崔之謙

（上海建工五建集團(tuán)有限公司，上海 200063）

0 引言

如今的建筑業(yè)，正在面臨著各種新技術(shù)、新興事物帶來的革新與沖擊。除了 AR、VR、3D 技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能，甚至連互聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)都在潛移默化中改變著建筑業(yè)。其中，BIM 技術(shù)憑借可視化、可協(xié)調(diào)、可模擬、可優(yōu)化等眾多優(yōu)點(diǎn)，已逐漸被建筑行業(yè)接受并廣泛使用。

筆者單位承建的大連某學(xué)校項(xiàng)目，地處遼東的丘陵地帶，項(xiàng)目的占地范圍內(nèi)，高差最大可達(dá) 40 余米。由于地勢起伏、地質(zhì)條件復(fù)雜，工程面臨施工總體布置難度大，施工空間受限矛盾突出，綜合管線布置要求高等一系列施工難題。BIM 技術(shù)在該項(xiàng)目的應(yīng)用，可有效、直觀地將丘陵地貌施工難題進(jìn)行提前預(yù)判分析，通過地貌數(shù)據(jù)采集、施工模擬、節(jié)點(diǎn)優(yōu)化等方式，為工程提供可行的實(shí)施方案。同時(shí)，使用方還可利用 BIM 技術(shù)的建筑三維信息模型，實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目的可視化運(yùn)維管理。

本文將結(jié)合該項(xiàng)目的實(shí)施建設(shè)，對(duì) BIM 技術(shù)在丘陵地貌群體建筑的應(yīng)用進(jìn)行研究。

1 利用無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)進(jìn)行地形數(shù)據(jù)采集

丘陵地貌地勢起伏、地勢高差較大，特別是群體建筑工程，其場地在水平與垂直方向空間范圍很廣，對(duì)工程建設(shè)前期的臺(tái)地建筑設(shè)計(jì)、施工場地平整、施工道路設(shè)置等設(shè)計(jì)與施工總體部署造成了許多不便。

無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)有效突破了丘陵地貌的空間限制，利用無人機(jī)數(shù)據(jù)采集便捷、成果模型精度高的優(yōu)勢，對(duì)工程建設(shè)場地及周邊進(jìn)行一次掃描，無人機(jī)通過軟件（Altizure）進(jìn)行指定范圍內(nèi)的飛行與拍攝，采集丘陵地貌照片參數(shù)特性，再通過計(jì)算機(jī)上的 Smart3D 軟件（Context Capture）將拍攝的圖像文件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，組建成數(shù)據(jù)點(diǎn)云模型，通過渲染和分析，形成整個(gè)區(qū)域內(nèi)的丘陵山體模型。

無人機(jī)傾斜攝影在實(shí)際操作前，首先需要對(duì)施工項(xiàng)目現(xiàn)場的周邊情況進(jìn)行簡要了解，由于周邊無高壓線纜及過高的建筑，這對(duì)于使用無人機(jī)進(jìn)行飛行規(guī)劃軌跡來說就方便了許多。現(xiàn)場優(yōu)先對(duì)場地內(nèi)的灌木雜物進(jìn)行清理，方便無人機(jī)傾斜投影的開展。無人機(jī)航攝的高度需要選擇合適的地面分辨率，然后結(jié)合無人機(jī)自帶的傾斜相機(jī)的性能，按照式（1）［1］計(jì)算航攝高度。

式中：H為航攝高度，m；f為鏡頭的焦距，mm；α為像元尺寸，mm；GSD 為地面分辨率，m。

根據(jù)航空攝影的相關(guān)規(guī)范 GB/T 39612-2020《低空數(shù)字航攝與數(shù)據(jù)處理規(guī)范》規(guī)定，航向重疊度一般為 65 %～75 %，旁向重疊度一般應(yīng)為 30 %～45 %；在陡峭山區(qū)、高大建筑物密集的城鎮(zhèn)地區(qū)、海島、道路、管線、河流等攝區(qū)航攝時(shí)，重疊度設(shè)計(jì)宜適當(dāng)加大［2］。據(jù)此，項(xiàng)目的無人機(jī)航攝的高度和重疊度均已經(jīng)確定，由于無人機(jī)傾斜攝影利用的是無人機(jī)自己的 GPS 定位與自身所帶的 POS 數(shù)據(jù)，現(xiàn)階段的無人機(jī)航攝的布置工作即已成型。在手機(jī)端使用軟件（Altizure）進(jìn)行自動(dòng)航拍，選擇好高度、航線區(qū)域等參數(shù)后，進(jìn)行無人機(jī)的自動(dòng)航拍工作。將所需建模區(qū)域及周邊區(qū)域的航拍工作完成后，使用電腦軟件（Context Capture）載入航拍照片，進(jìn)行軟件的運(yùn)算。空中三角測量提交完成后，就可以進(jìn)行項(xiàng)目實(shí)體模型的計(jì)算與輸出工作。輸出的模型可以進(jìn)行簡單的測量工作，并且也可以導(dǎo)出和 Autodesk 相關(guān)的 BIM 軟件格式的模型文件。導(dǎo)入到 BIM 軟件中，即可進(jìn)行工程量和場地土方規(guī)劃等的工作內(nèi)容。

相對(duì)于放線進(jìn)行的方格網(wǎng)測量，無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)所呈現(xiàn)的丘陵地貌山體模型更直觀、更便捷，比平面圖上進(jìn)行方格網(wǎng)標(biāo)注標(biāo)高更能體現(xiàn)出丘陵地貌山體高低不一的特性。利用丘陵地貌山體模型，可直觀、快速、有效地描述場地地理特性，便于對(duì)現(xiàn)場進(jìn)行總體施工部署，分析土方挖填區(qū)域，規(guī)劃坡緩可行的施工道路。若采用 EPC 工程總承包管理模式，設(shè)計(jì)階段也可以根據(jù)場地的高低情況進(jìn)行整體的臺(tái)地建筑規(guī)劃設(shè)計(jì)，節(jié)省土方工程量，節(jié)約工程成本造價(jià)（見圖 1、圖 2）。

圖1 無人機(jī)山體俯拍圖

圖2 傾斜攝影導(dǎo)入模型

2 利用 BIM 技術(shù)對(duì)丘陵地貌進(jìn)行總體施工布置管理

2.1 利用 BIM 技術(shù)對(duì)場地進(jìn)行布置

利用無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)制作的場地 BIM 模型也有助于項(xiàng)目現(xiàn)場的實(shí)際施工道路布置。該項(xiàng)目紅線范圍內(nèi)由于丘陵山地地貌的地勢高差極大，最開始利用項(xiàng)目總平圖進(jìn)行設(shè)計(jì)的平面布置圖中設(shè)計(jì)的道路實(shí)施了一段后發(fā)現(xiàn)道路的坡度過大，一旦道路因沖洗等原因出現(xiàn)濕滑的現(xiàn)象，就會(huì)使車輛難以攀坡，進(jìn)而導(dǎo)致施工用的材料難以運(yùn)輸，導(dǎo)致項(xiàng)目的土方施工運(yùn)輸變得十分艱難。發(fā)現(xiàn)此問題后，項(xiàng)目立刻拿出無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)繪制的模型場地 BIM 模型與原場地布置 CAD 平面圖均導(dǎo)入 Revit 軟件中進(jìn)行比對(duì)，發(fā)現(xiàn)按照平面布置圖去設(shè)計(jì)場地道路的話，還有三處類似的高坡度道路，這十分影響場內(nèi)通行。項(xiàng)目立刻重新設(shè)計(jì)施工道路，躲避山地高差較大的位置，且保證新設(shè)計(jì)的道路可以滿足材料運(yùn)輸與施工需求，并對(duì)已施工的這段坡道進(jìn)行了粗糙化處理，保證貨車的通行。根據(jù)現(xiàn)場的道路布置，重新在平面圖和 Revit 中調(diào)整場地整體布置，將堆場、加工場地、排水措施等安排在更適合的位置。根據(jù) Revit 中 BIM 模型的參數(shù)能力，設(shè)計(jì)場內(nèi)監(jiān)控設(shè)施布置，可以減少監(jiān)控死角。

通過利用 BIM 模型布置場地，可以幫助項(xiàng)目減少因不良的布置造成的返工和窩工，并且優(yōu)化設(shè)計(jì)可以節(jié)約施工成本造價(jià)。

2.2 利用 BIM 模型對(duì)大型機(jī)械管理

由于項(xiàng)目用地紅線范圍內(nèi)的地勢高差極大，項(xiàng)目設(shè)計(jì)采用的都是臺(tái)地建筑，臺(tái)地建筑使各個(gè)細(xì)分區(qū)的標(biāo)高會(huì)有很大的差異。學(xué)校用樓皆為多層建筑，整體高度不會(huì)很高，并且在項(xiàng)目含有預(yù)制裝配式鋼筋混凝土構(gòu)件種種因素下，對(duì)塔吊的布置、選型都有了極大的難度。

在臺(tái)地建筑中，兩個(gè)相鄰的臺(tái)地間有較高的高差，布置在較低臺(tái)地的細(xì)分區(qū)的塔吊需要考慮其大臂運(yùn)行半徑不要觸碰到較高一級(jí)的臺(tái)地的安全范圍。在塔吊的布置和選型時(shí)，利用網(wǎng)絡(luò)中已建好的 Revit 塔吊族模型放置在 BIM 場地模型當(dāng)中，進(jìn)行旋轉(zhuǎn)較低臺(tái)地的塔吊，檢查其大臂端部與上一級(jí)的布置進(jìn)行復(fù)核安全距離。多塔機(jī)在臺(tái)地建筑中，很容易因?yàn)槭┕みM(jìn)度的不一致造成塔吊提升的不一致，一旦不做好整體規(guī)劃管理就會(huì)出現(xiàn)塔吊的碰撞問題，引發(fā)重大安全事故。項(xiàng)目中含有預(yù)制和裝配式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，主要為預(yù)制柱和疊合板。疊合板的重量稍輕，項(xiàng)目擬保證全部由塔吊進(jìn)行吊裝至作業(yè)面，這對(duì)構(gòu)件堆場的設(shè)置，塔吊的吊裝能力都要有很詳細(xì)的計(jì)劃。群塔在同時(shí)施工時(shí)，臺(tái)地帶來的高差、構(gòu)件吊裝的布置均為塔吊的選型和設(shè)置高度帶來了極高的難度。引入了 BIM 技術(shù)后，通過一些列對(duì)施工的進(jìn)度進(jìn)行推演，找到合適的提升時(shí)機(jī)，并且做好相鄰塔吊大臂高度安全差的控制。根據(jù)大臂覆蓋范圍，查看疊合板的重量，保證塔吊型號(hào)滿足要求同時(shí)符合經(jīng)濟(jì)性要求。

施工升降機(jī)的排布最簡單的是要臨近施工道路，以方便材料運(yùn)輸至作業(yè)面。而升降機(jī)附墻在框架結(jié)構(gòu)的附著點(diǎn)也十分有講究。預(yù)先用 BIM 模型布置施工升降機(jī)可以留出更多的時(shí)間去對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件進(jìn)行驗(yàn)算。一旦與設(shè)計(jì)單位聯(lián)合驗(yàn)算該位置符合需求，才可以進(jìn)行施工升降機(jī)的布置（見圖 3 、圖 4）。

圖3 場地施工無人機(jī)俯拍實(shí)景

圖4 利用傾斜攝影模型進(jìn)行場地布置

為了保證大型機(jī)械的運(yùn)轉(zhuǎn)，采用 BIM 對(duì)施工進(jìn)行簡單的推演，掌控大型機(jī)械管理過程中的特殊節(jié)點(diǎn)，并針對(duì)這些節(jié)點(diǎn)進(jìn)行重點(diǎn)把控交底，可以避免施工操作與管理不當(dāng)釀成的安全事故。

3 利用 BIM 技術(shù)進(jìn)行施工模擬

3.1 利用 BIM 技術(shù)進(jìn)行重要節(jié)點(diǎn)施工模擬

BIM 技術(shù)在建立初期，Autodesk 公司就是用于輔助設(shè)計(jì)的。在科技發(fā)展迅速的今天，BIM 技術(shù)在節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)中有著至關(guān)重要的作用。

該項(xiàng)目屋面處使用仿古造型進(jìn)行設(shè)計(jì)，白墻黑瓦的“江南庭院”式建筑造型，更是給校園增添了一份靜謐、厚重的學(xué)習(xí)氛圍。而施工時(shí)，學(xué)校的結(jié)構(gòu)形式則為鋼筋混凝土組成的框架結(jié)構(gòu)。使用混凝土框架去完成仿古的屋面造型，對(duì)于施工單位存在著不小的難度。設(shè)計(jì)單位給出的 CAD 設(shè)計(jì)圖紙中，僅能體現(xiàn)建筑四面的剖面墻身做法，而對(duì)于兩墻交接的屋脊，卻沒有體現(xiàn)出來。而屋脊的位置正是防水的交接、天溝轉(zhuǎn)彎坡度位置，包括后期掛瓦的鋼架設(shè)置連接節(jié)點(diǎn)等問題極多的位置。項(xiàng)目在初期即對(duì)樓體進(jìn)行結(jié)構(gòu)和建筑的 BIM 模型的構(gòu)建。目的是在施工之前，完成各細(xì)部節(jié)點(diǎn)的深化，并與設(shè)計(jì)展示 BIM 模型進(jìn)行溝通，把不合理的和不方便施工的位置商議進(jìn)行優(yōu)化（見圖 5 、圖 6）。

圖5 利用 BIM 技術(shù)布置模板排架

圖6 利用 BIM 模型深化施工節(jié)點(diǎn)

3.2 利用 BIM 技術(shù)進(jìn)行安裝機(jī)電管線綜合施工模擬

在 BIM 技術(shù)的眾多應(yīng)用中，利用于機(jī)電安裝工程的管線綜合排布深化可謂是最實(shí)用的一項(xiàng)。筆者單位承建的幾所學(xué)校中，由于建設(shè)單位都是校方或教育局等機(jī)構(gòu)，非專業(yè)建筑相關(guān)單位，當(dāng)講到各專業(yè)協(xié)同布置管線設(shè)計(jì)時(shí)，憑單一的平面布置圖不容易直觀地表述出設(shè)計(jì)思路和反應(yīng)清楚問題所在?？紤]到這個(gè)因素，為了能讓更多的人看懂施工思路和深化設(shè)計(jì)理念，采用了 BIM 技術(shù)應(yīng)用于機(jī)電安裝綜合管線排布當(dāng)中。

借由 Revit 軟件作為載體，鏈接結(jié)構(gòu)、建筑模型后進(jìn)行各專業(yè)的機(jī)電模型建立。學(xué)校項(xiàng)目中的地下室設(shè)備房較多，給排水、暖通、電氣和消防等各專業(yè)管線密集。在有限的空間中，各專業(yè)的管線錯(cuò)綜復(fù)雜，密集的排布，對(duì)施工和后期的維修都有很大的難度。為了避免這些難度，在接到設(shè)計(jì)圖后項(xiàng)目便進(jìn)行建模工作。各項(xiàng)目都在大規(guī)模的機(jī)電翻模完成后，進(jìn)行小范圍的碰撞檢查和漫游調(diào)試工作。根據(jù)專業(yè)的施工人員的意見，將各管線按照避讓規(guī)則進(jìn)行翻彎，如果還是不能滿足施工要求，則形成聯(lián)系單，聯(lián)系設(shè)計(jì)與業(yè)主進(jìn)行修改。此舉提前發(fā)現(xiàn)圖紙問題，避免了施工至此發(fā)現(xiàn)問題再聯(lián)系設(shè)計(jì)產(chǎn)生的等工，并且可以更高效、更經(jīng)濟(jì)地進(jìn)行管線深化設(shè)計(jì)，可以節(jié)省管線和彎頭連接件等的用量，進(jìn)而節(jié)約成本造價(jià)。

通過 BIM 技術(shù)對(duì)項(xiàng)目的機(jī)電安裝綜合管線的深化，避免了隨意布置管線造成車位限高復(fù)雜、車輛上方出現(xiàn)管線影響管線檢修等。并且，在 BIM 技術(shù)對(duì)項(xiàng)目的機(jī)電安裝綜合管線的深化后，項(xiàng)目成本造價(jià)得到了很好的節(jié)約（見圖 7、圖 8）。

圖7 利用 BIM 模型深化管線綜合布置

圖8 利用 BIM 模型施工分析模擬

4 BIM 技術(shù)在項(xiàng)目運(yùn)維階段中的應(yīng)用

利用了 BIM 技術(shù)后，交給物業(yè)管理公司的將不只是設(shè)計(jì)單位給出的藍(lán)圖和 CAD 平面圖，還要將建成的項(xiàng)目 BIM 模型一并交接。通過物聯(lián)網(wǎng)及現(xiàn)金的監(jiān)控系統(tǒng)，可以賦予學(xué)校的電器設(shè)備智能化。由于承建的幾個(gè)學(xué)校項(xiàng)目業(yè)主單位都是校方或教育局等機(jī)構(gòu)，沒有特定的項(xiàng)目管理經(jīng)驗(yàn)，選擇 BIM 模型可以更便捷、更直觀地讓業(yè)主方了解到當(dāng)前的建筑形態(tài)，方便業(yè)主方后期對(duì)物業(yè)運(yùn)維單位的管理。

學(xué)校項(xiàng)目中，通過 BIM+ 物聯(lián)網(wǎng)管理技術(shù)，方便物業(yè)單位操作終端的用電設(shè)備控制。比如，通過設(shè)置各種觸發(fā)場景，可以實(shí)現(xiàn)教室內(nèi)照明設(shè)備及通風(fēng)換氣制冷設(shè)備根據(jù)課時(shí)情況定時(shí)開關(guān)。不但使控制管理變得輕松，更是做到了節(jié)約能耗。物聯(lián)網(wǎng)不單單是控制電燈等開關(guān)那么簡單，還可以做到電力監(jiān)控、暖通設(shè)備管控、電梯監(jiān)控、門禁系統(tǒng)控制等。并且 BIM 模型中為終端可以賦予安裝的初始時(shí)間參數(shù)，對(duì)于后期維護(hù)檢修的時(shí)間可以進(jìn)行把控提醒，方便物業(yè)管理單位對(duì)線路和易損電器件進(jìn)行掌控。而且線路可視，施工與 BIM 模型一致，方便其進(jìn)行檢修。

5 結(jié)語

本文通過對(duì)筆者單位近期承建的位于丘陵山地地貌的學(xué)校施工項(xiàng)目為例，使用 BIM 技術(shù)對(duì)施工中的場地布置、大型機(jī)械選型及管理等難題進(jìn)行排憂解難，并將 BIM 模型與后期的物業(yè)運(yùn)維階段進(jìn)行接駁，做到 BIM 管理的全周期性，可為今后開發(fā)建設(shè)山體臺(tái)地建筑提供借鑒。Q