BIM技術在預制場設計施工中的應用

謝國峰

中鐵二十三局集團軌道交通工程有限公司（201399）

0 引言

隨著《中國制造2025》的強國綱領和“互聯網+”的提出，信息化在建筑行業的應用得到巨大的發展。尤其在房建、道路、橋梁工程中應用BIM技術，已經成為項目提質增效的重要手段。

1 BIM技術在預制場設計階段中的主要應用

1.1 預制場地面附屬機械設備的標準化設計

BIM機電人員可以將設計方案（一般用Word、CAD工具進行輔助）中所有機械設備用BIM技術可視化，應用Revit軟件，以族的形式標準化建模，建立一個預制場族庫，用Revit軟件將預制場地面附屬設施效果圖可視化，施工模擬化時可以從族庫里插入需要的族。插入族后，完善相對應的系統設計，為施工單位編制施工方案提供可視化、可實施性保障。在今后企業大量應用BIM技術的時候，可以直接從族庫插入使用，節約設計時間，更好地為項目提質增效。

預制場機械設備族庫主要包括：拌和站機械設備族、鍋爐族，堆場龍門吊族，車間行車族、裝載機族、叉車族，場內轉運管片車輛族、鋼模族、鋼筋骨架焊接靠模族、試驗設備族、地磅族，供、配電站族，三環拼裝架臺族，抗滲架族，抗彎折族，流水線族，橫移小車族，翻身架族，真空吸盤機族，空氣壓縮機族，管片運輸電瓶車族，CO2保護焊機族，鋼筋彎環機族，鋼筋彎弧機族，鋼筋彎曲機族，鋼筋切斷機族，鋼筋全自動調直彎箍機族等。

1.2 土建工程設計中BIM的應用

預制場建設中涉及的單位土建工程較多，單位工程設計量有大有小，像較大的單位工程有：生活所需的建筑房屋、生產所需的廠房和水養池工程。較小的單位工程有：龍門吊、水溝、公路工程、砂石料擋墻、攪拌站基礎、生產流水線基礎、蒸養窖、試驗室、材料室等房屋工程。這些單位工程后期應用時又是相互交叉作業來完成預制品的流水線作業，組成一個綜合工程，涉及面廣，施工難度較大，更需要運用BIM技術來完成設計工作。

1.2.1 “三維可視化功能加上時間維度可以進行虛擬施工”為建設單位選取科學的規劃技術方案提供可靠的技術保障，為施工單位提供一份可實施的技術方案

單位工程建設完成后，在最后的設計中需要把以上所有建筑都體現在預制場效果圖中。建設單位通過“三維可視化功能加上時間維度可以進行虛擬施工”，可以調整更加合理的總平面布置圖、車間定制化圖，避免設計不合理造成后期預制品生產中成本費用增加。如砂石料倉位置設計與攪拌站上料倉較遠，造成裝載機運料距離較遠，燃料及動力費增加，造成預制品成本增加。應用BIM技術為建設單位選取合理的技術方案提供了可靠的技術保障。

通過BIM技術，施工單位可以更加準確地把設計人員的意圖轉化為實物。看圖施工時，一個分項工程需要將平面圖和立面圖相結合才能施工，而施工人員只看了平面圖，施工后滿足不了使用要求。如立面圖中插座與水龍頭相距20 cm，工人施工時忘記看立面圖，把水龍頭與插座建在同一平面相距20 cm。如果設計人員沒有施工經驗，圖紙中的建筑現場無法完成，BIM技術給施工單體提供一份可實施的技術方案。

1.2.2 為建設單位選取合理的技術方案提供了進度保障

建筑、結構、機電設計人員運用BIM技術中的“協作”設計各個單位工程，如果工程項目較多，可以通過多名設計人員在“協作”的基礎上繪制相關的圖紙，提高繪圖速度，為建設單位選取合理的技術方案提供了進度保障。

1.2.3 為建設單位在確定技術方案前，提供較準確的投資目標

土建工程設計中BIM的應用可以準確地計算出施工的工程量，減少變更，在保證質量前提下降低成本。將土建工程與機械設備結合起來，通過施工中各個環節的模擬交叉作業，碰撞檢查。如蒸養窖內鋼模頂部與蒸養窖高度的碰撞檢查。如果蒸養窖高度太高，蒸汽浪費較大。如果蒸養窖高度較低，可能會與鋼模碰撞，因此需要設計合適的高度。碰撞檢查可避免工程變更和增加投資成本。水養池堆場與相鄰堆場上的龍門吊，可通過碰撞檢查，選擇合適高度的行車，避免行車作業時懸臂碰撞。土建無法改變時，只能更換設備，運用BIM技術避免建設單位設備安裝后與土建、設備碰撞，及時反饋信息，避免設計人員的局限性、保守性，建設單位人員審圖的不嚴謹性，工程量增加造成建設單位后期投資增加，資金不足，工程暫停，需要融資才能完成技術方案。應用BIM技術，為建設單位在確定技術方案前，提供較準確的投資目標。

2 BIM技術在預制場施工階段中的主要應用

2.1 運用BIM技術使操作人員作業標準化

單位工程施工前可以通過BIM技術“可視化虛擬作業”讓作業指導書通俗易懂，更接地氣。通過可視化的施工步驟，工人施工時一定能準確、快速、安全地完成作業。

文字紙質版升級到用手機掃描顯示圖片的二維碼進行安全技術交底，BIM技術的可視化可以在會議室通過投影儀將可視化的交底進行播放，使交底工作徹底告別二維時代。

運用BIM技術，可將工人安全帽上安裝象征身份證的芯片。在進行交底培訓后，將培訓信息錄入后臺電腦，芯片信息就可自動更新，管理人員可隨時通過專業設備檢查工人受教育情況，讓管理標準化。

2.2 以往施工方案的漏洞、缺陷和不足只有在施工中才能發現，BIM技術可以結合不同的施工方案進行施工模擬，為施工單位進度控制、質量控制、成本管理和安全管理提供科學的技術保障

2.2.1 進度控制方面的應用

以往編制的控制進度橫道圖、網絡計劃圖沒有對施工中具體的問題進行描述，施工計劃進度滯后時，不能及時調整施工進度，影響工程的總進度。利用BIM模型與移動端APP數據采集工具，可實現進度計劃與模型的自動銜接，直觀顯示計劃進度與實際進度。項目各部門及班組可有序地完成相關工作，提前解決漏洞、缺陷和不足等問題。因為預制場涉及建筑物較多，用BIM技術繪制的三維可視管理模型，可以全方面地把控項目各個施工進度信息。通過施工進度模擬，對交叉環節進行碰撞檢查驗證，避免影響進度，確保施工效率，減少停歇時間。為施工單位合理優化工期，實現進度實時控制[1]。

2.2.2 質量管理方面的應用

對模型進行動畫渲染開發、模型放大，工人能直觀地看到土建方面涉及到的鋼筋綁扎位置、數量、模板位置、模板先支后拆、后支先拆順序、混凝土澆筑順序、振搗方式。BIM技術的可視化讓工人將施工要點牢記腦海，使質檢人員能夠輕松地掌握質量控制要點。因預制品建場涉及單位工程較多，專業涉及公路、房建、鋼結構、獨立基礎（鋼結構廠房基礎）、筏板基礎（拌和站四個物料罐基礎）、給排水、線路管線預埋工程，質檢員短期內通過圖紙很難掌握多方面的知識。BIM技術能及時地查找工程中的質量問題，尤其是重難點工程，提前編制相對應的措施。

2.2.3 成本控制方面的應用

施工單位運用BIM施工模擬后，編制了成熟的施工方案，減少了工程變更。提前把項目各單位工程的工程量精準計算，根據施工進度和工藝就可以計算相關的人工費，提前計算出項目收益率。收益率與基準收益率對比后，工程投標報價才能更準確，為后期項目成本控制提供了實施的依據。運用BIM技術對現場原材料實施全面管理，不同的單位工程模型上實時顯示材料總量、已用量、剩余量等庫存信息，及時反饋每天、周、月材料的用量。當數據與理論用量不一致時，系統會警示提醒，及時監督現場材料濫用情況。經過BIM施工模擬后的方案，材料型號要求基本不會發生變更。根據施工進度、材料庫存情況，把部分單價高昂、用量較大的材料進行市場調查，提前低價購入，合理安排周轉材料，盡量減少購買量。

2.2.4 安全管理方面的應用

運用BIM技術進行安全交底，解決了傳統的紙質版和二維碼交底只能讓工人抽象地感知作業時安全規范要求及周圍環境的不安全因素對人的傷害。紙質版無法讓工人理解和應用，運用BIM技術可視化，工人可以360度感知操作規范的要求。

安全管理人員可以運用BIM可視化，身臨作業環境，提前感知危險因素，配備齊全防護用品，提前找出對應的危險的解決措施，迅速采取措施將危險降到最低。

3 BIM技術在預制梁場項目的應用

3.1 建模數據要求高的構件要進行參數化建模

利用BIM技術對預制梁場的U梁、模板、臺座等進行建模（如圖1、圖2所示），可以在任何位置對參數進行修改，可極大地方便設計，將模型編號，對模型進行族庫管理。

圖1 U梁建模

圖2 臺座建模

3.2 場布

可以根據族庫中的制梁臺座、存梁臺座、圍墻、道路、房屋、設備等構件，布置項目施工場地，達到快捷高效規劃，避免場地浪費和布置不合理的情況。在族中包含成本信息的條件下，可以規劃不同資金下的場地布置，從而選取更合理的場地方案（如圖3所示）。

圖3 場布

3.3 模擬施工

將三維模型通過動畫軟件，加上時間維度，可以進行進度模擬施工，提前發現施工過程中的重點難點，并依此進行現場施工指導，做到高效施工。對施工組織設計和施工方案上的重難點，用BIM技術進行模擬，提前辨別可能存在的問題，優化施工組織設計（如圖4所示）。

圖4 鋼筋、模板安裝模擬施工

3.4 碰撞檢查

利用BIM的三維技術進行鋼筋碰撞檢查，可以直觀查明鋼筋之間的關系沖突，優化鋼筋排布設計，減少在施工中可能存在的問題，從而優化方案。現場人員可以使用鋼筋碰撞優化后的方案，來指導施工，提高施工質量（如圖5所示）。

圖5 鋼筋碰撞檢查

3.5 倉儲管理

利用移動端和編碼技術對預制梁的出入庫進行管理，實現場內預制梁存放可視化，分析梁場存梁區負荷情況，調整施工生產計劃，實現動態管理（如圖6所示）。

圖6 存梁區出入庫可視化

4 結語

BIM技術在工程各專業的應用，為項目全壽命周期提供了大量數據和技術支撐，建設單位、施工企業、設計單位BIM的應用都得到了良好的經濟效益和社會效益。目前BIM技術在工程量計算、協同管理、碰撞檢查深化設計、可視化虛擬建設、資源計劃企業級項目基礎數據化，工程檔案與數據集成方面的應用成績顯著，相信BIM技術會做為第一生產力，推動建筑業的管理水平邁入國際化。