張鵬飛 應(yīng)宇墾

引言

現(xiàn)代建筑空間日趨復(fù)雜，功能要求和施工工藝難度不斷提升，如何按照施工圖紙來(lái)進(jìn)行準(zhǔn)確的施工以及如何控制項(xiàng)目的施工進(jìn)度、工程質(zhì)量一直是施工單位要克服的困難和挑戰(zhàn)。協(xié)調(diào)設(shè)備管道之間以及管道與建筑、結(jié)構(gòu)之間的排布，一直困擾著業(yè)主方和設(shè)計(jì)單位。

傳統(tǒng)疊放圖紙檢測(cè)碰撞的方法投入極大，又容易存在疏漏。隨著B(niǎo)IM技術(shù)的發(fā)展，這一過(guò)程可以依靠計(jì)算機(jī)程序完成。首先利用BIM設(shè)計(jì)平臺(tái)分別構(gòu)建建筑、結(jié)構(gòu)、暖通、給排水和電氣專業(yè)的信息化模型，然后將各專業(yè)模型整合到一起構(gòu)成完整的建筑模型，再將整體模型導(dǎo)入計(jì)算機(jī)分析工具中檢測(cè)碰撞沖突的類型及位置并生成報(bào)告。這種方法可以在設(shè)計(jì)階段高效地協(xié)調(diào)設(shè)備管線，更好地避免在施工過(guò)程中因設(shè)計(jì)不當(dāng)而造成的返工。

項(xiàng)目背景

上海虹橋麗寶廣場(chǎng)新建工程位于上海市虹橋樞紐商務(wù)核心區(qū)01地塊北側(cè)D04、D05 ，占地面積45 282m2，建設(shè)面積為239 984.45m2，地下建筑面積112 137.98m2，地上建筑面積127 846.47m2，共由五幢商務(wù)樓和三層地下室組成。建筑主體為混凝土框架結(jié)構(gòu)，室內(nèi)設(shè)計(jì)地坪標(biāo)高±0.000，相當(dāng)于絕對(duì)標(biāo)高+5.15m（吳淞高程系統(tǒng)）；場(chǎng)地的設(shè)計(jì)標(biāo)高5.00m，建筑室內(nèi)外高差0.15m。

在項(xiàng)目進(jìn)程中應(yīng)用BIM技術(shù)輔助決策、設(shè)計(jì)、施工，克服施工環(huán)境復(fù)雜、施工工期緊、工程體量大以及形狀不規(guī)則等困難條件，業(yè)主、施工總分包、設(shè)計(jì)單位、BIM團(tuán)隊(duì)以及其他參與方利用BIM進(jìn)行了很好的管理協(xié)同，通過(guò)全過(guò)程BIM虛擬建造，避免了約2萬(wàn)次管線碰撞，提升了施工質(zhì)量，優(yōu)化了方案，節(jié)省了造價(jià)，縮短了約10天工期，項(xiàng)目也獲得了上海市首屆BIM技術(shù)應(yīng)用大賽一等獎(jiǎng)（圖1，2）。

項(xiàng)目難點(diǎn)

項(xiàng)目用地緊鄰地鐵，施工環(huán)境復(fù)雜，可利用施工場(chǎng)地狹小。這就對(duì)施工場(chǎng)地布置、不同時(shí)期的變換、材料及人員安排、項(xiàng)目周邊設(shè)置等提出了更高的要求和更科學(xué)的管理。施工工期緊，要求施工方案及流水施工安排時(shí)間緊湊且合理，同時(shí)需要考慮下雨、低溫、城市臨時(shí)事件等因素的影響。

五幢商務(wù)樓形狀極不規(guī)律，三層地下室的圖紙非常復(fù)雜，工程體量大。建筑、結(jié)構(gòu)、機(jī)電等專業(yè)之間的人員溝通較為困難，構(gòu)件碰撞與沖突較多，機(jī)電管線復(fù)雜，專業(yè)協(xié)調(diào)和施工難度大。涉及專業(yè)多，加之設(shè)計(jì)變更、簽證、修改工程量大，成本控制并不容易。該項(xiàng)目為國(guó)家省市級(jí)重點(diǎn)項(xiàng)目，要求以綠色生態(tài)規(guī)劃概念為主軸，創(chuàng)造低碳、環(huán)保、復(fù)合式綠色商務(wù)休閑園區(qū)，設(shè)計(jì)施工過(guò)程需要達(dá)到相應(yīng)的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。

BIM的具體應(yīng)用

業(yè)主方利用BIM技術(shù)對(duì)無(wú)序的復(fù)雜工程進(jìn)行有序管理，并在項(xiàng)目建設(shè)過(guò)程中真正做到了全方位的應(yīng)用。首先是建立BIM技術(shù)實(shí)施策略（圖3），具體如下。

（1）設(shè)計(jì)審核輔助：在設(shè)計(jì)圖紙審核階段，通過(guò)模型建立、碰撞檢查、模型分析等輔助圖紙審核，達(dá)到了高效、正確的目標(biāo)。

（2）施工組織方案模擬：應(yīng)用BIM技術(shù)進(jìn)行施工模擬，對(duì)施工組織方案進(jìn)行指導(dǎo)，通過(guò)工期、工程算量等數(shù)據(jù)進(jìn)行方案對(duì)比，以提供最科學(xué)的施工組織方案。

（3）實(shí)現(xiàn)多方協(xié)同管理：以往各專業(yè)只有通過(guò)頻繁的開(kāi)會(huì)、記錄、討論進(jìn)行問(wèn)題、數(shù)據(jù)的分享和處理。而應(yīng)用BIM模型，將各方數(shù)據(jù)及時(shí)上傳至相應(yīng)管理區(qū)域，達(dá)到數(shù)據(jù)信息及時(shí)共享和傳達(dá)，提高溝通協(xié)調(diào)效率。

（4）碰撞檢查，控制工期和成本：在工程施工之前，按照?qǐng)D紙將模型建立進(jìn)行碰撞檢查，將發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題及時(shí)反饋設(shè)計(jì)與施工方并做出修改，減少“扯皮”返工，控制成本，保證工期。

（5）實(shí)際工程量統(tǒng)計(jì)：BIM團(tuán)隊(duì)根據(jù)已完成的模型，對(duì)所有各層及部位進(jìn)行相應(yīng)材料工程算量統(tǒng)計(jì)，并向項(xiàng)目合約部門提交工程算量成果，合約部門進(jìn)行成果對(duì)比和糾正，對(duì)部門計(jì)算出來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合修改。

設(shè)計(jì)過(guò)程BIM的應(yīng)用

在設(shè)計(jì)階段，通過(guò)BIM的可視化、協(xié)調(diào)、模擬與優(yōu)化等應(yīng)用，將二維圖形轉(zhuǎn)為三維模型，能自動(dòng)生成各種圖形和文檔，可清楚表達(dá)設(shè)計(jì)師的設(shè)計(jì)意圖。各專業(yè)可從信息模型平臺(tái)中獲取所需的設(shè)計(jì)參數(shù)和相關(guān)信息，不需要重復(fù)錄入數(shù)據(jù)。若某個(gè)專業(yè)設(shè)計(jì)的對(duì)象被修改，其他專業(yè)設(shè)計(jì)中的該對(duì)象會(huì)隨之更新，便于不同專業(yè)間的溝通和交流。建立好三維模型可通過(guò)三維模擬預(yù)先建造實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)碰撞檢測(cè)、能耗分析、成本預(yù)測(cè)等。在初步設(shè)計(jì)完成后可通過(guò)優(yōu)化實(shí)現(xiàn)對(duì)圖形的檢測(cè)，盡量減少錯(cuò)誤，保障施工的正確性。

設(shè)計(jì)院根據(jù)BIM做出的各類問(wèn)題報(bào)告，立即進(jìn)行圖紙變更，通過(guò)對(duì)施工圖紙進(jìn)行二次甚至多次修改，直至符合建筑規(guī)范和施工要求，避免了施工圖中大量錯(cuò)、漏、碰、缺情況的發(fā)生，極大地提高了設(shè)計(jì)和施工圖的質(zhì)量（圖4～7）。

施工過(guò)程BIM的應(yīng)用

在施工階段，BIM團(tuán)隊(duì)充分利用BIM模型進(jìn)行協(xié)調(diào)管理，很好地服務(wù)技術(shù)部門、合約部門、工程部門，更好地完成圖紙技術(shù)核查，BIM預(yù)檢問(wèn)題，進(jìn)度模擬展示，關(guān)鍵部位施工模擬，施工例會(huì)配合，施工工法模擬，施工現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量、安全、進(jìn)度資料管理等一系列環(huán)節(jié)，由原先的現(xiàn)場(chǎng)施工藍(lán)圖技術(shù)交底改為三維動(dòng)態(tài)BIM模型演示（圖8，9）。

BIM竣工交付階段

在竣工交付階段，輸入需要進(jìn)行BIM運(yùn)營(yíng)的信息數(shù)據(jù)，配合交鑰匙的文檔交付，形成可以交付給業(yè)主方的BIM模型（圖10）。

BIM成效分析

項(xiàng)目的質(zhì)量、進(jìn)度和成本的控制始終是三大難題。之所以要大力推廣運(yùn)用BIM技術(shù)，就是為了省錢、省力、省心。

加快進(jìn)度——管線綜合碰撞檢測(cè)、調(diào)整以及解決方案

BIM團(tuán)隊(duì)運(yùn)用BIM相關(guān)軟件（Revit、Navisworks等）進(jìn)行管綜碰撞檢測(cè)，對(duì)發(fā)生管線碰撞的區(qū)域進(jìn)行避讓調(diào)整并提供碰撞報(bào)告，根據(jù)設(shè)計(jì)院給出的最新圖紙，再次對(duì)管線進(jìn)行排布和管線避讓。借助問(wèn)題報(bào)告和設(shè)計(jì)單位進(jìn)行技術(shù)交流、反饋，讓設(shè)計(jì)單位準(zhǔn)確清晰地修改CAD施工圖紙，保證施工單位按照設(shè)計(jì)單位所給的最新圖紙進(jìn)行施工。通過(guò)管線綜合碰撞分析，能夠發(fā)現(xiàn)施工圖中哪些區(qū)域的機(jī)電管線會(huì)發(fā)生碰撞，或者排布不符合規(guī)范，設(shè)計(jì)院以此為依據(jù)進(jìn)行圖紙變更，極大地避免施工過(guò)程中因設(shè)計(jì)不當(dāng)造成的返工。

提高質(zhì)量——凈空問(wèn)題報(bào)告、檢討以及解決方案

根據(jù)凈空要求和規(guī)范，BIM團(tuán)隊(duì)對(duì)已完成的模型進(jìn)行凈空調(diào)整，對(duì)不滿足凈空要求的區(qū)域提出問(wèn)題報(bào)告，然后通過(guò)與施工方、設(shè)計(jì)院進(jìn)行協(xié)調(diào)溝通后，由設(shè)計(jì)院進(jìn)行圖紙變更，最后對(duì)模型進(jìn)行二次甚至多次修改，直至符合建筑規(guī)范和施工要求為止。凈空問(wèn)題可以通過(guò)建筑信息模型直觀、詳細(xì)地顯現(xiàn)出來(lái)，從而可以避免傳統(tǒng)二維設(shè)計(jì)中不同專業(yè)的設(shè)計(jì)師間信息傳遞的缺失與誤解，因此在設(shè)計(jì)中解決了許多以前只有在工地施工中才能碰到的問(wèn)題。

控制成本——模型工程算量統(tǒng)計(jì)以及對(duì)比分析

BIM團(tuán)隊(duì)根據(jù)已完成的土建模型和場(chǎng)地模型，對(duì)所有各層和各部位（支撐、地下部分、地上部分和場(chǎng)地等）進(jìn)行混凝土方量以及支模面積的工程算量統(tǒng)計(jì)，并向項(xiàng)目合約部門提交工程算量成果，合約部門再以此進(jìn)行數(shù)據(jù)對(duì)比和分析，對(duì)計(jì)算出來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合修改。

通過(guò)以上對(duì)BIM模型進(jìn)行管綜碰撞分析、凈空問(wèn)題分析和模型工程算量統(tǒng)計(jì)分析，通過(guò)BIM技術(shù)形成對(duì)虹橋麗寶項(xiàng)目的質(zhì)量、進(jìn)度和成本控制的有力支持。

BIM亮點(diǎn)分析

鋼筋下料加工管理

從傳統(tǒng)預(yù)算鋼筋量（手算）到BIM魯班軟件預(yù)算，到最后現(xiàn)場(chǎng)下料量，借助BIM軟件，統(tǒng)計(jì)與跟蹤鋼筋的下料加工，精確控制鋼筋進(jìn)場(chǎng)工程量，實(shí)現(xiàn)了較好的管理效果（圖11）。

移動(dòng)端質(zhì)量監(jiān)控

Autodesk BIM 360 Glue是一款基于云計(jì)算的建筑信息模型軟件（圖12）。通過(guò)使用Autodesk BIM 360 Glue軟件，各參與方都可以通過(guò)桌面終端、移動(dòng)設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)界面查看項(xiàng)目信息，開(kāi)展模型調(diào)整和沖突檢測(cè)，從而使BIM技術(shù)貫穿從設(shè)計(jì)到施工的整個(gè)流程。它強(qiáng)化了基于云計(jì)算的協(xié)作和移動(dòng)接入，有助于確保整個(gè)項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)參與協(xié)調(diào)過(guò)程，縮短協(xié)調(diào)周期，為團(tuán)隊(duì)成員提供了可以隨時(shí)隨地查看設(shè)計(jì)文件的工具。

此外，與項(xiàng)目設(shè)計(jì)和建造相關(guān)的所有團(tuán)隊(duì)還能更方便地查看最新項(xiàng)目模型，并實(shí)時(shí)進(jìn)行沖突檢測(cè)，節(jié)省項(xiàng)目設(shè)計(jì)和建設(shè)項(xiàng)目所需的時(shí)間和資金。

臨邊安全措施

臨邊一般包含：1）溝、坑、槽和深基礎(chǔ)周邊；2）樓層周邊；3）樓梯側(cè)邊；4）平臺(tái)或陽(yáng)臺(tái)邊；5）屋面周邊。在項(xiàng)目中，我們通過(guò)創(chuàng)建防護(hù)欄或防護(hù)架等安全技術(shù)措施模型（圖13），如實(shí)地反映現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)地臨邊措施的布置，有利于加強(qiáng)安全管理。

植生墻排布規(guī)劃

植生墻，指充分利用不同的立地條件，選擇攀援植物及其他植物栽植并依附或者鋪貼于各種構(gòu)筑物及其他空間結(jié)構(gòu)上的綠化方式。起初，項(xiàng)目中植生墻的排布有多套方案，業(yè)主和設(shè)計(jì)院也未確定哪種方案最適合外墻整體規(guī)劃，通過(guò)BIM團(tuán)隊(duì)對(duì)多套植生墻方案進(jìn)行建模和分析，可以很直觀地去觀察和決策（圖14）。

集成于BIM系統(tǒng)的基坑監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

項(xiàng)目基坑深、范圍大，基坑安全監(jiān)測(cè)的測(cè)點(diǎn)多，包括水平位移、豎直位移、支撐內(nèi)力、地下水位等測(cè)點(diǎn)類型。傳統(tǒng)基坑監(jiān)測(cè)系統(tǒng)基于二維界面，預(yù)警報(bào)警顯示功能差且不直觀。我們把BIM模型和監(jiān)測(cè)系統(tǒng)集成后，測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)每隔10s就會(huì)傳輸?shù)紹IM系統(tǒng)，BIM系統(tǒng)自動(dòng)根據(jù)預(yù)警的臨界值顯示紅色，監(jiān)測(cè)曲線直接在BIM系統(tǒng)中被調(diào)用出來(lái)，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)安全管理起到很大作用（圖15，16）。

結(jié)語(yǔ)

對(duì)于現(xiàn)階段的建筑業(yè)，無(wú)論是地方政府還是行業(yè)需求，都要求總包施工單位在招投標(biāo)的合同中涵蓋BIM技術(shù)服務(wù)支持，以便讓BIM在一個(gè)項(xiàng)目的全生命周期中發(fā)揮真正的用處，這也必將成為一個(gè)趨勢(shì)。但事實(shí)上，真正推動(dòng)BIM技術(shù)應(yīng)用的主要還是業(yè)主方，因?yàn)闃I(yè)主是BIM技術(shù)應(yīng)用實(shí)施成果最大的獲益者。

施工單位對(duì)于BIM不論是從施工圖設(shè)計(jì)、出圖還是與工地的配合等都還處于全新的認(rèn)知階段，很難有現(xiàn)成的模式供參考，只有不斷的創(chuàng)新才能摸索出適合自己的道路。