李鋒，張希龍

（中交三公局第六工程有限公司 工程管理部，北京 101100）

0 引言

BIM（Building Information Modeling）即建筑信息模型，通俗講，可將其理解為可視化、數(shù)字化的建筑三維幾何模型，建筑物在設(shè)計(jì)和建造過(guò)程中，創(chuàng)建和使用“可計(jì)算數(shù)字化信息”，而這些信息能夠被程式系統(tǒng)自動(dòng)管理，使得經(jīng)過(guò)這些信息計(jì)算出來(lái)的各種文件自動(dòng)地具有彼此吻合、一致的特性［1］。此外，模型中具有建筑或工程的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)能夠?yàn)槌淌较到y(tǒng)計(jì)算提供充分依據(jù)，使其根據(jù)各構(gòu)件的數(shù)據(jù)自動(dòng)計(jì)算出使用者所需要的準(zhǔn)確信息，而這些信息具有多元化的表達(dá)形式，諸如建筑立面圖、平面圖、透視圖、剖面圖、明細(xì)表或房間自然采光照明效果的計(jì)算等。

1 概述

1.1 應(yīng)用現(xiàn)狀

1.1.1 國(guó)外應(yīng)用現(xiàn)狀

BIM技術(shù)于20世紀(jì)70年代由美國(guó)喬治亞理工大學(xué)的查克·伊士曼博士提出，后逐步完善并明確了BIM的命名［2］。目前，美國(guó)國(guó)家BIM標(biāo)準(zhǔn)（NBIMS）對(duì)BIM技術(shù)的有關(guān)描述相對(duì)較為全面，表述為：BIM是建筑數(shù)字化表達(dá)，是一個(gè)可共享的信息庫(kù)，為建筑全生命周期各階段提供技術(shù)支撐和管理依據(jù)；信息庫(kù)在不同階段可提取、修改、更新，實(shí)現(xiàn)協(xié)同作業(yè)。

英國(guó)政府明確要求在2016年前建筑企業(yè)實(shí)現(xiàn)3D-BIM的全面協(xié)同［2］。

美國(guó)自2003年起，實(shí)行國(guó)家級(jí)3D-4D-BIM計(jì)劃，規(guī)定所有重點(diǎn)項(xiàng)目自2007年起通過(guò)BIM進(jìn)行空間規(guī)劃［2］。

韓國(guó)政府計(jì)劃2016年前實(shí)現(xiàn)公共工程的BIM應(yīng)用［2］。

挪威、丹麥、瑞典和芬蘭等北歐國(guó)家，已孕育了Tekla、Solibri等主要的建筑業(yè)信息技術(shù)軟件廠商［2］。

由此看來(lái)，國(guó)外在BIM技術(shù)應(yīng)用方面注重長(zhǎng)期發(fā)展，行業(yè)市場(chǎng)化、專業(yè)化、標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化程度高，項(xiàng)目規(guī)劃有成熟環(huán)境和機(jī)制，一旦啟動(dòng)，很少變動(dòng)，本身體現(xiàn)出一以貫之的BIM作風(fēng)。此外，國(guó)外業(yè)主會(huì)成立專業(yè)的BIM咨詢團(tuán)隊(duì)，一對(duì)一對(duì)接設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)，且對(duì)項(xiàng)目啟動(dòng)全過(guò)程的軟件類型、數(shù)據(jù)接口、信息規(guī)范等細(xì)節(jié)嚴(yán)格規(guī)定。

1.1.2 國(guó)內(nèi)應(yīng)用現(xiàn)狀

2016年8月23日，中華人民共和國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部發(fā)布《關(guān)于印發(fā)2016—2020年建筑業(yè)信息化發(fā)展綱要的通知》，其中明確指出：建筑業(yè)信息化是建筑業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略的重要組成部分，也是建筑業(yè)轉(zhuǎn)變發(fā)展方式、提質(zhì)增效、節(jié)能減排的必然要求，對(duì)建筑業(yè)綠色發(fā)展、提高人民生活品質(zhì)具有重要意義；施工類企業(yè)普及項(xiàng)目管理信息系統(tǒng)，開(kāi)展施工階段的BIM基礎(chǔ)應(yīng)用，有條件的企業(yè)應(yīng)研究BIM應(yīng)用條件下的施工管理模式和協(xié)同工作機(jī)制，建立基于BIM的項(xiàng)目管理信息系統(tǒng)。

BIM技術(shù)在我國(guó)起步較晚，發(fā)展速度并非超前，很多企業(yè)在BIM技術(shù)推廣應(yīng)用階段會(huì)遇到諸多問(wèn)題，發(fā)展過(guò)程坎坷多變，BIM技術(shù)的創(chuàng)新還有待提高。發(fā)展伊始，主要以設(shè)計(jì)單位為主導(dǎo)，隨著B(niǎo)IM技術(shù)日益成熟，許多施工、勘察類企業(yè)才紛紛重視起來(lái)［3］，同政府聯(lián)合各建筑協(xié)會(huì)同高校舉辦了很多比賽，開(kāi)辦了國(guó)有知識(shí)產(chǎn)權(quán)的BIM技術(shù)培訓(xùn)交流，為BIM市場(chǎng)培養(yǎng)更多技術(shù)人才，促進(jìn)社會(huì)的科技進(jìn)步。

目前我國(guó)應(yīng)用比較成功的工程項(xiàng)目有：中國(guó)第一高樓——上海中心、北京第一高樓——中國(guó)尊、華中第一高樓——武漢中心等。其中，中國(guó)博覽會(huì)會(huì)展綜合體工程證明，通過(guò)BIM技術(shù)的應(yīng)用可以排除90%的圖紙錯(cuò)誤，減少60%返工，縮短10%工期，提高項(xiàng)目管理及成本效益。

1.2 應(yīng)用方法

1.2.1 施工進(jìn)度管理

通過(guò)Project軟件進(jìn)行施工進(jìn)度計(jì)劃編制，通過(guò)品茗智繪進(jìn)度計(jì)劃軟件進(jìn)行雙代號(hào)時(shí)標(biāo)網(wǎng)絡(luò)圖繪制，以橫道圖和網(wǎng)絡(luò)圖表示施工現(xiàn)場(chǎng)的施工進(jìn)度計(jì)劃以及和實(shí)際進(jìn)度相比較，再通過(guò)Navisworks軟件進(jìn)行施工進(jìn)度模擬，制作施工進(jìn)度模擬視頻，可以很直觀實(shí)現(xiàn)工程施工進(jìn)度的4D動(dòng)態(tài)管理。

1.2.2 技術(shù)質(zhì)量管理

（1）前期策劃時(shí)，用Revit軟件進(jìn)行場(chǎng)區(qū)臨建三維，并輸出為二維圖紙，指導(dǎo)臨建標(biāo)準(zhǔn)化、精細(xì)化施工；

（2）施工圖未全部下發(fā)階段，以既有部分圖紙為基礎(chǔ)，進(jìn)行主樓結(jié)構(gòu)模型創(chuàng)建，提取混凝土工程量，為項(xiàng)目材料預(yù)算提供數(shù)據(jù)支持；

（3）創(chuàng)建地下車庫(kù)結(jié)構(gòu)模型，進(jìn)行梁底凈高分析，有助于圖紙會(huì)審工作順利進(jìn)行；

（4）創(chuàng)建質(zhì)量樣板，并指導(dǎo)樣板制作，保證施工質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)化；

（5）以漫游及動(dòng)畫(huà)的方式，進(jìn)行關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)可視化安全技術(shù)交底，譬如：塔式起重機(jī)安拆、全鋼式提升腳手架安拆、砌體工程、大體積混凝土施工、井道曳引式施工升降機(jī)安拆等。

1.3 應(yīng)用意義

傳統(tǒng)的房屋建筑工程施工圖紙為二維圖紙，可視化程度低，且需要技術(shù)人員有極強(qiáng)的三維構(gòu)圖能力，對(duì)人員要求較高，嚴(yán)重阻礙工程建設(shè)各方有效溝通［4］。且建設(shè)工程施工是一項(xiàng)綜合性工程，有效且迅速的處理和利用其中的信息顯得尤為重要。

通過(guò)結(jié)合BIM技術(shù)在實(shí)際房屋建筑工程施工過(guò)程中的應(yīng)用，致力于解決一些房建工程施工中存在的問(wèn)題，闡述BIM技術(shù)應(yīng)用的意義及前景，對(duì)房建工程施工管理具有較為重要的意義。其主要表現(xiàn)為：

（1）可視化。BIM技術(shù)憑借其數(shù)字化、可視化的特點(diǎn)，將傳統(tǒng)的二維施工圖紙轉(zhuǎn)換為三維的視覺(jué)對(duì)象，對(duì)房建工程施工管理有很大指導(dǎo)意義；

（2）模擬性。將模型文件導(dǎo)入Lumion、Navisworks等模擬軟件，制作模擬動(dòng)畫(huà)及漫游，對(duì)房建工程施工進(jìn)度管理具有重要意義；

（3）創(chuàng)新性。BIM技術(shù)在房屋建筑工程施工中的應(yīng)用，反映出建筑工程施工技術(shù)的創(chuàng)新和與時(shí)俱進(jìn)，更反映出生產(chǎn)方式的科學(xué)化發(fā)展，有利于建筑行業(yè)長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展［5］。

2 臨建階段的應(yīng)用

臨建是房建工程施工前提的一部分，合理有序的進(jìn)行臨建布置、施工，可有效地從源頭減少質(zhì)量安全隱患，一定程度地降低成本、提高項(xiàng)目效益。

2.1 工程概況

案例工程規(guī)劃總用地面積約77 083.46 m2，總建筑面積229 062.00 m2，共包含12棟主樓（3棟29層、6棟7層、2棟26層、1棟22層）、1棟3層幼兒園及1棟3層綜合服務(wù)用房。

2.2 BIM技術(shù)應(yīng)用

該工程建筑面積較大、工期緊、施工場(chǎng)地狹窄、各工序交叉作業(yè)多，項(xiàng)目考慮在場(chǎng)區(qū)東北側(cè)建筑紅線外征地作為項(xiàng)目駐地，施工區(qū)不考慮占用紅線外土地。為節(jié)約土地及資金成本，前期施工準(zhǔn)備階段采用Revit進(jìn)行項(xiàng)目駐地臨建三維布置模擬［6］，將模型導(dǎo)出至720云平臺(tái)全景模擬（見(jiàn)圖1），保證在既有土地的前提下合理布置臨建建筑物（見(jiàn)圖2），保證施工正常進(jìn)行，提高管理水平。

圖1 項(xiàng)目駐地模型

圖2 實(shí)際建筑

3 質(zhì)量管理中的應(yīng)用

建筑工程的質(zhì)量問(wèn)題關(guān)乎所有人的生命安全，隨著生產(chǎn)技術(shù)的不斷提高，建筑材料和機(jī)具設(shè)備也在不斷進(jìn)步和創(chuàng)新，但新產(chǎn)生的問(wèn)題傳統(tǒng)管理方法難以有效解決［7］，借助信息化管理的BIM技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)某些問(wèn)題的高效解決。

3.1 工程量提取

借助Revit軟件進(jìn)行項(xiàng)目樓結(jié)構(gòu)模型創(chuàng)建，將基礎(chǔ)、柱、墻、梁、板混凝土按不同等級(jí)和不同部位生成明細(xì)表［8］，然后將明細(xì)表導(dǎo)入Excel進(jìn)行整理，統(tǒng)計(jì)出各等級(jí)混凝土數(shù)量，也可按照不同部位進(jìn)行混凝土數(shù)量統(tǒng)計(jì)，如標(biāo)準(zhǔn)層混凝土數(shù)量統(tǒng)計(jì)（見(jiàn)圖3），對(duì)后期現(xiàn)場(chǎng)商用混凝土數(shù)量管控具有指導(dǎo)意義。

圖3 墻明細(xì)表界面

3.2 梁底凈高分析

一般凈高分析多指設(shè)計(jì)階段，通過(guò)BIM模擬建造，對(duì)空間狹小、凈高要求高或管線密集的區(qū)域進(jìn)行分析，事先發(fā)現(xiàn)不滿足凈高要求和美觀需求的部位，避免后期施工更改，從而達(dá)到縮短工期、節(jié)約成本的效果。鑒于項(xiàng)目車庫(kù)負(fù)一層北側(cè)區(qū)域?yàn)槿朔绤^(qū)，施工要求及建筑內(nèi)部空間要求高，故采用BIM技術(shù)進(jìn)行人防區(qū)車庫(kù)結(jié)構(gòu)模型創(chuàng)建，在圖紙會(huì)審階段進(jìn)行凈高分析，盡早發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，最大限度地優(yōu)化凈高，幫助圖紙會(huì)審工作順利進(jìn)行。具體應(yīng)用如下：

（1）利用Revit軟件進(jìn)行梁全部標(biāo)記，對(duì)照CAD圖紙進(jìn)行梁對(duì)照檢查（見(jiàn)圖4）；

圖4 Revit與CAD梁圖紙對(duì)照

（2）生成梁明細(xì)表（見(jiàn)圖5），包含參數(shù)有類型、長(zhǎng)度、體積、底部高程及頂部高程；

圖5 結(jié)構(gòu)梁明細(xì)表界面

（3）添加梁底凈高參數(shù)，并篩選出梁底凈高≤3 000 mm的梁，高亮顯示（見(jiàn)圖6—圖9）；

圖6 按梁底凈高篩選

圖7 篩選出梁高亮顯示

圖8 梁在模型中高亮顯示

圖9 梁底凈高模擬檢查

（4）將模型文件導(dǎo)入Fuzor軟件，以人物控制模式，模擬真實(shí)場(chǎng)景［9］進(jìn)行梁底凈高不滿足要求的梁檢查。

3.3 質(zhì)量樣板建立

利用Revit（HiBIM）軟件進(jìn)行質(zhì)量樣板模型創(chuàng)建，模型中不同部位、不同材質(zhì)采用不同的顏色進(jìn)行展示，避免后期渲染時(shí)出現(xiàn)相互干擾的問(wèn)題。將創(chuàng)建好的模型文件導(dǎo)入Lumion軟件進(jìn)行渲染，并導(dǎo)出為適用于720云平臺(tái)的全景圖片（或采用PTGui軟件制作圖片）。將全景照片導(dǎo)入720云平臺(tái)進(jìn)行全景模擬，其中也可增加相應(yīng)的解說(shuō)、細(xì)部構(gòu)造和施工工藝等，部分樣板模型見(jiàn)圖10。

圖10 部分樣板模型展示圖

以完成的樣板模型為指導(dǎo)，現(xiàn)場(chǎng)制作相應(yīng)的實(shí)體質(zhì)量樣板，作為實(shí)物進(jìn)行質(zhì)量技術(shù)交底，有利于提高項(xiàng)目參與人員的質(zhì)量意識(shí)。

3.4 可視化技術(shù)交底

應(yīng)用BIM技術(shù)進(jìn)行可視化施工安全技術(shù)交底，主要步驟為：根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行BIM三維模型創(chuàng)建—?jiǎng)赢?huà)或視頻制作—通過(guò)LED屏幕進(jìn)行三維交底。

具體為，先對(duì)交底內(nèi)容總體策劃，編寫(xiě)交底文案，收集資料，模型創(chuàng)建及動(dòng)畫(huà)制作（采用Navisworks等軟件），然后將動(dòng)畫(huà)與文案錄音初步合成，進(jìn)行項(xiàng)目復(fù)檢，最后保存輸出為交底文件。

通過(guò)三維可視化技術(shù)交底，將施工技術(shù)中涉及到的施工方案、施工工藝、質(zhì)量要求、工程進(jìn)度及安全目標(biāo)等對(duì)施工人員及相關(guān)技術(shù)人員進(jìn)行更為直觀的交底，通過(guò)三維軟件建模有針對(duì)性地還原作業(yè)面仿真現(xiàn)場(chǎng)，加大被交底人對(duì)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的感知，進(jìn)一步加深其感官印象。案例工程采用的可視化技術(shù)交底的部分內(nèi)容展示見(jiàn)圖11。

圖11 可視化技術(shù)交底的部分內(nèi)容展示圖

4 施工進(jìn)度控制方面的應(yīng)用

利用BIM技術(shù)模擬出的施工過(guò)程，加入技術(shù)人員的科學(xué)計(jì)算，進(jìn)一步提高模擬結(jié)果的精確性和科學(xué)性，確保每個(gè)施工細(xì)節(jié)的準(zhǔn)確性。以此為基礎(chǔ)，工程施工人員按照這個(gè)模擬進(jìn)度施工，保證其實(shí)際進(jìn)度和模擬結(jié)果一致，盡量減少不必要的誤差，并及時(shí)對(duì)施工進(jìn)度糾偏處理以避免損失。

4.1 施工進(jìn)度管理問(wèn)題及主要原因

（1）設(shè)計(jì)圖紙缺陷——CAD圖紙形象化較差。傳統(tǒng)的二維CAD圖紙要求技術(shù)人員具有較高的三維構(gòu)圖能力，但這種能力需經(jīng)過(guò)專業(yè)培訓(xùn)或長(zhǎng)期鍛煉。建筑施工圖涉及的領(lǐng)域和專業(yè)較多，由不同的專家參與設(shè)計(jì)，因時(shí)間有限且知識(shí)面不同，可能會(huì)造成圖紙?jiān)O(shè)計(jì)及審查過(guò)程中存在矛盾及錯(cuò)誤，這對(duì)技術(shù)人員是另外一個(gè)挑戰(zhàn)，若不能在早期發(fā)現(xiàn)，將有可能嚴(yán)重影響施工進(jìn)度。

（2）施工進(jìn)度與計(jì)劃編制不匹配——計(jì)劃圖難以理解且執(zhí)行性不強(qiáng)。施工進(jìn)度計(jì)劃編制過(guò)程難免存在誤差，且網(wǎng)絡(luò)進(jìn)度計(jì)劃圖本身具有一定的局限性：包含復(fù)雜的計(jì)算、內(nèi)容概括性強(qiáng)、邏輯關(guān)系強(qiáng)等，所有的計(jì)劃制定都需要依靠決策者的主觀經(jīng)驗(yàn)，因此在實(shí)際執(zhí)行過(guò)程中難免出現(xiàn)問(wèn)題，造成進(jìn)度與計(jì)劃不匹配，進(jìn)而延誤工期。

（3）各方溝通及銜接不良——專業(yè)之間溝通協(xié)調(diào)受限。各專業(yè)在施工過(guò)程中需要充分溝通和銜接，但施工人員因?yàn)閷I(yè)背景和素質(zhì)高低不一，如不能有效溝通和協(xié)調(diào)，很可能導(dǎo)致工序混亂最終導(dǎo)致工程進(jìn)度緩慢。

4.2 BIM技術(shù)應(yīng)用

4.2.1 施工進(jìn)度計(jì)劃編制

首先應(yīng)用Project和品茗智繪進(jìn)度計(jì)劃軟件進(jìn)行施工進(jìn)度計(jì)劃安排，部分計(jì)劃安排見(jiàn)圖12、圖13。

圖12 施工進(jìn)度橫道圖

圖13 雙代號(hào)網(wǎng)絡(luò)時(shí)標(biāo)圖

Autodesk Navisworks manage作為BIM平臺(tái)里面一個(gè)強(qiáng)大的4D模擬集成平臺(tái)，不僅可實(shí)現(xiàn)碰撞檢測(cè)、分析，還支持將Sketchup等建模軟件以及Microsoft Project等進(jìn)度計(jì)劃編制軟件的成果進(jìn)行格式交換與集成，實(shí)現(xiàn)構(gòu)件與進(jìn)度計(jì)劃的一一對(duì)應(yīng)與鏈接。工程應(yīng)用具體做法為：將Revit模型導(dǎo)出為.nwc格式文件，將3D模型文件載入到Navisworks平臺(tái)，在Navisworks平臺(tái)中，各個(gè)構(gòu)件按樓層進(jìn)行劃分，然后根據(jù)族、類型的層次關(guān)系依次細(xì)分，總體呈樹(shù)狀結(jié)構(gòu)。其中Timeliner工具可以將.mmp格式的進(jìn)度計(jì)劃文件和.nwc格式的模型文件一并導(dǎo)入，然后采用附著方式將各構(gòu)件與進(jìn)度計(jì)劃關(guān)聯(lián)，最終通過(guò)進(jìn)度計(jì)劃的時(shí)間軸為主線，依次生成模型構(gòu)件，實(shí)現(xiàn)施工模擬，生成.nwf格式的4D模型文件（見(jiàn)圖14）［10］。

圖14 施工進(jìn)度模擬

4.2.2 過(guò)程控制及調(diào)整

在Project進(jìn)度編制軟件中完成初步計(jì)劃編制，在BIM軟件Navisworks中鏈接好構(gòu)建組和進(jìn)度項(xiàng)之后，通過(guò)在時(shí)間維度中檢查模型，能夠更直觀地發(fā)現(xiàn)進(jìn)度計(jì)劃中的問(wèn)題。根據(jù)初步進(jìn)度計(jì)劃安排，施工順序?yàn)橄溶噹?kù)后主樓，通過(guò)進(jìn)度模擬發(fā)現(xiàn)，以后澆帶為界，將主樓相鄰車庫(kù)部分與主樓同時(shí)施工，與其他部分車庫(kù)分屬于獨(dú)立的施工區(qū)段，互不干擾，可同時(shí)進(jìn)行施工，故以此對(duì)關(guān)鍵線路進(jìn)行調(diào)整，達(dá)到節(jié)省工期、節(jié)約成本之效。

4.3 技術(shù)優(yōu)越性及對(duì)比分析

相對(duì)于傳統(tǒng)的技術(shù)，現(xiàn)在的BIM技術(shù)已經(jīng)發(fā)展很快，可通過(guò)多次模擬，高效地發(fā)現(xiàn)施工中的問(wèn)題，從而實(shí)現(xiàn)施工過(guò)程管理的標(biāo)準(zhǔn)化和精細(xì)化。BIM技術(shù)與傳統(tǒng)方法應(yīng)用對(duì)比見(jiàn)表1。

表1 BIM技術(shù)與傳統(tǒng)方法應(yīng)用對(duì)比

5 結(jié)論與建議

結(jié)合BIM技術(shù)在國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及BIM技術(shù)在本工程中的實(shí)際應(yīng)用，研究得出如下結(jié)論：

（1）通過(guò)對(duì)BIM技術(shù)在房屋建筑工程施工過(guò)程中的應(yīng)用及研究，有效的采用了BIM技術(shù)進(jìn)行項(xiàng)目駐地臨建布置、工程量提取、梁底凈高分析、質(zhì)量樣板創(chuàng)建、可視化技術(shù)交底及施工進(jìn)度管理，直觀形象，實(shí)現(xiàn)了資源配置優(yōu)化、實(shí)現(xiàn)了質(zhì)量和進(jìn)度精細(xì)及標(biāo)準(zhǔn)化管理，節(jié)約了施工成本。

（2）通過(guò)實(shí)際工程案例分析，列舉了BIM技術(shù)在房屋建筑工程施工過(guò)程中的部分應(yīng)用及產(chǎn)生的效益，對(duì)同類工程的BIM技術(shù)應(yīng)用具有參考和借鑒意義。

由于BIM技術(shù)相關(guān)理論及應(yīng)用尚未成熟，列舉的應(yīng)用只是其中一部分，在應(yīng)用深度和經(jīng)驗(yàn)上仍有欠缺，故對(duì)以后的應(yīng)用提出如下建議：增加BIM技術(shù)應(yīng)用在成本控制方面帶來(lái)的效益；增加BIM技術(shù)在機(jī)電碰撞檢測(cè)方面的應(yīng)用研究。