許 丹

(中鐵十一局集團(tuán)有限公司 湖北武漢 430061)

1 引言

自2003年BIM技術(shù)引入我國(guó)，歷經(jīng)18年的發(fā)展，由原來(lái)的工程設(shè)計(jì)單位先行試用，到現(xiàn)在工程行業(yè)里日趨普及，BIM技術(shù)不斷地向我們展示著它的優(yōu)勢(shì)[1－4]。BIM作為一種信息化管理技術(shù)，在設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)維各階段都發(fā)揮著不可缺的作用，BIM模型將設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)維串聯(lián)在一起，一模多用，圖審階段減少圖紙溝通誤差，施工前利用BIM模型分析項(xiàng)目分部分項(xiàng)建造過(guò)程中的問(wèn)題，項(xiàng)目虛擬建造提高施工策劃的質(zhì)量，信息化的模型構(gòu)件方便了信息的檢索，精準(zhǔn)的BIM模型也是工程建設(shè)工業(yè)化基礎(chǔ)條件之一[5－9]。

將BIM技術(shù)運(yùn)用進(jìn)施工過(guò)程中，使信息數(shù)據(jù)與施工技術(shù)相融合，讓施工過(guò)程更安全高效，成品質(zhì)量更有保障[10－12]?，F(xiàn)階段BIM技術(shù)在施工過(guò)程的應(yīng)用中仍存在很多問(wèn)題，需要通過(guò)大量的探索實(shí)踐，不斷的思考總結(jié)，以獲取有價(jià)值經(jīng)驗(yàn)。

2 項(xiàng)目背景及BIM應(yīng)用目標(biāo)

2.1 項(xiàng)目基本信息

遵義市高鐵新城商務(wù)中心項(xiàng)目位于遵義市新浦新區(qū)禮儀新城遵義新火車(chē)站片區(qū)西北側(cè)，東臨湘江大道，北臨新南大道，南臨迎賓大道。本工程是城市綜合體項(xiàng)目的一部分，是商務(wù)中心項(xiàng)目的標(biāo)志建筑，包含的單體建筑多，安全、質(zhì)量、進(jìn)度、文明施工要求高，社會(huì)影響大。本項(xiàng)目計(jì)劃投資約8億元人民幣，場(chǎng)地內(nèi)規(guī)劃擬建建筑物包括:地下部分，全平面地下室2層，地下建筑面積75 740 m2，基坑開(kāi)挖深度為9 m(局部12 m)；地上部分，34層五星級(jí)辦公酒店1棟，高度152.7 m，24層酒店公寓1棟，建筑高度98.1 m，一棟4層會(huì)展中心、兩棟5層和一棟4層的商業(yè)建筑及25.5 m的天幕，工程總建筑面積為229 250 m2，BIM 模型圖見(jiàn)圖1。

圖1 遵義高鐵新城商務(wù)中心項(xiàng)目BIM模型

2.2 項(xiàng)目難點(diǎn)

(1)控制性工程多，包括超長(zhǎng)超大地下室結(jié)構(gòu)、地下室大體積混凝土、型鋼混凝土施工，超高層主體結(jié)構(gòu)施工，扭曲結(jié)構(gòu)體幕墻施工、大噸位鋼結(jié)構(gòu)吊裝。

(2)施工場(chǎng)地狹窄，地下室開(kāi)挖深度大，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)預(yù)留后澆帶多，給地下室及時(shí)封閉及后續(xù)施工帶來(lái)諸多影響。尤其是地下車(chē)庫(kù)、鋼結(jié)構(gòu)、玻璃幕墻施工期間材料堆放、運(yùn)輸受場(chǎng)地影響，給工程施工組織帶來(lái)較大困難。

(3)工程構(gòu)造復(fù)雜:主樓為五星級(jí)酒店管線復(fù)雜，綜合排布難度大，機(jī)房設(shè)備層空間狹小，設(shè)備布局與檢修空間預(yù)留要求高。

2.3 BIM應(yīng)用目標(biāo)

對(duì)土建、機(jī)電、鋼構(gòu)、幕墻、精裝修等各專業(yè)圖紙進(jìn)行深化，依據(jù)準(zhǔn)確的模型，結(jié)合施工規(guī)范和現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，綜合評(píng)估并給出深化分析方案，將BIM模型進(jìn)行深化以減少圖紙的錯(cuò)漏碰缺，使設(shè)計(jì)圖紙切實(shí)符合施工現(xiàn)場(chǎng)操作的要求，并能進(jìn)一步輔助施工管理，達(dá)到管理升級(jí)、降本增效、節(jié)約時(shí)間，提高工程項(xiàng)目施工質(zhì)量和效益。

3 BIM應(yīng)用計(jì)劃

3.1 臨建場(chǎng)地布置優(yōu)化

本項(xiàng)目施工場(chǎng)地有限，新火車(chē)站廣場(chǎng)、小區(qū)住宅、山體、商場(chǎng)環(huán)繞，堆料場(chǎng)地不夠、基坑深度大，施工現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)面大，各施工分區(qū)標(biāo)高不一致，造成施工現(xiàn)場(chǎng)平面布置不斷變化，綠色施工和安全文明施工標(biāo)準(zhǔn)高，給項(xiàng)目的合理布置帶來(lái)了挑戰(zhàn)。

將BIM與無(wú)人機(jī)航拍模型相結(jié)合，布置項(xiàng)目的臨時(shí)辦公用房、物料、道路、塔吊、進(jìn)出大門(mén)等，通過(guò)施工進(jìn)度模擬分析基坑開(kāi)挖、主體工程、裝飾裝修三階段物料堆放和臨時(shí)施工道路的布置。

3.2 土建模型分析

本項(xiàng)目各棟樓體造型非矩形較多，各方對(duì)圖紙理解不一致，二次結(jié)構(gòu)排布難把控，墻體形狀非規(guī)則較多，砌塊難排布、算量，外墻幕墻與結(jié)構(gòu)墻體難對(duì)準(zhǔn)，裝修對(duì)縫尺寸難核對(duì)等問(wèn)題易導(dǎo)致數(shù)據(jù)出錯(cuò)，依靠傳統(tǒng)2D圖紙檢查易錯(cuò)易遺漏，決定通過(guò)土建BIM模型來(lái)輔助解決這些問(wèn)題。

3.3 機(jī)電管線優(yōu)化

本項(xiàng)目商務(wù)中心34層主體樓為五星級(jí)酒店，結(jié)構(gòu)為扭曲紡錘體形狀，機(jī)電管線錯(cuò)綜復(fù)雜，從2D圖紙疊加的情況初步評(píng)估碰撞點(diǎn)位多，項(xiàng)目決定采用BIM模型優(yōu)化綜合管線，在滿足設(shè)計(jì)功能的前提下，以方便施工、排布美觀為原則優(yōu)化排布各專業(yè)管線，以最小的成本達(dá)到美觀實(shí)用的效果。地下室通過(guò)BIM模型分析，保證地下室大部分車(chē)道上方無(wú)管道排布，使車(chē)道有良好的通行體驗(yàn)。模型優(yōu)化好后從模型直接導(dǎo)出施工用CAD圖，詳細(xì)標(biāo)注所有主要管道的標(biāo)高、直徑、系統(tǒng)名稱，方便各專業(yè)施工，一些管件也能依據(jù)這些模型提前在工廠加工完成再運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場(chǎng)拼接。

3.4 異形鋼構(gòu)

本項(xiàng)目天幕的吊裝難度大，節(jié)點(diǎn)管控難，利用BIM模型分析指導(dǎo)施工定點(diǎn)定位，分析運(yùn)輸過(guò)程中的風(fēng)險(xiǎn)源，對(duì)運(yùn)輸車(chē)輛經(jīng)過(guò)的區(qū)域、搭設(shè)的滿堂腳手架支撐等進(jìn)行BIM建模和安全計(jì)算。

3.5 異形玻璃幕墻

本項(xiàng)目超高層玻璃幕墻為不規(guī)則旋轉(zhuǎn)式單元板塊玻璃幕墻，總數(shù)為3 500余塊，超過(guò)95%的單元式板塊尺寸皆不相同，利用BIM技術(shù)對(duì)幕墻進(jìn)行深化，分析幕墻與結(jié)構(gòu)，幕墻各單元的銜接情況，指導(dǎo)幕墻加工及安裝。

3.6 優(yōu)化穿插施工方案

本項(xiàng)目包含了建筑、結(jié)構(gòu)、鋼構(gòu)、幕墻、機(jī)電、裝飾裝修等多專業(yè)工程項(xiàng)目，專業(yè)相互協(xié)調(diào)配合對(duì)于整體施工進(jìn)度有著至關(guān)重要的作用。施工過(guò)程中，受專業(yè)技術(shù)差異性、施工場(chǎng)地局限性等多因素的限制和影響，同時(shí)進(jìn)行強(qiáng)弱電、暖通、給排水、消防等不同專業(yè)的施工會(huì)出現(xiàn)很多不可預(yù)見(jiàn)的問(wèn)題，各專業(yè)在建筑的橫向和縱向范圍會(huì)出現(xiàn)重疊或交叉，加大了工程的復(fù)雜性和不可控性。

BIM技術(shù)具有參數(shù)化、可視化、智能化的特點(diǎn)，在施工開(kāi)始前對(duì)項(xiàng)目多專業(yè)進(jìn)行碰撞檢測(cè)、管線排布后空間凈高分析及洞口預(yù)留管線預(yù)埋，利用BIM的4D模擬技術(shù)，將工程預(yù)先按方案進(jìn)行模擬預(yù)拼裝，評(píng)估施工組織方案的協(xié)調(diào)性，通過(guò)評(píng)估的4D模擬方案對(duì)各專業(yè)進(jìn)行技術(shù)交底，提高各專業(yè)的配合度，降低返工、窩工等風(fēng)險(xiǎn)。

3.7 提升管理

BIM模型導(dǎo)入5D管理平臺(tái)提升項(xiàng)目管理效益。模型是建筑信息的載體，分解后的wbs工序與建筑模型相關(guān)聯(lián)，并導(dǎo)入到BIM5D平臺(tái)中對(duì)項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程進(jìn)行虛擬建造，將各項(xiàng)數(shù)據(jù)、模型與平臺(tái)關(guān)聯(lián)，自動(dòng)生成項(xiàng)目每天的施工計(jì)劃、人機(jī)料等資源配置情況，對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行動(dòng)態(tài)、精細(xì)的管理。

4 BIM實(shí)施過(guò)程

4.1 實(shí)施準(zhǔn)備

落實(shí)BIM實(shí)施中所需要用到的軟硬件設(shè)備和專業(yè)技術(shù)人員，明確軟件的版本及數(shù)據(jù)導(dǎo)出格式，制定相關(guān)BIM標(biāo)準(zhǔn)，培訓(xùn)相關(guān)管理崗位人員。

BIM技術(shù)應(yīng)用軟、硬件配置如表1所示。

表1 軟、硬件配置

BIM專項(xiàng)組主要成員配置如表2所示。

表2 團(tuán)隊(duì)成員介紹及崗位職責(zé)

4.2 實(shí)施情況

(1)臨建場(chǎng)地布置

本項(xiàng)目中，運(yùn)用BIM＋GIS＋三維數(shù)字技術(shù)對(duì)項(xiàng)目駐地選址進(jìn)行規(guī)劃和設(shè)計(jì)。前期應(yīng)用無(wú)人機(jī)傾斜攝影技術(shù)進(jìn)行航測(cè)作業(yè)，同時(shí)對(duì)航拍POS數(shù)據(jù)進(jìn)行處理與整合建立三維實(shí)景模型。后期應(yīng)用BIM技術(shù)和GIS進(jìn)行無(wú)縫對(duì)接，導(dǎo)入?yún)^(qū)域地形數(shù)據(jù)對(duì)場(chǎng)地進(jìn)行建模，建立地質(zhì)模型和地下管線模型，得出最優(yōu)規(guī)劃方案。

利用模型對(duì)施工場(chǎng)地進(jìn)行布置，基坑開(kāi)挖階段，對(duì)基坑支護(hù)模型及土方開(kāi)挖順序進(jìn)行合理建模，并對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)辦公區(qū)、生活區(qū)、施工區(qū)、硬化道路等現(xiàn)場(chǎng)設(shè)施進(jìn)行規(guī)劃和布置，考慮塔吊碰撞問(wèn)題，模型如圖2所示。合理利用BIM技術(shù)對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)的問(wèn)題進(jìn)行超前預(yù)警，BIM技術(shù)三維化、可視化的特點(diǎn)是未來(lái)建筑項(xiàng)目技術(shù)管理及成本管理中的核心競(jìng)爭(zhēng)力，建立模型進(jìn)行演繹提前發(fā)現(xiàn)場(chǎng)地沖突。

圖2 臨建場(chǎng)地模型

通過(guò)專業(yè)插件分析場(chǎng)地內(nèi)的監(jiān)控點(diǎn)，優(yōu)化監(jiān)控器的擺放位置，監(jiān)控系統(tǒng)與BIM云管理平臺(tái)關(guān)聯(lián)，在平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)對(duì)工地全方位實(shí)時(shí)監(jiān)控。

BIM應(yīng)用給施工現(xiàn)場(chǎng)的平面布置增加了新的工作方法，擬建模型與場(chǎng)地實(shí)地情況模型相結(jié)合，模型與進(jìn)度計(jì)劃表掛接，三維立體反映了各時(shí)間段場(chǎng)地上各構(gòu)件的情況，不再根據(jù)CAD圖分析，而是在大型LED屏幕檢查，有條件還可以加入VR設(shè)備，如置身場(chǎng)景，提高了對(duì)工地現(xiàn)場(chǎng)合理、高效、動(dòng)態(tài)的管控。

(2)土建工程

通過(guò)CAD建好結(jié)構(gòu)、建筑、裝飾裝修專業(yè)的BIM模型，將三專業(yè)模型整合，通過(guò)軟件協(xié)作的碰撞檢查，檢查各專業(yè)的結(jié)合度，利用凈高分析功能分析走廊、地下室一些易出錯(cuò)部位；軟件內(nèi)置的規(guī)范和自動(dòng)運(yùn)算功能幫助布置二次結(jié)構(gòu)柱、過(guò)梁等構(gòu)件，使施工前出具優(yōu)化二次結(jié)構(gòu)方案；砌體排磚所導(dǎo)出的詳細(xì)砌體材料明細(xì)表能指導(dǎo)施工，準(zhǔn)確統(tǒng)計(jì)出各個(gè)區(qū)域的砌塊數(shù)量、投放時(shí)能定點(diǎn)定量。

(3)機(jī)電管線優(yōu)化

結(jié)構(gòu)與機(jī)電初次碰撞檢測(cè)后發(fā)現(xiàn)軟硬碰撞點(diǎn)千余個(gè)，完全靠人工檢查很容易存在大量返工隱患，增加成本。通過(guò)BIM軟件將結(jié)構(gòu)、機(jī)電模型進(jìn)行整合，檢測(cè)出水暖電與結(jié)構(gòu)柱、梁之間的碰撞，再根據(jù)碰撞檢測(cè)報(bào)告對(duì)模型(見(jiàn)圖3)進(jìn)行管線優(yōu)化，并依托模型組織專家開(kāi)展可行性研討會(huì)，模型的可視化特點(diǎn)減少了各專家看圖紙的時(shí)間，直觀的三維模型也大幅度提高了溝通效率，將很多問(wèn)題提前解決。增加了建模、模型優(yōu)化、研討會(huì)這三個(gè)環(huán)節(jié)的工作和工作時(shí)間，但提前發(fā)現(xiàn)了60%的碰撞問(wèn)題。

圖3 地下室機(jī)房BIM模型

(4)異形鋼構(gòu)

結(jié)合鋼結(jié)構(gòu)模型和施工圖中的數(shù)據(jù)信息，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)造、節(jié)點(diǎn)等進(jìn)行深入分析優(yōu)化，嚴(yán)格按照要求完善鋼結(jié)構(gòu)施工方案，圖4為鋼結(jié)構(gòu)BIM模型?？紤]了施工現(xiàn)場(chǎng)的影響因素及運(yùn)輸、安裝條件來(lái)選取最合適的施工方案，保證工廠預(yù)先加工構(gòu)件送到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行拼接組裝工作，大大節(jié)約了施工成本，降低運(yùn)輸及吊裝的難度。

圖4 鋼結(jié)構(gòu)BIM模型

(5)異形幕墻

通過(guò)BIM模型分析了各幕墻版塊，確認(rèn)好模型后，定各幕墻版塊尺寸，交付工廠加工，同時(shí)根據(jù)模型制定運(yùn)輸方案，模擬整個(gè)運(yùn)輸過(guò)程，有效規(guī)避了錯(cuò)位，對(duì)縫偏差、運(yùn)輸?shù)葐?wèn)題，保證了工期，幕墻模型見(jiàn)圖5。

圖5 幕墻模型

(6)穿插施工

將確定優(yōu)化好的結(jié)構(gòu)、建筑、裝飾裝修、風(fēng)、水、電、消防等BIM模型整合到一起，分析施工的先后順序、組織安排各專業(yè)工種進(jìn)退場(chǎng)和轉(zhuǎn)場(chǎng)時(shí)間。工作步驟:第一步，優(yōu)化后的模型整合；第二步，技術(shù)負(fù)責(zé)人根據(jù)模型定總的穿插方案大綱，并開(kāi)專題會(huì)議，各相關(guān)人員根據(jù)大綱和整合的模型、專業(yè)模型，商議確定進(jìn)一步分工和計(jì)劃時(shí)間；第三步，將第二步商議的分工和時(shí)間掛接到模型進(jìn)行施工過(guò)程模擬；第四步，開(kāi)專題會(huì)結(jié)合施工過(guò)程模擬分析確定最終的穿插施工方案。

(7)管理平臺(tái)

通過(guò)導(dǎo)入項(xiàng)目模型、資料、預(yù)算文件等，將基礎(chǔ)數(shù)據(jù)(如清單和模型)進(jìn)行關(guān)聯(lián)。劃分流水段，實(shí)現(xiàn)按流水段查看構(gòu)件工程量、清單工程量等信息。關(guān)聯(lián)進(jìn)度計(jì)劃實(shí)現(xiàn)以時(shí)間維度來(lái)查看三維模型，以及模型相關(guān)的構(gòu)件工程量、清單工程量、項(xiàng)目的進(jìn)度狀況、資金曲線、資源曲線，豐富了成本控制和項(xiàng)目管理的技術(shù)手段。

5 結(jié)束語(yǔ)

(1)通過(guò)BIM技術(shù)對(duì)建筑、道路、塔吊設(shè)備、生活區(qū)、物料堆放、消防水池、監(jiān)控設(shè)備等項(xiàng)目場(chǎng)地內(nèi)的構(gòu)件布局進(jìn)行建模分析，項(xiàng)目管理人員能更方便、直觀地觀察和分析現(xiàn)場(chǎng)，提高項(xiàng)目場(chǎng)地規(guī)劃效率。

(2)與傳統(tǒng)施工前的二次結(jié)構(gòu)、砌體方案準(zhǔn)備過(guò)程相比，BIM應(yīng)用減少了方案策劃時(shí)間和難度，定點(diǎn)定量投放節(jié)約了材料，也減少了二次搬運(yùn)。

(3)運(yùn)用專業(yè)的鋼構(gòu)軟件建模分析相關(guān)數(shù)據(jù)，自動(dòng)生成鋼結(jié)構(gòu)詳圖和各種報(bào)表，鋼結(jié)構(gòu)深化設(shè)計(jì)分析保證了構(gòu)件之間的正確性，同時(shí)生成的多種報(bào)表，可以服務(wù)于整個(gè)工程。

(4)通過(guò)BIM技術(shù)的碰撞檢查，從模型中發(fā)現(xiàn)各專業(yè)的沖突點(diǎn)，特別是機(jī)電專業(yè)，系統(tǒng)多管線交錯(cuò)復(fù)雜難免碰撞且不易發(fā)現(xiàn)，都可以通過(guò)BIM模型進(jìn)行排查，并且自動(dòng)生成報(bào)表，指導(dǎo)施工方進(jìn)行具體施工作業(yè)，大大提高現(xiàn)場(chǎng)的工作效率，減少設(shè)計(jì)變更及施工返工，節(jié)約成本縮短工期。

(5)平臺(tái)和wbs相關(guān)聯(lián)，進(jìn)行項(xiàng)目的動(dòng)態(tài)、精細(xì)管理，優(yōu)化資源配置，實(shí)現(xiàn)全生命周期的BIM技術(shù)運(yùn)用。