BIM 技術在某超高層項目施工中的應用研究

石 韻 劉軍生 韓大富 吳 延 王寶玉 田 園

(1.陜西省建筑科學研究院，西安 710042;2.陜西建工集團總公司，西安 710003)

1 概述

施工單位內各個部門大多獨立運作，協同作業只發生在各階段交接過程中，并且多采用的是抽象的二維圖紙文檔及表格，易導致信息溝通不暢，影響工作效率。而大型復雜結構工程，涉及的工序專業多，且工程量大，這使得各部門的聯系越來越密切［1］-［3］。此時，BIM 技術應運而生，BIM 技術即建筑信息化模型，BIM 的最重要意義，在于它重新整合了建筑流程，對建筑空間幾何信息、建筑空間功能信息、建筑材料以及設備等各專業相關數據信息進行數據集成與一體化管理。施工企業將體會到BIM帶來的從經營投標到施工、維護的一系列創新和變更帶來的好處［4］-［6］。課題組以某超高層項目為依托，通過BIM 技術的應用，實現了對項目工程信息的集成管理。

2 BIM 技術在項目投標階段應用

對于建筑施工企業來說，施工生產任務的獲得主要是通過投標的渠道來獲取的。現實的建筑市場每年的交易量是有限的，投標工作即成為是施工企業管理工作的重中之重，對許多施工單位而言，如何展示自己的技術實力與水平是非常重要的［7］［8］。而在該超高層項目投標階段課題組利用BIM 技術對工程進行模擬，充分展現了企業實力。

2.1 技術標

2.1.1 建立BIM 模型

投標工作開始后，為了在標書的各個環節應用BIM，首先建立工程BIM 模型，投標建模應區別于施工階段建模，投標階段建模時間較短，為了快速建立模型，模型精度建議控制在LOD200，在建筑物本身建模基礎上，同時體現出施工方案和工藝措施，將施工場地、臨時設施及重要大型設備進行建模。

2.1.2 工程概況介紹

在建立了BIM 模型基礎上用文字及圖表等形式說明相關概況后插入相關BIM 模型圖，利用3D 視覺效果提高標書表現力，該超高層建筑整體建筑概況如圖1 所示，標準層機電概況如2所示。

圖1 結構整體BIM 模型

圖2 機電標準層BIM 模型

2.1.3 施工組織部署和進度計劃

技術標書中，為了清楚介紹工程施工的步驟，各個分區的施工順序，以及各個重要里程碑節點工程的形象進度和相關專業的進展程度，利用BIM 模型的三維可視化特性，將重點工程施工階段表現出來，用一系列的三維形象示意圖展示各階段工程形象進度。

課題組針對局部施工，如某部位鋼結構的吊裝，用一系列的實際裝配圖具體說明施工的工藝順序。在此應用中，為提高表現力，將BIM 模型導入3DMAX 等專業渲染軟件輸出，圖3 是一個工況點的表示方式。

圖3 主體結構施工工況BIM 模型

2.1.4 大型設備和施工裝備方案

投標過程中，利用BIM 技術模擬施工現場，在工程模型中加入塔式起重機等大型施工設備，并基于模型的可優化性對設備布置方案進行必選，最終確定塔式起重機型號和位置，并從模型中直接提取塔式起重機等設備各項參數和性能指標，形成附表附在方案中，充分體現設備方案的可信度和說服力。對于常用施工設備和設施，建立族文件，以供其他方案使用。

2.1.5 深化設計

對于機電機房和重要部位的管線施工，利用BIM技術進行深化設計，并進行碰撞檢查和綜合優化，將最終設計方案甚至精確的施工圖展現在方案中，以表現投標單位的深化設計和復雜部位的處理能力。

通過Tekla Structures 等軟件進行鋼結構重要節點深化設計，包括搭建構件、節點設計、圖紙繪制等。三維模型中包含加工制造及現場安裝所需的一切信息，并可以生成相應的制造和安裝信息。

2.1.6 闡明施工時的預期BIM 應用

投標書中單獨設一節內容具體說明中標后在工程施工階段擬采用的BIM 技術，或基于BIM 的管理構想。用文字說明配圖表的方式。給業主以良好的BIM 應用預期。編制此部分內容時要結合投標單位具體情況，提出切實可行的BIM 實施方案。

2.2 商務標

2.2.1 工程量復核

在商務標中，利用BIM 技術對招標工程量進行仔細復合，進行快速準確算量。并與招標工程量進行對比，按照差值百分率進行排序，做到數據分析精細化，并且提高編制商務標效率。

3 BIM 技術在企業施工階段應用

3.1 總平管理及綠色施工

現場施工人員利用施工圖紙規劃出《施工平面布置圖》，并將二維圖紙及時提供給BIM 技術部，BIM 技術部建筑專業應與現場施工人員進行溝通，通過BIM 技術(可采用Skechup、Revit 等)對《施工平面布置圖》進行三維深化，完成工地整體布局三維模擬，解決現場施工場地平面布置問題，解決現場場地劃分問題，按安全文明施工方案的要求進行修整和裝飾;臨時施工用水、用電、道路按施工要求標準完成(需機電暖通專業配合);為使現場使用合理，施工平面布置應有條理，盡量減少占用施工用地，使平面布置緊湊合理，同時做到場容整齊清潔，道路暢通，符合防火安全及文明施工的要求。施工過程中避免多個工種在同一場地，同一區域進行施工而相互牽制、相互干擾。

模型完成后及時交付于現場施工人員，施工現場應設專人負責管理，使各項材料、機具等按已審定的現場施工平面布置圖的位置推放。

3.2 施工進度控制

傳統的施工進度控制雖然在現場施工以前項目部對進度計劃進行了詳細的討論和分析，但在具體施工過程中難免存在問題，例如碰撞問題等，一旦遇見問題會使進度計劃不能得到準確的執行。施工過程是伴隨著問題的解決向前推進，通過BIM技術模擬，直觀顯示計劃進度與實際進度的對比，得到最優模型，指導施工。

規定紅色代表延遲的工程進度，綠色代表按時完工工程進度，見圖4。

3.3 結構深化設計

鋼結構專業BIM 模型對重點部位及復雜部位鋼結構節點進行鋼結構加工、制作圖紙的深化設計。使用Tekla Structures 真實模擬進行鋼結構深化設計(圖5)［9］［10］，通過軟件自帶功能將所有加工詳圖(包括布置圖、構件圖、零件圖等)利用三視圖原理進行投影、剖面生成深化圖紙，圖紙上的所有尺寸，包括桿件長度、斷面尺寸、桿件相交角度均是在桿件模型上直接投影產生的，通過深化設計產生的加工數據清單，直接導入精密數控加工設備進行加工，保證構件加工的精密性及安裝精度。

通過BIM 技術指導編制專項施工方案，直觀對鋼結構節點復雜工序進行分析，對節點板及螺栓進行精確定位，對關鍵復雜的勁性鋼結構與鋼筋的節點進行放樣分析，解決鋼筋綁扎、順序問題，指導現場鋼筋綁扎施工。將復雜部位簡單化、透明化，提前模擬方案編制后的現場施工狀態(圖6)，對現場可能存在的危險源、安全隱患、消防隱患等提前排查，對專項方案的施工工序進行合理排布。

圖4 施工進度控制

圖5 鋼結構三維模型

圖6 結構節點復雜工序及節點定位模擬

圖7 利用BIM 技術進行機電安裝深化設計

3.4 管線綜合

管線綜合專業BIM 模型協助完成機電安裝部分的深化設計，包括綜合布管圖、綜合布線圖的深化。使用BIM 模型技術改變傳統的CAD 疊圖方式進行機電專業深化設計，應用軟件功能解決水、暖、電、通風與空調系統等各專業間管線、設備的碰撞，優化設計方案，為設備及管線預留合理的安裝及操作空間，減少占用使用空間［11］。

所有專業之間的相互碰撞檢查過程最終成果是得到零碰撞，在創建的過程中應分階段進行碰撞檢查，不要等到所有模型都完成后進行，第一階段碰撞檢查在各專業確定較大管線的尺寸和位置后進行，第二階段在模型完成每層后進行，第三階段整體完工后進行，在發現碰撞問題，需要更改管線時，遵循小管讓大管，有壓讓無壓，大風管在頂端，橋架再中間，水管布置在最下層等工程施工中的原則，切記碰撞檢查只是一個工具，它只能幫組查找問題，不能解決問題。

4 結論

(1)在該超高層項目中，提出切實可行的BIM實施方案，實現了投標階段技術標和商務標的信息化管理。

(2)施工階段通過BIM 的應用，在總平管理、管線綜合、結構深化設計等方面實現數字化施工。

(3)以BIM 模型為基礎，從項目投標到施工全過程實現了建筑信息化和精細化的目標。對后續工程的BIM 應用具有指導作用。

［1］蔡偉慶.BIM 的應用、風險和挑戰［J］.建筑技術，2015(2).

［2］陳娟娟.BIM 的價值與應用［J］.山西建筑，2015(5).

［3］張海龍.大中型施工企業BIM 技術實施探討［J］.安徽建筑，2015(1).

［4］陳宜.中國尊項目的BIM 協調與整合［J］.中國勘察設計，2015(1).

［5］趙世杰.BIM 技術在傳統設計院的發展及管理［J］.城市建設理論研究，2015(3).

［6］胡北，鄒雪云，張聰.基于BIM 的項目管理應用研究［J］.中國建設信息，2015(2).

［7］小林.建筑施工企業如何做好投標工作［J］.城市建設理論研究，2015(5).

［8］舒忠安.淺議否決投標的幾種情形［J］.城市建設理論研究，2015(6).

［9］于海艷，吳聚龍，李光耀.Tekla Structure 在鋼結構設計中的應用［J］.浙江建筑，2014(12).

［10］周偉，杜伸云.Tekla structure 軟件在滁州中學體育館屋蓋結構深化設計中的應用［J］.土木建筑工程信息技術，2014(1).

［11］張騁.BIM 中的碰撞檢測技術在管線綜合中的應用及分析［J］.中華建設科技，2014(6).