吳瑜靈

（1、廣東省建設(shè)工程質(zhì)量安全檢測總站有限公司 廣州 510500；2、廣東建科創(chuàng)新技術(shù)研究院有限公司 廣州 510500）

0 引言

建筑業(yè)是我國的經(jīng)濟支柱產(chǎn)業(yè)，在國家建設(shè)中具有重要作用。一直以來，建筑生產(chǎn)技術(shù)和施工方式粗放、落后、建造效率低［1］。為了提升建筑業(yè)信息化、數(shù)字化應(yīng)用水平，促進建筑業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型發(fā)展，近年來，國家及相關(guān)部委、地方出臺了多項指導(dǎo)文件，推動智能建造在工程建設(shè)各環(huán)節(jié)應(yīng)用，提升工程質(zhì)量安全、效益和品質(zhì)。2022年11月9日，國家住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部發(fā)布《關(guān)于公布智能建造試點城市的通知》，將廣州、深圳、佛山等24個城市列為智能建造試點城市。

在政策文件的推動下，眾多建設(shè)項目積極展開智能建造應(yīng)用研究。李仲等人［2］針對項目智能建造管理，將BIM 技術(shù)和信息化管理方式與EPC 模式充分融合，促進設(shè)計深化全過程智能化管理；張艷平等人［3］在東莞某大型綜合體項目中結(jié)合BIM、VR、無人機測繪等，探索智能建造技術(shù)應(yīng)用新場景，提高建造效率和質(zhì)量。但是，既有的項目應(yīng)用和研究大都是針對單個應(yīng)用場景展開分析［1］，缺少各智能建造應(yīng)用之間的數(shù)據(jù)組織、傳遞、協(xié)同研究。

隨著智能建造技術(shù)發(fā)展和BIM 應(yīng)用的深入，如何基于BIM 技術(shù)打破建造過程中的信息孤島，整合各階段業(yè)務(wù)流程，建立智能建造技術(shù)應(yīng)用體系是亟需解決的問題。

本文依托某項目，研究基于BIM 的智能建造技術(shù)以及在項目中的應(yīng)用體系和應(yīng)用場景，為建設(shè)項目智能建造技術(shù)實施提供借鑒。

1 工程概況

某項目用地紅線面積約8 萬m2，總建筑面積為31.2萬m2，地下面積約2.6萬m2，地上面積約28.6萬m2。

建設(shè)內(nèi)容包括4 棟單體和和一層地下室，包括廠房、地下機動車停車庫、設(shè)備用房及其他配套用房等。項目結(jié)構(gòu)類型采用剪力墻結(jié)構(gòu)（塔樓）及框架結(jié)構(gòu)（多層）。結(jié)構(gòu)形式為鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)形式擬采用樁基礎(chǔ)。項目整體效果如圖1所示。

圖1 項目整體效果Fig.1 Overall Effect of the Project

1.1 項目重難點

1.1.1 施工工期緊張項目施工工期短，需要建立高效的組織管理體系，優(yōu)化資源配置和施工進度計劃，從而保障項目工期。

1.1.2 專業(yè)工程交叉多

項目室內(nèi)外空間管線布局復(fù)雜，系統(tǒng)繁多（包含通風(fēng)空調(diào)、給排水、供電等系統(tǒng)），專業(yè)接口關(guān)系復(fù)雜，預(yù)留預(yù)埋多，設(shè)備安裝精度要求高。

1.1.3 安全生產(chǎn)管理難度大

項目施工場區(qū)內(nèi)大型機械設(shè)備較多，存在多專業(yè)多設(shè)備的交叉作業(yè)，給現(xiàn)場安全生產(chǎn)管理工作帶來了挑戰(zhàn)。

1.1.4 總包管理難度大

工程規(guī)模大、單體建筑多，現(xiàn)場大規(guī)模、多單位、多專業(yè)、多工種、交叉施工作業(yè)，施工過程難以把控，突發(fā)事件此起彼伏，人員、物資、機械設(shè)備調(diào)控頻繁，施工生產(chǎn)實現(xiàn)動態(tài)管控難度大。

1.2 技術(shù)路線

以BIM 模型為核心，建立智能建造全過程數(shù)據(jù)傳遞鏈，通過項目公共數(shù)據(jù)環(huán)境（Common Data Environment，CDE）實現(xiàn)多源信息的集成、傳遞、協(xié)同，實現(xiàn)智能建造應(yīng)用的規(guī)范化實施。技術(shù)路線如圖2所示。

圖2 技術(shù)流程Fig.2 Technical Flow Chart

2 智能建造技術(shù)

2.1 BIM精細化設(shè)計

通過BIM 技術(shù)進行設(shè)計方案的深化、優(yōu)化，建立高精細度的BIM 模型，為智能建造應(yīng)用提供可靠數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

2.1.1 BIM模型創(chuàng)建

依據(jù)施工圖設(shè)計和其他設(shè)計資料創(chuàng)建符合智能建造應(yīng)用需求的BIM 模型，包括建筑模型、結(jié)構(gòu)模型、機電模型等。結(jié)合施工建造方案、進度計劃等對BIM模型進行深化、優(yōu)化，補充施工深化信息，創(chuàng)建施工BIM模型。

2.1.2 錯漏碰缺核查

目前，建設(shè)項目規(guī)模越來越大、建筑設(shè)計越來越復(fù)雜，給設(shè)計深化帶來了巨大的工作量［4］。利用BIM技術(shù)進行設(shè)計審查，以智能檢查工具代替設(shè)計人員的大量重復(fù)勞動，提升工作效率和質(zhì)量，是實現(xiàn)智能建造的重要一步。

在建造階段，通過各專業(yè)BIM 模型對設(shè)計圖紙進行錯漏碰缺檢查，發(fā)現(xiàn)設(shè)計圖紙存在的問題，審查圖紙的缺漏項，提出合理化建議?；趧?chuàng)建好的初始BIM 模型（見圖3），利用碰撞檢查軟件、BIM 規(guī)則審查軟件等工具，對設(shè)計規(guī)范要求、軟硬碰撞情況等進行自動核查，匯編成校審成果報告。

圖3 硬碰撞檢查Fig.3 Hard Collision Check

針對模型核查匯總的各項問題，以BIM 模型為主體進行問題跟蹤、協(xié)同，實現(xiàn)設(shè)計-施工協(xié)同工作，高效解決設(shè)計中的錯漏碰缺問題。

2.1.3 管綜優(yōu)化深化

管線深化設(shè)計是建造階段的重難點工作。通過BIM 等數(shù)字化技術(shù)輔助管綜深化設(shè)計、下料加工等，促進管線精細化施工。通過整合各專業(yè)BIM 模型，依據(jù)管線安裝規(guī)范、管線布置主要原則和凈高控制要求進行管線優(yōu)化調(diào)整。

在管線優(yōu)化前，初始設(shè)計方案中管線存在眾多交叉碰撞、路徑曲折環(huán)繞不清晰、總體空間不雅觀、不滿足凈高要求、施工現(xiàn)場調(diào)整難度大等問題。經(jīng)過管線優(yōu)化，解決管線交叉碰撞問題，優(yōu)化管線排布路徑和空間分布，保證各區(qū)域的凈高滿足設(shè)計和使用要求，如圖4所示。

圖4 管綜優(yōu)化與凈高分析Fig.4 Pipe Optimisation and Clear Height Analysis

2.1.4 BIM出圖

基于BIM 模型的正向設(shè)計與出圖是實現(xiàn)數(shù)字化智能建造的必由之路［5］。

在BIM 模型創(chuàng)建之前，根據(jù)各專業(yè)出圖規(guī)范和要求，建立支持快速出圖的Revit 構(gòu)件庫以及出圖樣板文件。完成BIM 模型施工深化優(yōu)化后，對模型進行標注標識，完成從三維模型到二維圖紙的無縫銜接。

2.2 數(shù)字化智能建造［6］

2.2.1 基于BIM的施工方案優(yōu)化

依據(jù)高支模架體專項施工方案建立BIM 模型，通過BIM 的可視化以模型漫游等方式輔助專家論證會審工作，對方案提出合理化建議，最后形成施工優(yōu)化方案，如圖5所示。

圖5 基于BIM的高支模方案深化Fig.5 BIM-based Deepening of the High Support Mould Scheme

2.2.2 節(jié)點數(shù)字化加工

針對本項目復(fù)雜的鋼筋節(jié)點，比如主次梁交匯處，建立BIM 模型并進行深化，對規(guī)格相同的構(gòu)件形成樣板，并進行三維技術(shù)交底，輔助現(xiàn)場施工，保證現(xiàn)場施工作業(yè)的可操作性，如圖6所示。

圖6 建造節(jié)點BIM深化Fig.6 BIM Deepening of Construction Nodes

3 項目示范應(yīng)用

3.1 管綜深化

為了保障管線施工安裝質(zhì)量和效率，減少后期返工，對機房間、過道等管線布置復(fù)雜、空間警告要求高的區(qū)域，采用BIM 技術(shù)進行管線深化設(shè)計。在建造安裝過程中，基于深化后的BIM 模型指導(dǎo)管線下料、安裝，實現(xiàn)按模施工、圖模一致的高質(zhì)量建造。

對特殊區(qū)域形成多種管線排布方案，以三維可視化的形式展示不同方案的優(yōu)缺點，如圖7 所示。在滿足工藝要求和降低施工成本中尋找平衡點，確定最優(yōu)方案，節(jié)約成本，提高施工效率。

圖7 硬碰撞檢查Fig.7 Hard Collision Check （mm）

3.2 二結(jié)構(gòu)精細化施工

砌體工程作為結(jié)構(gòu)工程和機電安裝工程、裝飾裝修工程的銜接點，在施工過程中存在大量的專業(yè)穿插和配合工作［7］。傳統(tǒng)的施工砌筑方式存在過多依賴于砌筑工人的經(jīng)驗、砌塊切割隨意性大、材料浪費、損耗嚴重等問題，從而給項目的成本、質(zhì)量管理帶來很大的壓力［8］。

3.2.1 砌塊智能化排布

基于BIM 模型對砌體進行排布，根據(jù)現(xiàn)場用料規(guī)格，提前優(yōu)化好磚的類型及尺寸，統(tǒng)一排版，提高砌筑的觀感質(zhì)量，減少浪費。同時，按照深化砌體圖輔助材料計劃，精準控制用量，減少樓層間材料周轉(zhuǎn)。

自動化進行二結(jié)構(gòu)BIM 深化，手動對個別位置排磚進行調(diào)整，如圖8所示。完成后的模型，直接導(dǎo)出砌體結(jié)構(gòu)排布圖和砌塊用料表。根據(jù)砌塊用料表（見表1）出具下料單，進行不同規(guī)格砌塊的精準下料。

表1 二結(jié)構(gòu)排磚用料Tab.1 Material for Substructure Rows of Bricks

圖8 二結(jié)構(gòu)智能排磚Fig.8 Intelligent Bricklaying in Two Structures

3.2.2 預(yù)留預(yù)埋數(shù)字化管理

在砌體結(jié)構(gòu)的孔洞預(yù)留布置中，在二結(jié)構(gòu)BIM 模型中參考機電管線深化BIM 模型進行墻體自動開洞，洞口自動標注等。

以深化后的洞口布置BIM 模型作為主體，配合CAD 圖紙供各專業(yè)單位對預(yù)留孔洞進行確認（見圖9），保證各專業(yè)管線、設(shè)備能合理安裝，減少后期鑿洞、重新砌筑等返工對成本、質(zhì)量、進度造成的影響。

圖9 管綜預(yù)留孔洞Fig.9 Pipe Complex Pre-drilled Holes （mm）

3.3 現(xiàn)場進度數(shù)字化管理

隨著建筑業(yè)規(guī)模的持續(xù)擴大，項目超工期的現(xiàn)象普遍存在，這對進度管理提出了更高的要求，迫切需要一種更有效的進度管理方法來改善這些行業(yè)現(xiàn)狀［9］。

本項目通過對BIM 模型與施工進度計劃相結(jié)合，對施工關(guān)鍵節(jié)點進行虛擬建造，及時找出進度偏差，如圖10 所示，查找原因并作出相應(yīng)施工部署，實現(xiàn)對項目進度的動態(tài)管控。

圖10 現(xiàn)場進度數(shù)字化管理Fig.10 Digital Management of Site Progress

4 總結(jié)

本文對BIM 技術(shù)在智能建造中的典型應(yīng)用場景進行應(yīng)用研究?；贐IM 技術(shù)實現(xiàn)從建設(shè)項目設(shè)計深化、數(shù)字化加工到施工等建設(shè)全過程智能建造應(yīng)用。經(jīng)過項目實踐，充分證明了BIM 技術(shù)在智能建造體系中的關(guān)鍵作用：

⑴基于BIM 技術(shù)的設(shè)計施工一體化，將設(shè)計和現(xiàn)場結(jié)合起來，能實時反饋現(xiàn)場設(shè)計細節(jié)并預(yù)留運營管理接口。

⑵基于BIM 技術(shù)的結(jié)構(gòu)排磚和孔洞預(yù)留預(yù)埋的現(xiàn)場施工難度大大降低，BIM 技術(shù)輔助精細化施工具有顯著信息優(yōu)勢。

⑶BIM 技術(shù)通過將模型與進度計劃相結(jié)合，用于制定詳細的施工進度計劃，并進行資源管理，可更好地預(yù)測施工過程中可能出現(xiàn)的問題。

受限于項目體量和特征，本文較少對智能建造領(lǐng)域其他專業(yè)技術(shù)如數(shù)字測繪、智能機器人等的分析和應(yīng)用進行探討。未來的研究應(yīng)該著眼于如何將BIM技術(shù)與其他數(shù)字化技術(shù)緊密結(jié)合，實現(xiàn)一模多用、多源數(shù)據(jù)高效集成應(yīng)用，以實現(xiàn)全過程高效的數(shù)字化智能建造。