BIM技術在綠心公園建設工程中的應用

張繼薇 敖儀斌 倪 婷 王麒淞 韓 洋 周 榮 尹 蓬 李 龍 劉 燕

(1.成都理工大學 環境與土木工程學院工程管理系，成都 610059；2.中鐵建大橋工程局集團第二工程有限公司，深圳 518000；3.成都建工第七建筑工程有限公司，成都 610059；4.成都惟尚建筑設計有限公司，成都， 610041；5.雙流區住房建設和交通局，成都 610200；6.浙江交工集團股份有限公司地下工程分公司，杭州 310051；7.電子科技大學 公共管理學院，成都 610054)

前言

BIM指的是建筑信息模型，是一種三維虛擬化數字技術。在以前的建筑施工中，相關工作人員均是通過二維平面圖紙進行施工作業。但是平面圖紙很難展示建筑物的立體效果，相關工作人員易忽視建筑物的某些重要特征[1]。借助BIM模型可視化的特點，建筑物能夠被立體化展出，相關工作人員可以更準確地掌握建筑物的特點與結構，從而更有效地實施項目建設工作。例如BIM技術在云南阜外醫院項目的應用，在設計建模和項目管理階段應用BIM技術，為該項目提供了項目設計施工圖出圖、各專項設計可建性分析及項目建設期的建筑信息服務，但該項目的BIM應用各階段信息卻并不流通，沒有很好發揮出應有價值[2]。BIM技術可在建筑工程項目的全壽命周期不同階段提供不同的技術支撐，解決工程綠色化過程中存在的問題[3]。

我國建筑行業在BIM技術應用過程之中，多將BIM技術分割使用，沒有將其與建筑項目融合起來[4]。在現在的環境下，雖然已經有較多的先行者開始BIM的應用，但絕大多數的應用范圍都是初步建模、設計展示、碰撞檢查等簡單應用。總體來說，國內建筑行業對BIM技術在不同項目上的應用效果缺乏深入總結。通過實際項目的全過程應用才能夠檢驗各應用點的價值，本文便以BIM技術在綠心公園地下停車庫及配套商業用房建設工程項目中的應用為例，分析BIM技術在項目全壽命周期的不同階段的應用及應用效果，清晰各個應用點的實際使用價值，為BIM技術更有效的應用提供實際的案例依據。

1 工程概況

項目名稱為“綠心公園地下停車庫及配套商業用房建設工程項目”，本項目為擴建工程。項目分地上、地下兩部分； 地面為多層建筑：四合院仿古商業用房、“品”字仿古商業用房； 地下室共2層，為汽車庫、設備用房。地上商業用房建筑面積為2 680.62m2； 地下室建筑面積為9 436.93m2，總建筑面積為12 117.55m2。地理位置如圖1。

圖2 實施框架

圖1 綠心公園工程地理位置圖

本工程道路臨近綠心路，交通便利，屬于市區休閑地點，地勢平坦，水資源豐富，周邊市政基礎設施未完善，基坑外可用場地較寬敞，但工期緊、交叉作業多，施工平面布置直接影響到整個工程的進行，施工總平面的布置是否合理，將直接關系到后面施工進度的速度。現場由甲方提供用水駁點1個，場地周邊市政排污管道暫未完善； 提供施工用電駁點1個，設置500KVA變壓器一臺。

2 BIM 組織與應用環境

2.1 BIM應用目標

基于選擇的綠心公園建筑工程，初步擬定BIM設計的目標包括：

(1)通過BIM建模，使BIM模型信息在項目的各階段能夠統一應用，成為協調各方的數字化工具。

(2)招標人根據BIM模型所提供的有效信息編制準確的工程量清單，達到清單工程量完整、快速算量、結果精準的效果。

(3)施工組織設計解決施工階段中的模板腳手架驗算工作量大、繁瑣的問題，合理編制進度計劃，優化進度計劃。

(4)以BIM平臺為核心，將施工過程中的有用信息載入各專業模型，利用BIM模型的三維可視、可計算分析的特點，為項目管理提供數據支撐，使管理人員更有效地進行決策以及精細化管理。

2.2 實施方案

首先建造出BIM模型，將施工工藝中的重點模擬，并對主體工程施工方案等進行優化。將 BIM 應用軟件與平臺軟件相結合，實現施工過程管理[5]。建模過程中遵循相關標準，并結合本建筑工程項目的特點進行細化及延伸，形成了設計建模、投標報價、施工組織設計幾個階段。如圖2所示。

2.3 團隊組織

本項目以項目經理為主管領導，下設土建、機電、財務、商務和經營五大部分，每個部分對應一位負責人。

2.4 軟件配置

針對各軟件的特點，結合已有研究和相關工程的經驗，選擇合適軟件，各場景中應用軟件如表1所示。

表1 項目使用軟件匯總

圖3 參數化族成果界面

3 BIM 應用

3.1 模型參數化、信息化設計

在應用Revit軟件建造模型時，可以利用族模型設計各種構件，并給它們匯入數字信息，當修改族某一個數字信息，將會同步到整個詳圖中[6]。例如門窗，可以利用族樣板文件繪制參數化族成果界面各種尺寸的門窗實體，參數化窗族的建立如圖3。通過建立參數化族等方式可以快速布置相同類型的門窗構件，本工程中樓梯也是通過建立相應的參數化族加以實現。后期若需對構件的相關信息(結構、材質等)進行修改，只用把族文件中的樣例進行編輯，此族文件對應的所有構件將全部會自動更新。

3.2 模型可視化

BIM技術針對項目建立的數據庫借助于數字化信息技術等可以構建建筑項目的環境模型，并將相關信息表現出來，使得相關人員能夠更直觀地了解項目信息[7-8]。在Revit中，建筑模型以三維立體的效果對設計圖紙進行全方位展示(圖4)。

圖4 項目真實效果圖

圖5 土建碰撞報告

圖6 土建碰撞報告

可以利用三維模型檢查施工圖中存在的問題(設計不合理、畫錯圖等問題)，不僅可以在平面圖中修改信息，也可以在三維視圖中直接修改。在三維視圖中可以更直觀地看構件直接的連接與否，并且可以給每一個構件賦予不同的屬性。利用3D可視化模型可以更加直觀地進行施工交流，對于一些復雜構件，不會拘謹于2D的信息交流，可以利用3D模型信息進行交流，細致到每一個構件信息，尤其對于一些復雜節點部位在進行技術交底時，在用文字與圖紙無法達到交底目的時利用3D可視化模型可以更細致地做好交底工作。Revit中的智能渲染功能，可以創建建筑模型的三維真實圖像。做完一系列建筑模型后，可以用漫游功能創建模型的動畫三維漫游。

3.3 碰撞檢查

碰撞在工程項目中無論是設計，還是施工，乃至后期的運維都是不可避免的問題。對于這樣一座規模不小的建筑工程，其設計并不簡單，為了滿足現實中結構的需要，需涉及大量的構件，特別是構件的連接處，施工單位在施工前進行這些檢查，可以避免后面的返工，省時省費用[9-10]。在傳統平面圖紙時代，因為可視化的有限，建筑師和施工人員不能看到建筑的三維具體形態，只能靠自己的想象力以及經驗進行設計和施工，這樣就容易造成設計的不合理，有時甚至會導致施工無法繼續進行。房屋的三維BIM模型，其組成的各個構件都具有相應的工程參數，可以使用各種參數來驅動三維模型。根據項目特點，該項目進行了土建碰撞檢查和機電碰撞檢查。本項目根據有關原則出具相應的土建碰撞報告，指導施工圖會審，個例碰撞報告如圖5～6。

3.4 砌體排磚

軟件根據構件位置，以及砌體大小、灰縫厚度等判斷條件，智能生成砌體優化排布圖，指導施工現場精確采購材料，同時指導施工，減少材料浪費，降低施工成本。例如現場排磚問題，砌筑工藝為：主體材料為蒸壓加氣混凝土塊，規格為600*200*200； 塞縫磚材料粘土磚，規格為240*115*53； 導墻高200，蒸壓砂加氣混凝土塊； 灰縫寬度為10mm，灰縫調整值正負2。在滿足設計要求的前提下，準確估計磚墻中磚的皮數避免了二次結構施工時，磚供應過多導致無處堆放，造成施工浪費，或者供應過少造成工期延誤。

3.5 管綜調整

優先采用平面布排方式錯開管道； 其次考慮豎向錯開方式，但須遵照下列避讓原則[11]：

(1)小管讓大管；

(2)有壓管讓無壓管；

(3)各專業管道做上翻下繞處理時，其管件轉折點盡量布置在結構梁窩內； 風管貼結構主梁布置，底平； 橋架順梁布置時，距梁邊距離不小于300mm； 排水管敷設在給水管下方；

(4)控制成本較高管件(或閥門扣件)數量或長度；

(5)考慮綜合吊支架，大型風管設下噴后，保證綜合管道底平；

(6)考慮管道保溫、支吊架、風管下噴頭，地下室車道處凈高不小于2.40m。

管綜優化原則剖面圖表示如圖7。

圖7 地下室二層管綜原則圖

3.6 布局管理

本工程周邊市政基礎設施未完善，基坑外可用場地較寬敞，但工期緊、交叉作業多，施工平面布置直接影響到整個工程的進行，施工總平面的布置是否合理，將直接影響到施工進度的速度。在完成建筑模型及施工現場模型的構建后，可以依據具體的施工平面布置原則創建資源模型，對施工現場布局進行模擬，利用顏色來區分施工區域，從而為項目的施工組織設計和場地布置提供可視化方案。如何在有限的空間內合理劃分辦公、生活區，加工區、堆放區、倉庫位置，以減少二次搬運。首先需要確定塔吊的型號及位置，其次計算臨時設施占地面積，然后需要計算臨時用水用電，最后需要考慮安全文明施工等問題。主體階段場地布置如圖8。此外，將工程周邊及現場環境的實際情況，通過數據信息的形式輸入到模型中，構建三維現場場地平面布置，依照施工進度計劃，對現場在不同階段的具體情況進行直觀模擬，保證現場總體布局的合理性。

圖8 主體階段場地布置圖

3.7 成本管理

傳統成本管理弊端：成本信息量大； 各部門溝通不及時； 對應分解困難； 消耗量和資金支付情況復雜[12]。BIM技術在處理實際成本核算問題中有著很大的優勢。基于BIM建立工程5D關系數據庫，可以建立與成本相關數據的多維度關系，使實際成本數據可以高效處理分析[12]。本項目成本管理方案是首先創建實際成本數據庫，然后及時將實際成本數據導入數據庫，最后數據庫對數據進行多維度分析。軟件強大的統計分析能力，輕松解決了傳統成本管理中工作量大、效率低的難題。該案例工程的資金及資源進度曲線分別如圖9-10所示。

圖9 綠心公園資金曲線計劃實際對比圖

圖10 綠心公園資源曲線計劃實際對比圖

4 應用效果

本項目的實施框架明確，軟件應用條件成熟。本項目分為四個階段：模型創建階段、投標報價階段、施工組織階段、施工項目管理階段。框架清晰，具有可操作性。同時由廣聯達為我們提供BIM相關軟件。本項目基于BIM的施工管理價值優越。與傳統模式相比，BIM技術在綠心公園項目中實現了項目管理信息化，達到了提升施工效率、降低成本、縮短工期、提高建筑質量的目的。

5 總結

綠心公園項目對于BIM技術的綜合應用，覆蓋項目全壽命周期的各個階段。通過BIM模型進行模型參數化信息化設計、碰撞檢查、管綜調整及布局管理等，真實的三維模型與準確具體的空間位置信息提高了項目方案論證的效率和結果的準確性。BIM 技術在綠心公園項目的綜合應用是一次功能嘗試，取得了較好的效果，為BIM技術在實際工程中的應用積累了寶貴的經驗。BIM技術在不斷地發展，也在不停地創新，如何更有效地將理論運用在實際項目中，還需要多加實踐與總結。