李裘鵬 周瑜 殷騰

常熟市恒翔建設有限公司 江蘇 蘇州 215500

建筑業(yè)因為體量大、周期長、專業(yè)類型多導致現(xiàn)場管理難度不斷加大，為滿足建筑業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展，建筑信息建模技術（Building Information Modeling，簡稱BIM技術）近年來應用不斷增多。它是一種通過集成信息模型的三維成像技術，通過三維可視化的建模以及模型屬性賦予可以詳細清晰的呈現(xiàn)建筑的各類信息，具有可視化、協(xié)調(diào)性、模擬性、優(yōu)化性和可出圖性的特點，滿足前期設計、方案調(diào)整以及施工管理和后期運營的需求。目前對BIM技術的應用逐漸趨于成熟，各類“BIM+”模式不斷推陳出新，本文介紹了BIM技術在工程實例中的應用，注重描寫“BIM+AR”的實際應用。結果表明BIM+AR技術相較于傳統(tǒng)BIM技術有著一定的優(yōu)勢，與施工現(xiàn)場可以緊密貼合，有著廣闊的發(fā)展前景。

1 研究現(xiàn)狀

BIM技術因其可視化能力出眾，得到了工程類項目的青睞。近些年對BIM技術的研究不斷深化，可以應用的方面也越來越多。同時隨著科技技術的發(fā)展，BIM與其他配套軟件的聯(lián)合應用也越來越多，這些聯(lián)合應用增強了BIM技術的優(yōu)勢，彌補了BIM技術的不足。李建強[1]利用BIM+VR技術對地鐵項目進行研究，基于fuzor平臺進行統(tǒng)合，分析了項目周邊環(huán)境，闡述了交互式?jīng)_突管理以及沉浸式安全交底的功能，驗證了其聯(lián)合應用的可行性；吳弦駿[2]利用實景三維模型與BIM技術集成，實現(xiàn)了二者的無縫融合，通過工程實例探討了三維模型的建模與處理，BIM技術集成以及信息處理等問題，基于“GIS+BIM+業(yè)務”的理念，在工程全過程深化應用，驗證其可行性；胡振中[3]分別從數(shù)據(jù)處理以及挖掘分析兩個方面對BIM技術進行總結歸納，對BIM技術與工程瓶頸問題進行分析，探討了工程數(shù)字領域、城市信息模型以及工程數(shù)字圖譜三個發(fā)展方向。目前對BIM技術的研究與應用已成百花齊放的態(tài)勢，經(jīng)過各類學者的研究與探索，“BIM+”模式不斷完善與發(fā)展，成為提升管理水平，降低管理成本，簡化繁瑣操作的重要一環(huán)。

2 工程概況及特點

新建新工人文化官項目位于常福街道深圳路以北、珠海路以西，規(guī)劃用地面積31660m2。該項目為地上六層，地下一層的框架結構，建筑高度39.1m?？偨ㄖ娣e65640.78m2，其中地上建筑面積47597.43m2、地下建筑面積18043.35m2。屋頂為大跨度弧形鋼梁，單根鋼梁最大跨度為11.4m，屋面板為0.8mm厚鋁鎂錳金屬屋面。外圍為玻璃幕墻和鋁合金幕墻。該工程計劃申報國家優(yōu)質(zhì)工程、蘇州BIM示范工地。本次工程全程采用BIM技術輔助管理，包括圖紙深化、管線優(yōu)化、碰撞檢查、三維漫游、模型平臺建立等，在實際施工過程中的應用BIM+AR技術進行施工方案調(diào)正、技術交底以及施工檢查驗收等。

3 BIM技術在設計階段的應用

3.1 在項目方案階段的應用

方案階段除了設計師對項目總圖的排布和單體內(nèi)每層房間功能的設定外，還可以借助BIM技術提供概要模型。利用BIM軟件對項目的周邊環(huán)境進行分析代入，對項目的物理環(huán)境信息(如采光日照等)、出入口的動線流線設置、主體結構的形式，綠建節(jié)能系統(tǒng)等方面做初步模擬分析，結合本項目在城北片區(qū)的周邊地理人文環(huán)境，選出最佳方案。

3.2 在項目初設論證階段的應用

本項目在初設論證前，設計已開始著手建筑與結構的建模，通過BIM軟件對建筑單體的平面立面剖面進行分析核查，初步生成節(jié)點大樣等，在開設論證會的時候，評審專家可以圍繞設計方案的模型進行討論、分析并給出結論，簡化了傳統(tǒng)單一的2D平面的CAD匯報，配合各場景效果圖可以讓評審人員對項目的情況了解的更加直觀。

3.3 施工圖設計階段可提供專業(yè)化設計保障

目前常熟地區(qū)的各大設計單位仍舊采用的是傳統(tǒng)的CAD二維施工圖設計模式，此種模式的弊端在項目中往往會暴露出圖紙冗繁、錯誤率高、變更頻繁、協(xié)作溝通困難等問題。考慮本項目單體面積大，內(nèi)部管線構造復雜，外立面幕墻需結合亮化燈光效果，屋面虛架層為鋼結構弧形梁拼裝等因素，故在設計階段采用全專業(yè)BIM模型設計以解決上述問題。

通過運用三維信息模型的可視化碰撞功能，對建筑、結構、給排水、電氣、暖通以及幕墻等專業(yè)進行碰撞檢查，彌補設計錯漏，優(yōu)化綜合管線，實現(xiàn)在有限空間里的最優(yōu)管線布置方案。同時在內(nèi)裝設計階段，可以對各種空間裝修完成的凈高提供檢查數(shù)據(jù)，保證特殊及重點部位的凈高達到設計要求，提升設計品質(zhì)。

4 BIM技術在施工階段的應用

4.1 優(yōu)化場地布置

為滿足安全文明施工的要求，根據(jù)現(xiàn)場施工布置方案，創(chuàng)建BIM場區(qū)布置模型并檢查合理性。根據(jù)過程特點、施工條件及施工組織管理需求，利用三維模型檢查和漫游視頻等方式，協(xié)調(diào)解決施工期間所需要的交通運輸、物料存放、現(xiàn)場加工、辦公生活組織、水電供給和其他施工設施的平立面布置。

圖1 BIM場區(qū)布置圖

4.2 優(yōu)化施工方案

利用BIM技術，根據(jù)施工方案建立施工模擬過程，細化施工節(jié)點，通過直觀的三維模型進行施工前交底，減少施工過程中因理解不充分導致的返工。當現(xiàn)場情況與圖紙不一致時，可以清晰、直觀的顯示不一致的區(qū)域，通過分析產(chǎn)生差異的原因以及系統(tǒng)的碰撞檢查，可以靈活、系統(tǒng)的調(diào)整優(yōu)化施工方案，避免因只調(diào)節(jié)一處節(jié)點導致與其他節(jié)點構件產(chǎn)生脫節(jié)或沖突，減少后續(xù)的施工困難。本項目鋼結構數(shù)量多，跨距長，重量大，為保證施工質(zhì)量和施工安全，利用BIM技術對鋼結構施工過程進行模擬，該模型可以展示重要構造節(jié)點、施工順序以及完成后的模型，根據(jù)模型展示優(yōu)化修改施工方案，提高管理能效。

4.3 配合AR技術優(yōu)化施工管理

BIM技術因其有一定的硬件和技術要求，相比較已經(jīng)普及的CAD存在一定的門檻，所以目前現(xiàn)場施工管理仍以二維圖紙為主。為了將BIM技術更好的融入現(xiàn)場施工管理，BIM+VR、BIM+AR、BIM+MR技術的不斷發(fā)展，成功解決了BIM使用門檻的問題。管理人員僅需通過簡單的操作，少量的設備，便可以將BIM模型與現(xiàn)場實體結合，為現(xiàn)場管理提供便利。

4.3.1 BIM+AR技術優(yōu)勢

①彌補BIM的不足

對于施工過程管理來說，BIM的問題在于與現(xiàn)場貼合不緊密，BIM建模和使用都在電腦上操作，從業(yè)者查看BIM文件不太方便且需要對BIM有一定的認知，另外一般較大工程模型較為復雜，對電腦硬件也有一定的要求，無形中增加了管理成本。而通過AR技術可以跨越這一障礙，利用云技術將BIM模型導入AR平臺中，從業(yè)者僅需手機或者ipad就可以將三維模型投射至工程實體，實時查看對比，相對于圖紙更高效，相對于CAD更為直觀。

② 降低施工成本與提高施工精度

將AR融入BIM模型，現(xiàn)場人員可以將模型與現(xiàn)場實物無縫對接，實時糾偏，動態(tài)優(yōu)化施工方案，減少返工情況的發(fā)生。同時可以讓現(xiàn)場施工人員更加直觀理解現(xiàn)場布局，如管線排布，洞口設置等，方便施工管理，比傳統(tǒng)的施工交底更為高效。

4.3.2 BIM+AR操作步驟

①建立BIM模型，導入AR平臺

首先需要建立BIM模型，并將模型輕量化，接著上傳至AR平臺，將模型與實體的實際標高位置做對應。

②生成二維碼或使用現(xiàn)場角點定位

將生成的二維碼貼于現(xiàn)場實體，二維碼的標高位置需要與在模型中設置的標高位置一致，使用手機或者平板電腦掃描二維碼即可進入AR投影狀態(tài)。當二維碼標高位置不容易設定時，可使用現(xiàn)場定位的方法。在模型中選取二個點，然后在實物上利用拍照功能選取對應的兩點，即可進行定位投影。

③現(xiàn)場復核和驗收

相較于圖紙交底，利用AR技術可以更加直觀，讓施工人員輕松理解管線的布置和走向。同時，BIM+AR可以讓管理人員方便的校核結構的位置和尺寸偏差，利于后期驗收。

4.3.3 實際應用

①施工交底

如圖2所示，分別是地下室實體以及AR投影后的對比?？梢詮腁R對比圖中清楚的看到已完成后的管線走向，施工工人可以利用此圖理解施工用意，配合圖紙完成施工，減少因圖紙理解錯誤帶來的返工等損失。

圖2 實體與AR對比圖

②施工檢查

利用AR技術，檢查施工洞口的尺寸大小以及位置偏差是否滿足要求，減少因結構尺寸問題導致的后期安裝困難。圖4顯示利用AR技術檢查洞口尺寸。同樣，管線的尺寸走向以及布局也可以使用AR來檢查（圖3）。

圖3 洞口檢查

圖4 隱蔽管線檢查

③隱蔽工程檢查

當隱蔽工程結束后，在后期管理中若想知道封閉后管線的具體位置難度較大，往往需要拆開吊頂來確認，而利用AR技術可以輕松解決這一問題，精確定位管道走向，誤差在厘米級，為后期的管理、交接、運營及維修帶來方便（圖4）。

5 技術發(fā)展與前景展望

BIM技術有著廣闊的應用前景，它比傳統(tǒng)圖紙更直觀，包含信息更豐富，各專業(yè)聯(lián)系性更強，但目前仍在發(fā)展中，有著不少值得改進的地方。

第一，BIM模型在施工中需要添加各類施工信息，隨著項目的推進，模型不斷復雜化，涉及的專業(yè)越來越多，模型需要硬件配置越來越高。如何將BIM輕量化并推廣，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的CAD圖紙，是今后值得研究思考的。

第二，目前BIM建模沒有統(tǒng)一的標準，不同單位間建模習慣不相同，因此不同單位建立的模型無法通用，如何建立統(tǒng)一的標準，值得今后研究。

第三，目前受技術的制約，AR設備的陀螺儀定位性能不佳，如果多次晃動鏡頭會導致AR成像與實體間的偏差增大，因此目前AR使用仍是固定區(qū)域固定地點使用，如何定位更加精確，設備成像不隨鏡頭移動偏差增大，是今后研究的方向。

6 結論

BIM技術可以應用在項目管理的全過程，它相較于二維圖紙更加直觀，適合項目的精細化管理，特別是BIM+AR技術有著廣闊的發(fā)展前景，這種技術可以彌補BIM與現(xiàn)場貼合不緊密的問題，同時現(xiàn)場需要的設備少，易攜帶，可以有效降低管理成本。AR成像與實體結構的對比，在施工交底、施工檢查、隱蔽工程檢查中有著較大的應用前景。