張光磊 紀文彬 曾志明 喬冠翔

(1.深圳市殘友智建有限公司，廣東 深圳 518000；2.中建三局第一工程有限公司，廣東 深圳 518000；3.天津市西青區(qū)王穩(wěn)莊鎮(zhèn)人民政府，天津 300383)

0 引言

BIM是一種基于三維數(shù)字化技術的建筑信息模型，利用BIM技術可以對工程項目進行設計、建造和運營全生命周期的管理。BIM技術在建設單位的應用是一種突破，在國內(nèi)建筑業(yè)發(fā)展中，BIM技術推進了工程總承包管理工作，促使了建筑行業(yè)整體信息化程度的進一步提升。

目前BIM技術處于快速發(fā)展階段，我國學者已對BIM技術工程項目成果交付情況進行了不同程度的研究。張校偉在2012年基于IPD的協(xié)同優(yōu)化管理模式對整個項目完整且全過程的BIM技術交付標準開展了相關研究，介紹了項目交付標準原則。周成2013年基于IDM對BIM模型數(shù)據(jù)交付標準進行了深入研究。陳偉民在2015年系統(tǒng)性地研究了BIM交付標準。2020年宋戰(zhàn)平等介紹了BIM技術在隧道工程各階段的作用和優(yōu)點，為其他項目管理者提供了借鑒。這些研究分別基于研究者各自不同的專業(yè)領域，針對BIM成果應用情況，提出了各專業(yè)工程項目中BIM模型所需的條件。

本文以合正方州潤園項目為例，介紹了BIM技術應用成果交付的過程。該項目應用Revit、Fuzor軟件創(chuàng)建項目的三維模型，利用建筑結(jié)構(gòu)模型、管線綜合排布模型、施工場地平面布置等進行合理優(yōu)化，結(jié)合模型中的各類信息指導現(xiàn)場施工，為項目的實施提供了有效指導。

1 項目概況及施工重難點分析

合正方州潤園項目地上為9棟住宅樓和附屬裙樓，總用地面積為35 830.70m2，總建筑面積為320 817.88m2，住宅樓最高48層，結(jié)構(gòu)高度最高為146.91m。地上裙樓兩層，主要為商業(yè)、文化活動室、社區(qū)健康服務中心、社區(qū)服務中心、社區(qū)管理用房、社區(qū)公共配套用房和社區(qū)老人日間照料中心，首層裙樓高度5.75m，二層裙樓層高4.6m。地下為三層地下室，地下室為共用停車庫、人防區(qū)域和設備機房，人防區(qū)域位于地下負三層、負二層，人防面積12 540.78m2，地下室總建筑面積為91 228.55m2，地下三層各層高分別為3.5m、3.7m、3.8m。

合正方州潤園項目于2020年12月31日取得施工許可證后正式開工建設，將于2023年6月7日完成。由于項目施工期限短、任務重，現(xiàn)場平面的布置牽涉勞務作業(yè)隊伍三家，多家管道、消防、空調(diào)等專業(yè)分包單位，現(xiàn)場環(huán)境情況復雜，協(xié)調(diào)工作難度大。比如該項目與旁邊標段項目基坑相通，共用一個出土坡道，基坑支護線與用地紅線重疊、施工場地內(nèi)僅北側(cè)一條施工道路，其他方向均無可利用空間，項目可利用場地小，施工期間交通協(xié)調(diào)困難。

2 BIM技術的項目施工應用成果交付

BIM技術包含建筑工程項目從建設到運營的全過程管理。通過建立項目的土建、機電、裝修等模型，根據(jù)項目進度對BIM應用成果交付過程進行優(yōu)化，利用BIM技術的可視化模型，提前發(fā)現(xiàn)施工問題，做出事先處理，及時交付相應的成果供各施工單位參考。

2.1 成果交付流程

建筑工程項目設計階段、施工階段和運營階段對BIM技術的需求和所需要的成果逐層遞進且各不相同。設計階段對BIM成果的需求為施工圖遺漏和碰撞檢測，這是為了便于設計人員在項目實施前盡可能地減少設計圖錯誤，保障項目施工圖的準確性。施工階段的施工方案設計貫徹項目施工始終，而且方案還會根據(jù)現(xiàn)場情況不斷調(diào)整，因此該階段的BIM應用成果交付是根據(jù)實際工程項目需要而交付的相關成果。合正方州潤園項目成果交付流程見圖1。

圖1 合正方州潤園成果交付流程

2.2 成果交付的時效性

當前BIM技術剛剛普及，施工各單位對BIM技術的認識還比較淺顯；BIM成果交付標準信息、交付內(nèi)容及交付時效存在高度不對等，難以按照理想狀態(tài)進行成果交付；BIM應用成果種類繁多，涉及部門廣，因此項目應對BIM技術應用過程及交付成果內(nèi)容進行必要的總結(jié)和梳理。

合正方州潤園項目根據(jù)施工需求和實用性要求對BIM成果交付進行了匯總，在各進度節(jié)點前，該項目需要交付的文件即交付成果見表1。

表1 BIM成果交付內(nèi)容

2.3 BIM成果最終交付流程

項目要及時根據(jù)當前資料創(chuàng)建及整合竣工模型，竣工交付前要根據(jù)實際情況及時更新竣工模型及更新各專業(yè)竣工模型，竣工交付環(huán)節(jié)要依次進行以下工作:

(1)歸檔施工圖、模型及設計變更資料并使之符合規(guī)范。

(2)整合包括建筑模型、結(jié)構(gòu)模型、機電模型等各專業(yè)模型，并根據(jù)現(xiàn)場情況對遺漏的部分進行修改，更新模型。

(3)整理分類使完成的建筑竣工模型和驗收資料可通過信息化、數(shù)字化方式進行檢索、提取。

3 合正方州潤園項目BIM施工中應用成果交付

3.1 BIM技術應用于項目設計方面的成果交付內(nèi)容

BIM技術可以結(jié)合工程項目施工方案及施工圖建立可視化數(shù)字化模型，動態(tài)展示施工過程。合正方州潤園項目應用BIM技術建立模型，檢驗設計方面的不合理之處，根據(jù)模型碰撞找出設計錯誤。該項目將設計階段BIM成果交付與設計進度緊密結(jié)合，初步設計階段交付土建碰撞問題206處，保障了設計進度的順利進行，施工圖設計階段交付土建問題報告136處，保證了設計質(zhì)量。BIM技術在設計工作中的應用還使總承包企業(yè)及時發(fā)現(xiàn)了建筑工程項目設計中的不足，并對不足之處進行了有效優(yōu)化處理，減少了設計圖變更。

3.2 BIM技術綠色施工應用——施工現(xiàn)場布置成果交付

目前場地布置是工程項目施工過程中經(jīng)常要面臨的問題，應用BIM技術可以優(yōu)化施工場地布置，合理規(guī)劃場地。合正方州潤園項目利用BIM技術合理安排周邊環(huán)境及現(xiàn)場布置，同時規(guī)劃各單位設備設施擺放順序。按照施工進度交付不同的現(xiàn)場平面布置方案，使現(xiàn)場運行井然有序。項目基坑開挖施工過程中利用無人機掃描采集現(xiàn)場資料，交付施工現(xiàn)場實況資料及初步場地布置方案供技術部門參考。該項目局部地下室區(qū)域為預留后施工，底板施工后該區(qū)域被設置為鋼筋加工場，因此要將場地布置方案優(yōu)化成果及時交付技術部；塔樓施工時地下室土方回填后施工場地有所緩解，此時要再次優(yōu)化施工現(xiàn)場場地布置以保障施工順利進行。該項目利用BIM技術建立現(xiàn)場場地平面布置圖，使現(xiàn)場各個階段的施工情況都能夠按照項目進度計劃進行布置，從而緩解了現(xiàn)場平面布置工作的壓力。

3.3 BIM技術在機電管線綜合排布領域的成果交付

(1)碰撞檢查、提高施工效率。合正方州潤園項目先利用BIM技術建立建筑模型、結(jié)構(gòu)模型，在此基礎上進行各專業(yè)機電管線的模型創(chuàng)建，將各系統(tǒng)二維CAD圖轉(zhuǎn)化為實體綜合直觀的三維模型。利用BIM軟件逐一檢查及排除碰撞節(jié)點，利用檢查功能對已經(jīng)建好的模型進行碰撞檢測分析。該階段交付機電碰撞問題及修改建議報告129處，為后續(xù)管線優(yōu)化工作打下了良好基礎，其中節(jié)點需要調(diào)整的模型數(shù)據(jù)，通過BIM技術同步反饋到其他專業(yè)，從而使這些專業(yè)迅速獲取修改信息，進行二次碰撞檢查，及時反映出調(diào)整部位具體變化的情況。根據(jù)項目碰撞檢查情況，建設單位組織各施工單位召開協(xié)調(diào)工作會議，在機電施工前協(xié)調(diào)各方利益確定避讓原則，解決了各單位交叉作業(yè)時各自為戰(zhàn)的問題，避免了不必要的停工協(xié)調(diào)工作。利用BIM碰撞檢查功能，提前發(fā)現(xiàn)了施工過程中的管線碰撞問題，在模型中將它們調(diào)整到合理位置，減少了不必要的浪費。

(2)利用BIM技術的管線綜合排布優(yōu)化。機電綜合管線排布涉及專業(yè)多，管線錯綜復雜，各專業(yè)由不同部門設計、不同單位一起施工，設計方案的優(yōu)化程度取決于設計人員的設計和施工經(jīng)驗，難以保證設計方案的整體質(zhì)量。合正方州潤園項目利用BIM技術的管線排布優(yōu)化完美地解決了方案質(zhì)量難以保證的問題。在三維模型中很容易判斷出設計方案是否合理，是否有更優(yōu)的設計方案，是否可以通過更改方案降低施工難度。管線綜合排布優(yōu)化過程中持續(xù)協(xié)調(diào)各施工單位，組織管線綜合排布優(yōu)化方案確認會議，形成會議紀要及方案圖，并以此作為最終管線綜合排布優(yōu)化方案的依據(jù)。

(3)BIM技術綜合出圖全面準確。各單位對管線綜合排布優(yōu)化方案確認后需要形成具體的施工圖，合正方州潤園項目利用模型中各類管線設備，通過過濾器設置功能對通風系統(tǒng)、給排水系統(tǒng)、消防系統(tǒng)、電纜橋架系統(tǒng)等設置不同顏色加以區(qū)分，出具不同專業(yè)管線綜合排布優(yōu)化后帶有具體標高的施工圖集。在該項目機電施工前將此施工圖集分別交付給各單位并簽字確認，從而保障了機電施工順利進行。

3.4 項目施工過程中施工方案BIM優(yōu)化成果交付

(1)工程算量。BIM軟件能夠精確計算混凝土梁、板、柱、墻及混凝土模板工程量且與國內(nèi)工程計量規(guī)范基本一致?；炷聊０咫m然為非實體工程項目，但卻是重要的計量項目而且計算煩瑣，利用BIM技術能夠準確計算出各階段模板使用量，合理配置相關資源。合正方州潤園項目模型建立后，利用軟件分層計算出混凝土、模板和鋼筋工程量，為后期物資采購及混凝土澆筑提供了理論依據(jù)。

(2)空間凈高分析優(yōu)化。在機電管線綜合排布的同時進行的是空間凈高優(yōu)化，該階段基于各土建、裝修等，BIM模型對建筑物內(nèi)部空間進行凈高分析，做到滿足建筑使用功能、業(yè)主需求和規(guī)范要求。合正方州潤園項目在機電施工前交付凈高分析報告、管線碰撞檢測報告，記錄不滿足凈高要求的節(jié)點位置、不滿足原因及優(yōu)化建議，從而保障建筑物空間的要求。

(3)墻體預留管洞。墻體預留管洞往往在建筑工程項目施工圖結(jié)構(gòu)中未明確設計具體位置，結(jié)構(gòu)預留洞需要施工單位提前結(jié)合各專業(yè)圖埋設。合正方州潤園項目由于建設工期緊、地下室管線綜合布置復雜等因素，在有效的時間內(nèi)完成管線綜合排布及各穿墻套管預留定位工作難度非常大，以前是在實際施工過程中憑經(jīng)驗進行留設，但傳統(tǒng)預埋預留管洞的結(jié)果是后期的利用率差，很多項目施工往往只能采取后鑿的方式，很難做到設計要求的預留準確、嚴禁后鑿。該項目在砌體施工前利用BIM技術提前將施工圖中各專業(yè)內(nèi)容進行建模整合及優(yōu)化，確認管線最終走向，生成專業(yè)砌體留洞施工圖，交付相關單位，這為提高墻體預留洞利用率提供了有效保障。

(4)抗震結(jié)構(gòu)鋼梁節(jié)點深化。利用BIM的三維可視效果，在施工環(huán)節(jié)指導項目模板加工、鋼筋下料、預埋件安裝、構(gòu)件生產(chǎn)和安裝。合正方州潤園項目的抗震結(jié)構(gòu)鋼梁和結(jié)構(gòu)柱箍筋存在交叉點，利用BIM三維建?？梢詼蚀_確定鋼梁開洞位置、評估開洞對鋼梁的影響。結(jié)合具體施工方案導出CAD抗震結(jié)構(gòu)鋼梁開洞圖，使加工廠鋼板下料切割更準確合理，而后利用BIM技術對項目關鍵部位進行建模和演示，虛擬施工確定鋼筋與抗震結(jié)構(gòu)鋼梁碰撞的位置，優(yōu)化相關施工工藝。

(5)建筑砌體排布。二次結(jié)構(gòu)作為建筑的主要部分，施工過程中較多的是依據(jù)個人的施工經(jīng)驗，較為普遍的現(xiàn)象是對原材料隨意切割，因此嚴重浪費、損耗大。砌體排布細節(jié)要求高，傳統(tǒng)的施工方式質(zhì)量難以保證且施工管理難度大。利用BIM技術預先做好定位，施工前將砌體、圈梁過梁、構(gòu)造柱、導墻磚、塞縫磚、門窗洞口的空間位置在三維模型中標記出來，然后根據(jù)砌體排布通過BIM技術導出，將施工圖交付給相應單位。

(6)BIM技術在裝配式建筑中的應用成果。建筑墻體、樓板等裝配式構(gòu)件在項目施工過程中，容易出現(xiàn)構(gòu)件結(jié)構(gòu)碰撞及構(gòu)件加工尺寸錯誤，利用BIM技術可對項目預施工，從而確定后期施工實施構(gòu)件吊裝、施工安裝及監(jiān)測項目的重點難點，保障裝配式施工順利進行。合正方州潤園項目塔樓建筑墻體、樓板使用裝配式施工技術，利用BIM技術在施工前對相關項目及相關構(gòu)件進行施工模擬，形成了該階段交付裝配式過程中可能發(fā)生的危險情況、碰撞問題報告并提出了相關優(yōu)化建議。

4 合正方州潤園項目應用BIM技術嘗試新方法

4.1 結(jié)合無人機測繪技術進行土方開挖回填算量

從項目場地的平整開始，施工單位就需要進行平衡設計計算出具體的土方量。完成此項作業(yè)可以利用多種方法測量，如水準測量、三角高程測量、GPS工程測量等傳統(tǒng)方法，然而通過這些測量方式采集數(shù)據(jù)效率低，浪費人力物力，測量精度也要取決于測繪人員的能力和工作經(jīng)驗，而且測繪成果為平面二維形態(tài)，導致后期土方量計算工作復雜且難以進行動態(tài)分析。合正方州潤園項目利用無人機測量技術自動掃描設定區(qū)域，幾乎無人為干擾數(shù)據(jù)、精度高，然后根據(jù)無人機掃描數(shù)據(jù)由軟件全自動生成三維數(shù)字模型，利用軟件土方算量功能對影像數(shù)據(jù)中需要計算的土方工程量區(qū)域進行選擇，計算出相應的土方工程量。利用無人機測繪作業(yè)方式，縮短了項目施工前的準備時間，有效保證了工期目標的實現(xiàn)，極大地節(jié)省了人力物力，從而降低了施工成本。

4.2 基于BIM技術的數(shù)字孿生建筑平臺

現(xiàn)在數(shù)字資源已經(jīng)成為戰(zhàn)略性資源，因此基于BIM進行數(shù)字孿生智慧建筑平臺建設就非常必要。數(shù)字孿生建筑平臺既能有效地統(tǒng)一管理數(shù)字資產(chǎn)，又能在運行階段可視化地監(jiān)控樓宇的實時運行狀態(tài)，更重要的是，可以通過數(shù)字孿生系統(tǒng)不斷進行預測、調(diào)整和優(yōu)化現(xiàn)有運行方案，而這一工作不會給現(xiàn)有樓宇的運營帶來影響和風險。合正方州潤園項目施工進度、費用進度及數(shù)字模型同步更新，在項目平臺可以遠程看到項目施工進展情況，為項目進度目標和費用目標的實現(xiàn)和決策及資源調(diào)配提供依據(jù)，如果發(fā)現(xiàn)進度和費用偏差，還可及時采取糾偏措施保障項目按照進度計劃完成。

5 結(jié)語

BIM技術在項目開工前期方案策劃、項目構(gòu)件材料管控、項目施工進度、場布、成本管理等方面都發(fā)揮了一定作用。作為建設單位要積極應用新技術，主動了解BIM的作用，使BIM技術真正應用到項目中去，而不是把BIM當作企業(yè)負擔。隨著BIM技術的高速發(fā)展，相關單位應該提前做好人才培養(yǎng)和技術儲備，這樣才能在未來的科技化、數(shù)字化的建筑市場上拔得頭籌，走在建筑行業(yè)發(fā)展的前列。