BIM 技術在大型公共建筑施工中的應用研究

郭偉剛

（楊凌職業(yè)技術學院，陜西 楊凌 712100）

隨著大型公建設計理念超前、表達手段豐富，要想在施工中將這些設計思想充分展示出來是離不開BIM技術支持的。目前，BIM 技術在建筑領域日趨成熟，其具備的可視化、參數化的特點是能夠有效解決大型公建設計超前化所帶來的一些施工難題。沈康等通過對當前深基坑工程的現狀進行分析，提出BIM 技術應用在深基坑工程施工中的重要作用，并結合實際案例進一步闡述BIM 技術在實際工況中的應用，為解決深基坑施工難題提供了有效途徑。杜燁以具體項目為例對所研究的基于BIM 的工程質量管理流程進行了分析。在施工建造階段，在業(yè)主SPV 公司的組織下，協調總包方、設計方、監(jiān)理方以及咨詢方對本項目的施工質量進行全過程的信息化管理，最終將所取得的成果和效益進行分析。楊嘉欣重點關注了建筑安全管理，通過構建BIM 信息模型、無人機和傾斜攝影技術優(yōu)化場地、基于BIM 與RFID 技術的安全監(jiān)控預警、基于BIM 與VR 技術的動態(tài)施工模擬及安全教育培訓的具體應用和應用效果評價，驗證此安全系統(tǒng)的可行性。

本文將對BIM 技術在相關施工中的應用進行探索分析，這對于改善施工的質量、成本、進度具有十分重要的作用。

1 BIM 技術概述及特點

1.1 概述

BIM 技術是一種數據化管理工具，主要用于工程設計、建設、管理等各個領域，其通過建立虛擬建筑工程的三維模型在應用過程中其起到了信息共享和傳遞的作用，將建設過程中所產生的數據、信息、決策等進行共享和傳遞，使參與者能夠準確了解建造信息，并及時作出應對，提高了生產效率，節(jié)約了成本。

1.2 特點

1.2.1 信息的關聯性與完備性

BIM 模型中的信息圖元與參數是相互聯動的，操作平臺可以隨時對模型構建所富含的信息進行實時計算更新，并生成對應的數據與圖標。隨著BIM 模型中的圖元模塊信息量的不斷增加，與之相關聯的其他構建信息與圖元將發(fā)生對應的更新與反饋。信息的完備性是指BIM 技術除可以對建筑施工項目進行三維表現外，還可以對其他非幾何圖元信息進行表達，這樣就形成了一個比較完整的表達形式。

1.2.2 信息的一致性和可視化

在建筑項目壽命周期的各個階段，構件與之相對應的模型所包含的信息數據是一致的，不存在信息滯后或重疊的現象。并且模型信息是隨著時間的推移與構件保持著一種聯動狀態(tài)，對于不同階段的構件可以了解其信息，根據情況進行主動維護與更新，可以防患于未然。所見即所得是BIM 模型最鮮明的特點，由于整個過程都處于可視化的狀態(tài)，不僅可以進行建筑設計、施工，在后期對其進行全壽命周期管理也能以此數據進行，避免因二維圖紙與經驗施工而導致的誤差與變更。

1.2.3 可出圖性與協調性

從建設項目的前期到實施階段再到后期的運維階段，各個參與方之間密切協調與管理，協調與管理的效率決定著整個建設項目的效率。在建設前期，BIM 技術可以對各專業(yè)之間的碰撞節(jié)點與盲點預測優(yōu)化設計方案也可對實施階段的現場施工進行預測，從而節(jié)省工期，提高效率。當然其協調性不僅僅體現在解決碰撞問題，還可以解決項目在前期無法預測到的一些問題，如：特殊施工節(jié)點與其他專業(yè)之間的深化協調、防火分區(qū)與其他設計之間的關系協調等問題。因其三維可視化的特點，BIM 模型可隨意進行各個角度的剖切，以形成相應的圖紙。這些圖紙都是隨著BIM 模型圖元信息實時更新?？梢噪S時由模型導出圖紙，通過圖紙對建筑物進行分析與協調。

1.2.4 優(yōu)化性和模擬性

隨著科學技術的發(fā)展，BIM 技術在建設項目中的應用也在不斷地進行著優(yōu)化?，F代建筑的規(guī)模和復雜程度遠遠超過傳統(tǒng)圖紙表現能力的極限，而BIM 模型基本上承載了建筑全壽命周期的所有信息，這種強大的功能為復雜項目的建設成功提供了可能性。依據基礎的BIM 模型可以隨時添加各種參數信息，對其進行事前模擬與演練，然后再分析研究，為建筑方案的不斷優(yōu)化完善奠定了扎實基礎。在建設前期，BIM 技術可以對方案的設計、優(yōu)化提供支持，如：進行建筑能耗分析、日照分析、防火分析等；在建設實施階段可根據施工組織設計導入BIM 模型進行仿真模擬，特別是對一些危險性較大的分部分項工程可以事先模擬從而為實際施工提供理論指導，達到進度目標。不僅如此，還可以通過BIM 技術對建筑物的建造及后期的運行及管理實行動態(tài)分析與控制。

2 公共建筑特點與施工難點

2.1 建筑風格多樣

公共建筑作為人類從事社會活動的載體，其風格和造型不僅反映了一個時期的城市風貌，同時也是一個時代物質文明和精神文明的象征。在經濟全球化與市場主體多元化的浪潮下，建筑的設計風格也呈現多樣化。尤其在各種思潮、流派的影響下，建筑的設計需要考慮人們與日俱增的需求，高科技、現代、后現代、古典主義及各種地域文化，彰顯著不同的時代氣息，也正是這些思潮流行使得建筑風格多樣化?？傮w來說，建筑的風格是朝著現代化的方向在發(fā)展。

2.2 結構復雜，專業(yè)性強

公共建筑需要綜合考慮不同使用要求，為了滿足不同功能的需求，常用的結構形式有：①混合結構，以磚石承重或混凝土承重，因其受到跨度上的約束故其承重墻的布置多以矩形為主，生活中最常見的建筑大多如此，如學校宿舍樓、辦公樓等。②框架結構，這種結構形式的承重系統(tǒng)與非承重系統(tǒng)分工明確。因而室內空間可以根據需求自由組合，封閉、半封閉、開敞式均可，分割空間的形式也是多樣的，輕質隔墻、砌塊，可以是直線分割也可曲線分割，空間使用極其靈活。③空間結構，常見的空間結構包括拱結構、空間薄壁結構和網架結構。拱結構比行架結構具有鮮明的力學特點，解決水平推力是其主要特征。如秦始皇陵兵馬俑一號坑展廳就是典型的拱結構?？臻g薄壁結構的剛度不像其他結構那樣隨著跨度增加要增大結構斷面，因此所需材料消耗量低，厚度很薄。另外，其殼體有骨架和圍護結構的雙重作用。網架結構，由多根桿件按照一定形式通過節(jié)點連接而形成的空間結構。常見于體育館、機庫、展覽廳等對空間要求較大的建筑物。

2.3 功能要求復雜

人們的主要活動空間在建筑中，而在眾多建筑類別中又數公共建筑數量多。這就對公共建筑的設計、施工提出了較高要求。其人流集散的性質復雜、容量需求大。因此，不同類型的公共建筑也常因其使用性質的不同，在功能關系與空間組合上的表現更為復雜。

2.4 交通流線復雜

由于公共建筑人流具有連續(xù)性、集中性等特點，這就決定了公共建筑的交通流線組織必然是復雜的。針對這一特點，公共建筑在設計時也采取了多種解決方案，常見的交通流線組織方式有：①平面的組織方式，其適用于中小型建筑，人流組織較為簡單，在同一平面解決交通流線問題，避免不必要的上下活動，達到使用方便的目的。②立體的組織方式，適用于大中型公共建筑，由于這類建筑功能復雜，僅靠平面無法解決交通流線問題，因此采用了立體的組織方式。③綜合的組織方式，適用于大型且功能復雜的公共建筑，就是將平面組織與立體組織相結合，這種組織方式適應性強，可以滿足各種不同形式的公共建筑。

2.5 機電安裝復雜

大多數公共建筑的功能、施工工藝、管線系統(tǒng)都要比普通建筑物復雜。面對這些情況，其建筑、結構、機電等系統(tǒng)需要快速整合難度是非常大的，并且在后期也需要更多的維護。

2.6 施工中分包多，總承包管理任務量大

根據大型公共建筑的特點，除了普通的土建施工外，還可能涉及裝飾裝修等高精度施工、安裝工程、室外工程、市政和水暖等各專業(yè)，施工交叉作業(yè)多、機電、材料、設備采購量大，因此，對總包的管理提出了較大的挑戰(zhàn)，必須要有行之有效的方法來實現安全、質量、進度和成本等目標。

3 BIM 模型維護

3.1 模型檢查

在模型建立完成后，對照各專業(yè)的CAD 圖紙，并請項目總工審查該模型的正確性，再對各專業(yè)模型進行整合，開展碰撞和凈高控制檢查，確保模型準確無誤，指導現場施工。

3.2 模型更新與維護

BIM 工作小組要與設計院保持密切聯系，第一時間將收到的設計變更在BIM 模型中及時更新，并與其他專業(yè)模型再次進行協調檢查，確保無誤后應用于現場施工。對于變更較大或需各專業(yè)統(tǒng)一協調修改的部位，可進行三維模型的變更交底，相關專業(yè)需配合參加。分包專業(yè)的變更需及時對模型作出修改，并先進行自我核對確保無誤后通知總包BIM 小組人員修改部位，總包將模型再次進行專業(yè)之間的核查。各專業(yè)模型應在本地備份，并對模型版本進行管理，將不同版本的模型進行分類管理。

3.3 使用和管理要求

模型必須由BIM 小組成員使用。各專業(yè)的BIM模型在完成之后由各專業(yè)的BIM 負責人備份管理，在核對無誤后上交總承包單位BIM 負責人，總承包單位BIM 負責人對各專業(yè)的模型進行備份并注明日期。當因為變更等需要對模型進行修改時，由各專業(yè)BIM 負責人與小組成員對模型進行更新，更新完成后，各專業(yè)BIM 負責人對更新后的模型進行核對，核對無誤后注明日期及更新緣由后上交總承包單位，總承包單位BIM 負責人對模型核對無誤后對模型進行備份。

4 BIM 技術在公共建筑施工中的應用

4.1 臨建布置策劃

BIM 技術提供場地施工組織三維模型圖，對現場的機械布置、加工區(qū)、物料堆放、車輛進出、生活區(qū)、辦公區(qū)臨建搭建、臨水、臨電及排污等市政設施等進行可視化展現。場布規(guī)劃的實施主要以BIM 軟件出圖為依據進行指導布置。

4.2 土建深化設計

檢測建筑與結構板標高的位置是否存在問題。檢測型鋼混凝土設計是否存在問題。對結構鋼筋與鋼構、復雜混凝土柱、梁交差節(jié)點進行重點可視化優(yōu)化和分析。對施工過程中出現的問題和復雜施工節(jié)點利用BIM 模型進行討論和交流。對樓梯間、坡道的空間進行檢測。檢查相應區(qū)域的門、窗能否正常開啟，安裝、開啟方向是否正確，開啟時與其他構筑物是否有碰撞。通過深化模型的建立，發(fā)現圖紙中不合理的地方，整理形成碰撞報告，并與甲方、設計院提前商議解決問題。深化設計流程如圖1 所示。

圖1 土建深化設計流程

4.3 機電深化設計

在大型公共建筑中，地下室人防部分空間布局復雜、系統(tǒng)繁多，對設備管線的布置要求高，設備管線之間或管線與結構構件之間容易發(fā)生碰撞，給施工造成困難，無法滿足建筑室內凈高，造成二次施工，增加項目成本。因此，通過與土建模型整合后的深化設計，對設備和管線進行綜合排布，對地下室的凈高進行優(yōu)化，并對其中的碰撞問題予以解決，輸出優(yōu)化后的管綜排布圖紙和留洞圖，從而指導現場的施工。深化設計流程如圖2 所示。

圖2 機電深化設計流程

4.4 標準層精裝修

在大型公共建筑中，對標準層的裝修方案進行深化設計，以三維可視化的方式進行裝修方案的比選，并對重點部位的做法和料單進行展示和提取，以此推進BIM 技術在裝飾裝修階段的應用。

4.5 施工方案模擬

通過BIM 技術進行施工方案的模擬，結合人、材、機的有效利用，使施工方案更加符合現場實際情況，避免返工及耽誤工期，從而提高管理效率，節(jié)約項目成本。在確保方案的合理后以動畫的形式交付專業(yè)工長進行現場實施。

4.6 進度計劃的模擬

在工程施工中，運用軟件對施工進度進行模擬，利用3D 模型和施工進度計劃掛接，進行可視化的進度展示，并可對施工進度計劃進行優(yōu)化，使項目管理人員很快了解進度計劃的重要節(jié)點。

同時，與現場的施工進度進行對比，發(fā)現進度管理中的問題，及時采取措施，進行糾偏調整，確保項目的整體進度。

4.7 工程量的提取

BIM 模型創(chuàng)建完成后可以對施工所用鋼筋、混凝土等各種材料的用量進行提取，指導現場的施工，減少現場資源的浪費，并為每月的成本分析提供數據支撐，輔助項目的成本管理。

5 結束語

綜上，大型公共建筑項目的組織管理、施工、各專業(yè)的優(yōu)化協調都有著一定的特殊性，相對于普通工程，其要求更高，難度更大，需要在過程管理中進行更多協調。在建筑施工中應用BIM 技術，對于解決施工組織、管線系統(tǒng)、施工工藝等一系列問題，實現項目的全過程管理具有較高應用的價值。