欒海濤

(北京城建建設(shè)工程有限公司，北京 100038)

0 引言

BIM技術(shù)為精益建造提供技術(shù)支持，通過(guò)結(jié)合BIM與精益建造，提高建設(shè)效率、創(chuàng)造價(jià)值、提高設(shè)計(jì)水平，大大提高BIM應(yīng)用的性能[1-5]。Sacks等[6]認(rèn)為，基于BIM的精益建造，利用BIM的4D，5D多維視覺(jué)技術(shù)，幫助項(xiàng)目參與者控制和管理，以最低成本、最短工期，促進(jìn)設(shè)計(jì)與施工一體化，實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)的建筑產(chǎn)品。周桂云[7]以鹽城先鋒國(guó)際廣場(chǎng)三期酒店寫字樓模板工程為背景，基于BIM技術(shù)模板設(shè)計(jì)，表明BIM在可視化、優(yōu)化性、可出圖性等方面的改進(jìn)。張昊楠等[8]通過(guò)現(xiàn)實(shí)捕捉技術(shù)獲取連廊點(diǎn)云數(shù)字模型，逆向生成合龍端口處的BIM模型，表明數(shù)字預(yù)拼裝可提高連廊施工的可視化程度，減小連廊結(jié)構(gòu)合龍偏差。

從以上分析可看出，基于BIM技術(shù)的模型集成各種專業(yè)信息，可有效減少施工變更引起的資源浪費(fèi)。因此本文旨在基于BIM技術(shù)，結(jié)合現(xiàn)有理論和實(shí)踐基礎(chǔ)為高層建筑精益建造服務(wù)。

1 精益建造機(jī)制與BIM技術(shù)協(xié)同應(yīng)用

1.1 應(yīng)用價(jià)值

1)整體應(yīng)用價(jià)值 指在建設(shè)項(xiàng)目各階段，充分利用精益建造和BIM技術(shù)價(jià)值降低社會(huì)成本，提高工作質(zhì)量和效率。整體應(yīng)用價(jià)值的實(shí)現(xiàn)需要龐大的工程系統(tǒng)，不僅需各階段、各環(huán)節(jié)的BIM應(yīng)用軟件，還需完善的BIM技術(shù)應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)。

2)部分應(yīng)用價(jià)值 指精益建造和BIM在部分建設(shè)項(xiàng)目中帶來(lái)的價(jià)值。在施工階段，BIM的主要應(yīng)用點(diǎn)包括狀態(tài)模型、成本預(yù)測(cè)、階段規(guī)劃、基于三維模型的施工協(xié)調(diào)、場(chǎng)地利用規(guī)劃、深化設(shè)計(jì)、數(shù)字化裝配、基于三維模型的控制與規(guī)劃。BIM應(yīng)用點(diǎn)和應(yīng)用價(jià)值不是靜態(tài)的，將隨著BIM應(yīng)用軟件和應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展而發(fā)展。

1.2 設(shè)計(jì)與施工一體化的協(xié)同應(yīng)用

BIM應(yīng)用價(jià)值的實(shí)現(xiàn)依靠協(xié)同應(yīng)用技術(shù)和管理機(jī)制的支撐。在技術(shù)支持方面，BIM協(xié)同應(yīng)用可支持多專業(yè)設(shè)計(jì)與施工集成技術(shù)的實(shí)現(xiàn)。首先，BIM可實(shí)現(xiàn)建筑、結(jié)構(gòu)、裝飾、機(jī)電等高度集成的設(shè)計(jì)過(guò)程，使專業(yè)工程師在同一平臺(tái)上同時(shí)進(jìn)行設(shè)計(jì)工作，消除模型沖突。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)分析、方案論證、可視化控制和動(dòng)態(tài)優(yōu)化，避免重復(fù)設(shè)計(jì)，減少設(shè)計(jì)變更和大量返工。其次，BIM的虛擬設(shè)計(jì)與施工技術(shù)及配套軟件可實(shí)現(xiàn)建筑性能、碰撞檢測(cè)、規(guī)范驗(yàn)證、系統(tǒng)協(xié)調(diào)等精準(zhǔn)施工的可視化分析，并在信息完整的設(shè)計(jì)模型上模擬現(xiàn)場(chǎng)施工。最后，利用BIM可視化虛擬動(dòng)畫，可提前安排現(xiàn)場(chǎng)布局，演示施工操作，優(yōu)化設(shè)計(jì)階段施工工藝和關(guān)鍵工序。

2 超高層建筑精益建造

2.1 工程概況

云南某項(xiàng)目辦公樓總建筑面積60 322.74m2，地下4層，地上25層，建筑高度96.85m，為框架核心筒結(jié)構(gòu)和筏板基礎(chǔ)。本工程施工場(chǎng)地小，布置困難；地下室分部工程專業(yè)門類多，管線布置密集，交叉作業(yè)多；人員、材料、設(shè)備投入大，工序銜接多；施工作業(yè)隊(duì)伍多，管理難度大。

為克服施工過(guò)程中的不利因素，采用BIM技術(shù)提供的多學(xué)科協(xié)同平臺(tái)，加強(qiáng)施工過(guò)程控制，提高整體質(zhì)量安全管理水平。利用BIM模擬現(xiàn)場(chǎng)平面布置圖和施工方案，使施工方案更加合理，可提前發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，解決施工難點(diǎn)，減少返工現(xiàn)象。采用BIM技術(shù)模擬施工，實(shí)現(xiàn)施工過(guò)程可視化，并在施工各階段制定詳細(xì)的材料計(jì)劃，避免材料浪費(fèi)，提高工程精細(xì)化管理水平。

2.2 三維場(chǎng)地布置

利用BIM建立施工現(xiàn)場(chǎng)模型，可更直觀展示三維效果，并能進(jìn)行三維漫游。漫游過(guò)程中，項(xiàng)目參與者可參與站點(diǎn)布局的視覺(jué)體驗(yàn)，指導(dǎo)站點(diǎn)布局。根據(jù)進(jìn)度計(jì)劃動(dòng)態(tài)調(diào)整場(chǎng)地布置，有利于克服施工場(chǎng)地狹窄、場(chǎng)地布置困難的問(wèn)題，同時(shí)利用BIM軟件自動(dòng)生成工程量，作為材料計(jì)劃報(bào)告和材料使用控制依據(jù)，節(jié)省建設(shè)成本。

根據(jù)建筑模型的三維可視化特點(diǎn)，在充分考慮塔式起重機(jī)中間支撐距離的前提下，合理確定塔式起重機(jī)等垂直運(yùn)輸機(jī)械的位置，避免與梁、柱主要結(jié)構(gòu)的碰撞。在塔式起重機(jī)位置仿真演示中，采用自編程程序?qū)崿F(xiàn)塔式起重機(jī)范圍內(nèi)起重量的變化，自動(dòng)計(jì)算起重范圍內(nèi)構(gòu)件質(zhì)量，將可起吊構(gòu)件顯示為綠色，不可起吊構(gòu)件顯示為紅色，保證使用安全。

2.3 腳手架方案模擬計(jì)算

采用BIM軟件，根據(jù)結(jié)構(gòu)模型布置外腳手架和支撐腳手架，輸出腳手架安全計(jì)算書與腳手架材料表，對(duì)不同部位、不同規(guī)格的腳手架和扣件進(jìn)行分類，采購(gòu)和租賃可根據(jù)輸出腳手架材料表計(jì)劃進(jìn)行安排，在保證施工需要的前提下節(jié)約成本。根據(jù)BIM軟件，設(shè)計(jì)模板支撐系統(tǒng)，并對(duì)大應(yīng)力構(gòu)件進(jìn)行軸向力監(jiān)測(cè)。為保證模板安全，本工程設(shè)置軸力監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)，通過(guò)軸力計(jì)無(wú)線傳輸，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)模板支架受力狀態(tài)，并進(jìn)行實(shí)時(shí)安全預(yù)警。

2.4 綜合管線布置

安裝工程施工前，利用Revit軟件對(duì)建筑管線的綜合布置進(jìn)行深化設(shè)計(jì)。首先，將Revit管道模型導(dǎo)入Navisworks軟件，進(jìn)行碰撞檢測(cè)和漫游檢查。Navisworks軟件導(dǎo)入模型后，執(zhí)行碰撞檢測(cè)并生成測(cè)試報(bào)告。根據(jù)測(cè)試報(bào)告中的照片和ID信息，返回Revit軟件找到相應(yīng)的碰撞點(diǎn)并進(jìn)行調(diào)整。使用Navisworks軟件進(jìn)行第三方漫游全面檢查后，返回Revit，根據(jù)ID信息調(diào)整問(wèn)題構(gòu)件。消防泵房等管線密集區(qū)內(nèi)，BIM建模有助于改善施工工藝、提高成功率、避免返工并提高整體檢驗(yàn)質(zhì)量。泵房綜合管線布置如圖1所示。

圖1 泵房綜合管線布置

2.5 復(fù)雜鋼筋的優(yōu)化設(shè)計(jì)

利用BIM軟件對(duì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜的節(jié)點(diǎn)鋼筋進(jìn)行建模，形成直觀的節(jié)點(diǎn)圖，可反映鋼筋綁扎順序和位置要求，為避免鋼筋綁扎錯(cuò)亂造成混凝土無(wú)法澆筑，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)質(zhì)量隱患，應(yīng)對(duì)施工人員進(jìn)行鋼筋立體綁扎技術(shù)培訓(xùn)。BIM軟件可提供每個(gè)構(gòu)件的鋼筋信息，根據(jù)鋼筋長(zhǎng)度實(shí)現(xiàn)自動(dòng)組合切割，最大限度減少?gòu)U鋼的產(chǎn)生，并提高工作效率。

2.6 模型渲染及模板優(yōu)化設(shè)計(jì)

為減少業(yè)主臨時(shí)變更造成的返工，保證施工布置方案的合理性，建立Revit優(yōu)化模型后，導(dǎo)入3DMax進(jìn)行渲染，從而輸出效果圖和漫游視頻，在業(yè)主選定效果圖后進(jìn)行施工。由于模型尺寸與現(xiàn)場(chǎng)尺寸一致，可實(shí)現(xiàn)空間布置指導(dǎo)施工。

由于我國(guó)建筑工程大量使用木模板，模板組合在成本控制中起關(guān)鍵作用。利用BIM軟件可實(shí)現(xiàn)智能模板組合方案，繪制模板加工圖，提供模板支撐三維框架圖，并可提供任意部位的施工細(xì)節(jié)，最大限度減少浪費(fèi)，節(jié)省腳手架和模板數(shù)量。

3 經(jīng)濟(jì)效益分析

3.1 管道綜合布置

地下室碰撞檢查統(tǒng)計(jì)如表1所示，各種專業(yè)管道間存在很多沖突，因此在管道綜合應(yīng)用中，BIM技術(shù)具有很高的投資回報(bào)率。經(jīng)過(guò)三維綜合管線布置，相比傳統(tǒng)方法，經(jīng)濟(jì)效益達(dá)38.08萬(wàn)元，比原計(jì)劃提前25個(gè)工作日。

表1 地下室碰撞檢查統(tǒng)計(jì) 個(gè)

3.2 模板腳手架

模板優(yōu)化設(shè)計(jì)完成后，BIM軟件自動(dòng)統(tǒng)計(jì)各種規(guī)格的模板數(shù)量，并將相應(yīng)結(jié)果提交給操作人員。施工方根據(jù)提交的模板數(shù)量進(jìn)行集中調(diào)配使用，提高模板利用率。根據(jù)施工進(jìn)度計(jì)劃和特定工區(qū)模板、鋼管、扣件總量，嚴(yán)格控制進(jìn)場(chǎng)材料數(shù)量，保證進(jìn)場(chǎng)材料數(shù)量滿足施工要求，減少現(xiàn)場(chǎng)材料積壓，提高周轉(zhuǎn)架材料和資金周轉(zhuǎn)效率。采用完善的三維模型向操作人員進(jìn)行說(shuō)明，可提高操作人員對(duì)工作內(nèi)容的理解。對(duì)區(qū)域材料和實(shí)際儲(chǔ)存情況的分析如圖2所示。采用傳統(tǒng)方式所得統(tǒng)計(jì)量較粗糙，所得結(jié)果與實(shí)際各材料統(tǒng)計(jì)量偏差較大，而通過(guò)對(duì)比軟件統(tǒng)計(jì)量與實(shí)際統(tǒng)計(jì)量后發(fā)現(xiàn)，由于BIM三維信息模型按實(shí)際1∶1進(jìn)行建立，所得統(tǒng)計(jì)量極為接近，偏差率最大為4.5%，低于5%。同時(shí)通過(guò)軟件統(tǒng)計(jì)量、傳統(tǒng)方式計(jì)算所得統(tǒng)計(jì)量及實(shí)際統(tǒng)計(jì)量得到不同材料積壓情況，表明BIM軟件可對(duì)物料進(jìn)行準(zhǔn)確預(yù)估，使成本大幅降低。

圖2 不同方式統(tǒng)計(jì)量對(duì)比及偏差率

4 結(jié)語(yǔ)

1)通過(guò)在超高層建筑精益建造中應(yīng)用BIM技術(shù)，可發(fā)現(xiàn)BIM技術(shù)使項(xiàng)目設(shè)計(jì)、采購(gòu)、施工、運(yùn)營(yíng)等更加高效及穩(wěn)定，將BIM技術(shù)應(yīng)用到精益建造系統(tǒng)中，使精益建造的管理系統(tǒng)更具優(yōu)勢(shì)，最終實(shí)現(xiàn)BIM與精益建造在項(xiàng)目全生命周期中的協(xié)同應(yīng)用。

2)通過(guò)對(duì)精益建造與BIM協(xié)同應(yīng)用中管道綜合布置及模板腳手架的經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行分析可知，利用BIM軟件對(duì)管道進(jìn)行綜合布置和優(yōu)化模板腳手架的經(jīng)濟(jì)效益非?？捎^，值得推廣應(yīng)用。