基于BIM技術(shù)的數(shù)字化虛擬樣板應(yīng)用探索

文/中國建筑第四工程局有限公司 譚 斌 嚴(yán)煌輝 余開清

譚 斌，中國建筑第四工程局有限公司玉林萬達(dá)廣場項目部BIM負(fù)責(zé)人，助理工程師

嚴(yán)煌輝，中國建筑第四工程局有限公司玉林萬達(dá)廣場項目部總工程師，工程師

余開清，中國建筑第四工程局有限公司玉林萬達(dá)廣場項目部技術(shù)部部長，工程師

0 引言

在工程施工過程中，樣板引路是施工質(zhì)量控制及工程創(chuàng)優(yōu)的一項重要管理手段，其不僅使施工人員更清晰地了解施工要點和質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，還可使管理人員更易掌握施工管控關(guān)鍵點及驗收標(biāo)準(zhǔn)。然而在實踐過程中，每個工程都需根據(jù)自身特點建立樣板區(qū)，耗費大量資金。樣板區(qū)僅作為展示、觀摩使用，項目完成后還需拆除運輸，既浪費材料又產(chǎn)生建筑垃圾。BIM技術(shù)可視化、模擬性、優(yōu)化性等特性可對現(xiàn)有施工樣板進(jìn)行優(yōu)化，甚至可利用數(shù)字化、可視化的三維模型代替?zhèn)鹘y(tǒng)實體樣板，彌補(bǔ)現(xiàn)有技術(shù)不足。

1 工程概況

玉林萬達(dá)廣場項目位于廣西玉林市玉東新區(qū)金玉路與勝利路交匯處，地上4層（局部5層）、地下1層，地上部分為購物中心與商鋪，地下部分為超市及設(shè)備用房。總建筑面積11.14萬m2，地上建筑面積9.07萬m2，地下建筑面積2.07萬m2，規(guī)劃用地面積6.07萬m2。項目為萬達(dá)集團(tuán)首批采用BIM總發(fā)包模式的項目之一，建設(shè)全過程采用BIM技術(shù)進(jìn)行施工管理。

2 傳統(tǒng)施工樣板區(qū)與BIM數(shù)字化虛擬樣板區(qū)對比

工程項目因建設(shè)規(guī)模、質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)等差異需建立不同樣板區(qū)，給施工技術(shù)難度低、工程量小的項目增加成本，達(dá)不到節(jié)約及綠色施工效果。因此，施工樣板引路通常局限于精品工程、“三新”工程及重大關(guān)鍵技術(shù)工程等。傳統(tǒng)實體施工樣板區(qū)存在以下劣勢。

1）選址受限、浪費場地 實體施工樣板區(qū)設(shè)置于施工現(xiàn)場，對施工現(xiàn)場布置有較高要求。由于樣板區(qū)占地面積較大，易造成施工場地浪費，影響施工現(xiàn)場部署。

2）靈活性差 傳統(tǒng)實體施工樣板區(qū)無法移動，拆除后無法回收利用，產(chǎn)生大量建筑垃圾，且多采用通用、常規(guī)標(biāo)準(zhǔn)做法，對于復(fù)雜且具有嚴(yán)格施工工藝標(biāo)準(zhǔn)的節(jié)點區(qū)域無法準(zhǔn)確、細(xì)致表達(dá)。

3）經(jīng)濟(jì)性差 實體施工樣板區(qū)需耗費較多人力、物力和財力，增加成本支出。1個實體施工工藝樣板區(qū)投入少則幾萬元，多則幾十萬元。我司在廣西南寧江南萬達(dá)廣場項目中建造的施工工藝樣板區(qū)花費40多萬元，給施工單位增加了較大成本負(fù)擔(dān)。

針對傳統(tǒng)實體樣板區(qū)的不足，應(yīng)用BIM技術(shù)建立施工樣板區(qū)，突破傳統(tǒng)施工樣板區(qū)固化的展示方式，優(yōu)勢明顯。

1）優(yōu)化工藝，降低成本 在BIM技術(shù)的可視化處理下，設(shè)計意圖更直觀，有助于施工單位提早發(fā)現(xiàn)圖紙的不足之處，對設(shè)計進(jìn)行完善，避免因設(shè)計不合理造成返工。減少傳統(tǒng)施工樣板區(qū)建設(shè)及維護(hù)支出，降低工程成本，保證施工質(zhì)量及進(jìn)度。

2）多視角觀察，技術(shù)性指導(dǎo) 基于BIM技術(shù)的數(shù)字化虛擬樣板，通過計算機(jī)端及移動端對模型進(jìn)行360o全方位觀察，避免經(jīng)驗不足的施工人員僅靠傳統(tǒng)二維圖紙較難完成復(fù)雜節(jié)點樣板或具有嚴(yán)格施工工藝要求樣板的局面，其三維可視化模型可使施工人員對內(nèi)部結(jié)構(gòu)一目了然，解決了對二維平面圖紙缺乏想象的障礙。

3）方便交流，協(xié)作暢通 對于關(guān)鍵工序和部位，基于BIM施工樣板區(qū)模型，使用二維碼或打印三維圖片的方式加以展現(xiàn)。相較于傳統(tǒng)模式，BIM樣板可提高施工效率，有利于工人及現(xiàn)場管理人員理解圖紙，及時發(fā)現(xiàn)問題并提出解決方案，排除隱患，減少損失。

4）節(jié)約場地，重復(fù)利用 可緩解施工現(xiàn)場規(guī)劃用地緊張的壓力。對于工程量較小、技術(shù)難度低的項目，通過已建立的樣板庫，針對具體項目修改對應(yīng)參數(shù)，建立可視化3D模型，避免了建立實體樣板區(qū)的繁瑣工序。對于施工場地狹小又需要展示施工工藝的項目，基于BIM技術(shù)的數(shù)字化虛擬樣板優(yōu)勢明顯。

3 基于BIM技術(shù)的數(shù)字化虛擬樣板研究

3.1 實施步驟

在數(shù)字化虛擬樣板實施過程中，首先根據(jù)收集的項目資料，制定經(jīng)濟(jì)合理的項目實施計劃及實施策劃書；再根據(jù)實施策劃建立相應(yīng)的樣板區(qū)模型及節(jié)點做法模型，并對模型進(jìn)行模擬分析優(yōu)化、渲染展示；最后進(jìn)行歸檔、展示。主要流程如圖1所示。

圖1 實施流程

3.2 實施內(nèi)容

項目數(shù)字化虛擬樣板計劃采用整套樣板區(qū)+復(fù)雜節(jié)點樣板的模式，其中整套樣板區(qū)模型包含主體工程、二次結(jié)構(gòu)工程、裝飾及安裝工程、屋面工程4階段22道工藝做法；復(fù)雜節(jié)點樣板主要為本工程復(fù)雜節(jié)點或具有嚴(yán)格施工工藝要求的典型節(jié)點提供展示。

3.3 樣板區(qū)及節(jié)點樣板模型建立

根據(jù)樣板區(qū)圖紙，使用Revit軟件建立4個樣板區(qū)模型，賦予各構(gòu)件準(zhǔn)確的材質(zhì)及外觀，對需要展示質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)做法的位置進(jìn)行切割預(yù)留展示；針對本工程設(shè)計圖紙及相關(guān)安全文明施工標(biāo)準(zhǔn)做法，對項目復(fù)雜節(jié)點及安全文明施工措施建立局部模型或節(jié)點模型，直觀展示該部位做法及質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求（見圖2～5）。

圖2 主體結(jié)構(gòu)樣板

圖3 樓梯及二次結(jié)構(gòu)樣板

3.4 樣板區(qū)優(yōu)化

傳統(tǒng)樣板區(qū)一般直接在場地內(nèi)硬化地坪上施工，且各工序樣板分開展示，占地面積較大，不僅增加施工成本，更影響現(xiàn)場部署及工期。樣板區(qū)在施工后期直接拆除，產(chǎn)生大量建筑垃圾，違背了綠色施工、精細(xì)化施工理念。

針對以上問題，本工程采用可移動式托盤底座作為樣板區(qū)基礎(chǔ)，底座做法如下（見圖6）。

1）托盤主龍骨采用150mm×150mm×4mm方通，次龍骨采用80mm×80mm×4mm方通，采用L63×4進(jìn)行加固并焊接連接。

2）吊環(huán)與底座采用雙面滿焊連接，焊接長度L≥100mm。

3）金剛砂混凝土地坪內(nèi)配Φ8@100單層鋼筋網(wǎng)，金剛砂摻入量≥5kg/m2。

針對傳統(tǒng)樣板區(qū)樣板展示分散、占地面積大等問題，本工程利用BIM技術(shù)將樣板縮小至2.5m×3.0m的底座上，將相關(guān)展示內(nèi)容進(jìn)行整合、精簡，使大量工序展示集中到1個整體樣板上，布置更合理，節(jié)省大量空間。如傳統(tǒng)的砌體樣板、裝飾樣板、樓梯樣板及構(gòu)造柱樣板等均分開單獨設(shè)置，并將幾個樣板結(jié)合在一起（見圖7，8）。

3.5 渲染出圖、效果展示及交底

傳統(tǒng)技術(shù)交底通常以文字描述+口頭講述為主，存在較大弊端，不同人員對同一道工序的理解不同，施工工人在理解時存在較大困難，尤其對于抽象的技術(shù)術(shù)語，交流過程中易出現(xiàn)理解錯誤。

圖4 安全文明施工做法

圖5 節(jié)點做法

圖6 可移動式托盤底座

圖7 整合后的二次結(jié)構(gòu)、樓梯及裝飾做法

圖8 可移動底座樣板

本工程關(guān)鍵部位及復(fù)雜工藝工序均采用BIM技術(shù)建模，對模型進(jìn)行模擬優(yōu)化、渲染圖片，利用三維可視化、渲染圖片對工人進(jìn)行技術(shù)交底，并把渲染圖片或?qū)?yīng)模型的二維碼打印成展示板，粘貼在工序施工位置，便于工人隨時對照（見圖9）。

應(yīng)用BIM技術(shù)對復(fù)雜節(jié)點進(jìn)行施工工序優(yōu)化，模擬并指導(dǎo)現(xiàn)場施工意義重大。模型優(yōu)化完成后，組織各施工段工長和現(xiàn)場施工人員召開交底會議，通過可視化模擬演示對工人進(jìn)行技術(shù)交底，便于工人理解，交底內(nèi)容也更徹底。從現(xiàn)場實施情況看，效果良好，既保證了工程質(zhì)量，又避免了施工過程中引發(fā)問題而導(dǎo)致的返工和窩工情況。

4 效益分析

4.1 經(jīng)濟(jì)效益

基于BIM技術(shù)的數(shù)字化虛擬樣板幾乎不產(chǎn)生材料、機(jī)械及人工等成本，利用BIM技術(shù)對實體樣板進(jìn)行優(yōu)化可減少樣板區(qū)數(shù)量及空間大小，節(jié)約材料，節(jié)省施工與維護(hù)費用及工期，為工程帶來可觀的經(jīng)濟(jì)效益。經(jīng)估算并結(jié)合以往項目經(jīng)驗，建設(shè)傳統(tǒng)樣板區(qū)的直接成本投入為30～40萬元，且后期維護(hù)仍存在大量成本投入，而基于BIM技術(shù)的數(shù)字化虛擬樣板僅需修改模型，整個過程不產(chǎn)生額外費用。

4.2 社會效益

基于BIM技術(shù)的數(shù)字化虛擬樣板節(jié)省了樣板區(qū)施工時間，減少了人力、物力和財力消耗，有效解決了樣板區(qū)占用大量施工場地的問題。基于BIM技術(shù)的數(shù)字化虛擬樣板不僅可節(jié)約工期、成本，還可減少材料的使用和建筑垃圾的產(chǎn)生，實現(xiàn)綠色、精細(xì)化施工。

5 結(jié)語

基于BIM技術(shù)的數(shù)字化虛擬樣板將信息技術(shù)與建筑業(yè)相結(jié)合，實現(xiàn)了基于點線面的二維表達(dá)向三維可視化模型轉(zhuǎn)變的革命，突破傳統(tǒng)施工工藝固定的樣板區(qū)展示方式，實現(xiàn)建筑信息數(shù)據(jù)集成化。基于BIM技術(shù)的數(shù)字化虛擬樣板可多視角觀察，實現(xiàn)技術(shù)性指導(dǎo)，優(yōu)化施工工藝，降低施工成本，節(jié)約臨時設(shè)施場地，克服傳統(tǒng)施工工藝樣板區(qū)選址受限、靈活性差、經(jīng)濟(jì)性不高等缺陷，可促進(jìn)工程信息交流，有利于推動BIM 技術(shù)在施工階段的應(yīng)用。

圖9 虛擬樣板節(jié)點