BIM技術(shù)在土建施工現(xiàn)場布置中的應(yīng)用要點

方均

【摘要】近年來，我國建筑業(yè)得到快速發(fā)展，土建工程建設(shè)規(guī)模持續(xù)擴(kuò)大，對施工現(xiàn)場布置水準(zhǔn)提出了更嚴(yán)格的要求。但當(dāng)前部分土建工程仍舊采取傳統(tǒng)的現(xiàn)場布置方式，現(xiàn)場布置工作難以滿足實際的場地布置要求，不利于工程質(zhì)量、安全、進(jìn)度、成本目標(biāo)的實現(xiàn)。針對于此，為實現(xiàn)現(xiàn)場布置優(yōu)化目標(biāo)，本文對BIM技術(shù)在土建施工現(xiàn)場布置中的應(yīng)用優(yōu)勢與要點進(jìn)行探討。

【關(guān)鍵詞】BIM技術(shù);土建施工;現(xiàn)場布置

【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2021.28.080

1、BIM技術(shù)在土建施工現(xiàn)場布置中的應(yīng)用優(yōu)勢

1.1土建施工現(xiàn)場可視化、立體化布置

在早期立項的土建工程中，受到技術(shù)水平限制，普遍采取繪制二維平面圖紙的方式來展示施工現(xiàn)場布局，無法立體化呈現(xiàn)施工現(xiàn)場布置情況，容易在圖紙交底環(huán)節(jié)形成認(rèn)知誤差，無法直觀表達(dá)布置意圖，使得土建施工現(xiàn)場實際布置情況與方案內(nèi)容產(chǎn)生偏差，進(jìn)而影響到工期進(jìn)度與造價成本。同時，采取人工方法審查施工現(xiàn)場布置方案與圖紙中是否存在作圖不規(guī)范、參數(shù)標(biāo)記錯誤模糊、圖紙錯落遺缺等問題，對相關(guān)方案圖紙進(jìn)行反復(fù)修改，場地布置工作量較大。

在這一工程背景下，BIM技術(shù)在土建施工場地布置中的核心優(yōu)勢體現(xiàn)在立體化呈現(xiàn)、可視化溝通、輔助修改三方面。其中，在立體化呈現(xiàn)方面，在構(gòu)建的BIM模型中立體化呈現(xiàn)土建施工現(xiàn)場布置結(jié)構(gòu)，如現(xiàn)場臨時道路標(biāo)高、燈具高度等，突破二維平面圖紙的局限性，幫助工程參建人員直觀了解現(xiàn)場情況，避免因產(chǎn)生認(rèn)知誤差而引發(fā)一系列施工設(shè)計問題的出現(xiàn)。在可視化溝通方面，土建工程參建單位可以在BIM信息平臺上通過參照BIM三維模型，在可視化狀態(tài)下開展工程協(xié)商探討工作，業(yè)主充分了解土建工程現(xiàn)場情況，判斷現(xiàn)場布置方案是否滿足工程建設(shè)要求與現(xiàn)實需求，提供切實可行與清晰明確的指導(dǎo)意見，以及對修改后的土建施工現(xiàn)場布置方案有著直觀了解。而在輔助修改方面，在修改土建施工現(xiàn)場布置方案與配套圖紙時，無需采取人工繪圖方式來逐張修改大量圖紙，使用BIM軟件自帶工具，對模型中的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，軟件即可自動調(diào)整相關(guān)聯(lián)圖紙模型，在短時間內(nèi)完成方案圖紙修改作業(yè)，以此來提高現(xiàn)場布置設(shè)計效率。

1.2土建現(xiàn)場布置優(yōu)化設(shè)計

現(xiàn)代土建工程具有現(xiàn)場環(huán)境復(fù)雜多變、工期長、專業(yè)工種多的特征，在工程建設(shè)期間，現(xiàn)場環(huán)境發(fā)生變化，持續(xù)形成全新的變量因素，現(xiàn)場實際情況與布置方案內(nèi)容不符，導(dǎo)致土建施工現(xiàn)場布置方案喪失實際的參考價值，沒有起到應(yīng)有的指導(dǎo)作用。

BIM技術(shù)的應(yīng)用，通過開展模擬預(yù)演試驗，在已知工程信息資料基礎(chǔ)上模擬推導(dǎo)土建工程在不同階段的現(xiàn)場情況，預(yù)測工程建設(shè)期間可能出現(xiàn)的變量因素與突發(fā)狀況，為現(xiàn)場布置方案與施工參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計提供信息支持。例如，使用BIM軟件中自帶的日照分析工具，以三維動畫演示形式來模擬不同日照條件下的土建施工現(xiàn)場情況，根據(jù)模擬結(jié)果調(diào)整現(xiàn)場照明系統(tǒng)運行時間、照明燈具啟閉數(shù)量、燈具數(shù)量與分布位置。同時，還可使用軟件的碰撞檢查功能，模擬施工過程，觀察土建施工期間是否存在碰撞問題，常見碰撞問題包括塔吊物資調(diào)運高度不當(dāng)與周邊障礙物與設(shè)施相互碰撞、工程機(jī)械在場地內(nèi)行駛期間與轉(zhuǎn)彎處道路緣石碰撞、工程機(jī)械因運輸線路重疊而相互碰撞。隨后，根據(jù)碰撞檢查報告來調(diào)整土建施工現(xiàn)場布置方案，如拓寬場內(nèi)臨時道路轉(zhuǎn)彎處寬度、調(diào)整塔吊吊運物料高度、重新規(guī)劃部分工程機(jī)械的場內(nèi)行駛線路、清理塔吊物資吊運線路及周邊分布的障礙物。

2、BIM技術(shù)在土建施工現(xiàn)場布置中的應(yīng)用要點

2.1建立場地布置族庫

在BIM三維建模過程中，場地布置族庫是其中一項重要步驟，通過自建族來表達(dá)土建施工現(xiàn)場布置方案中無法使用軟件自帶系統(tǒng)族準(zhǔn)確描述的工程構(gòu)件與設(shè)施信息，族庫建立合理與否，直接影響到后續(xù)場地布置工作量，是實現(xiàn)一模多用目的的關(guān)鍵。

在建立場地布置族庫時，首先，要求工作人員正確理解BIM技術(shù)體系中族的概念與主要類型，將族視作為BIM三維模型的主要構(gòu)成要素，相同類型的族具有共性特征，在滿足特定條件下可以重復(fù)使用，通過整合相同類型的族來構(gòu)建族庫，以拓寬所構(gòu)建BIM模型的應(yīng)用場景，避免在土建施工現(xiàn)場布置期間重復(fù)構(gòu)建大量的BIM模型。根據(jù)實際應(yīng)用情況來看，BIM模型中的族分為自建族、系統(tǒng)族、內(nèi)建族三種，自建族是用戶在BIM軟件中生成文件夾并載入相應(yīng)模型中形成的族，系統(tǒng)族是將系統(tǒng)自帶文件中導(dǎo)入修改的信息，內(nèi)建族是在BIM模型中創(chuàng)建族文件的族。其中，自建族具備文件單獨存放、修改、導(dǎo)入其他模型的條件，系統(tǒng)族具備信息簡單修改的條件，但無法以文件形式載入其他模型，內(nèi)建組不具備載入其他模型的條件。

其次，正確掌握族的建模方法，在軟件中下達(dá)拉伸命令、融合命令、旋轉(zhuǎn)命令、放樣命令與融合放樣命令。其中，拉伸命令是在軟件中繪制BIM模型平面輪廓，根據(jù)布置方案設(shè)定拉伸起點和中點，將二者相加值設(shè)定為模型高度，在模型中標(biāo)注以上信息與設(shè)定標(biāo)簽，通過變更標(biāo)簽內(nèi)容來調(diào)整模型信息。融合命令是在模型中下達(dá)第一、第二端點命令，修改BIM模型上下平面，再將形狀差異性模型加以融合處理。旋轉(zhuǎn)命令是在模型中依次繪制軸線和邊界線，設(shè)定起始結(jié)束角度，依托軸線對模型邊界線圖形旋轉(zhuǎn)處理。放樣命令是在軟件中繪制封閉輪廓以及生成路徑來構(gòu)建模型的一項命令，根據(jù)BIM模型與族庫建立要求來確定路徑屬性，如生成圓形閉合曲線路徑或是線段開放路徑，要求所繪制平面輪廓和路徑保持垂直狀態(tài)。融合放樣命令是在模型中先后繪制封閉輪廓與路徑，要求路徑中存在多個差異性封閉輪廓。

2.2 BIM施工場地布置模型的構(gòu)建

土建施工現(xiàn)場布置模型的建模流程由輸入、優(yōu)化、輸出三部分組成。其中，輸入部分包括可布置場地、臨時設(shè)施數(shù)量尺寸、臨時設(shè)施間的物流與分物流關(guān)系等組成，要求工作人員提前在軟件中確定土建可用場地，導(dǎo)入設(shè)施尺寸數(shù)量、機(jī)械設(shè)備數(shù)量等參數(shù)。優(yōu)化部分由目標(biāo)函數(shù)、適應(yīng)度函數(shù)、懲罰函數(shù)共同組成場地布置方案，在軟件中依托設(shè)施物流和非物流關(guān)系來確定目標(biāo)函數(shù)，導(dǎo)入場地約束條件修正目標(biāo)函數(shù)，應(yīng)用粒子群等算法確定適應(yīng)度函數(shù)，最終生成場地布置方案，構(gòu)建BIM模型。輸出部分是結(jié)合現(xiàn)場實際情況與算法計算結(jié)果來調(diào)整BIM模型，獲取土建施工現(xiàn)場的最優(yōu)布置方案。

此外，要求工作人員正確掌握不同類型模型的正確建模方法。例如，在構(gòu)建現(xiàn)場地形模型時，在軟件中下達(dá)放置點命令，創(chuàng)建TXT格式文件，設(shè)定一定數(shù)量的放置點與相應(yīng)的絕對高程數(shù)值，或是在模型中鏈接CAD圖紙與下達(dá)地形平面指令，完成場地地形建模作業(yè)。而在構(gòu)建場地管道模型時，使用BIM軟件自帶工具，新建管道系統(tǒng)，下達(dá)管道命令，根據(jù)所導(dǎo)入文件數(shù)據(jù)，在模型中添加管道材質(zhì)、數(shù)量、標(biāo)高、坡度、埋深等參數(shù)，完成建模作業(yè)。在后續(xù)管道布置方案出現(xiàn)變更調(diào)整時，用戶直接對模型中的管道標(biāo)高等參數(shù)加以調(diào)整，即可修改模型中對應(yīng)管道的水平位置與標(biāo)高狀態(tài)。

2.3 BIM模型優(yōu)化

在土建施工現(xiàn)場布置方面，BIM技術(shù)的核心優(yōu)勢是依托BIM技術(shù)的模擬性與協(xié)同性特征，在土建施工現(xiàn)場布置方案基礎(chǔ)上開展模擬預(yù)演試驗，以三維動畫演示形式來模擬不同工況條件與后續(xù)施工期間的場地情況，幫助工作人員提前發(fā)現(xiàn)場地布置方案中存在的不合理問題，對方案進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整。因此，為充分發(fā)揮技術(shù)優(yōu)勢，營造良好施工環(huán)境，必須全面掌握BIM模型優(yōu)化的技術(shù)要點。

在土建施工現(xiàn)場布置階段，BIM模型的主要優(yōu)化技術(shù)措施包括：第一，施工機(jī)械優(yōu)化。模擬施工過程中各類機(jī)械設(shè)備的作業(yè)情況與操作過程，判斷各類機(jī)械設(shè)備的空間位置與作業(yè)半徑是否相互影響，對比實際作業(yè)情況與施工要求，根據(jù)模擬結(jié)果調(diào)整機(jī)械設(shè)備配置方案與進(jìn)場作業(yè)計劃。例如，開展塔吊設(shè)備模擬試驗，掌握塔吊設(shè)備的吊裝空間、起重能力、占地面積，增減塔吊數(shù)量來控制作業(yè)效率，調(diào)整塔吊分布位置避免出現(xiàn)塔吊交叉作業(yè)。第二，運輸路徑優(yōu)化。在模擬預(yù)演試驗中觀察運輸車輛的行進(jìn)速度，計算物資材料在不同時間節(jié)點下的運輸量和供應(yīng)情況，對比分析模擬結(jié)果與預(yù)先設(shè)定的期望值，根據(jù)對比結(jié)果來調(diào)整土建施工現(xiàn)場布置方案中的道路路徑，如增加道路寬度，通過改善運輸車輛并行行駛條件來提高運輸效率和單次運輸量。第三，臨時用水用電方案優(yōu)化。在模擬預(yù)演試驗中重點觀察臨時區(qū)域用水用電設(shè)施是否存在安全隱患，開展水電管線碰撞檢查，標(biāo)記沖突碰撞部位與生成協(xié)調(diào)優(yōu)化數(shù)據(jù)。隨后，在模型中導(dǎo)入相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，判斷方案中是否存在違反政策性要求的問題，如臨水臨電管線材質(zhì)是否達(dá)標(biāo)、消防設(shè)施間隔距離與分布位置是否符合要求。第四，人員疏散優(yōu)化。在模型中模擬出現(xiàn)建筑火災(zāi)、邊坡滑塌等工程事故時的人員疏散情況，統(tǒng)計容易發(fā)生人員跌倒、踩踏等次生事故的高發(fā)部位，分析問題成因，采取相應(yīng)處理措施，在場地中規(guī)劃人員疏散路徑。例如，針對人群密集部位，為避免踩踏事故的發(fā)生，需要同時規(guī)劃多條安全疏散路徑，避免密集人群同時涌入一條疏散路徑。

2.4土建施工場地布置工程量統(tǒng)計

在現(xiàn)代土建工程中，隨著建設(shè)規(guī)模的擴(kuò)大，現(xiàn)場工程量統(tǒng)計難度與工作量出現(xiàn)明顯變化，如果仍舊采取傳統(tǒng)的人工統(tǒng)計算量方式，不但使得工程量統(tǒng)計效率下滑，同時，受人為因素影響，屢屢出現(xiàn)漏算、重復(fù)計算、錯誤計算問題，工程量統(tǒng)計結(jié)果無法真實反映土建施工現(xiàn)場情況。

為解決這一問題，需要將BIM技術(shù)的應(yīng)用場景拓展至場地布置工程量統(tǒng)計方面，憑借BIM技術(shù)高超的數(shù)據(jù)采集與分析處理能力，輔助人工在短時間內(nèi)完成工程量統(tǒng)計工作，并對統(tǒng)計結(jié)果的真實性與準(zhǔn)確性提供技術(shù)保障。而BIM場地工程量統(tǒng)計方法為，用戶使用BIM軟件自帶明細(xì)表算量統(tǒng)計工具，在軟件中點擊視圖選項卡與下達(dá)明細(xì)表數(shù)量統(tǒng)計命令，創(chuàng)建明細(xì)表對話框，根據(jù)統(tǒng)計工作開展需要，在明細(xì)表中點擊相應(yīng)類別信息，重新編輯明細(xì)表名稱，設(shè)置字段與添加明細(xì)表屬性，將統(tǒng)計出的可用字段添加至明細(xì)表內(nèi)，編輯字段順序，使用軟件的過濾器工具過濾重復(fù)導(dǎo)入和不符合統(tǒng)計條件的字段。隨后，載明細(xì)表中逐項列出統(tǒng)計結(jié)果，由工作人員對統(tǒng)計結(jié)果進(jìn)行審核，確定無誤后開展二次統(tǒng)計工作，在Excel等軟件產(chǎn)品中生成工程量統(tǒng)計報表。

結(jié)語：

綜上所述，為進(jìn)一步提升土建工程施工現(xiàn)場管理水平，為精細(xì)化、信息化、協(xié)同化管理模式的推廣實施奠定良好基礎(chǔ)，必須認(rèn)識到BIM技術(shù)在土建施工現(xiàn)場布置領(lǐng)域中的應(yīng)用優(yōu)勢，要求工作人員全面掌握BIM技術(shù)的應(yīng)用要點，將技術(shù)拓展至模擬施工、現(xiàn)場布置優(yōu)化設(shè)計、工程量統(tǒng)計、三維可視化展示等應(yīng)用場景，依托BIM技術(shù)構(gòu)建全新的施工現(xiàn)場布置體系。

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