BIM技術在減少砌筑結構與機電留洞沖突中的應用

中國建筑股份第八工程局有限公司上海分公司 上海 200433

0 引言

BIM作為一種三維可視化信息模型，對于建設單位的直接延伸作用有以下6個方面，分別是三維碰撞技術、虛擬施工規劃、成本及工程造價管理、預制加工、可視化文檔管理、地域跟蹤及管理[1-3]。

借助BIM的應用，施工總包單位可以在虛擬施工階段消除圖紙階段和施工階段所有的設計弊端，將問題解決在施工前期，提高了施工質量，加快施工進度，減少浪費，節約成本。

1 工程概況

中海油大廈（上海）位于上海市長寧區臨空經濟園區，總建筑面積為1.58×106m2。地上9層，建筑面積為9.6×104m2；地下2層，建筑面積為6.2×104m2，建筑限高40 m，有多功能會議室、實驗室、檔案室等。機電安裝工程較為復雜，為綜合性功能辦公樓。

本項目砌體結構為填充墻砌體，總量約12 100 m3，材料采用蒸壓混凝土加氣砌塊。構造柱布置原則：隔墻端部未與主體結構連接或隔墻長度大于3 m時，應在隔墻端部及不超過3 m處設置構造柱；所有不小于2.1 m的門窗洞口兩側均加構造柱；大于300 mm的門窗洞口、機電預留洞口均設置過梁。因此預留洞口較復雜。

2 BIM技術概念

建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）作為一種全新的理念和技術，正受到國內外學者和業界的普遍關注。美國國家BIM標準（National Building Information Modeling Standard，NBIMS）給出的BIM定義為：BIM是設施物理和功能特性的數字表達；是一個共享的知識資源，是一個分享有關這個設施的信息，為該設施從概念到拆除的全壽命周期中的所有決策提供可靠依據的過程；在項目不同階段，不同利益相關方通過在BIM中插入、提取、更新和修改信息，以支持和反映各自職責的協同工作[4,5]。

3 BIM技術應用

3.1 施工現狀及遇到的問題

本工程要創上海市建設工程“白玉蘭獎”以及機電“申安杯”獎，綠色建筑LEED認證，二結構墻體留洞與機電管道安裝關系最為緊密，需確保施工質量。而這一項工程在以往很多項目中往往都不給予重視，容易造成專業間的沖突（圖1），最終敲砸墻體、二次打洞，不僅增加修補墻體的返工費用、浪費材料，還影響施工進度、墻體砌筑施工質量，更不符合綠色施工的要求。

因此，對最先開始施工的地下2層二結構墻體砌筑情況進行現狀調查，并對調查發現的問題信息進行匯總，詳見表1和圖2。

現狀調查結論：地下2層共有機電提資二結構留洞167處，二結構砌筑與機電洞口沖突共47處，沖突率為28.14%，在沖突項目中，構造柱與機電洞口的沖突頻率最高，達80.85%。

圖1 機電管道與構造柱產生沖突

表1 二結構砌筑與機電洞口沖突的頻率

圖2 二結構砌筑與機電洞口問題排列示意

3.2 問題產生原因分析

1）施工方案針對性不強，方案中無詳細的構造柱與機電洞口的相關處理措施。

2）方案中無詳細的構造柱與機電洞口的相關處理措施，深化設計管理制度中沒有類似圖紙深化流程。

3）沒有完善的圖紙審核機制，深化圖上雖有各方簽字，但圖紙中專業沖突問題未被發現，圖紙審核不嚴。

針對以上幾點原因，可采用BIM的3D信息技術，進行系統設計、協同施工、虛擬建造的技術和管理手段，有效地解決這些問題。

3.3 BIM技術實施

3.3.1 實施一（針對施工方案不詳細）

有針對性地補充構造柱與機電留洞沖突時在機電洞口下方斷構造柱的處理方法。運用BIM技術對構造柱與機電留洞沖突的典型案例進行建模（圖3），配合方案輔助施工交底，使方案內容形象具體，起到良好的交底效果。

3.3.2 實施二（針對二結構專業圖紙深化流程）

運用BIM在規劃設計、建造施工、運維過程的整個或者某個階段中的管理手段制定二結構深化設計流程（圖4）。流程分2種情形：機電留洞提資圖提資及時和機電留洞提資圖提資不及時。

圖3 BIM技術建模

圖4 二結構深化圖紙審核流程（理想狀態）

1）機電留洞圖提資及時。這是正常情況下二結構圖紙深化流程，該情形下機電留洞提資在二結構圖紙深化前，二結構深化時根據機電留洞提資圖調整構造柱位置（圖5）。

圖5 二結構深化圖紙流程（情形1）

2）機電留洞圖提資不及時。這是非正常情況下二結構圖紙深化流程，該情形出現于二結構施工搶工階段，二結構由于進度原因急于出砌筑深化圖，而此時相應部位的機電留洞提資圖不能及時提供。

此時圖紙深化分2步。第1步，先確認構造柱位置與機電洞口無沖突，確保導墻與構造柱可先行澆筑；第2步，在二結構墻體砌筑前，機電專業提交機電留洞提資圖，按情形1的流程進行圖紙深化（圖6）。

通過制定有效的深化設計流程，明確了總包技術部與機電專業的在二結構深化時的各自職責分工，特別是制定了二結構搶工階段圖紙分步深化的流程，在減少專業沖突的同時，更加速了現場施工進度，為砌筑工程按計劃實施提供技術保證。

圖6 二結構深化圖紙流程（情形2）

3.3.3 實施三（針對沒有完善的圖紙審核機制）

運用BIM模型輔助審核深化圖紙。圖紙審核由總包技術部經理與機電安裝技術負責人審核簽字。運用BIM技術輔助二結構深化設計審核，充分發揮了BIM模型三維可視化功能的優勢，發現問題也更快速容易，使得圖紙審核人員花少量精力就能完成圖紙核對工作，事半功倍。

3.4 效果檢查

3.4.1 對策實施前后的現狀對比

對策實施后，對地下1層的二結構砌筑與機電留洞沖突情況進行調查匯總，詳見表2（匯總表中機電留洞為機電專業二結構提資留洞，不包含因設計變更增加的二結構留洞，也不包括機電提資遺漏的留洞，地下1層機電留洞提資圖共計637個二結構機電留洞）。

表2 二結構砌筑與機電洞口沖突的頻率

由實施前后沖突率對比（圖7）看出，經過對策的實施，“構造柱與機電洞口沖突”問題頻率從80.85%降低至8.10%，說明采用的改進措施有效，問題癥結得到了較好地改善。

圖7 構造柱與機電洞口的沖突率

3.4.2 與設定的目標進行對比

對策實施前設定的目標為：構造柱與機電洞口沖突的累計頻率降低至10%。而實施后，地下1層機電二結構提資留洞共計637個，出現專業沖突的留洞共37個，沖突率為5.8%，實現了預期目標。

3.5 BIM技術總結

在二結構搶工階段的專業圖紙深化流程中運用BIM技術，利用三維可視化加速圖紙審核、輔助施工交底，在加速二結構圖紙深化、確保工期的同時，又降低了構造柱與機電留洞的沖突率，提高砌筑質量，得到了業主、監理以及二結構分包、機電分包的肯定。

總包技術部組織對新分包運用BIM模型進行二結構砌筑施工交底，BIM技術三維可視化功能詳細展示了二結構砌筑注意事項，針對構造柱與機電留洞容易發生沖突的地方進行重點交代，使施工交底取得了良好的效果。

4 結語

BIM技術對建筑行業有非常重要的作用，它在設計過程中把有關于建筑的各部分信息都包括在模型里面，不僅提高了效率，而且在整個過程中為建筑賦予了更多生命力。 BIM技術可以將各專業的模型合并，將問題解決在施工前期，避免在施工階段發生沖突而造成不必要的浪費，大大提高了施工質量，加快施工進度，節約成本[6-8]。

在信息技術高速發展的今天，BIM技術已經逐漸在建筑行業應用發展，越來越多的施工企業認識到BIM技術改變了傳統施工方式，能夠有效地提升質量、改變現有管理模式。BIM技術的本質是建筑施工信息化、標準化，它的終極發展目標應該是基于BIM技術，使施工現場管理的信息協同共享和施工管理流程的再造變得更加得心應手。