BIM技術在施工場布優化中的應用

文｜夏夕虹

當前施工企業應用BIM技術主要體現在投標、施工、竣工結算三大階段。投標階段中，BIM價值點主要體現為清單核量、不平衡報價、視覺展示輔助投標、BIM技術標的應用等；施工階段包括圖紙問題凈高檢查、施工場布、材料管理、成本管理、質量安全協同管理等；竣工結算中，BIM則可以進行結算配合，減少少量漏算、竣工資料檔案管理等。各階段的BIM技術應用時有交叉，BIM可以簡單的形容為模型+信息，通過正確的方法從模型中不同角度提取對應的信息，即形成了BIM技術的各個應用點。

不論項目的類別如何區分，施工單位在項目最初都會進行施工場地的布置。傳統的做法是二維平面圖布置，通過圖紙進行尺寸標注，依據現場施工人員的經驗進行排布，由此引發了在空間的排布中不能做到萬無一失、設備與操作區域等之間的布置時有運行交叉等一系列現象。基于BIM模型及理念，運用BIM技術三維反映施工場地布置，可以協助施工場地布置方案的優化。對施工現場的鄰舍、各生產操作區域、大型設備安裝，通過3D模型以動態的方式進行合理布局，最終選擇分析最佳方案；通過虛擬交底使員工對施工現場的準備及施工各區域有切身了解；運用BIM技術對生產性施工設施和生活性施工設施以及建設項目施工必備的安全、防火和環境保護設施，在進場前得到更佳的布置方案且得到事先預演。運用BIM技術進行三維場布，為后續施工奠定基礎，提高施工效率及質量，從而做到綠色施工、節能減排。

模型的建立

市面上應用于BIM技術的建模軟件很多，各個領域、專業應用的均不同，國外知名的有REVIT、MagiCAD、XSteel、iTWO等，隨著國內BIM技術的推廣，魯班和廣聯達兩家公司都有相應的軟件推出。從操作人員角度出發，各類建模軟件類似，基本的原理大同小異，本文以Revit軟件為建模工具，介紹三維施工場布BIM模型的建立方式。

BIM模型中最關鍵的在于族的建立，巧婦難為無米之炊，模型中的族就好比工地上應用的澆筑好的鋼構件，將構件從工廠中加工好直接運到現場安裝而不是現場加工，同樣的，根據整體項目建模的需要，將門衛室、板房等每一個單體或組合事先定義為族，這種方法對于建立利用率較高且變化范圍不大的構件模型來說，可以很大的提高建模效率。

系統族建模。Revit軟件中有簡易的預制族庫，提供了對應的建模功能。以建筑專業為例，軟件中提供了墻、門、窗、柱、屋頂等基本類別構件的繪制方式，實際應用時，對應的類別中有預制族。項目中建立的模型，每個構件都會有自身的屬性，可以通過編輯屬性及類型，賦予構件對應的材質等信息，使得模型達到期望效果。

模型的建立過程與現實中房屋的建立流程是一致的，在放置構件之前需要進行基準的確定，主要包含標高和軸網。在此基礎上導入對應的二維設計圖紙，相應標高上放置構件族。三維施工場布中軸網的繪制可以以平面圖中道路、圍欄等為基準繪制，方便后期構件族的放置。在場布模型的建立過程中，僅僅依靠Revit軟件內置的族文件遠遠達不到要求，主要應用軟件中內置的族文件進行地形表面的繪制，如場內外、道路、草地各區域的拆分或子面域的形成。

圖1 構件賦材質

圖2 體量建模

圖3 板房族建模

基本模型的建立過程因人而異，同一個構件族的建立可以有多種方法。以場布中最常見的板房建模為例，可以在項目中進行模型的建立，通過軟件項目模板中的墻、窗、屋頂等族構件進行建模，也可以通過建立體量模型，建立體量樓層后通過賦給各個面定義好類型的“面墻”“面屋頂”“面樓板”，放置門窗等構件完成模型，如圖2所示。

可載入族的建立。Revit模型中有三種族文件，分別為可載入族、系統族以及內建組。系統族只能在項目中定義創建和修改，不能作為外部文件載入或創建；內建族的作用范圍只限定于定義的項目內，不能載入其他項目中，因此，實際應用中所說的族模型的建立均為可載入族，本文中涉及的族模型建立默認為可載入族。

實際建模操作時，經常會涉及到項目中通用的族文件，彼此間相同或者只是尺寸不同需要調整，可以將這些構件定制為族文件方便項目建模。下面仍以建立板房為例，介紹包含門窗、屋頂、走廊、樓梯等構件的板房族建立過程。

在構建族模型的過程中需要仔細思考，族包括的構件種類以及各自的建模方法。通過合理應用嵌套族，添加族參數，鎖定模型位置，通過參數進行嵌套族控制，綁定族參數等方法將繪制的各部分關聯起來，注意在過程中應用公式進行判斷、計算等操作以滿足族變化的要求。如圖3中所示，板房族建立過程中設置了幾類族參數，在“材質和裝飾”中可以修改定義的屋頂及板房材質，在“其他”族類型中可以設定樓梯的左右以及板房的間數參數。圖中右上角展示的即為將板房設定為三間以及樓梯左右變化的情況，這些改變僅僅需要修改建模過程中設定的族參數即可，很大程度上提高了項目建模的效率。

Revit軟件提供了很多種族樣板文件（公制常規模型、公制窗、公制門等），在新建族文件時，根據建立的族的特點選擇對應的樣板，若無特定要求，選擇公制常規模型樣板即可。以圍墻為例，項目中提供了欄桿的族文件，可以通過調整桿件類型、參數等實現。三維場布項目中的圍墻較之而言簡單不少，可以通過新建族文件達到想要的效果，圖4展示了自定義的由柱和墻構成的圍墻族，載入項目中繪制圍墻模型時設定圍墻所在位置線即可。

項目建模。三維場布項目中的模型大致分為生活區、施工區與辦公區。生活區及辦公區的大部分構件都可制作載入族后進行重復利用，如板房、洗漱池、消防設備等；施工區則根據場地規劃進行基坑、腳手架、圍欄等構件的繪制；整體的地面可以在項目中“體量和場地”面板中的“地形表面”進行設置。在系統族及可載入族建立的基礎上，根據場地布置要求，整合族模型即完成項目的建模工作。

模型應用

三維場布區別于傳統二維場布最直接的特點即立體化展示，隨之而來的模型應用也更為豐富，本文將從碰撞檢查、虛擬漫游、技術交底幾個方面進行介紹。

施工空間碰撞檢查。三維場布模型階段的碰撞檢查主要應用于施工方案模擬，即根據施工圖紙及現場各項施工方案通過建模軟件創建模型，并包含各環節工序不同施工時間的定義。施工前在軟件中將各方案進行三維動態虛擬建造并對比，力求事前發現問題、及時處理，避免在正式施工中發現重大問題，免去了因設計錯誤造成工期延誤及施工成本等問題的增加。

Revit軟件提供了簡單地碰撞檢查功能，“協作”面板中提供了“碰撞檢查”按鈕，相對而言，Navisworks軟件碰撞檢測更為專業、快捷。Navisworks軟件提供了“Clash Detective”功能，用戶可以通過定義碰撞檢測的規則，選擇模型中需要進行碰撞的模型部分進行檢測，軟件會自動運行出檢測結果，根據用戶需求形成可調整內容的報告文件。

圖4 圍墻模型

圖5 場布項目整體建模

圖6 場地漫游展示

將傳統的現場施工方案與BIM技術相結合，通過三維模型對施工方案的模擬，使各項方案得到一個直觀的表達，可以讓施工管理人員掌握各項施工方案是否能達到施工要求，并及時發現問題作出調整。通過施工方案的模擬，選擇最優方案，這樣就進一步的明確施工要求及施工標準，保證了工程質量，也為安全文明施工提供了保證。

虛擬現實、自由漫游。BIM技術最大的特點為可視化，通過二維至三維模型的轉換將建筑施工過程從圖紙上立起來。根據目前的模型應用狀況，從遠處瀏覽模型或者說渲染幾張效果圖并不能為用戶帶來實質效果，應用BIM技術讓用戶身臨其境地在模型中感受效果，根據現實中的活動范圍查找場布中的不合理及需要調整的部位。

圖7 項目場布模型展示

圖 8 場布精細化設計

德國CRYTEK公司出品的Cryengine3游戲引擎可以很好地滿足BIM模型自由漫游的要求，實現用戶與模型之間的互動功能。將Revit軟件制作好的場布模型導入到該軟件中，根據場景需要進行環境及光源的設置，為方便用戶操作可將項目進行打包，用戶直接安裝程序即可，減少了專業軟件安裝及電腦配置的要求，方便項目現場使用。

為更好地提供用戶體驗，在CE3游戲引擎程序中設置時可以添加系統設置，方便用戶從天氣、時刻等不同設置狀態下體驗場地布置。

空間布置技術交底。作為施工過程中必備的項目，傳統的技術交底面臨著施工人員接受能力參差不齊、交底人表述不清等問題，隨著現代建筑的要求越來越高，施工工藝越來越復雜，BIM技術在技術交底應用上將成為閃光點。

運用BIM技術對現場的交底部位模型進行細化，將交底工藝過程進行圖片、視頻展示，配以文字或語音，標注尺寸及施工過程中應注意事項。項目現場設置大屏幕，對現階段的施工方法進行不間斷循環展示，規范施工人員操作。

在三維場布階段，可以運用BIM模型以動態的方式展現設備吊裝過程，直至吊裝模擬圓滿為止，技術人員可依此模擬路徑和吊裝設備完善吊裝方案及選用吊裝設備，同時合理布置起重機械和各項施工設施，科學規劃施工道路。通過BIM技術對施工現場各生產區域進行前期的合理布局，且可通過虛擬交底使員工對施工現場的準備及施工各區域有切身了解，達成共識，為后續施工奠定基礎。對生產性施工設施和生活性施工設施以及建設項目施工必備的安全、防火和環境保護設施運用BIM技術，在進場前得到更佳的布置方案且得到事先預演。

實施效果

三維場布模型的建立，最主要的過程即為模型建立，施工部署，精細化設計等，通過科技手段將原先存在不可預知狀況的施工場布標準化，讓施工現場人員做到胸有成竹，避免二次返工。

近幾年BIM技術傳播速度加快，應用范圍不斷擴大。隨著近期各地主管部門發文強力推廣BIM技術，國內建筑業已認同這個新技術，并且已經形成了一個不可逆轉的快速發展趨勢，BIM技術發展已進入了新階段。

從了解到應用，BIM技術逐漸成熟，其應用貫穿于規劃、設計、施工和運營的建筑全生命周期。本文從三維場布這個施工階段很小的方向概述BIM技術應用點，見微知著，可以預見一系列優于傳統施工方法實現的效果，如可以提高現場機械設備的覆蓋率，降低運輸費用及材料二次搬運成本；提升管理人員對施工現場各施工區域的了解，確保施工進度；提升對現場合理布局，增強了綠色施工、節能減排，確保項目目標得以實現；直觀形象地提供建設相關單位施工現場安排，提高溝通效率。以小見大，BIM技術將全面支持項目企業管理各條線的工作，項目管理和企業管理的很多工作可以在基于BIM平臺上完成，作為建筑業的核心技術，BIM將成為建筑業的“操作系統”。