(guān)鍵作用。利用BIM軟件可實現(xiàn)智能模板組合方案，繪制模板加工圖，提供模板支撐三維框架圖，并可提供任意部位的施工細(xì)節(jié)，最大限度減少浪費，節(jié)省腳手架和模板數(shù)量。

3 經(jīng)濟效益分析

3.1 管道綜合布置

地下室碰撞檢查統(tǒng)計如表1所示，各種專業(yè)管道間存在很多沖突，因此在管道綜合應(yīng)用中，BIM技術(shù)具有很高的投資回報率。經(jīng)過三維綜合管線布置，相比傳統(tǒng)方法，經(jīng)濟效益達(dá)38.08萬元，比原計劃提前25個工作日。

表1 地下室碰撞檢查統(tǒng)計 個

3.2 模板腳手架

模板優(yōu)化設(shè)計完成后，BIM軟件自動統(tǒng)計各種規(guī)格的模板數(shù)量，并將相應(yīng)結(jié)果提交給操作人員。施工方根據(jù)提交的模板數(shù)量進行集中調(diào)配使用，提高模板利用率。根據(jù)施工進度計劃和特定工區(qū)模板、鋼管、扣件總量，嚴(yán)格控制進場材料數(shù)量，保證進場材料數(shù)量滿足施工要求，減少現(xiàn)場材料積壓，提高周轉(zhuǎn)架材料和資金周轉(zhuǎn)效率。采用完善的三維模型向操作人員進行說明，可提高操作人員對工作內(nèi)容的理解。對區(qū)域材料和實際儲存情況的分析如圖2所示。采用傳統(tǒng)方式所得統(tǒng)計量較粗糙，所得結(jié)果與實際各材料統(tǒng)計量偏差較大，而通過對比軟件統(tǒng)計量與實際統(tǒng)計量后發(fā)現(xiàn)，由于BIM三維信息模型按實際1∶1進行建立，所得統(tǒng)計量極為接近，偏差率最大為4.5%，低于5%。同時通過軟件統(tǒng)計量、傳統(tǒng)方式計算所得統(tǒng)計量及實際統(tǒng)計量得到不同材料積壓情況，表明BIM軟件可對物料進行準(zhǔn)確預(yù)估，使成本大幅降低。

圖2 不同方式統(tǒng)計量對比及偏差率

4 結(jié)語

1)通過在超高層建筑精益建造中應(yīng)用BIM技術(shù)，可發(fā)現(xiàn)BIM技術(shù)使項目設(shè)計、采購、施工、運營等更加高效及穩(wěn)定，將BIM技術(shù)應(yīng)用到精益建造系統(tǒng)中，使精益建造的管理系統(tǒng)更具優(yōu)勢，最終實現(xiàn)BIM與精益建造在項目全生命周期中的協(xié)同應(yīng)用。

2)通過對精益建造與BIM協(xié)同應(yīng)用中管道綜合布置及模板腳手架的經(jīng)濟效益進行分析可知，利用BIM軟件對管道進行綜合布置和優(yōu)化模板腳手架的經(jīng)濟效益非?？捎^，值得推廣應(yīng)用。