BIM技術在工程施工中的應用

王小龍

（恒大地產集團管理及監察中心，廣東 深圳 518054）

0 引言

建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）具有可視化、協調性、優化性、可出圖性等特點。隨著我國建筑行業信息化的發展及BIM平臺軟件的逐步完善，為建筑界提供了解決建設領域信息問題的方法。2011年住房和城鄉建設部明確指出信息化建設是建筑業發展的重要推動力，在建筑信息化發展進程中，BIM自2003年引入我國后，引起政府、行業及各類培訓咨詢機構的廣泛重視。BIM技術以其貫穿建筑全生命周期（主要包括設計、施工、運營維護3個階段）的廣泛應用起到重要作用。近年來，隨著BIM技術應用的不斷深入，國內諸多學者和工程技術人員也圍繞這一課題展開了研究和探索。張建平等根據我國施工管理特點和實際需求，提出工程施工BIM應用技術架構、系統流程和應對措施，并將BIM與4D技術相結合，自主研發建筑施工BIM建模系統和基于BIM的4D施工項目管理系列軟件，從而形成一套工程施工BIM應用整體實施方案［1］；翟越等從保障建筑施工安全角度，基于BIM虛擬施工技術，構建了由資料基礎模塊、BIM虛擬施工模塊及安全監控模塊3部分組成的多維數字化安全管理體系，重點分析了其中的關鍵環節［2］；王宇佳等根據現階段我國建筑工程施工管理中亟待解決的問題，介紹了BIM技術在建筑工程施工管理中的應用優勢，并從施工管理角度探討BIM技術對于推進施工過程管理精細化、信息化的重要意義［3］。高成等運用BIM相關軟件對中國尊建筑工程建立三維可視化模型，對深化設計、施工過程進行4D模擬及鋼結構輔助施工進行分析，并基于BIM技術應用提出BIM工程管理的組織架構［4］。晏平宇結合施工企業管理現狀，對BIM技術實施要點進行分析，同時對現階段BIM技術在建筑施工階段的項目實踐內容進行介紹［5］。

1 BIM技術在土方工程中的應用

土方開挖是施工組織設計的重要組成部分，其對土方工程計算、施工進度安排及土方工程填挖平衡設計都有很大影響。傳統土方量計算方法（平均斷面法、DEM三角網法、網格法、散點法）由于平面地形圖可視性差及求各網格點高程值繁瑣，導致工作量很大，并有時會因為網格劃分不合理而產生較大誤差。

一般情況下，甲方提供的地形圖為二維CAD格式的等高線平面圖。要計算開挖土方量，首先須將二維等高線平面圖轉化為三維地形圖。為論證使用Revit進行場地土方量計算的精度，考慮現場先采用大開挖方式不留土堆進行土方的計算。使用Revit將場地平面布置CAD圖導入后，與之前建立的地形表面模型形成對應關系，對比CAD圖中基礎邊線確定開挖的邊線，并采用平整場地功能，將模型中各高程點調整至基槽底部開挖設計高程后，通過 Revit軟件計算得到的挖土方量。

2 BIM技術在模架工程中的應用

建設工程中模板與腳手架安全性與經濟性的平衡一直是不可回避的設計難題。從成本角度，模板工程占鋼筋混凝土結構工程費用的20%～30%；從工期和用工角度，用工量占鋼筋混凝土結構總用工量的30% ～40%，工期的50%；更為重要的是，腳手架或模板支撐坍塌事故占國內建筑較大事故的30% ～50%。

傳統模式下的模板腳手架往往存在方案選型、安全計算、施工圖繪制繁瑣，方案展示不夠直觀，管理困難，材料浪費等問題或難點，其與BIM模式下的模板腳手架方案比較如圖1所示。采用BIM技術可方便快捷地處理模板配置問題，降低設計強度，節省時間。模板的配置可采用動態規劃方法優化，采用BIM技術特性完成復雜的模板配置過程，從而最大限度地利用模板，可減少模板浪費，提高模板施工效率。

圖1 傳統模式與BIM模式下的模板腳手架方案對比

依據JGJ 130—2011《建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術規范》及BIM建立腳手架施工計劃。在施工模擬階段，根據專家和施工技術人員經驗并結合可視化腳手架模型，對施工中存在的安全隱患進行排查。依據安全隱患存在的位置和危險等級等因素進行分類，形成分類別的重大危險源名單，并將危險源位置在模型中進行標記。在現場實施階段，根據各危險源的特點與部位，制定相應的安全措施，安排安全管理人員進行施工過程控制，保證施工質量與信息模型一致，最后將該部分信息加入安全信息庫。腳手架的安全信息模型實現了安全問題的事前和事中有效控制，通過對安全模型進行分析，可安排專人對關鍵部分進行現場監督，并可將腳手架搭設流程及要點進行直觀展示。

3 BIM技術在節點深化設計中的應用

3.1 機電管線綜合布線

在復雜項目施工管理過程中，機電管線綜合布線問題一直是困擾工程技術人員的一大難題。在實際施工管理中，每個專業設定好各自專業的布線規則，利用BIM進行虛擬仿真，在模型中模擬各系統管道布置，通過生成管道分支的過程可及時發現錯誤。傳統項目建設過程中，項目參建各方有時需要花費巨大費用彌補由設備管線碰撞而引起的拆裝、返工及浪費。在管線綜合設計時，可利用BIM的可視化功能進行管線碰撞檢測，將碰撞信息反饋給設計人員及時做出調整，以減少管線碰撞及返工，降低成本，如圖2，3所示。

圖2 管線綜合排布

圖3 管線碰撞檢查

3.2 鋼結構節點深化設計

BIM技術為鋼結構的數字化建造提供了發展思路，使鋼結構的全面工業化管理成為可能。通過智能工藝方案設計、自動化排板套料、數控設備聯網集成、云計算技術等應用，大大降低了管理失誤率和施工數據跨域傳遞的成本，為工程大數據庫的建立提供了技術平臺；通過建立常備材料庫和對物流過程進行全方位追溯，進行準確、高效的材料快速盤點，提高了材料綜合利用率；借助BIM技術建立了鋼結構施工全過程質量驗收體系，實現各參與方信息共享。

隨著鋼結構體系發展，伸臂桁架、環帶桁架在結構體系中的應用越來越多，在梁柱節點處多肢多腔鋼結構與鋼筋相互交叉的節點設計越來越復雜。在勁性結構的深化設計中，可通過BIM虛擬仿真進行模擬，在減少鋼材穿孔、鋼筋中斷的前提下盡量減少連接板設置，以降低成本。在純鋼結構深化設計時，構件加工制作前可利用BIM技術進行虛擬預拼裝，提前檢驗各構件尺寸的準確性，以保證最終尺寸滿足結構設計要求。

3.3 裝飾節點深化設計

裝飾節點深化設計要考慮的關聯因素較多，既要與結構受力相匹配，又要不影響機電系統功能，在考慮防火要求的同時，還要兼顧功能格局的要求。通過BIM技術利用，將可能的方案放置到具體的空間環境中，才能在事前發現并及時處理好這些矛盾。同時實現所有構件或板塊尺寸的精確計算，實現數字化加工與制作，從而節約資源。

4 BIM技術在工程安全管理中的應用

項目風險管理、危險源識別大多依靠項目管理人員的施工管理經驗進行初判，由于項目施工過程是動態過程，施工風險和危險源隨施工的進行而變化，這為施工安全管理帶來許多不確定性因素。基于BIM技術平臺可對施工進行全面形象模擬、施工全過程模擬和碰撞檢查，并可進行危險源識別、安全檢查及可視化施工安全管理。

5 結語

BIM技術在建筑設計、施工和后期維護等方面給建筑產業帶來巨大的技術革新。在建筑施工過程中，BIM技術提供了可視化模型，通過模擬可優化施工場地布置和施工方案，并從施工進程、施工資源、資金分配等方面進行多維度施工管理。通過BIM模型模擬施工管理能實現最大限度的施工優化配置，做到綠色節能、綠色施工。