BIM技術在大型地庫施工全過程精細化管理中的應用*

陳 光，趙謙宸，李小戍，郭世林，尹秀連

（1.江蘇建筑職業技術學院建筑管理學院，江蘇 徐州 221116；2.昆士蘭科技大學建筑環境與工程學院，澳大利亞 昆士蘭 布里斯班 4059；3.空客中國企業家管理公司，北京 101318）

隨著我國城市化的高速發展，城市土地資源日益緊張，地下空間合理開發利用已成為必然趨勢。地下空間不僅僅只是交通、市政、軍事設施，還包括地下商場、地下停車庫和人防地下室。地下空間除了增大建筑面積，還具有防震抗災的優勢。

大型地庫自身特點決定了其施工的復雜性，隨著建筑信息模型 (Building Information Modeling，BIM）技術應用的不斷深入，結合信息化技術的合理利用，建設地下空間漸漸成為城市立體建設的不二選擇[1]。

筆者將三維數字信息為基礎的BIM 技術引入其中，以大型地庫施工全過程為主線，可將施工全過程中各個環節鏈接關聯，建成標準化的項目信息模型，并應用于項目的圖紙審核、虛擬施工、碰撞檢查、模擬逃生路線等方面，大大增加項目的節能效益，減少工程施工變更和班組返工，提高項目的精細化管理程度。

1 BIM 在大型地庫施工中的應用分析

1.1 大型地庫施工的特點

伴隨著高層建筑的數量和高度不斷增加，大型地庫日益增多，大型地庫的施工有以下3 個明顯的特點。

1）地庫中管線復雜、施工難度大。大型地庫機電設備管線眾多，每一個作業分區都包含給排水、熱水、中水、雨水系統；消防栓系統，消防自動噴淋系統；空調系統，采暖系統；防煙消防系統，消防自動報警系統與聯動系統，動力、防雷、照明系統、智能化系統等，給大型地庫施工大大增加了難度。

2）消防工程和防火設計要求等級高。大型地庫每層使用面積較大，人流量較多，因此高要求、高標準的防火設計非常必要。

3）基坑作業面大，地下施工條件復雜，需全過程模擬。大型地庫龐大的基坑開挖工程需要進行多方面考查、全過程模擬，尤其要考慮不同的地質條件，需反反復復地驗證得出可靠的施工方案。

1.2 BIM 在大型地庫施工全過程管理的應用對象

由于施工全過程管理涉及到設計院、承包方、供應商、業主方、招標代理公司、監理方等多個利益方，因此在施工全過程管理中會產生龐大的數據流，繁雜的信息交互必然會帶來一些負面的影響，所以確立以業主方為核心的應用對象并對其進行需求分析是十分必要的。

1.2.1 面向業主方

BIM 5D 技術是一款基于BIM 的施工過程管理工具，更多的是可以有效控制成本和投資。5D 模型引入精確化的造價算量，能快速提供投資數據，分析成本曲線和材料曲線，減少工程項目各個階段的造價漏洞。另外通過減少返工和變更，可以減少成本。

1.2.2 面向承包方

BIM 5D 技術帶來的直接影響是減少工期損失，加快進度，僅此一項帶來的投資回報率就非常高。另外，BIM 技術還能有效地提升質量與安全管理水平，通過虛擬建造進行方案模擬，對質量安全危險點進行監督控制管理，這方面有很多案例實證。在大型地庫的前期施工階段，對圖紙模型的碰撞檢查，能有效避免不需要的變更，對工程施工的流暢性和預見性是一個強有力的保障。

1.3 BIM 在大型地庫施工中的應用要求

1.3.1 模型信息具有完備性

除了3D 模型中的幾何信息描述，還需包含4D及5D 模型中的施工工序、施工進度、成本、質量，還有人工、材料、機械等施工信息，以及工程安全信息、設備運維信息等維護信息。

1.3.2 模型信息的一致性

在工程的任何階段模型信息都需要一致，這體現了BIM 未來發展的模式更偏向于集成產品開發（Integrated Product Development，IPD）模式進行管理，信息模型會自動演化，無需重復創建，從而一定程度上避免了信息不一致帶來的錯誤。

1.3.3 模型信息的動態關聯性

信息模型中的各個對象相互都具有關聯性。如果某個信息發生變化，那么與之關聯的所有信息都會自動變化，以保證模型整體的完整性。

2 BIM 在大型地庫的應用流程路線

2.1 標準化建模

由于 《建筑工程信息模型應用統一標準》還未實行，因此考慮對項目的實用性嘗試擬定BIM 標準，從而可以避免因工程項目BIM 技術應用標準的空白而導致的不利因素，加快工程項目建設各階段BIM 技術的發展步伐。

對整個行業而言，規范化的技術管理能幫助企業實現從粗放式的管理走向精細化的管理，提高項目的信息傳遞效率，降低工程建設的成本，提高工程質量[2]。

為了保證運行流暢，根據工作站的平均配置，將模型文件進行拆分。在建模之前，按統一的項目樣板、命名格式以及多細節層次 （Levels Of Detail，LOD）建模標準進行建模工作，各專業采用相同的模板。

按照專業劃分，對建筑、結構、管線綜合 （細分為電氣、給排水、暖通）分別采用LOD300 標準進行建模。通過對二維圖紙的翻模，用Revit 軟件和Magicad 軟件完成近1.8 萬m2兩層地庫的多專業標準化建模。之后運用土建算量軟件GCL，鋼筋抽樣軟件GGJ，安裝算量軟件GQI 完成投標階段工作，再使用三維場布，項目管理軟件Project 和模板腳手架完成施工組織設計，最后將信息導入BIM 5D，完成整個項目的5D 模擬。在建模的同時，也是對二維圖紙的審核，將圖紙中標注不清楚及標注有誤的錯誤信息分專業反饋給各單位。并且，為了保持建模的精度和模型的實用性，需要確定節點時間對各專業模型進行整合糾錯，以免建模最后階段模型無法整合甚至返工，造成工期延誤等損失。

LOD300 的精度是在傳統施工圖基礎上深化的施工圖。這類精度的模型已經可以用于項目成本管理以及多專業協同施工 （包括碰撞檢查），施工進度管理以及項目建設可視化。也可以表達一些大體量構件的相關參數信息。以建筑專業為例，墻構件需要包含詳細面層信息，材質附節點圖。建筑柱帶參數信息，門窗有大樣圖和詳圖，屋頂、樓梯和電梯等帶詳圖，樓板分層，洞口全部進行標注，以此來協助施工單位蓋建建筑物。

2.2 BIM 技術應用流程路線

根據實際施工需求，在施工全過程管理前期應按照LOD 標準完成詳細的實體建模，對比施工圖確定構件的詳細尺寸，也可在施工現場從移動端查看模型完成施工。施工管理人員不僅要熟悉每個構件的幾何尺寸、材質、產品信息等信息，還應熟悉相應的施工管理信息，并為之后的竣工驗收階段以及運維階段提供需要的工藝設備參數、產品說明等信息，此階段由施工單位主要負責，由其他單位協同完成。

根據施工全過程管理的特點以及項目實際需求，嚴格遵守LOD300 標準建模，盡力達到一模多用的效果，制訂了一系列BIM 應用流程路線，如4D 模型施工進度檢查流程 （見第55 頁圖1-a），5D模型資金曲線檢查流程等 （見第55 頁圖1-b）[3]。

3 某大型地庫施工全過程BIM 應用方案

3.1 工程概況

以徐州市凱旋門大型地庫項目為例，該處位于徐州鼓樓區銅沛路旁，建筑層數為二層 （地下），地庫地下一層3.3 m，地下二層3.4 m，建筑總面積為14 704.42 m2（其中人防建筑面積為13 830 m2，人防防護區面積為11 581.7 m2），防火分類為Ⅰ類，耐火等級為一級，防護等級為甲類核6 級，核6B級，防水等級為二級，使用功能：平時為汽車庫、設備房間及丙二類儲藏室，設計使用年限為50 年（見圖2）。

圖1 BIM 應用流程路線圖

圖2 大型地庫模型示意圖

3.2 三維場地布置

運用廣聯達BIM 三維場地布置軟件建立基礎、施工和裝飾裝修3 個階段的場地模型，為施工技術人員提供可視化、模擬化的途徑，以解決大型機械進出場、庫房設置、材料堆放等問題。通過BIM技術模擬施工平面布置，提高各單位各專業的協同工作，為綠色節能施工和降低運輸成本提供便利，也可以為臨時設施調整和施工，空間合理利用提供一定的依據。

3.3 模板腳手架優化布置

根據模板腳手架專項工程方案設計，對架體進行建模。將模型應用于材料用量計算、施工交底等各個技術環節，為現場施工提供指導。同時可以根據實際施工階段精確計算模板、腳手架需用量，為招投標階段措施費競爭和施工過程材料管控提供依據 （見圖3）。

圖3 模板腳手架軟件模擬圖

3.4 碰撞檢查及管線優化布置

利用Revit 軟件和Magicad 軟件完成土建、安裝專業建模后，通過導入Navisworks 碰撞檢查系統，檢查土建專業柱、梁、板和安裝專業風管、電纜橋架和各種管道之間的碰撞，自動生成碰撞檢測報告 （見圖4、圖5）。凱旋門大型地庫碰撞點如下：地下室 1 層 89 處，2 層 102 處，共有 191 個碰撞點；發現預留洞口的問題33 處，其中地下室1 層14 個，2 層19 個。碰撞檢查報告生成之后，與項目部施工人員逐一核對結果，再與設計單位相關人員進行溝通，在盡可能滿足各方需求的前提下，進行更變設計。

圖4 碰撞檢查圖

圖5 碰撞檢查報告單

根據圖紙、施工組織總設計、現場施工條件和模型深度優化，擬定問題嚴重性等級表 （見表1），并對各個等級進行定義，計劃制訂相應的解決措施，從而可以有條不紊地進行管線優化布置作業。

表1 問題嚴重性等級表

優化布置完之后更新相關的專業模型，將原先碰撞處快速扣彎，使管線布置更加美觀。利用BIM技術解決大型地庫施工全過程管理中的管線碰撞問題，避免由于返工引發拖延工期的問題，可降低勞動強度，大大提高管理效率。

3.5 火災逃生路線模擬

因為地下空間的建筑面積較大，如遇到突發意外尤其是火災時，人員安全疏散存在一定的問題，所以在大型地庫項目中模擬火災逃生路線并在施工中采取相應措施尤為必要。

通過對完工的BIM 模型進行簡化處理，導入逃生疏散模擬軟件中可以參考和瀏覽的模型。通過簡化手段達到在疏散模擬分析軟件中便于參照和直觀瀏覽的目的，最終得出的模擬路線可對人員的疏散演習過程一目了然（見圖6）。

圖6 火災逃生路線模擬

通過路線模擬，不但可以清晰地看到建筑內不同時刻的人員逃生疏散情況和人員的疏散軌跡，而且能夠清晰了解引起人員逃生擁擠的出口以及相對不擁擠的出口，最終將路線模擬直觀反饋給工程師進行設計優化作業[4]。

3.6 虛擬施工及質量安全問題跟蹤

通過BIM 技術建立的模型在施工全過程管理前期應對設計方案進行檢測、對施工方案進行模擬，優化現有的施工方案尤其是地下工程項目中深基坑作業，通過軟件虛擬施工，不斷更改施工方案，直至最優化，再利用Autodesk 3DMAX 制作復雜部分或關鍵工藝的動畫，將動畫發送至信息交流平臺，通過可視化的手段達到各專業協同的目的，減少干擾施工的不利因素 （見圖7）。

圖7 基坑開挖方案模擬

在施工全過程管理中要參考變更不斷對模型進行維護，保證隨時隨地查看瀏覽模型，作為檢查、改進和責任追溯的依據。

通過多維度的BIM 模型，再借助BIM 5D 軟件平臺標記施工全過程中存在的質量安全問題，并及時傳遞至項目部，派遣相應施工人員進行彌補作業，再將作業成果以文字、圖片和視頻的方式反饋至平臺管理人員，以提高效率，避免質量安全事故發生 （見圖8）[5]。

圖8 BIM5D 質量安全監控

3.7 4D 進度管理及5D 造價管理

將前期擬定的施工進度計劃和流水段劃分表導入BIM 5D 平臺進行關聯，通過廣聯達計價算量軟件生成的報價清單導入管理，可在軟件平臺上隨時查看任意時段所對應的進度快慢及工程量，清楚地展現出資金曲線、盈利情況，可有效進行4D 進度管理及5D 造價管理 （見圖9）。

圖9 BIM5D 操作平臺

根據施工進度，利用各專業的模型，從施工段下分至構件提取各專業工程量，如提取鋼筋專業每個構件根數、規格、箍筋量等，從而在施工全過程管理中對各班組進行限額領料管理和作業進度管理，以避免資源浪費。

4 結束語

BIM 技術是促進建筑行業結合信息化升級，為工程參與各方打破信息交流隔閡爭取最大化交流的一種重要的技術手段。

BIM 技術在建筑工程項目全壽命周期的規劃、設計、施工和運維階段的應用已是大勢所趨，但我國BIM 技術在地下空間項目的施工全過程管理中應用還處在較為基礎的階段，目前需在以下3 個方面加大研究力度。

1）研究BIM 技術在地下空間項目全壽命周期各個階段的信息化實現，從而合理規劃、優化設計流程、提高工程施工質量、簡化運營管理。目前由于BIM 技術在地下空間的很多項目都處于初步階段，應用點還不夠成熟，程度還未深入。相信隨著越來越多的學者專家深入研究，BIM 技術在地下空間的應用會更加廣泛，從而在地下空間項目中實現更大的價值。

2）研究IPD 交付模式，推動IPD 模式的落實。IPD 可以讓建設單位、施工單位、設計單位等全過程都參與其中[6]。通過彌補IPD 標準合同示范文本的空白和健全IPD 模式下群體利益分享機制，從而推動IPD 的落地實施，掃除IPD 的實施阻礙因素，為IPD 工程交付模式全面推廣奠定堅實基礎。

3）研究基于BIM 的統一標準和規范。根據國外BIM 的應用發展情況以及國內BIM 技術在工程全壽命周期的發展趨勢，可以預見BIM 技術未來必將是深入應用于各類工程，因此有必要研究基于BIM 信息模型的標準化建立和表達格式，并且對BIM 模型的信息交互方式進行統一規范，達到促進中國BIM 技術在建筑行業順利發展的目的。