鬧市區(qū)綜合體項(xiàng)目施工平面動(dòng)態(tài)管理BIM模擬＊

劉 松，江德智，高 正，嚴(yán) 薈，徐 意，謝婷婷，肖 磊

（臺(tái)州學(xué)院 建筑工程學(xué)院，浙江 臺(tái)州318000）

0 引言

施工現(xiàn)場(chǎng)平面布置，是對(duì)擬建工程的施工現(xiàn)場(chǎng)，按一定的規(guī)則，做出的平面和空間的規(guī)劃，是施工組織設(shè)計(jì)的主要組成部分。施工平面布置得合理與否，直接關(guān)系著現(xiàn)場(chǎng)施工生產(chǎn)是否有條不紊地進(jìn)行，關(guān)系著是否順利執(zhí)行施工進(jìn)度計(jì)劃，以及勞動(dòng)生產(chǎn)率和工程成本的高低，應(yīng)予以足夠的重視［1］。

施工現(xiàn)場(chǎng)平面三維策劃是當(dāng)前建筑行業(yè)內(nèi)BIM 技術(shù)的應(yīng)用熱點(diǎn)之一。首先，應(yīng)用BIM 技術(shù)創(chuàng)建建筑結(jié)構(gòu)模型以及場(chǎng)地模型，并將工程周邊及現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際環(huán)境以數(shù)據(jù)信息的方式掛接到模型中，構(gòu)建三維的施工現(xiàn)場(chǎng)虛擬環(huán)境。在此基礎(chǔ)上，可以引入工程進(jìn)度計(jì)劃，形象直觀(guān)地模擬各個(gè)階段的現(xiàn)場(chǎng)情況，靈活地進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)平面動(dòng)態(tài)管理，從而實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)平面布置合理、高效。

BIM 技術(shù)在臺(tái)州的施工落地應(yīng)用還不多，積極探索BIM 技術(shù)應(yīng)用價(jià)值和實(shí)施路徑具有重要現(xiàn)實(shí)意義。在對(duì)臺(tái)州某鬧市區(qū)綜合體項(xiàng)目建設(shè)實(shí)施的后評(píng)價(jià)過(guò)程中，運(yùn)用BIM 技術(shù)對(duì)施工平面動(dòng)態(tài)管理進(jìn)行了模擬，提出了運(yùn)用BIM 技術(shù)實(shí)施施工平面動(dòng)態(tài)管理的技術(shù)路徑，驗(yàn)證了運(yùn)用BIM 技術(shù)可以大大提高現(xiàn)場(chǎng)組織管理的溝通效率。

1 工程概況

圖1 二期工程總平面圖

項(xiàng)目位于臺(tái)州市路橋區(qū)，分兩期建設(shè)，以擬建高架橋（與二期項(xiàng)目同時(shí)施工）為分界，見(jiàn)圖1。二期項(xiàng)目位于一期北側(cè)，比一期項(xiàng)目推遲3 個(gè)月施工。二期工程?hào)|側(cè)為城市內(nèi)河，西側(cè)緊鄰城市干道，其中西側(cè)圍墻中間段與營(yíng)業(yè)中百貨商廈毗鄰。南側(cè)為項(xiàng)目一期，南側(cè)擬建高架橋下方為下沉式廣場(chǎng)。北側(cè)為多層住宅。

二期工程總建筑面積為59883 m2，由6 棟2～3 層商業(yè)和1 棟19 層59.55 m 高的高層住宅組成。地下一層為商業(yè)（局部為下沉式廣場(chǎng)）、地下二層為停車(chē)庫(kù)。地下室占地面積約20399 m2。

2 施工平面管理的難點(diǎn)分析

其一，本項(xiàng)目平面布局不規(guī)則，周邊場(chǎng)地狹窄，臨時(shí)設(shè)施布置難度大；其二，項(xiàng)目位于鬧市區(qū)，且只有場(chǎng)地西邊一條通道，總平面復(fù)雜，施工部署、材料運(yùn)輸困難；其三，基坑開(kāi)挖深度達(dá)15 m，施工難度大；其四，工期緊，30 個(gè)月要交付開(kāi)業(yè)，牽涉多家單位立體交叉作業(yè)。綜上，該項(xiàng)目對(duì)總平面布置和管理要求很高，要求管理方必須實(shí)施科學(xué)、專(zhuān)業(yè)、規(guī)范的總平面管理，科學(xué)、文明、有效地組織施工，確保工程施工有序進(jìn)行。

3 施工場(chǎng)地BIM模型搭建及模擬分析

為了探索和驗(yàn)證BIM 技術(shù)對(duì)復(fù)雜項(xiàng)目施工平面管理的作用及應(yīng)用路徑，選擇主流的施工BIM 軟件進(jìn)行模型搭建和模擬分析。目前，BIM 技術(shù)的建模及施工模擬軟件很多，國(guó)外主要有Revit、Navisworks 等，國(guó)內(nèi)主要有品茗、廣聯(lián)達(dá)、紅瓦科技等公司的建模軟件產(chǎn)品。各類(lèi)建模軟件功能類(lèi)似，操作原理大同小異。

表1 建模軟件對(duì)比

本文以Autodesk 公司的Revit、Navisworks 及紅瓦科技的建模大師、品茗科技的BIM 三維策劃產(chǎn)品等軟件為工具，完成三維施工現(xiàn)場(chǎng)布置BIM 模型的建立及模擬分析。通過(guò)BIM 軟件平臺(tái)，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行1∶1建模模擬。如圖2、圖3 所示。

圖2 結(jié)構(gòu)模型圖

圖3 場(chǎng)地模型圖

3.1 階段劃分

本項(xiàng)目按常規(guī)應(yīng)分為基坑土方開(kāi)挖階段、地下室結(jié)構(gòu)施工階段、主體結(jié)構(gòu)施工階段、裝飾裝修及室外工程施工階段等四個(gè)階段。但從基坑土方模型及周邊環(huán)境設(shè)施分析模擬中可以發(fā)現(xiàn)，北區(qū)地下室入口坡道如果與地下室同步開(kāi)挖，就面臨地下室階段無(wú)加工場(chǎng)地的局面，并且還必須把該區(qū)域的已有配電室拆除，涉及變壓器移位等復(fù)雜問(wèn)題。類(lèi)似情況還有場(chǎng)地西北入口附近的地下室自動(dòng)扶梯入口，如果一同開(kāi)挖，則面臨無(wú)法保證臨時(shí)施工道路通暢的問(wèn)題。所以這兩個(gè)區(qū)域只能另外設(shè)為兩個(gè)階段，后續(xù)實(shí)施。

3.2 臨建布置

項(xiàng)目生活辦公區(qū)臨建本應(yīng)包括門(mén)衛(wèi)室、辦公樓、宿舍樓、食堂、衛(wèi)生間、浴室、會(huì)議室、活動(dòng)室、晾曬棚、垃圾池、綠化、文化墻等，并根據(jù)項(xiàng)目規(guī)模、管理人員和施工人員的數(shù)量、場(chǎng)地特點(diǎn)，以及企業(yè)形象宣傳的要求進(jìn)行場(chǎng)地布置。但根據(jù)場(chǎng)地模型分析，生活區(qū)完全沒(méi)有位置可以排放，即使辦公用房都很難找到一個(gè)相對(duì)固定位置。利用BIM 技術(shù)建立三維可視化模型，選出辦公區(qū)的布置共有兩種方案。

方案一：在C16#商業(yè)樓西邊出口處，該處為施工大門(mén)所在，雖能布置，但基坑挖土也從該處運(yùn)出，需要預(yù)留較寬的會(huì)車(chē)空間，其次出口處車(chē)輛進(jìn)出頻繁，噪音較大，影響辦公。綜上所述，方案一不適合布置辦公區(qū)。

方案二：場(chǎng)地西側(cè)營(yíng)業(yè)中的百貨商廈，東邊距離基坑邊有寬10.9 m 的空隙，考慮到該百貨商廈與本項(xiàng)目同屬同一業(yè)主，可以適當(dāng)占用百貨東面空間，可布置辦公區(qū)。但該處夾在百貨商廈與C15#商業(yè)樓中間，C15#商業(yè)樓主體結(jié)構(gòu)封頂之后高17.05 m；對(duì)模型進(jìn)行日照分析后發(fā)現(xiàn)也不適宜，且該地在塔吊的覆蓋范圍和C15#樓高空墜物的影響范圍之內(nèi)，有一定的安全風(fēng)險(xiǎn)，需要在上部布置安全防護(hù)棚。

對(duì)方案一和方案二進(jìn)行對(duì)比之后，為保證全場(chǎng)施工的順利進(jìn)行，并減少二次移動(dòng)辦公區(qū)生活區(qū)造成的損失，只能選擇方案二進(jìn)行辦公區(qū)布置。如圖4、圖5 所示。

圖4 辦公區(qū)布置方案一

圖5 辦公區(qū)布置方案二

3.3 施工道路布置

利用BIM 三維可視化的優(yōu)點(diǎn)，可以對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行動(dòng)態(tài)管理，減少施工現(xiàn)場(chǎng)材料轉(zhuǎn)運(yùn)次數(shù)，提升施工現(xiàn)場(chǎng)物料的運(yùn)輸效率，減少運(yùn)輸成本，同時(shí)方便物料的取用和存放，促進(jìn)施工現(xiàn)場(chǎng)材料管理規(guī)范有序。在總平圖施工圖已有的永久性道路的基礎(chǔ)上綜合考慮周邊環(huán)境、基坑邊線(xiàn)的位置、場(chǎng)內(nèi)運(yùn)輸?shù)男枨髞?lái)布置施工大門(mén)的位置、臨時(shí)道路等［2］。

因基坑及地下室階段與主體階段的運(yùn)輸要求不同，臨時(shí)運(yùn)輸?shù)缆芬蛛A段布置，以滿(mǎn)足場(chǎng)內(nèi)運(yùn)輸要求。根據(jù)BIM 模型施工模擬，該工程基坑土方全面開(kāi)挖后，只有場(chǎng)地南側(cè)施工棧橋一處施工道路，場(chǎng)地運(yùn)輸壓力很大。當(dāng)下沉式廣場(chǎng)基本完成，拆除棧橋后，全場(chǎng)只有場(chǎng)地南側(cè)高架橋可以作為運(yùn)輸?shù)缆贰Ｋ栽谑┕そM織安排時(shí)，必須確保棧橋拆除時(shí)，高架橋的主體結(jié)構(gòu)施工完畢，并且達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度，從而滿(mǎn)足施工運(yùn)輸?shù)男枰?。如圖6、圖7 所示。

圖6 基坑及地下室階段運(yùn)輸?shù)缆穲D

圖7 主體階段運(yùn)輸?shù)缆穲D

3.4 起重機(jī)械布置

本項(xiàng)目場(chǎng)地狹小，單體建筑較多，還有一個(gè)下沉式廣場(chǎng)。所以起重機(jī)械設(shè)備的合理布置至關(guān)重要。綜合考慮地上及地下施工過(guò)程的全覆蓋，并保證塔式起重機(jī)工作半徑相互交叉，從而避免運(yùn)輸過(guò)程中產(chǎn)生二次人工搬運(yùn)，基于此原則初步確定布置4 臺(tái)QTZ5710 塔式起重機(jī)。布置塔式起重機(jī)的具體位置時(shí)考慮避開(kāi)基坑支撐梁，避免在支撐梁施工時(shí)發(fā)生碰撞。同時(shí)還須避開(kāi)兩層地下室相應(yīng)位置的梁。

為此，利用設(shè)計(jì)院地下室圖紙，搭建地下室結(jié)構(gòu)BIM 模型，并整合到原場(chǎng)地模型及基坑模型中，利用navisworks 軟件進(jìn)行碰撞檢查，確認(rèn)塔身與支撐梁及地下室結(jié)構(gòu)梁等混凝土結(jié)構(gòu)無(wú)碰撞后，初步確定塔吊平面定位圖。

通過(guò)塔吊模型模擬運(yùn)行檢查分析時(shí)還發(fā)現(xiàn)，塔臂與周邊建筑碰撞的問(wèn)題。原來(lái)考慮的3#塔吊在B3#主體施工前啟用，由于無(wú)法附墻，只能在最大自由高度35 m 內(nèi)運(yùn)行。其塔臂回轉(zhuǎn)范圍與場(chǎng)地西邊百貨商廈重疊，所以只能考慮將其向北移位，避開(kāi)百貨商廈。待該處地下室頂板達(dá)到附著條件時(shí)，再在該處安裝塔吊。在navisworks 中模擬可以發(fā)現(xiàn)，3#塔吊位置處地下室頂板達(dá)到附著條件時(shí)，4#塔吊位的吊裝需求量大大減少，所以可以將其轉(zhuǎn)運(yùn)到3#位安裝，總體還是4 臺(tái)塔吊同時(shí)運(yùn)行，可以節(jié)約1 臺(tái)塔吊費(fèi)用。運(yùn)用BIM 技術(shù)對(duì)塔吊布置進(jìn)行動(dòng)態(tài)模擬，可以直觀(guān)、高效地對(duì)塔吊定位，并對(duì)碰撞風(fēng)險(xiǎn)等問(wèn)題做出準(zhǔn)確評(píng)估，將各臺(tái)塔式起重機(jī)的運(yùn)輸能力運(yùn)用得恰到好處。與傳統(tǒng)的二維方法相比，大大提升了工作效率。如圖8～圖11 所示。

圖8 塔吊平面定位圖

圖9 塔吊與地下室結(jié)構(gòu)碰撞檢查

圖10 塔吊與周邊建筑碰撞分析圖

圖11 塔吊最終定位圖

3.5 加工棚及材料堆場(chǎng)布置

堆場(chǎng)及加工棚的長(zhǎng)度應(yīng)滿(mǎn)足材料的最小長(zhǎng)度，且應(yīng)布置消防設(shè)備以滿(mǎn)足消防要求。根據(jù)每個(gè)施工區(qū)的材料需求，在塔吊覆蓋范圍內(nèi)布置鋼筋加工棚、鋼筋原材及半成品堆場(chǎng)、木工加工棚、模板堆場(chǎng)、鋼管扣件堆場(chǎng)等，減少場(chǎng)內(nèi)材料的二次搬運(yùn)，提高施工場(chǎng)地的利用率［3］。

根據(jù)各階段BIM 模型模擬分析，在樁基施工階段，由于場(chǎng)內(nèi)工程樁、圍護(hù)樁、止水帷幕交叉施工，泥漿池占用空間也很多，場(chǎng)地內(nèi)無(wú)法安排鋼筋堆場(chǎng)及加工棚?？烧?qǐng)業(yè)主協(xié)調(diào)相關(guān)方，將北側(cè)圍墻外一處空地，臨時(shí)租用作為鋼筋堆場(chǎng)及加工棚。待圍護(hù)施工完成后，在場(chǎng)地東側(cè)，利用門(mén)型圍護(hù)樁及壓頂梁構(gòu)建出的坡頂空間作為工作面，可以分散用于鋼筋堆場(chǎng)及加工。為此，需與基坑支護(hù)設(shè)計(jì)單位進(jìn)行溝通，對(duì)該處作為鋼筋堆場(chǎng)的可行性進(jìn)行論證，必要時(shí)進(jìn)行加固。地下室完成后，就可在B3#樓北處與C16#之間頂板面，設(shè)置鋼筋堆場(chǎng)和加工棚，為此，該處頂板支架需考慮相應(yīng)的加固設(shè)計(jì)。如圖12～圖14所示。

圖12 基礎(chǔ)階段加工場(chǎng)

圖13 地下室階段加工場(chǎng)

圖14 主體結(jié)構(gòu)階段加工場(chǎng)

3.6 臨時(shí)水電布置

場(chǎng)地北邊和東邊各有一臺(tái)變壓器，分別設(shè)置總配電室，并由此向起重機(jī)械、加工場(chǎng)地、辦公區(qū)域分別引出一級(jí)配電箱、二級(jí)配電箱及開(kāi)關(guān)箱。電纜延圍墻周邊電纜溝敷設(shè)，穿過(guò)施工道路時(shí)加鋼管保護(hù)。

場(chǎng)地西邊和東邊各有一處市政管網(wǎng)接入點(diǎn)，延圍墻周邊敷設(shè)，分別引至辦公區(qū)、加工區(qū)和主樓等生活、生產(chǎn)及消防用水點(diǎn)?；拥撞考绊敳恐苓厜喉斄禾幏謩e設(shè)置排水溝、集水坑，雨水廢水經(jīng)集水坑抽至沉淀池，過(guò)濾后排至市政管網(wǎng)。

3.7 安全防護(hù)的布置

通過(guò)三維可視化仿真模型，可以直觀(guān)檢查各階段安全風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)，并對(duì)施工臨邊、洞口交叉、高處作業(yè)及樓板、陽(yáng)臺(tái)等做臨邊防護(hù)，設(shè)置安全通道、防護(hù)棚、安全警示標(biāo)語(yǔ)等。施工過(guò)程中可結(jié)合施工現(xiàn)場(chǎng)具體情況對(duì)建筑工程施工現(xiàn)場(chǎng)的臨建和布置進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)控，有效降低建筑工程施工安全風(fēng)險(xiǎn)。

4 施工平面動(dòng)態(tài)管理

由于場(chǎng)內(nèi)分階段、分區(qū)施工，所以各時(shí)間階段的施工需求不同、工況不同，應(yīng)根據(jù)實(shí)際施工情況，運(yùn)用BIM 模型，定期進(jìn)行超前動(dòng)態(tài)分析。分析時(shí)，將模型與進(jìn)度計(jì)劃掛接，事前進(jìn)行施工模擬，根據(jù)施工過(guò)程中對(duì)材料、機(jī)械、人工等資源的不同需求，提前預(yù)見(jiàn)施工平面管理風(fēng)險(xiǎn)，協(xié)調(diào)指導(dǎo)參建各方合理建立對(duì)應(yīng)的物流運(yùn)輸計(jì)劃及施工工作面組織安排，互相配合，從而減少干擾、節(jié)約資源、降低成本、保證工期。

本工程土方開(kāi)挖及內(nèi)支撐施工階段，基坑只在西面臨街處有兩個(gè)出入口。北區(qū)完成第一道支撐后，北側(cè)出口就無(wú)法使用，車(chē)輛均行駛在南側(cè)棧橋上。同時(shí)，不同施工區(qū)段分別處于不同施工階段，場(chǎng)地內(nèi)同時(shí)有土方車(chē)、混凝土車(chē)、泵車(chē)、挖掘機(jī)、樁基以及鋼筋運(yùn)輸車(chē)等，容易相互干擾。特別是施工期間臺(tái)州市正處于多城同創(chuàng)建設(shè)關(guān)鍵時(shí)間點(diǎn)，交通、環(huán)保、衛(wèi)生等管理非常嚴(yán)格。如果能夠運(yùn)用BIM 技術(shù)，對(duì)車(chē)輛進(jìn)出路線(xiàn)、材料卸貨位置、車(chē)輛會(huì)車(chē)等問(wèn)題，通過(guò)提前模擬規(guī)劃，針對(duì)最關(guān)鍵的交通路線(xiàn)，合理調(diào)配車(chē)輛占用時(shí)間，尤其是對(duì)混凝土泵車(chē)以及鋼筋進(jìn)貨車(chē)等大型車(chē)輛的合理調(diào)配，可以有效保證場(chǎng)地內(nèi)交通流暢，提升施工效率。

根據(jù)BIM 施工模擬分析發(fā)現(xiàn)，當(dāng)棧橋拆除后，場(chǎng)地北面基坑尚處于施工階段，還不能回填，地下車(chē)庫(kù)入口也還未施工，不能形成施工道路。橫跨下沉式廣場(chǎng)的高架橋?qū)⒊蔀閳?chǎng)地南側(cè)唯一的進(jìn)出通道和臨時(shí)卸貨區(qū)域。由于各專(zhuān)業(yè)分包商利益不同，貨物進(jìn)場(chǎng)及施工安排多以自己利益為準(zhǔn)，施工現(xiàn)場(chǎng)材料堆放混亂，交叉施工碰撞的事情必定會(huì)發(fā)生。為保障施工進(jìn)展順利，必須由業(yè)主牽頭，總包及各分包單位統(tǒng)一思想，加強(qiáng)協(xié)作，共同基于BIM 模擬成果，提前優(yōu)化參建各方施工計(jì)劃，細(xì)化到進(jìn)貨卸貨時(shí)間以及相鄰區(qū)塊的工作面組織，盡量避免無(wú)序狀態(tài)，造成糾紛。

5 結(jié)語(yǔ)

BIM 技術(shù)的三維可視及其動(dòng)態(tài)可模擬特性，給建筑施工現(xiàn)場(chǎng)平面管理提供了一個(gè)高效的施工模擬及策劃工具，使現(xiàn)場(chǎng)由圖紙平面二維管理，升級(jí)到三維多角度可視化模擬管理。同時(shí)可以對(duì)復(fù)雜節(jié)點(diǎn)進(jìn)行可視化多角度交底，讓施工組織方案的設(shè)計(jì)和交底具有更強(qiáng)針對(duì)性、高效性和可操作性。

運(yùn)用BIM 技術(shù)對(duì)臺(tái)州某鬧市區(qū)商業(yè)綜合體項(xiàng)目施工平面動(dòng)態(tài)管理進(jìn)行模擬分析，直觀(guān)地反映出項(xiàng)目實(shí)施中的諸多難點(diǎn)問(wèn)題，其應(yīng)用價(jià)值得到了該項(xiàng)目主要現(xiàn)場(chǎng)管理人員的認(rèn)同。隨著B(niǎo)IM 技術(shù)不斷發(fā)展，將BIM 技術(shù)運(yùn)用于總承包施工現(xiàn)場(chǎng)管理，特別是施工環(huán)境比較復(fù)雜的項(xiàng)目中，將會(huì)發(fā)揮重大作用。

BIM 技術(shù)在施工平面動(dòng)態(tài)管理中的應(yīng)用，必將進(jìn)一步提高施工現(xiàn)場(chǎng)綠色施工水平和項(xiàng)目管理的精細(xì)化水平，大大提升項(xiàng)目管理工作效率，保障工程質(zhì)量安全與進(jìn)度，提升項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。