蔣 璐 鄭 昊

(1．上海市建筑科學研究院(集團)有限公司，上海 200032； 2．上海建科工程改造技術有限公司，上海 200032；3.上海市工程結構安全重點實驗室，上海 200032)

BIM技術在既有建筑檢測加固中的應用探索

蔣 璐1， 2， 3鄭 昊1， 2， 3

(1．上海市建筑科學研究院(集團)有限公司，上海 200032； 2．上海建科工程改造技術有限公司，上海 200032；3.上海市工程結構安全重點實驗室，上海 200032)

目前，BIM技術的應用研究基本還是集中于新建工程領域，對于在既有建筑鑒定加固與后期運營維護的應用研究較為缺乏。本文歸納了既有建筑與新建建筑在BIM應用需求方面的區(qū)別，并指出了BIM技術在既有建筑檢測、加固設計、施工各個階段的應用方向與需要解決的問題，供相關工程技術人員與研究人員參考。

BIM； 既有建筑； 檢測加固

【DOI】 10.16670/j.cnki.cn11-5823/tu.2016.05.05

1 引言

建筑信息模型(Building Information Modeling，以下簡稱BIM)技術是在計算機輔助設計(CAD)等技術基礎上發(fā)展起來的多維建筑模型信息集成管理技術，是傳統(tǒng)的二維設計建造方式向三維信息化設計建造方式轉變的革命性技術，是促進綠色建筑發(fā)展、提高建筑產(chǎn)業(yè)信息化水平、推進智慧城市建設和實現(xiàn)建筑業(yè)轉型升級的基礎性技術。2014年07月01日，住房與城鄉(xiāng)建設部印發(fā)了《關于推進建筑業(yè)發(fā)展和改革的若干意見》(建市[2014]92號)，明確指出要推進建筑信息模型(BIM)等信息技術在工程設計、施工和運營維護全過程中的應用。隨后，為進一步實現(xiàn)BIM技術的推廣應用，上海、山東、遼寧、廣東、陜西等地方省市也相繼出臺并發(fā)布各項指導意見與實施辦法[1-2]。推行BIM技術的應用，發(fā)揮其可視化、虛擬化、協(xié)同管理、成本和進度控制等優(yōu)勢，將極大地提升工程決策、規(guī)劃、設計、施工和運營的管理水平，減少返工浪費，有效縮短工期，提高工程質(zhì)量和投資效益。同時，將進一步增加建設工程信息的透明度和可追溯性，對規(guī)范市場秩序和預防工程建設領域腐敗具有重要作用[3]。

2 BIM技術在既有建筑檢測加固中的應用需求

當前BIM技術正在向深層次、全周期、協(xié)同化方向發(fā)展，未來必將應用到建筑全生命周期的各個階段。國家標準《建筑工程信息模型應用統(tǒng)一標準》將建筑全壽命期階段劃分為策劃與規(guī)劃、勘察與設計、施工與監(jiān)理、運行與維護、拆除或改造與加固五個階段。既有建筑的檢測加固作為建筑使用過程中功能改善或運營維護的重要技術支撐及參考依據(jù)，可以劃分在建筑全生命周期的第五階段[4]。然而，BIM技術目前的應用研究主要集中在新建工程的建筑設計和施工方面，對于在既有建筑檢測鑒定、改造加固設計與施工領域的應用研究尚未涉及。

由于BIM技術是近幾年才得以大力推廣和應用的，因此絕大多數(shù)設計和建造年代稍早的既有建筑都未采用BIM技術進行一體化設計，這些既有建筑在實際使用和運維過程中也缺乏相應的BIM模型。隨著國家BIM信息技術的推廣應用以及智慧城市建設發(fā)展的需要，根據(jù)現(xiàn)場檢測結果建立符合實際情況的既有建筑BIM信息模型也是不可缺少的。

另一方面，既有建筑在使用過程中的改造加固設計、施工與新建工程的設計、施工之間也存在較多區(qū)別，歸其本質(zhì)是工程條件的不同，主要表現(xiàn)在：

(1)改造加固必須考慮既有建筑的現(xiàn)狀，包括結構構件的實際材料強度、損傷情況、力學性能、實際空間位置等；

(2)既有建筑往往位于城市中心，需要盡量減少施工過程中對項目周邊居民的影響，此時根據(jù)實際的場地情況進行合理的場地規(guī)劃和布局是至關重要的；

(3)改造加固項目往往設計、施工協(xié)同困難。待結構構件敲開后，設計圖紙有時會根據(jù)實際情況做多次調(diào)整，同時改造加固施工可能涉及到化學植筋、粘貼碳纖維、粘鋼、焊接、屈曲支撐和阻尼器等較多工藝和技術，現(xiàn)場管理繁雜。

此外，改造加固工程與新建工程在信息表現(xiàn)形式、組織構架以及應用主體和趨向等方面也有較多不同。因此，將BIM技術引入到既有建筑的檢測鑒定、改造加固設計與施工領域是十分必要且具有重要意義的。

圖1 既有建筑3D掃描技術

BIM技術在既有建筑中的應用主要針對規(guī)模較大的既有建筑(體量超過1 000m2)檢測加固項目，特別是當前房屋加層、插層等各類改造加固項目層出不窮，利用BIM技術實現(xiàn)既有建筑“檢測鑒定-改造加固設計-施工”的一體化，可以為改造加固項目實現(xiàn)方便快捷的精細化結構檢測、提供符合現(xiàn)場實際情況的BIM模型，優(yōu)化設計方案、節(jié)約施工成本、縮短施工周期、直觀運營管理及后期維護等優(yōu)點。

3 BIM技術在既有建筑檢測加固中的具體應用

BIM技術在既有建筑檢測鑒定、改造加固設計與施工中的應用，具體可以分為以下三個階段：

(1)在檢測鑒定階段

既有建筑檢測一般包括以下工作： ①對房屋建筑、結構平、立面布置進行現(xiàn)場測繪； ②對結構材料強度進行現(xiàn)場檢測； ③對房屋損傷情況進行統(tǒng)計調(diào)查并標定記錄； ④對房屋沉降情況進行測量并標定。以往上述信息是以圖紙、照片及文字的形式在檢測報告中呈現(xiàn)的，內(nèi)容冗長且不直觀，后續(xù)改造加固過程中設計人員還需再次對房屋結構進行一次全面的調(diào)查。若以上信息以BIM模型作為載體呈現(xiàn)，不僅詳細直觀，在后續(xù)改造加固設計中直接使用，該模型還可融入智慧城市管理平臺，用于既有建筑的后期運營維護，這也可作為既有建筑檢測成果的一個附加值。

對于一些平、立面布置較為簡單明晰的建筑，可根據(jù)現(xiàn)場檢測情況并結合原設計圖紙直接建立全面的BIM模型。對于一些原始圖紙遺失且測繪較為困難的項目，可根據(jù)現(xiàn)場檢測情況并結合3D掃描儀掃描形成既有建筑的點云圖像[5](如圖1所示)，識別既有建筑的空間分布、結構變形、結構構件與圍護構件的開裂損傷等情況，形成由點、線、面構成的三維模型，將其整合進入BIM模型。

(2)在改造加固設計階段

BIM技術將既有建筑的信息進行具體化、可視化表達，將現(xiàn)場檢測的既有建筑現(xiàn)狀通過三維模型的方式展示出來，體現(xiàn)出既有建筑改造加固與新建工程的本質(zhì)區(qū)別，即工程限制條件-結構形式、操作空間、構件損傷與力學性能等。在此階段，BIM技術主要可應用于以下幾個方面：

1)根據(jù)檢測鑒定階段已建立的BIM模型，快速提取結構現(xiàn)有信息數(shù)據(jù)，對比既有建筑改造前與改造后的建筑功能、結構形式、關鍵節(jié)點及構件的構造情況、力學性能等，預判可能出現(xiàn)的加固情況，是否會對既有建筑的建筑功能或者施工產(chǎn)生影響，優(yōu)化設計方案。

2)根據(jù)檢測鑒定階段已建立的BIM模型，劃定改造加固技術的可用操作空間，避免選定的加固方案中設備在運輸、安裝與使用過程中與既有建筑結構場地發(fā)生沖突。

3)當通過增加輔助構件對既有建筑進行改造加固時，利用BIM技術可以快速進行不同構件之間的碰撞檢查，規(guī)避推倒重來式的浪費。此外，對既有建筑進行局部拆除工作時，BIM模型也能起到較好的指導作用，方便拆除方案的制定。

(3)在施工階段

在改造加固工程的施工階段，BIM技術主要可應用于以下幾個方面：

1)采用BIM技術模擬施工現(xiàn)場，在模型中疊加既有建筑結構中新增或準備拆除的構件，指導施工，減少對原有結構的破壞；

2)BIM技術可根據(jù)實際發(fā)生的建筑加固處理結果，采用參數(shù)化(自適應)對既有建筑原有的建筑信息模型進行修改并更新，提高改造加固施工與驗收效率；

3)BIM技術可以同步提供關于建筑質(zhì)量、進度以及成本的信息。利用BIM技術可以實現(xiàn)整個施工周期的可視化模擬與可視化管理，大幅提升項目協(xié)同能力，優(yōu)化場地布局(圖2所示)，減輕項目管理人員工作強度[6-7]。

圖2 既有建筑改造場地優(yōu)化

BIM技術應用于“檢測鑒定-改造加固設計-施工”一體化技術可使各個環(huán)節(jié)配合得更好，可降低圖紙出錯率、減少質(zhì)量事故、增加項目的透明度和可控性等。從長遠來看，改造加固工程竣工BIM模型，可為后期建筑物運作、維護和設施管理等方面提供很大價值，其經(jīng)濟效益可持久顯現(xiàn)。隨著BIM技術在建筑行業(yè)越來越廣泛的應用，致力于不斷滿足各類改造加固工程需求，提高改造加固技術水平，最終改變行業(yè)思維，提高生產(chǎn)效率。

4 需突破的關鍵技術

將BIM技術應用于改造加固工程具有迫切的需求和廣泛的應用前景，但同時也有兩項關鍵技術需要突破[8]：

(1)基礎數(shù)據(jù)的創(chuàng)建、分析、共享相當困難

我國既有建筑的體量巨大，隨著智慧城市的建設發(fā)展需要，海量既有建筑信息化模型的基礎數(shù)據(jù)庫建立和全生命周期的核心數(shù)據(jù)管理將會是一項巨大而繁雜的工作，任重道遠。此外，既有建筑的運營維護是一個4D關聯(lián)的數(shù)據(jù)分析問題，難度高且工作量巨大，傳統(tǒng)的處理難以應對既有建筑全生命周期管理的需求，也難以滿足獲取基礎數(shù)據(jù)的需求。這樣海量數(shù)據(jù)的及時、準確地獲取和分析有巨大的挑戰(zhàn)，維護方同樣也面臨海量信息處理的難題。

既有建筑的檢測加固是一個很大的行業(yè)，海量基礎數(shù)據(jù)庫的創(chuàng)建現(xiàn)階段只能采用人力戰(zhàn)術。

(2)知識庫建設困難

既有建筑的改造加固和后期運維需要很多知識庫的支撐，如加固修復工法庫、材料知識庫、崗位職責知識庫等。這些知識庫不僅數(shù)據(jù)量大，而且根據(jù)時間的推移和技術的革新變化很快，一個有經(jīng)驗的項目管理人員每天仍然會遇到很多新問題。目前，傳統(tǒng)的知識庫建設方法往往是：集中式殲滅戰(zhàn)，修訂周期長，依賴專家，紙介質(zhì)方式共享。這種傳統(tǒng)知識庫建設方法帶來的問題是無法跟上既有建筑的需求變化和維護變化，知識庫修訂好時往往有需要更新了。傳統(tǒng)方法還存在共享能力弱的問題，不方便知識隨時隨地在全員范圍內(nèi)獲取。解決既有建筑運維知識庫建設問題必須要創(chuàng)新方法論同時，用先進的信息技術來改變這一切。

5 結語

當前BIM技術在既有建筑檢測加固與施工領域的應用研究較為缺乏。BIM技術的應用對于實現(xiàn)既有建筑檢測加固和后續(xù)運維管理，促進大型公共既有建筑全面信息化和現(xiàn)代化管理、促進智慧城市建設發(fā)展具有重大意義和廣闊的應用前景。特別是當前各類既有建筑檢測加固項目層出不窮，BIM技術在既有建筑檢測加固領域具有較強的工程應用價值，可以作為一個技術創(chuàng)新點進行研究探索。

[1]中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設部.2011-2015年建筑業(yè)信息化發(fā)展綱要， 2011(5)

[2]中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設部. 關于推進建筑信息模型應用的指導意見， 2015(6)

[3]張建平.工程建設BIM最新應用與發(fā)展.中國BIM門戶網(wǎng)， 2015(7)

[4]張俊儻， 李永錄．BIM技術的發(fā)展趨勢及其在檢測鑒定中的應用研究[C]．第四屆全國工程結構安全檢測鑒定與加固修復研討會，北京， 2015

[5]李亞東， 郎灝川，吳天華．現(xiàn)場掃描結合BIM技術在工程實施中的應用[J].施工技術， 2012， 18:19-22.

[6]張順宇．BIM技術在建筑改造結構設計中的應用[J]．工程建設與設計， 2014， 9:29-33.

[7]趙雅麗．三維建模技術的研究及其在樓宇結構與管網(wǎng)中的應用[D]．沈陽工業(yè)大學， 2007

[8]趙景學， 姜立，王會一．BIM技術在文物建筑保護中的應用可能性研究[J]．土木建筑工程信息技術， 2012， 4(1)： 43-46．

Research on Application of BIM in Inspection and Reinforcement for Existing Buildings

Jiang Lu1， 2， 3，Zheng Hao1， 2， 3

(1.ShanghaiResearchInstituteofBuildingSciences(Group)Co.，Ltd(SRIBS).，Shanghai200032,China;2.ShanghaiJiankeEngineeringReconstructionTechnologyCo.，Ltd.，Shanghai200032,China； 3.ShanghaiKeyLaboratoryofEngineeringStructureSafety，SRIBS，Shanghai200032,China)

Presently，the application of BIM mainly focus on the construction of new projects，while lack of research on application in the inspection and reinforcement for existing buildings.This paper summarizes the different demands in BIM application between newly constructed buildings and existing buildings，and simultaneously points out the application trend and the problem which need to be solved during each stage for existing buildings in inspection，strengthen design，and construction.It could be used as a reference for engineers and scholars in the future similar studies.

BIM； Existing Buildings；Inspection and Strengthen

上海市科委應用技術開發(fā)專項資金項目(編號：2014-116)

蔣璐(1986-)，男，博士、高級工程師。主要研究方向：結構抗震加固、消能減震。

TU362；TU17

A

1674-7461(2016)05-0026-04