鐘巍健

（上海建工集團(tuán)股份有限公司，上海 200080）

1 引言

世界各地的許多城市都建造了各種復(fù)雜的大型構(gòu)筑物，這類型建筑項(xiàng)目存在著不確定性，主要是由于其巨大的規(guī)模和復(fù)雜性。因此，需要在最初的施工階段優(yōu)化工作計(jì)劃，確保整個(gè)施工進(jìn)度不會(huì)受到阻礙。為了盡量減少結(jié)構(gòu)框架的不確定性，有必要初步預(yù)測(cè)項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)，并利用信息技術(shù)解決這些問(wèn)題。

作為支持整個(gè)建筑項(xiàng)目生命周期中設(shè)計(jì)、施工以及信息管理的審查和決策的工具，建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）已經(jīng)在全球范圍內(nèi)被應(yīng)用于設(shè)計(jì)和施工階段。借助BIM 技術(shù)的3D 可視化圖解能力，可以有效突破2D 圖紙的諸多限制。因而，BIM 技術(shù)具有改變?cè)O(shè)計(jì)和施工工作方式并促進(jìn)行業(yè)創(chuàng)新的潛力[1]。

BIM 的概念由Charles M.Eastman 教授于1970 年引入[2-3]。自2000 年以來(lái)，BIM 技術(shù)因其實(shí)現(xiàn)性能提升和高質(zhì)量施工的潛力和能力而受到學(xué)術(shù)界和建筑業(yè)的廣泛關(guān)注，并逐漸應(yīng)用于世界各地的大型建筑項(xiàng)目中。研究表明[4-5]，BIM 技術(shù)提高了整個(gè)建筑供應(yīng)鏈的透明度、生產(chǎn)力和產(chǎn)品質(zhì)量。

本文以BIM 技術(shù)在海口新海港綜合交通樞紐（GTC）及配套設(shè)施項(xiàng)目為例進(jìn)行相關(guān)介紹。

2 工程概況

新海港綜合交通樞紐（GTC）及配套設(shè)施建設(shè)工程項(xiàng)目位于海南省?？诟坌潞８蹍^(qū)，粵海鐵路輪渡南港碼頭北側(cè)，新海中路西側(cè)。擬建建筑物GTC 與正在建設(shè)的新?？瓦\(yùn)綜合樞紐站一期相連接；西側(cè)為新海港碼頭，東側(cè)為中建一局正在施工的免稅城項(xiàng)目；免稅城與GTC 之間由長(zhǎng)80 m 的中免通道連接（見(jiàn)圖1）。本項(xiàng)目GTC 單體分為地上3 層、地下2 層，建筑高度34 m，地上建筑面積39 666.23 m2，地下建筑面積31 863.3 m2，總建筑面積71 534.5 m2。

圖1 項(xiàng)目效果圖

3 BIM技術(shù)在項(xiàng)目施工管理中的應(yīng)用

3.1 項(xiàng)目BIM體現(xiàn)

根據(jù)項(xiàng)目實(shí)際情況制定BIM 相關(guān)建模標(biāo)準(zhǔn)、出圖標(biāo)準(zhǔn)等作為BIM 實(shí)施階段的指導(dǎo)。制訂項(xiàng)目BIM 實(shí)施方案不僅可作為整個(gè)項(xiàng)目BIM 工作的大綱和指導(dǎo)，還能為后續(xù)BIM 人才的培養(yǎng)給予BIM 建模體系參考。

根據(jù)項(xiàng)目實(shí)施總進(jìn)度計(jì)劃制訂BIM 進(jìn)度計(jì)劃。采用每周例會(huì)的形式，實(shí)時(shí)跟蹤機(jī)電、土建、鋼結(jié)構(gòu)、幕墻、精裝修等專業(yè)的進(jìn)度計(jì)劃完成情況，及時(shí)掌握其中的重點(diǎn)難點(diǎn)，制訂并完善合理的進(jìn)度計(jì)劃。其中，模型審核節(jié)點(diǎn)的時(shí)間均提前于現(xiàn)場(chǎng)一個(gè)月左右，從而保證BIM 指導(dǎo)施工。

每周召開例會(huì)匯報(bào)模型進(jìn)展情況以及遇到的問(wèn)題，并及時(shí)處理相關(guān)問(wèn)題，給出解決方案。同時(shí)，分享BIM 建模以及BIM 工作各方面的經(jīng)驗(yàn)和技巧，形成相關(guān)例會(huì)會(huì)議紀(jì)要及BIM 工作日?qǐng)?bào)。用作評(píng)估依據(jù)的BIM 工作日?qǐng)?bào)是BIM 任務(wù)和活動(dòng)的記錄，描述BIM 技術(shù)實(shí)施過(guò)程中產(chǎn)生的問(wèn)題和解決方案。管理BIM 工作日?qǐng)?bào)不僅可用于項(xiàng)目的記錄和審查，而且可衡量BIM 技術(shù)價(jià)值并證明BIM 技術(shù)的投資的合理性。

3.2 圖紙會(huì)審及臺(tái)賬管理

在建模過(guò)程中，需要匯總設(shè)計(jì)圖紙中存在的問(wèn)題，根據(jù)已發(fā)現(xiàn)問(wèn)題建立問(wèn)題臺(tái)賬，建立對(duì)應(yīng)的問(wèn)題報(bào)告并每周定期發(fā)送給設(shè)計(jì)方，跟蹤每個(gè)問(wèn)題的回復(fù)情況，以縮短校驗(yàn)時(shí)長(zhǎng)。同時(shí)，追蹤問(wèn)題報(bào)告涉及變更的下發(fā)情況，及時(shí)將設(shè)計(jì)變更單中內(nèi)容修改到模型中并形成變更報(bào)告儲(chǔ)存于檔案中。定期檢查模型中的問(wèn)題是否仍然存在，以免出現(xiàn)整合難度大甚至返工問(wèn)題，進(jìn)而造成工期延誤等損失。

3.3 基于BIM的土方算量

土方平衡的計(jì)算是本項(xiàng)目的重點(diǎn)，項(xiàng)目場(chǎng)地內(nèi)包含混凝土、巖石、土、淤泥等材料，算量過(guò)于復(fù)雜。通過(guò)無(wú)人機(jī)傾斜攝影技術(shù)，制作出實(shí)景模型，提取點(diǎn)數(shù)據(jù)，隨后導(dǎo)入點(diǎn)數(shù)據(jù)到Civil 3D 中形成原始面（見(jiàn)圖2），根據(jù)所需邊界及標(biāo)高做出完成面，兩者相差即是土方量。根據(jù)地連墻和格構(gòu)柱巖頂標(biāo)高可得到一個(gè)曲面，在Revit 中與基坑底模型相交，即得到巖石分布圖（見(jiàn)圖3）。在Civil 3D 中可得到巖石量。利用制作的實(shí)景模型直線命令可推算出泥漿池中水量，最后可得出詳細(xì)的列表清單。

圖2 基于BIM的土方建模

圖3 基于BIM的巖石分布圖

3.4 基于BIM的機(jī)電管線預(yù)先設(shè)計(jì)

如何實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目的建造快速且高效，其關(guān)鍵在于能否將設(shè)計(jì)存在的問(wèn)題在施工前的準(zhǔn)備階段予以解決，以便為后續(xù)的施工預(yù)留充足的時(shí)間。BIM 技術(shù)可將各專業(yè)（建筑、結(jié)構(gòu)、機(jī)電等）模型進(jìn)行整合，再通過(guò)碰撞檢查將管線設(shè)備進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，實(shí)現(xiàn)合理布置[6]。本項(xiàng)目中機(jī)電管線多而復(fù)雜，機(jī)房種類多，設(shè)備多，給機(jī)電的深化設(shè)計(jì)及管線的綜合排布增加了難度。因此，將BIM 技術(shù)應(yīng)用于施工準(zhǔn)備階段，發(fā)揮BIM 技術(shù)的優(yōu)勢(shì)進(jìn)行預(yù)先設(shè)計(jì)和模擬。對(duì)項(xiàng)目全專業(yè)的施工圖進(jìn)行搭建，并基于搭建模型進(jìn)行機(jī)電管線的優(yōu)化設(shè)計(jì)。

3.4.1 碰撞檢測(cè)及深化

將項(xiàng)目機(jī)電專業(yè)模型與土建專業(yè)模型導(dǎo)入Navisworks 軟件中，進(jìn)行不同專業(yè)的模型碰撞檢測(cè)。生成碰撞檢測(cè)分析報(bào)告，以報(bào)告顯示為依據(jù)，針對(duì)碰撞處進(jìn)行深化。經(jīng)碰撞檢測(cè)，調(diào)整前產(chǎn)生碰撞487 處，調(diào)整后僅剩34 處。

3.4.2 凈高分析及優(yōu)化

經(jīng)過(guò)碰撞檢測(cè)并初步深化后的模型，利用BIM 二次開發(fā)插件自動(dòng)化完成建筑空間內(nèi)特定的最低點(diǎn)，最終以色塊的形式展現(xiàn)。通過(guò)對(duì)有凈高控制要求區(qū)域進(jìn)行凈高分析，提前發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)不滿足要求位置并召開凈高分析會(huì)，提出改變建議，以凈高分析報(bào)告的形式發(fā)給設(shè)計(jì)單位，以此來(lái)進(jìn)行凈高優(yōu)化，避免后期變更所造成的造成工期和成本增加。

3.4.3 孔洞預(yù)留

依據(jù)機(jī)電模型進(jìn)一步深化結(jié)構(gòu)的預(yù)留洞位置，生成預(yù)留洞圖紙，避免現(xiàn)場(chǎng)因考慮不周造成的返工，從而最大程度上節(jié)省材料開支，并提高施工質(zhì)量，加快施工進(jìn)度。

3.4.4 各專業(yè)機(jī)電出圖

BIM 出圖可將所建三維模型轉(zhuǎn)化為二維CAD 圖紙，為現(xiàn)場(chǎng)施工提供現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)。因此，本項(xiàng)目根據(jù)機(jī)電各專業(yè)綜合管線深化結(jié)果，機(jī)電完成出圖，包含機(jī)電綜合管線圖、給排水專業(yè)圖、暖通水專業(yè)出圖、暖通風(fēng)專業(yè)出圖、電氣專業(yè)出圖及復(fù)雜節(jié)點(diǎn)剖面圖。

3.5 基于BIM的鋼結(jié)構(gòu)專業(yè)模型深化

勁性柱施工是本工程項(xiàng)目中的重難點(diǎn)，本項(xiàng)目BIM 運(yùn)用Tekla 軟件進(jìn)行勁性柱建模以及深化（見(jiàn)圖4）。深化的成果經(jīng)設(shè)計(jì)院確認(rèn)后出具深化加工圖，移交工廠進(jìn)行預(yù)制化施工，最終運(yùn)輸現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行安裝，有效地保證了施工的質(zhì)量和進(jìn)度，做到真正提升質(zhì)量的前提下進(jìn)行降本增效。

圖4 鋼結(jié)構(gòu)專業(yè)模型深化流程

3.6 基于BIM與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)相結(jié)合的可視化協(xié)同設(shè)計(jì)及應(yīng)用

BIM 技術(shù)主要用于建筑模型構(gòu)建與信息儲(chǔ)存，而虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)（Virtual Reality，VR）則側(cè)重于虛擬現(xiàn)實(shí)體驗(yàn)。在創(chuàng)建虛擬環(huán)境時(shí)，VR 技術(shù)的模型及信息可由BIM 技術(shù)提供；VR技術(shù)則解決了困擾BIM 技術(shù)的“所見(jiàn)非所得”難題[7]。

3.6.1 可視化安全教育系統(tǒng)

將BIM 技術(shù)與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)VR 技術(shù)結(jié)合，構(gòu)建可視化的安全教育系統(tǒng)（見(jiàn)圖5），如電焊作業(yè)觸電、塔吊作業(yè)危險(xiǎn)源、挖機(jī)作業(yè)危險(xiǎn)源、移動(dòng)式腳手架傾覆等。針對(duì)上述危險(xiǎn)性且復(fù)雜性較大的施工操作進(jìn)行提前演練，可有效規(guī)避安全隱患，保障施工時(shí)的安全性，同時(shí)也使得安全教育不再是單純地動(dòng)態(tài)漫游、圖像演示，而是能夠?qū)崿F(xiàn)真實(shí)可視化的沉浸式體驗(yàn)，可提高安全教育的質(zhì)量，縮短施工時(shí)的時(shí)間及節(jié)約培訓(xùn)投入成本，有利于安全管理。

圖5 BIM+VR結(jié)合的可視化安全教育系統(tǒng)

3.6.2 可視化臨設(shè)設(shè)計(jì)

臨設(shè)施工前，先根據(jù)已有設(shè)計(jì)圖紙建立對(duì)應(yīng)的BIM 模型，再通過(guò)與VR 的結(jié)合，可直觀形象地展示臨設(shè)建成后的全貌，實(shí)現(xiàn)沉浸式觀覽及展示（見(jiàn)圖6）。決策人可將需要調(diào)整的意見(jiàn)反饋給BIM 人員，通過(guò)進(jìn)一步的修改，最終實(shí)現(xiàn)臨設(shè)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，形成最終的臨設(shè)樣板，為后續(xù)的施工起到一個(gè)樣板引路的作用。

圖6 臨設(shè)三維效果圖及建成實(shí)景圖

4 BIM技術(shù)應(yīng)用效果

BIM 技術(shù)可以防止施工人員之間的糾紛，正確管理每個(gè)工作的人員數(shù)量，降低施工成本并避免項(xiàng)目延誤。本項(xiàng)目在方案優(yōu)化、深化設(shè)計(jì)等方面均應(yīng)用了BIM 技術(shù)，總共為現(xiàn)場(chǎng)施工節(jié)省工期約95 d，節(jié)省勞動(dòng)力約30 人，如表1 所示。

表1 BIM施工效益分析

由表1 可以看出，所有應(yīng)用都在提高質(zhì)量，同時(shí)，減少了重復(fù)工作，提升了效率。這表明每個(gè)落地化應(yīng)用都對(duì)提高工程質(zhì)量和保證施工順利進(jìn)行有重要意義。

BIM 技術(shù)的成功應(yīng)用除了體現(xiàn)在施工效益方面，還在經(jīng)濟(jì)效益方面有所展現(xiàn)，統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表2 所示。

表2 BIM經(jīng)濟(jì)效益分析

由表2 可以看出，相較于傳統(tǒng)工作方法，BIM 技術(shù)的應(yīng)用能有效節(jié)約項(xiàng)目成本，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

5 結(jié)語(yǔ)

基于BIM 技術(shù)的新海港綜合交通樞紐及配套設(shè)施建設(shè)工程項(xiàng)目，解決了工程中出現(xiàn)的工期短，電管線多而復(fù)雜，機(jī)房種類多，設(shè)備多等問(wèn)題。同時(shí)，采用BIM+VR 技術(shù)，消除了后期施工階段的成本超支并避免了施工安全問(wèn)題，控制了工程成本并提升了工程的安全性。