宋寧 段旭輝 王像 潘友成 于建增

北京第五建筑工程集團有限公司 北京 100020

隨著BIM技術(shù)的發(fā)展，各復(fù)雜項目對其應(yīng)用越來越廣，也越來越重視。但是現(xiàn)階段各項目仍然存在設(shè)計出圖、BIM模型、現(xiàn)場實際不一致等問題，為此從國外首次引進MR技術(shù)用于施工階段，至此通過BIM+MR技術(shù)對現(xiàn)場項目進行全生命周期的跟蹤、管理得以實現(xiàn)。

華晨寶馬能源中心項目對BIM深化設(shè)計模型及MR技術(shù)進行聯(lián)合應(yīng)用，進行了BIM模型的深化設(shè)計、方案比對、出圖報審、技術(shù)交底、虛擬預(yù)安裝等，較之傳統(tǒng)項目只利用BIM模型更加直觀、清晰。在設(shè)備安裝過程中，提前進行現(xiàn)場模型放射，優(yōu)化設(shè)備安裝位置、管道安裝空間布局，真正做到了使用建筑模型指導(dǎo)現(xiàn)場施工，使得整個設(shè)備連接管道采購總量較實際安裝量多出不足2m。BIM+MR系列技術(shù)的使用，不僅節(jié)約了材料采購費用，還提前發(fā)現(xiàn)施工中的碰撞、檢修空間不足等，在目前技術(shù)水平范圍內(nèi)最大程度縮短了工期節(jié)約了成本，同時避免了不必要的返工。

1 項目概況

華晨寶馬項目是德國工業(yè)4.0對接中國智能制造的典范，設(shè)計院是依據(jù)整個廠區(qū)的概念設(shè)計進行模型建立，再通過Revit軟件正向?qū)С鍪┕D紙，由于現(xiàn)場設(shè)備的實際采購情況及施工情況的不可預(yù)見性，施工單位在施工前需要全方位的進行二次深化設(shè)計，報審?fù)ㄟ^后才能出圖指導(dǎo)現(xiàn)場施工。由于在設(shè)計階段，各種設(shè)備均未采購，只能夠按照常規(guī)進行各種設(shè)備、管道、進出口的預(yù)留，而進入施工階段后，大量大型設(shè)備陸續(xù)采購，設(shè)備的尺寸、規(guī)格等各項參數(shù)確定以后，出現(xiàn)部分設(shè)備與設(shè)計圖紙偏差很大的情況，這是設(shè)計院無法預(yù)料的，因此各方審核后的深化設(shè)計就是施工階段的依據(jù)，采用BIM二次建模成為了與設(shè)計模型同等重要的存在。深化設(shè)計的問題解決后，設(shè)備的供貨時間是需要克服的又一道難關(guān)，在工期緊張的情況下，所有設(shè)備的備貨周期都將關(guān)鍵線路延長，適逢今年全球疫情，造成工期無止境后延，不可能再按照常規(guī)施工，必須在現(xiàn)有條件下向前推進工期，因此為設(shè)備、閥門等預(yù)留準確的空間位置就成了必然，施工過程中采用BIM技術(shù)+MR技術(shù)及時進行交底、預(yù)安裝、檢查可以很好地解決該問題，只需要在可移動設(shè)備上導(dǎo)入模型，實地投射或者實地檢查，即可保障管道安裝準確性。該標段項目大型設(shè)備體量大，設(shè)計原理復(fù)雜，設(shè)備眾多管線密集，屬于整個華晨寶馬項目的心臟部分。

2 工程難點

2.1 深化量大

設(shè)計院根據(jù)概念設(shè)計的施工圖紙不完全具備直接指導(dǎo)施工的要求，對土建、機電均需要二次深化設(shè)計，尤其機電專業(yè)在設(shè)備選型后，管道接口位置及接口大小等均發(fā)生變化，按照空間管理緊湊、合理、美觀的要求進行各專業(yè)的精細深化，設(shè)備深化的同時造成土建大量拆改，而這些施工變更均需要進行深化設(shè)計、報審，部分專業(yè)需要更改原設(shè)計甚至達80%以上，各專業(yè)深化設(shè)計較多、報審數(shù)量較大，對各專業(yè)技術(shù)工程師、BIM工程師的數(shù)量和素質(zhì)要求均較高。

2.2 設(shè)備及管件供貨周期長

設(shè)備及管件供貨周期比較長：項目采用的都是進口設(shè)備，其缺點是供貨周期長，普遍的設(shè)備及閥門組件供貨周期都是在6個月以上。給施工提出了一個很大的挑戰(zhàn)，需在設(shè)備及閥門組件尚未到場的情況下，提前進行其他施工，以保障工期及施工質(zhì)量，因此必須嚴格進行BIM深化設(shè)計及現(xiàn)場虛擬預(yù)安裝。

2.3 設(shè)計變更多

發(fā)生的變更主要有兩點，第一點是因設(shè)計院的設(shè)計不到位、設(shè)計錯漏、設(shè)計調(diào)整或自然因素及其他因素而進行的設(shè)計改變；第二點是因業(yè)主本身的需求發(fā)生變化、工藝流程、以及工期改變等發(fā)生變更，特別是設(shè)備變更及精裝修變更，業(yè)主看到的施工結(jié)果與他想要的東西發(fā)生偏差而發(fā)生的變更，甚至是正式工程因為效果不理想、不滿意而推到重來，這種更改的時間是無法掌控的，必然會影響項目的工期，因此MR進行的虛擬預(yù)安裝、預(yù)拼裝顯得格外重要。

3 BIM+MR技術(shù)應(yīng)用

BIM技術(shù)是集三維數(shù)學(xué)技術(shù)、計算機技術(shù)、繪畫技術(shù)為一體的工程數(shù)據(jù)模型，BIM技術(shù)建立在CAD技術(shù)基礎(chǔ)上，通過優(yōu)化設(shè)計理念、設(shè)計過程、建筑運行過程實現(xiàn)全面升級?；旌犀F(xiàn)實技術(shù)（Mix reality，簡稱MR）是結(jié)合AR的成像理念與VR沉浸式的成像體驗打造出了一種以全息投影現(xiàn)實為主的混合虛擬現(xiàn)實技術(shù)，該技術(shù)可以構(gòu)建逼真的三維虛擬環(huán)境，用戶通過多種傳感設(shè)備與之相互作用，產(chǎn)生“沉浸感”和“臨場感”。增強現(xiàn)實(MR)技術(shù)可以解放用戶的雙手，以3D形式展示BIM數(shù)據(jù)模型，從而提升整個設(shè)計及實施流程的體驗。例如，建筑師和設(shè)計師可以使用眼鏡在桌面范圍可視化他們設(shè)計的建筑模型，以方便他們更快更直觀地打磨和改進設(shè)計。MR系統(tǒng)通常采用三個主要特點：①它結(jié)合了虛擬和現(xiàn)實；②在虛擬的三維進行操作；③實時運行。

BIM+MR技術(shù)二者相輔相成，互相促進。對項目進行全生命周期的管控，尤其是對一些溝通密集項目，能進行信息的實時傳遞，實時更新，避免因為跟專業(yè)溝通不暢引起的工程問題，將成為替代性或者顛覆性的溝通管理技術(shù)，對公司而言能起到降低管理費用，提高工程質(zhì)量，增加企業(yè)效益的作用[1]。

對比分析，了解實際施工與進度計劃的偏差，對整個項目的進度進行把控，在施工模擬過程中還能發(fā)現(xiàn)各專業(yè)施工沖突點及時間，從而合理調(diào)整計劃，消除施工交叉點，保證施工順利進行。

3.1 方案論證與優(yōu)化+MR技術(shù)應(yīng)用

對方案進行可行論證及根據(jù)方案深化模型，能源大廳壓縮空氣管道的支吊架采用成品支吊架，豎桿長度6m，穩(wěn)定性不足（圖1），二次深化提出用非成品支架代替成品支吊架（圖2），運用MR技術(shù)在現(xiàn)場進行模擬，方便業(yè)主及設(shè)計方確認方案。最終確認深化后的方案，即解決了支架不穩(wěn)、空間過于密集的情況，同時又美觀實用。

圖1 深化前

圖2 深化后

3.2 現(xiàn)場施工交底+MR技術(shù)應(yīng)用

在建筑安裝工程中，技術(shù)交底一般包括圖紙交底、施工技術(shù)措施交底及安全技術(shù)交底等。在每一單項和分部分項工程開始前，均應(yīng)進行技術(shù)交底工作。要嚴格按照施工圖、施工組織設(shè)計、施工驗收規(guī)范、操作規(guī)程和安全規(guī)程的有關(guān)技術(shù)規(guī)定施工。傳統(tǒng)平面施工技術(shù)交底不夠直觀、難以精確表達復(fù)雜的構(gòu)件搭接關(guān)系、施工工人對交底人與交底內(nèi)容理解有偏差等問題存在。

利用MR技術(shù)對深化完成后的模型及方案進行現(xiàn)場技術(shù)交底，將深化后的模型，按單項或分部分項分別上傳到移動設(shè)備，對施工區(qū)域內(nèi)的施工隊伍進行可視化交底（圖3、圖4），更直觀的反映每個專業(yè)管線、設(shè)備在現(xiàn)場中的實際位置、空間排布及設(shè)備接口的位置。有效提高了交底內(nèi)容的直觀性和精確度，極大提高了工作效率，施工班組也能很快理解設(shè)計方案和施工方案，使交底內(nèi)容更加直觀，施工工藝執(zhí)行更加徹底，保證了施工目標的順利實現(xiàn)。

圖3 BIM模型演示

圖4 MR現(xiàn)場可視化交底

3.3 管線綜合優(yōu)化+MR技術(shù)應(yīng)用

管線綜合優(yōu)化主要是管線的合理排布以及支吊架的合理排布，對于管線密集，空間狹小區(qū)域，進行合理排布，在管線的路由不發(fā)生碰撞的情況下，少翻彎，同時進行支吊架深化（圖5、圖6），節(jié)省材料，保證施工質(zhì)量，縮短施工工期。模型深化完成后利用MR技術(shù)進行現(xiàn)場預(yù)安裝，通過現(xiàn)場預(yù)安裝方式對深化形式進行討論修改，最終形成最優(yōu)形式，進行MR現(xiàn)場技術(shù)交底，指導(dǎo)施工，保證工期的前提下對施工質(zhì)量也起到很大的作用[2]。

圖5 地板下管綜深化前

圖6 地板下管綜深化后

3.4 精細化建模+MR技術(shù)應(yīng)用

對原模型中設(shè)備與實際廠家設(shè)備不一致的全部進行設(shè)備族替換，設(shè)備接口及管線位置調(diào)整，在不影響原理的情況下，保證檢修空間（圖7、圖8）；針對未到現(xiàn)場的閥門組件，根據(jù)廠家提供的樣本資料，采用1:1建模還原閥門組件尺寸長度，進行管道模型深化，精確閥門組件具體安裝位置，在安裝時用管道代替閥門組件，待閥門組件到場，只需要替換管道即可。本項目制冷機房在優(yōu)化設(shè)計過程中，不僅考慮了閥部件的長度，連帶勁法蘭盤的厚度都考慮在內(nèi)，做到了真正意義上的精細化建模。模型深化完成后，由專業(yè)工程師帶領(lǐng)施工工人，利用MR技術(shù)進行現(xiàn)場預(yù)安裝，檢驗?zāi)Ｐ蜕罨目尚行?，進行反復(fù)調(diào)整確認無誤進行MR現(xiàn)場技術(shù)交底，出圖指導(dǎo)施工。

圖7 管線深化前無通道

圖8 深化后檢修通道

3.5 變更及精裝修+MR技術(shù)應(yīng)用

對于變更的二次深化設(shè)計主要是檢驗變更方案可行性；對于精裝修的深化主要是地磚、墻磚以及吊頂、機電排布方面的深化（圖9），深化后通過漫游方式進行演示，如有不同方案可以提前進行優(yōu)化，避免施工完成后再進行整改，節(jié)省了人力、物力、財力[3]。深化完成后利用MR技術(shù)進行現(xiàn)場安裝演示，方案確定后進行MR技術(shù)交底，指導(dǎo)現(xiàn)場進行施工。

圖9 精裝修深化圖

3.6 現(xiàn)場施工+MR技術(shù)應(yīng)用

現(xiàn)場施工利用MR技術(shù)主要體現(xiàn)在以下三方面：

（1）現(xiàn)場進度控制

施工項目進度控制是指在既定的工期內(nèi)，編制出最優(yōu)的施工進度計劃，在執(zhí)行該計劃的施工中，經(jīng)常檢查施工實際進度情況，并將其與計劃進度相比較，若出現(xiàn)偏差，便分析產(chǎn)生的原因和對工期的影響程度，找出必要的調(diào)整措施，修改原計劃，不斷地如此循環(huán)，直至工程竣工驗收。施工項目進度控制的總目標是確保施工項目的既定目標工期的實現(xiàn)，或者在保證施工質(zhì)量和不因此而增加施工實際成本的條件下，適當(dāng)縮短施工工期。工程進度控制強調(diào)事前控制，通過有效的方式對施工項目進行事前控制，排除所能察覺到的所有不合理項、問題點后，在去指導(dǎo)實際的現(xiàn)場施工，降低施工不確定性和返工的人力、資金、時間成本。

BIM和MR的結(jié)合，為工程進度管理人員提供了一種進度控制的手段,BIM工程師，只需要將其搭建的BIM模型導(dǎo)出，然后導(dǎo)入到進度仿真管理軟件，通過結(jié)合Project進度數(shù)據(jù)，與模型進行關(guān)聯(lián)，導(dǎo)入MR場景，可以對現(xiàn)場施工進度隨時記錄，使當(dāng)前施工最新進展更新到模型中，讓每一根管線及其閥門組件，直觀的顯現(xiàn)出來，極大的增加對于進度的把控。如下圖（圖10），綠色代表以完成，紅色代表未完成，直觀的顯示出項目的施工進度。

圖10 利用MR顯示現(xiàn)場施工進度

（2）質(zhì)量管理

質(zhì)量管理交底和培訓(xùn)，是讓項目參與各方都對施工工藝流程和質(zhì)量要求達成一致的認識。傳統(tǒng)質(zhì)量交底通過CAD圖紙和文檔來進行說明，效果較差，效率較低，無法保證效果一致性。利用BIM+MR設(shè)備與現(xiàn)實結(jié)合，觀看鋼筋、復(fù)雜節(jié)點構(gòu)造、機電管線、裝飾裝修的三維效果，形成一個更簡單、直觀的溝通方式，讓非專業(yè)人士也能夠快速理解復(fù)雜的施工圖紙和工藝做法要求。將實際完工面與模型進行對比。當(dāng)發(fā)現(xiàn)偏差，則可進一步加載圖紙進場景中比對，還可利用測量功能，對誤差進行精準評判，最后通過視圖保存功能，截圖并評論，將問題點推送至后續(xù)人員落實整改。

（3）運維管理

BIM+MR運營維護的前提是對模型的深化合理性加以論證，工程師對現(xiàn)場的空間進行比對，在BIM模型深化中充分考慮現(xiàn)場的實際情況進行閥門、閥件、設(shè)備等的排布，在不影響功能的情況下，保證檢修及更換空間，使其在后期運維中更加方便快捷（圖11、圖12、圖13）。

圖11 原設(shè)計

圖12 深化設(shè)計

圖13 現(xiàn)場實際

4 結(jié)語

一個工程的完美呈現(xiàn)，是各單位、各部門、各環(huán)節(jié)的通力合作，施工方關(guān)注的是現(xiàn)場，而對前期深化及后期運維的關(guān)注度不高，造成各專業(yè)在實際施工中發(fā)生沖突，BIM+MR技術(shù)可以貫穿整個建筑全生命周期，采用BIM+MR技術(shù)能快速確認方案的可行性，能夠根據(jù)現(xiàn)場使勁情況進行方案調(diào)整，使施工更合理美觀，同時減少材料浪費，縮短工期，帶來了很好經(jīng)濟效益及社會效益。

4.1 經(jīng)濟效益

（1）對未到場閥門閥件進行預(yù)留位置安裝，減少材料浪費，人工費，直接節(jié)省成本。

（2）針對項目施工中重難點進行深化設(shè)計，減少現(xiàn)場施工過程返工率達80%以上，降低成本損失。

（3）檢查設(shè)計院失誤多次，直接減少返工，增加效益。

4.2 社會效益

本項目BIM+MR技術(shù)的應(yīng)用，通過理論與實踐結(jié)合，將BIM技術(shù)真正落實到實體項目工程，再次驗證了BIM技術(shù)在工業(yè)廠房施工應(yīng)用中的優(yōu)勢。同時，BIM各種創(chuàng)新應(yīng)用方面，得到了業(yè)主及外部單位的一致認可，提高了企業(yè)社會核心競爭力，成為了當(dāng)?shù)貥藯U項目。