張恒源，趙開躍

(1.安徽建筑大學(xué) 研究生院，安徽 合肥 230601;2.浙江水利水電學(xué)院 建筑與工程學(xué)院，浙江 杭州 310018;3.浙江江南工程管理股份有限公司，浙江 杭州 310007)

BIM(building information modeling)又稱建筑信息模型技術(shù),最早起源于2003年美國(guó)推行的3D-4D-BIM方案，以及其在2006年制定的BIM技術(shù)發(fā)展規(guī)劃[1]，是建筑行業(yè)在不斷發(fā)展過程中衍生的新技術(shù)，主要用于表達(dá)在工程的規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)維等方面中難以直觀表達(dá)的三維立體圖像與導(dǎo)向類建筑物[2-3]。該技術(shù)在減少能源消耗、項(xiàng)目精細(xì)化管理、施工過程模擬、空間碰撞檢測(cè)、現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量、安全管理等方面可以發(fā)揮巨大作用。

1 工程概況

衢州荷一路過江通道工程設(shè)計(jì)范圍為SK0+000—SK2+172.389段，其中隧道段范圍為SK0+135—SK2+035段，隧道主線工程為雙向四車道。荷一路過江通道平面地理位置見圖1。線路全長(zhǎng)約2 163.7 m，其中道路全長(zhǎng)272.4 m，隧道全長(zhǎng)1 891.3 m。明挖段隧道設(shè)置為兩孔一管廊形式，主線礦山暗挖法段隧道為雙洞隧道，明挖段隧道與主線礦山暗挖法段隧道的斷面布置均為單向雙車道，車道寬3.5 m，建筑限界凈寬8.5 m，凈高4.5 m。嚴(yán)家淤島段設(shè)置出、入隧道匝道各兩條，匝道共四條，匝道為單向單車道。

圖1 荷一路過江通道平面地理位置圖

2 BIM總體工作流程

2.1 BIM技術(shù)方面的應(yīng)用流程

BIM技術(shù)方面工作流程(見圖2)以合同、實(shí)施計(jì)劃及本方案為指導(dǎo)，經(jīng)項(xiàng)目總工程師根據(jù)項(xiàng)目實(shí)際情況審核后，提出BIM修改需求完善意見，BIM咨詢方根據(jù)項(xiàng)目總工程師需求編寫B(tài)IM應(yīng)用方案并完成相關(guān)組織框架，由BIM咨詢方和公司的BIM小組共同根據(jù)設(shè)計(jì)單位提供的CAD圖紙建立BIM模型。在創(chuàng)建BIM模型的過程中，將圖紙相關(guān)問題反饋給設(shè)計(jì)單位，通過圖紙問題答復(fù)得出最終的BIM模型并進(jìn)行深化，制定施工階段實(shí)施指導(dǎo)手冊(cè)(沖突檢測(cè)、專項(xiàng)工程模擬交底等)。由工程部應(yīng)用最終成果，公司BIM小組負(fù)責(zé)落實(shí)，將應(yīng)用過程中的優(yōu)秀成果逐級(jí)反饋，形成對(duì)BIM技術(shù)成果驗(yàn)收存檔。

圖2 BIM技術(shù)方面應(yīng)用流程

2.2 BIM管理方面的應(yīng)用流程

BIM管理方面工作流程(見圖3)以合同、實(shí)施計(jì)劃及本方案為指導(dǎo)，項(xiàng)目總工程師提出管理方面BIM應(yīng)用需求，BIM咨詢單位和公司BIM小組編寫相關(guān)應(yīng)用方案、操作手冊(cè)、獎(jiǎng)罰制度，通過所有項(xiàng)目各部門參與方共同討論方案、手冊(cè)、制度的可行性并頒布指導(dǎo)性意見，確保BIM平臺(tái)協(xié)同管理順利實(shí)施。BIM咨詢單位將在BIM模型上傳BIM協(xié)同管理平臺(tái)，由公司BIM小組負(fù)責(zé)監(jiān)督各部門展開進(jìn)度管理、質(zhì)量管理、安全管理、資料管理、成本管理等方面的應(yīng)用，最后把應(yīng)用成果和應(yīng)用數(shù)據(jù)逆向傳遞，由BIM咨詢單位和公司BIM小組分析匯總形成的報(bào)告提交給項(xiàng)目總工程師驗(yàn)收。

圖3 BIM管理方面應(yīng)用流程

3 BIM技術(shù)應(yīng)用點(diǎn)

針對(duì)本工程施工中的特點(diǎn)及重難點(diǎn)，設(shè)計(jì)出BIM的應(yīng)用點(diǎn)框架(見圖4)。

圖4 BIM應(yīng)用點(diǎn)框架圖

3.1 設(shè)計(jì)階段的應(yīng)用

設(shè)計(jì)階段的主要工作是確定各專業(yè)的設(shè)計(jì)圖。在此階段引入BIM技術(shù)，可將傳統(tǒng)的二維平面圖紙翻模成高度可視化的BIM三維模型，主要包括建筑模型、結(jié)構(gòu)模型與機(jī)電模型[4]。利用BIM 3D模型在設(shè)計(jì)階段解決各專業(yè)的3D協(xié)同、全專業(yè)碰撞檢查、仿真漫游，提高設(shè)計(jì)質(zhì)量，減少返工和資源浪費(fèi)，控制投資成本與進(jìn)度[5]。

利用revit軟件和navisworks進(jìn)行全專業(yè)綜合模型碰撞檢查，包含建筑、結(jié)構(gòu)、機(jī)電設(shè)備、通信信號(hào)、裝修等多個(gè)專業(yè)。綜合檢查時(shí)需要設(shè)置各個(gè)專業(yè)的構(gòu)件集，不同構(gòu)件集之間進(jìn)行空間碰撞，碰撞結(jié)果出來后反饋給各專業(yè)設(shè)計(jì)者，隨后按專業(yè)優(yōu)先性進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化。針對(duì)隧道東岸設(shè)備機(jī)房進(jìn)行碰撞檢查，發(fā)現(xiàn)如下問題：(1)廢水管與隧道兩側(cè)墻體碰撞，頂部地漏位置與預(yù)制鋼梁MKL2 1 300×1 500碰撞(見圖5)，通過優(yōu)化設(shè)計(jì)，建議地漏位置改為鋼梁兩側(cè)；(2)消火栓立管與隧道溝槽頂板碰撞(見圖6)，對(duì)此，建議變更偏移立管位置。

圖5 碰撞檢查結(jié)果1

圖6 碰撞檢查結(jié)果2

3.1.2 仿真漫游

首先，借助3D技術(shù)從整體到局部，從關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)、復(fù)雜工序等方面對(duì)隧道進(jìn)行三維展示，提高技術(shù)人員在感官上對(duì)隧道各部分的認(rèn)知；其次，對(duì)施工方予以技術(shù)指導(dǎo)，避免盲目施工而引起的返工[6]。通過全景地圖模擬，使施工人員能夠清楚地了解整個(gè)工程的概況、施工技術(shù)難點(diǎn)、施工工期的規(guī)劃等基本情況，便于施工順利開展。

3.2 施工階段的應(yīng)用

基于工程實(shí)際需求和已有模型，利用BIM技術(shù)未建先擬的優(yōu)勢(shì)，在施工前開展臨時(shí)場(chǎng)地規(guī)劃與建模、重點(diǎn)施工方案模擬等應(yīng)用實(shí)施，預(yù)先模擬工程整體施工流程，對(duì)進(jìn)場(chǎng)的設(shè)備、人員進(jìn)行編碼，利用開發(fā)物料管理體系等措施確保工程高效、有序地進(jìn)行的同時(shí)，開展安全管理和進(jìn)度管理。

3.2.1 臨時(shí)場(chǎng)地規(guī)劃與建模

施工現(xiàn)場(chǎng)模型的建立，主要包括施工現(xiàn)場(chǎng)辦公用房、材料加工區(qū)、材料堆放檢驗(yàn)區(qū)等。開展施工場(chǎng)地實(shí)際作業(yè)模擬，可以杜絕施工現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)凈空不足、相關(guān)建筑物反復(fù)拆裝、倒邊等情況，通過二維規(guī)劃圖紙，形成三維可視化的方案，充分、合理地規(guī)劃利用已有場(chǎng)地。根據(jù)周邊環(huán)境模型與施工場(chǎng)地規(guī)劃模型結(jié)合，設(shè)定施工圍擋位置，規(guī)劃交通疏導(dǎo)方案。

3.2.2 施工方案模擬

對(duì)于復(fù)雜技術(shù)方案，利用二維圖紙很難明確表達(dá)其技術(shù)要點(diǎn)和難點(diǎn)，無法滿足標(biāo)準(zhǔn)化施工管理的現(xiàn)實(shí)需求[7]。因此，要根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙和施工方案，建立專項(xiàng)技術(shù)方案和安全專項(xiàng)方案的精細(xì)模型，對(duì)其施工方法進(jìn)行工序模擬，識(shí)別設(shè)計(jì)中不合理的施工方法，驗(yàn)證施工中的干涉和沖突，優(yōu)化施工資源配置，縮短工期，節(jié)約成本。本工程明挖段隧道圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用鉆孔灌注樁，采用新型帶有自動(dòng)定位、校準(zhǔn)功能的旋挖鉆機(jī)鉆孔，泥漿護(hù)壁成孔，汽車吊放鋼筋籠，導(dǎo)管法澆筑混凝土成樁工藝等。施工全過程可采用BIM進(jìn)行可視化模擬，主要內(nèi)容包括三個(gè)方面：(1)利用BIM模擬該施工工藝，為施工人員提供形象化的施工過程，使施工人員更加清晰、準(zhǔn)確地了解施工過程；(2)通過模擬，對(duì)鉆機(jī)的定位、校準(zhǔn)的精確性以及汽車在吊放鋼筋籠時(shí),在風(fēng)力等因素的影響下鋼筋籠的穩(wěn)定性進(jìn)行可行性研究；(3)通過模擬，在施工前發(fā)現(xiàn)和解決設(shè)計(jì)中存在的問題，合理分派布置施工資源。

3.2.3 進(jìn)度管理

中共中央政治局委員、上海市委書記李強(qiáng)在《求是》雜志撰文寫道：習(xí)近平總書記講，一滴水可以反映出太陽的光輝，一個(gè)地方可以體現(xiàn)一個(gè)國(guó)家的風(fēng)貌。浦東發(fā)展可以說是我國(guó)改革開放的一個(gè)重要見證。

通過電腦端luban explorer或移動(dòng)端luban explorer及時(shí)錄入各構(gòu)件施工狀態(tài)、關(guān)鍵工序時(shí)間，系統(tǒng)后臺(tái)自動(dòng)形成整個(gè)項(xiàng)目的實(shí)際進(jìn)度。圖7為將荷一隧道相關(guān)數(shù)據(jù)錄入形成的進(jìn)度量化數(shù)據(jù)分析圖。依據(jù)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，及時(shí)對(duì)項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)度進(jìn)行管理，提高項(xiàng)目對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)度的管控，分析階段施工所需工期，對(duì)比總結(jié)是否存在提高效率的可能性，以便合理安排下一階段施工所需材料、設(shè)備及資金。通過超前地質(zhì)預(yù)報(bào)可知，荷一隧道暗挖段地質(zhì)條件為軟弱地層，應(yīng)采用CRD法將整個(gè)隧道斷面分為若干獨(dú)立存在的小斷面進(jìn)行分部施工[8]。每個(gè)工作面進(jìn)度運(yùn)用BIM進(jìn)行可視化處理，可以清晰直觀地反映出各工作斷面施工進(jìn)度情況，以①、②、③號(hào)工作面為例，圖8為在僅表達(dá)施工進(jìn)度可視化條件下的暗挖段進(jìn)度信息可視化圖。

圖7 隧道形象進(jìn)度量化數(shù)據(jù)分析

圖8 暗挖段進(jìn)度信息可視化圖

3.2.4 質(zhì)量、安全、物料管控

(1)質(zhì)量與安全管控

利用移動(dòng)終端(智能手機(jī)、平板電腦)采集現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，對(duì)存在安全與質(zhì)量問題的部位或樣板部位通過照片、文字或語音描述，上傳到對(duì)應(yīng)模型構(gòu)件，聯(lián)系對(duì)應(yīng)負(fù)責(zé)人，提出整改要求和整改時(shí)間。相關(guān)責(zé)任人根據(jù)整改要求進(jìn)行整改回復(fù)，形成閉合。現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量缺陷、安全風(fēng)險(xiǎn)、質(zhì)量安全樣板等數(shù)據(jù)資料庫，要與BIM模型即時(shí)關(guān)聯(lián)，以方便施工過程中、竣工驗(yàn)收時(shí)的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)管理。

(2)物料管控

由于隧道工程建設(shè)項(xiàng)目造價(jià)高、投資大、建設(shè)周期長(zhǎng)，露天作業(yè)、戶外作業(yè)等不可控因素較多等特點(diǎn)，導(dǎo)致其勞動(dòng)生產(chǎn)效率低、利潤(rùn)空間小和資源大量浪費(fèi)等問題普遍存在。基于以上情況，研究出一種物料管理體系(見圖9)。該體系主要通過物資申購、采購、訂貨、合同簽訂、配送、付款、倉庫管理、質(zhì)量反饋、報(bào)廢等整個(gè)過程的閉環(huán)管理，提高整個(gè)供應(yīng)鏈系統(tǒng)的運(yùn)行質(zhì)量和效率，降低物資管理成本，實(shí)現(xiàn)“計(jì)劃生成自動(dòng)化、倉儲(chǔ)管理智能化、業(yè)務(wù)流程信息化、物資供應(yīng)準(zhǔn)時(shí)化”的管理目標(biāo)。

圖9 物料管理流程圖

3.2.5 二維碼生成

在編碼規(guī)則基礎(chǔ)上，對(duì)本工程內(nèi)的參建人員、機(jī)械設(shè)備、材料、結(jié)構(gòu)以及文件檔案做好編碼工作，生成實(shí)體二維碼，便于現(xiàn)場(chǎng)管理?；贐IM模型的二維碼技術(shù)應(yīng)用展示見圖10。

圖10 基于BIM模型的二維碼技術(shù)應(yīng)用展示

4 應(yīng)用BIM技術(shù)帶來的效益分析

4.1 技術(shù)價(jià)值

利用BIM技術(shù)進(jìn)行三維技術(shù)交底、施工方案模擬、施工動(dòng)畫等方式可以直觀、高效地向基層技術(shù)人員、施工班組表達(dá)出方案的意圖，以及施工中各工序應(yīng)重點(diǎn)注意的技術(shù)問題，進(jìn)而提高工作效益和工程質(zhì)量，避免因工人對(duì)圖紙、方案理解不到位造成的工程質(zhì)量問題，耽誤工程進(jìn)度。

通過BIM模型進(jìn)行圖紙審核、圖紙交底，大大提高圖紙的審核效率和準(zhǔn)確性，縮短圖紙審核的時(shí)間，減少圖紙審核工作量；提前發(fā)現(xiàn)圖紙問題，將問題在施工前處理，避免施工過程中因圖紙導(dǎo)致的返工、廢棄工程等，為工程的質(zhì)量、工期以及成本提供了保障。

根據(jù)該項(xiàng)目設(shè)計(jì)圖紙，對(duì)隧道項(xiàng)目土建、重點(diǎn)部位鋼筋專業(yè)進(jìn)行1∶1比例建模，搶在開工前找出圖紙問題達(dá)40余處，其中淺層次設(shè)計(jì)疏忽類圖紙問題23處，較深層次設(shè)計(jì)疏忽類圖紙問題15處，重大設(shè)計(jì)矛盾層次設(shè)計(jì)疏忽類圖紙問題2處。這些問題的導(dǎo)向工作大大節(jié)約了項(xiàng)目管理人員審圖以及與設(shè)計(jì)方溝通的時(shí)間。對(duì)工程設(shè)備用房進(jìn)行模型創(chuàng)建及碰撞檢查，通過碰撞檢查發(fā)現(xiàn)管綜問題12處、照明問題1處、機(jī)電問題3處，避免了工期延誤、材料浪費(fèi)等造成的經(jīng)濟(jì)損失。對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行整體施工動(dòng)畫，其中包含項(xiàng)目基本情況、工期、施工工藝等，對(duì)項(xiàng)目整體籌劃提供依據(jù)。對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行實(shí)地漫游，漫游過程中對(duì)完工后項(xiàng)目?jī)?nèi)部進(jìn)行合理性檢查。按照進(jìn)度成本、材料成本、管理成本并結(jié)合以往類似案例情況出發(fā)，BIM技術(shù)的運(yùn)用為該項(xiàng)目挽回了至少107萬元經(jīng)濟(jì)損失。

4.2 成本價(jià)值

通過BIM模型核對(duì)圖紙工程量，提前發(fā)現(xiàn)工程量與圖紙量差，能盡早了解需要申請(qǐng)簽證變更的地方，重點(diǎn)記錄數(shù)據(jù)。荷一過江隧道建模完成后將模型混凝土量與圖紙混凝土工程量統(tǒng)計(jì)對(duì)比(見表2)得出：BIM模型總量為152 396.26 m3，圖紙?jiān)O(shè)計(jì)量為152 820.49 m3，相差424.23 m3，差值率0.278%。C40混凝土按照360 元/m3計(jì)算，424.23×360約15.27萬元，能從混凝土工程量對(duì)比中利用數(shù)據(jù)爭(zhēng)取約15.27 萬元的效益。

表2 模型混凝土量與圖紙工程量對(duì)比

4.3 管理優(yōu)化價(jià)值

通過BIM技術(shù)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量安全管理、進(jìn)度管理和移動(dòng)端管理，可以提高整個(gè)工程的管理效率。對(duì)過江隧道項(xiàng)目進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量安全管理，某月份通過BV進(jìn)行照片采集共107張，其中質(zhì)量和安全問題共20張。通過快速的問題定位，現(xiàn)場(chǎng)人員進(jìn)行問題整改，質(zhì)檢部門和監(jiān)理進(jìn)行整改結(jié)果查看，以每個(gè)問題為相關(guān)管理人員節(jié)約1 d的現(xiàn)場(chǎng)巡查和問題確認(rèn)時(shí)間為例，那么可節(jié)約20 d的現(xiàn)場(chǎng)巡查和問題確認(rèn)時(shí)間，保守估計(jì)為1萬元。此為一個(gè)月的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，項(xiàng)目總工期3年，據(jù)此能推算出此項(xiàng)至少能創(chuàng)造30萬元以上的經(jīng)濟(jì)效益。