BIM技術在房建工程施工中的應用

曾朝斌

(中國水利水電第三工程局有限公司,西安 710024)

近年來，應經濟發展需要，房屋建筑工程項目對施工技術提出了更高要求。由于房建工程自身的特點，其設計復雜、構件繁多，僅依靠傳統的二維圖紙很難提前檢測或發現設計中存在的沖突問題，許多設計問題通常在施工階段才能發現，從而影響了施工進度、成本和安全。為了解決出現的工程設計與施工問題，不得不配置更多的人員，由此管理成本也大幅度增加。建筑信息模型(BIM)作為一種管理理念，目前在歐美等發達國家的建筑業已得到不錯的推廣與應用，近年來在中國也得到一定的應用，特別是在建筑工程項目中取得了一定的成效[1-2]。一方面，為建設項目的設計與施工提供了有效的支持；另一方面，為項目的各個參與方提供了一個有效的協同工作與交流平臺。從而減少了施工返工，提高了工程質量，并節約了建造成本與工期。因此，將BIM技術應用在房建工程中以保證施工的高效進行是十分重要的[3-6]。

1 工程概況

漢中興元新區東翼安置區項目由1-9號主樓和裙樓組成，主要功能為住宅和商業。主樓采用剪力墻結構，商業裙樓采用框架結構，地下一層采用框架結構。對項目地塊Ⅲ1號樓(建筑面積14 548.58 m2)、3號樓(建筑面積8 410.82 m2)、11號樓(建筑面積3 954.76 m2)進行施工階段全專業施工圖[包含：一二次結構、建筑、給排水(含設備)、電氣(含設備)、暖通(含設備)、消防(含設備)、室外道路、園林景觀及綠化]BIM模型搭建并建立項目族庫，完成全專業深化、出圖、統計工程量的工作，為工程施工提供支撐。

預期目標：提升項目精細化管理水平，提高專業服務水平及項目團隊技能，輔助進行項目管理工作，提升項目品質；培養出公司自己的BIM技術人員。

預期效益：節約施工成本2%～5%，縮短工期3%～5%，減少60%返工，排除圖紙錯誤80%；培養出1～3名BIM技術人員。

2 實施方案

根據前期策劃在總圖工作制度的前提下(見圖1)，制定相應的制度標準、工作流程和任務劃分(見圖2)。

圖1 總圖工作制度圖

3 應用情況

3.1 BIM建模

3.1.1 系統建模

項目BIM 團隊對項目主樓地下室、11號樓建筑結構和機電系統同時進行了建模，為了保證模型與現場實際的高度一致，同時有利于機電系統精準地排布和預留預埋件，建筑結構建模完成后與各土建單位協同配合進行了多次模型的準確性校核[7-10]。

機電建模完成后，采用三維審核軟件對建筑結構模型進行校準，通過前期擬定的項目原點和統一的輸入、輸出文件格式來保證不同軟件的模型充分兼容，并保證模型信息完整。

3.1.2 重點部位精確考慮空間管理

機電系統建模過程中，任何細小的失誤都可能導致后期模型維護的工作量加大，并影響相關系統的準確性，因此前期建模過程中即融入綜合排布的思想，對重點部位進行細化，將模型維護過程中容易出現的問題提前進行消化。

通過精確建模，提前規避工程質量創優容易出現的問題，保證工程質量創優順利實施，盡量保證模型構件與實際產品的一致性，在充分考慮綜合排布的基礎上進行了維修空間的測算和模擬，從而保證模型樣板化。

圖2 BIM 操作實施應用流程圖

建模過程中即融入空間管理的概念，在地下室建模的時候，區域標高受限，機電系統管道個別點位與梁碰撞，經與設計院、甲方溝通，在不改原設計意圖的情況下，建模過程中直接將與梁碰撞部分進行優化排布，從而保證了凈空標高。

1號樓地下室電梯前室及合用前室位置在最上層貼梁底敷設自噴水管，管道中心標高為5.0 m；市政給水管、加壓給水管及消火栓管道在中層敷設，管道中心標高為4.8 m；加壓送風管道最下層敷設，風管底標高為3.9 m；管道交叉處遵循“小管讓大管”原則。

車庫管線進1號樓處位置(1-3軸/Q-S軸)車庫與1號樓存在1.7 m高差，機電管線從車庫進入1號樓內均需上翻；自噴管道由3.0 m標高90°垂直上翻至5.0 m標高；加壓送風管管底標高由2.25 m標高90°上翻至4.05 m，風管彎頭采用外角內弧型；給水、消防管道由2.9 m標高上翻至4.8 m標高；橋架底標高由2.85 m上翻至3.65 m。

車庫通道內(R-S軸/2-5軸)給水、自噴、橋架及排煙風管分層上下錯開安裝，最上層自噴管道貼梁底安裝，管道標高為3.0 m，噴頭統一距結構板底10 cm；中層為電氣橋架、給水、消防管道，管道中心標高2.9 m，電氣橋架底標高為2.8 m；下層為排煙風管，風管底標高為2.3 m。

3.2 應用實施

3.2.1 進度模擬

在11號樓施工過程中，按周節點將模型打印上墻，每個節點的模型效果配以文字說明，對施工的要求、完成后達到的標準、相關負責人進行明確。并對整個11號樓進度進行三維動態可視化模擬，通過對分節點的控制，確保總時間節點的完成。

3.2.2 三維可視化交底

相對于傳統紙質交底，項目對相關分包和施工班組采用了重點位置三維可視化交底，表達更加直觀，施工班組更容易理解，平均每次節約交底時間40%，提高了施工效率。

3.2.3 技術質量難點解決

在機電安裝范圍內有許多技術質量難點需要解決，其中包括精裝修區域末端的安裝、豎井內管線安裝等，由專業工程師組織相關單位通過三維模擬并結合現場進行技術論證。

3.2.4 關鍵技術模擬

根據工程實際和樣板引路工作方案制作實物質量樣板，配上反映相應工序等方面的BIM模型照片、文字說明，使技術交底和崗前培訓內容比較直觀、清晰，易于了解掌握，同時也提供了直觀的質量檢查和質量驗收的判定尺度，從而有利于消除工程質量通病，有效地促進提高整體工程施工質量水平。經模擬成功后再進行現場施工，保證工程質量一次成優。

3.2.5 精確下料安裝

基于精確的三維信息模型，對1號樓的風管鐵皮嚴格按照模型尺寸進行下料，然后現場加工、制作。通過現場空間位置提前模擬，然后按照模型的尺寸進行現場安裝，保證了材料節約、工程質量優良、空間位置合理、模型與現場實體一致，同時也便于后期追綜檢查。

3.2.6 輔助材料采購

BIM 技術輔助管理材料采購時，既能校驗標準成品構件的數量，如橋架彎頭、漏斗等，又能將需要制作加工的非標準構件通過精確的模型信息表達來進行外加工，精確控制采購數量，減少不必要的浪費，并提高加工構件的精度。

3.2.7 綠色建筑與節能降廢

合理利用 BIM 技術可以很好地節約成本，相對于傳統施工，使用BIM 技術深化以及施工指導節省材料將近 40%。以11號樓鍍鋅鐵皮為例，計算材料廢料如表1。

表1 材料耗用節約率明細表

3.3 應用效果

通過BIM深化和施工模擬，已完成的部分工程項目幾乎達到零簽證，年度節點工期提前 20 d。可視化動態模擬增強了技術人員在安裝前的空間印象，為安裝質量和效率提供了強有力的保障。通過施工工藝模擬，精細化預留孔洞、綜合支吊架、減少材料廢料等，取得良好的經濟效益，從而很好地控制了項目成本。

4 總 結

4.1 創新點

4.1.1 降低 BIM 自身運行成本的思考和實施

在 BIM 建模和應用階段投入合理的人力和物力，建立起能滿足 BIM 技術在項目上運行和管理、保障功能滿足、專業齊全、工作量合理、管理體制優化的團隊，最終達到降低管理成本的目的。

4.1.2 機電安裝工程優化創新

針對多專業、多單位、大跨度的機電安裝工程，進行多單位協同管理，最終在業主管理框架下進行科學性功能重組，同時滿足總承包單位、各兄弟單位之間空間管理最優，實施成本最低。

4.1.3 BIM 管理下多單位間的協作溝通

“云技術”輔助下現場多單位審圖、會簽，解決跨組織、跨專業、跨地域的多方協作問題，方便施工方、設計方和業主多方交流，提升溝通效率，節省溝通成本。

4.1.4 機電綜合路由優化提升經濟效益

施工單位在繪制三維模型時，總是注重空間管理和排布，而路由優化是在滿足功能需求、觀感良好的基礎上充分考慮經濟合理性、安裝便捷等方面對管線的優先級進行評定，這是一個經驗積累的過程。

4.1.5 資源計劃及成本管理提質增效

根據形象進度，利用5D模型自動計算完成工程量，向業主報量，并進行分包核算，提高計量工作效率。在施工過程中，周期性地進行分包結算、材料消耗、機械結算等實際支出統計，進行實際成本統計和歸集，與預算成本、合同收入進行三算對比分析，獲得項目超支和盈虧情況，對于超支的成本找出原因，采取針對性的成本控制措施將成本控制在計劃成本內，有效實現成本動態分析控制。

4.1.6 圖紙及文檔管理及時完整

通過BIM平臺，將不同專業的設計圖紙、二次深化設計、變更、合同、文檔資料等信息與模型進行關聯，實現查詢或自動匯總任意時間點的模型狀態及對應的圖紙和變更信息、以及各個施工階段的文檔資料，保證圖紙和文檔資料的及時性和完整性[11-12]。

4.2 經驗教訓

(1) 本項目通過BIM協同模式進行BIM技術應用，從管理方法、技術理念、思維模式等方面將施工階段BIM技術應用提升到一個新的高度。積累大量的技術經驗和數據庫，取得了良好的經濟效益和社會效益，但是在 BIM 應用的深度方面還有很大的發掘潛力和價值提升空間。

(2) 作為施工單位，在項目BIM應用過程中，必須在前期策劃階段從組織者的角度出發，充分考慮相關各方如何更加輕量化的協同與配合，否則很難在后期的BIM應用中取得良好的效果。

(3) 吸取本項目的經驗和教訓，將在后續房建工程中進行BIM深度應用示范，并在集團公司項目中大力推廣 BIM 技術應用。同時還將利用 BIM 技術為企業提升品牌價值，使其作為落實品牌戰略的一個有效載體，能夠充分展示企業的技術水平，準確表達企業服務的特色，為企業贏得更多的客戶和市場[13-15]。