基于BIM的數(shù)字樣板技術(shù)在工程實踐中的應(yīng)用

馮 雷 李龍飛

蘇州二建建筑集團有限公司 江蘇 蘇州 215000

目前國內(nèi)項目建設(shè)普遍將“樣板引路”制度作為優(yōu)化項目施工工藝及質(zhì)量保證的重要方法，現(xiàn)場實物樣板的建立能夠展現(xiàn)重要節(jié)點施工工藝、明確質(zhì)量驗收標(biāo)準(zhǔn)，有效防止質(zhì)量通病，避免返工、保證施工質(zhì)量和進度。但是傳統(tǒng)實物樣板也存在一些劣勢：限于技術(shù)、成本、場地等因素，往往實物樣板制作數(shù)量有限；場地相對固定，參觀學(xué)習(xí)人員數(shù)量有限；實物樣板屬于最終成品的靜態(tài)展示，較難展示施工過程，往往不能達到樣板引路的效果；現(xiàn)場制作的實物樣板，周轉(zhuǎn)性差，二次拆除污染環(huán)境，增加費用；成品定制樣板無法體現(xiàn)實際作業(yè)班組技術(shù)水平，項目設(shè)計特征匹配性不佳，不能調(diào)整、更改；制作費用高昂，增加項目成本。

筆者結(jié)合多年BIM實踐經(jīng)驗以及項目需求，通過探索基于BIM的數(shù)字樣板技術(shù)及應(yīng)用方式，發(fā)現(xiàn)數(shù)字樣板以其制作方便、三維可視、展示方式靈活等特點，且與實物樣板相互結(jié)合、互相補充的方案，對解決傳統(tǒng)樣板存在的問題，實現(xiàn)樣板引路有著積極的作用[1-4]。

1 數(shù)字樣板技術(shù)原理

1.1 技術(shù)原理

基于BIM的數(shù)字樣板技術(shù)是采用信息技術(shù)將實物樣板、建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)造做法、復(fù)雜節(jié)點等（以下簡稱“傳統(tǒng)樣板”）數(shù)字化形成模型，同時利用BIM的可視化、模擬性、優(yōu)化性及參數(shù)化等特性，對傳統(tǒng)樣板進行優(yōu)化、靜態(tài)或動態(tài)模擬、拓展關(guān)聯(lián)內(nèi)容等，并通過線上、線下途徑進行傳播，形成對傳統(tǒng)樣板的補充或替代。

1.2 技術(shù)特點

2）信息拓展、功能強：數(shù)據(jù)化的樣板，可以將施工工藝要求、操作流程、質(zhì)量驗收標(biāo)準(zhǔn)集成至數(shù)字樣板中，在查看樣板三維模型的同時可以了解相關(guān)的質(zhì)量、工藝等信息。

3）展示靈活、途徑多：傳統(tǒng)實物成品樣板僅能反映最終完成狀態(tài)，數(shù)字樣板能夠反映從第一道工序直至最后一道工序（如施工連環(huán)畫或工藝動畫），整個施工流程一目了然；使用場景亦不再局限于實物樣板展示區(qū)，相關(guān)人員可隨時通過手機查看學(xué)習(xí)，提高了樣板查看的頻率。

4）節(jié)約場地、占地小：數(shù)字樣板主要通過展板、二維碼、交底卡、圖冊等方式進行展示，相對于傳統(tǒng)實物樣板而言大大減少場地占用面積。

5）易保存、易積累：數(shù)字樣板均是電子文檔，方便存儲、容易積累，便于后續(xù)調(diào)用。

6）綠色環(huán)保：數(shù)字樣板不直接使用建筑材料，也不存在后期拆除等問題，不產(chǎn)生建筑垃圾，綠色環(huán)保。

2 數(shù)字樣板應(yīng)用方式

對數(shù)字樣板應(yīng)用方式的探索主要集中在現(xiàn)場樣板制作、現(xiàn)場交底、技術(shù)方案或投標(biāo)方案等方面。

2.1 輕量化移動App/二維碼

通過將數(shù)字樣板模型上傳至BIM協(xié)同平臺等輕量化軟件處理后，形成輕量化的三維數(shù)字樣板及其關(guān)聯(lián)的交底信息。通過分享生成的二維碼，既可在移動App里查看，也可通過手機掃二維碼直接查看，并可對模型進行旋轉(zhuǎn)、剖切、構(gòu)件隱藏隔離、查看關(guān)聯(lián)信息等操作（圖1）。

圖1 通過二維碼查看輕量化模型

2.2 施工部位粘貼數(shù)字樣板彩圖

將數(shù)字樣板打印成單張圖片或連環(huán)畫粘貼至對應(yīng)施工部位，以此告知施工作業(yè)人員當(dāng)前位置面層或基層的構(gòu)造做法、質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)、施工流程等（圖2），作為施工交底的一部分，以更直觀的展現(xiàn)方式，減少或避免一些因施工錯誤而造成的返工。

長期以來，文化建設(shè)都是按照文化涉及的具體要素來做計劃和安排的，包括場館建設(shè)、院團建設(shè)、經(jīng)費投入、隊伍建設(shè)、項目落實等等，因而文化建設(shè)總是被看作是文化部門自己的事情，文化的發(fā)展也僅僅是文化要素的改進和提升。在文化建設(shè)的創(chuàng)新實踐中，廣州逐步認識到文化建設(shè)不能囿于狹義的文化理解來開展，而要從城市發(fā)展所需要的文化功能提升來作系統(tǒng)考量和整體布局。進入21世紀(jì)尤其為了舉辦第十屆亞運會和首屆亞殘運會，廣州文化建設(shè)開始進入以提升城市文化形象為核心的全面布局和系統(tǒng)推進新階段。

圖2 施工部位貼圖

2.3 施工連環(huán)畫/交底卡

將三維截圖、工藝分解圖及工藝標(biāo)準(zhǔn)、操作要點等信息制作成書面交底卡（圖3），直接發(fā)放至操作工人手中并進行交底說明，以一頁紙圖文并茂的方式，使交底信息直接傳達到操作工人手中，提升交底的效果，不再使技術(shù)交底流于形式。

圖3 施工連環(huán)畫

2.4 制作數(shù)字樣板展墻，補充現(xiàn)場實物樣板

將三維彩圖、二維碼做成展板，設(shè)置在樣板展示區(qū)，作為實物樣板的補充（圖4）。同時在實物樣板制作前，也可先通過數(shù)字樣板進行策劃，指導(dǎo)現(xiàn)場實物樣板制作，避免現(xiàn)場返工，減少材料和人工的浪費。

圖4 數(shù)字樣板展墻

2.5 VR浸入式體驗

借助BIM軟件，可將多個數(shù)字樣板模型按一定規(guī)則整合在一個模型內(nèi)，形成數(shù)字樣板基地；然后將整合后的模型導(dǎo)出至VR軟件形成虛擬樣板展區(qū)（圖5），借助VR設(shè)備（如安全體驗館內(nèi)的VR設(shè)備等）實現(xiàn)對數(shù)字樣板沉浸式、近距離、多角度的查看，猶如真人走到實物樣板 展區(qū)。

圖5 VR方式查看數(shù)字樣板

2.6 技術(shù)方案/投標(biāo)方案

將數(shù)字樣板做成配圖加入技術(shù)方案或技術(shù)標(biāo)內(nèi)（圖6），改變原本文字較多的方案描述方式，增加直觀性。

2.7 工藝動畫交底

將重、難點或標(biāo)準(zhǔn)工藝的數(shù)字樣板模型加工成視頻動畫，展現(xiàn)其施工流程等，進行質(zhì)量技術(shù)交底，突破傳統(tǒng)實物樣板僅能反映最終完成狀態(tài)的不足。

圖6 數(shù)字樣板用于技術(shù)方案/投標(biāo)方案

3 工程案例

3.1 項目背景

蘇地2017-WG-85號地塊土建及水電安裝總包工程項目在實施“樣板引路”工作時，前期計劃購買廠家定制的成品樣板，但因廠家成品樣板與項目設(shè)計特征匹配性不佳、現(xiàn)場指導(dǎo)效果差及成本高等缺點，未得到業(yè)主和項目部的認可，經(jīng)對比分析決定采用數(shù)字樣板＋現(xiàn)場制作實物樣板的方案。在數(shù)字樣板創(chuàng)建過程中，建設(shè)單位給予大力支持，提供企業(yè)內(nèi)部標(biāo)準(zhǔn)作為支持文件。

本項目結(jié)合實際需求，制作18個數(shù)字樣板（圖7）。由于BIM模型自帶幾何尺寸信息，在制作前已經(jīng)考慮了數(shù)字樣板的規(guī)格尺寸，其中6個直接用于指導(dǎo)現(xiàn)場實物樣板的制作，另外12個作為實物樣板的補充。

圖7 數(shù)字樣板

3.2 社會效益分析

1）通過數(shù)字樣板的運用，項目交底工作變得更加形象直觀，降低了識圖錯誤的概率。

2）通過靈活多變的傳播和使用模式，使查看、學(xué)習(xí)工藝樣板不再局限于現(xiàn)場樣板展示區(qū)，樣板的使用和查看頻率相較傳統(tǒng)樣板和技術(shù)交底有所提高，傳播效果與交底效果得到提升。

3）使用數(shù)字樣板替代部分實物樣板，減少建筑材料的使用及垃圾的產(chǎn)生，踐行綠色施工理念。

4）在項目的實踐中，使用效果逐漸凸顯，得到多方的認可。

3.3 經(jīng)濟效益分析

本次經(jīng)濟效益的計算僅考慮其中的12個數(shù)字樣板替代對應(yīng)實物樣板節(jié)約的制作費用，未考慮其余6個實物樣板產(chǎn)生的較難量化的費用；經(jīng)濟效益的計算方法是：分別計算制作數(shù)字樣板產(chǎn)生的費用（費用A）及完成對應(yīng)實物樣板所需要的費用（費用B），并計算兩者差值。

費用A的估算方式：簡化計算制作數(shù)字樣板所需的人工費，經(jīng)計算總額為4 125元。

費用B的估算方式：每個樣板所使用材料的工程量與其對應(yīng)綜合單價的乘積之和，再乘以系數(shù)1.2（考慮實物樣板工作量小、要求高的因素），經(jīng)計算總額為75 787.7元。

經(jīng)過差值的計算，本項目通過制作數(shù)字樣板比實物樣板節(jié)約費用71 662.7元。

4 結(jié)語

數(shù)字樣板技術(shù)的探索與推廣，其用途主要是對實物樣板進行有效補充和交底、指導(dǎo)施工。在實物樣板制作數(shù)量有限，甚至非觀摩工地取消實物樣板，但對不能現(xiàn)場制作的節(jié)點，對工藝質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)仍有交底需求的情形下，數(shù)字樣板都可作為補充方案實現(xiàn)樣板的部分意義。數(shù)字樣板用于交底、指導(dǎo)施工，通過制作數(shù)字樣板墻、施工部位貼圖、施工連環(huán)畫或交底卡等方式讓一線施工人員更容易理解交底內(nèi)容，提升現(xiàn)場質(zhì)量管控水平。

不足之處是，目前BIM技術(shù)在項目層的普及還有待提高，項目部還未能完成二維向三維的轉(zhuǎn)變，不少技術(shù)人員不能自主完成節(jié)點模型的創(chuàng)建。另外，由于數(shù)字樣板本身是電子文件，具有虛擬的特性，也無法體現(xiàn)實際作業(yè)班組的技術(shù)水平，僅能作為實物樣板的一種補充。

在企業(yè)層面，數(shù)字樣板可以在施工工藝的標(biāo)準(zhǔn)化方面進一步挖掘，通過數(shù)字樣板的建立與累積，關(guān)聯(lián)施工工藝、質(zhì)量驗收標(biāo)準(zhǔn)等信息，對其進行不同的屬性標(biāo)簽的定義與分類，逐步搭建企業(yè)基于BIM的建筑工程質(zhì)量工藝三維知識庫，并打通企業(yè)信息化平臺，構(gòu)成企業(yè)知識庫的一部分，具有較強的實際操作意義，但相應(yīng)的投入會變得更大。

總之，當(dāng)下我國建筑業(yè)高污染、高能耗、低效率，信息化、數(shù)字化仍在低位運行的現(xiàn)象依然存在，利用數(shù)字化和信息化手段改變原有落后的生產(chǎn)方式和管理模式的數(shù)字化轉(zhuǎn)型升級勢在必行。以BIM為核心的數(shù)字建筑正在逐步滲透到建筑的各個環(huán)節(jié)，逐步走向數(shù)字建造的趨勢已然形成，未來像數(shù)字樣板這樣將傳統(tǒng)生產(chǎn)內(nèi)容或要素數(shù)字化的案例將會越來越多，項目基層崗位、工作的數(shù)字化也將越來越高。