龍山三期項目施工階段基于BIM技術應用探索與實踐

李勤學 張 鋒 張 勇

(湖南省第四工程有限公司，益陽 413000)

引言

龍山三期項目在建設過程中由于體量大、市場鋼材價格上漲不可避免地會考慮怎么節約成本、協調各專業工作、避免返工的等情況問題。在項目施工初期，本工程就成立了BIM工作站，以項目構建的Revit模型為基礎，項目在管理過程中所需的數據信息為目標，合理應用信息化技術，保證龍山三期項目建設安全與質量，提高施工效率，體現以三維表現及數據信息為支撐，指導施工管理創效理念的可行性。BIM技術的革新普及，已取代傳統的施工管理模式，逐漸體現為將建筑工程的設計、建造轉變為數字化的集成管理環境，使建筑工程在整個進程中顯著提高效率和大量減少風險。

BIM技術具有基于可視化、參數化、協調性、優化性等方面的優勢，能將復雜的專項方案進行三維虛擬表現，使施工人員快速理解工序工藝的操作要領，掌握關鍵技術； 再者深入運用BIM信息數據化管理理念，將各施工構件進行模型搭建，進行參數化定義，將各生產工序所需信息數據進行平臺組織配備，可實現構件從現場常規分散、移動式加工方式向廠家集約化采購、加工、配送施工管理模式的轉換，大大節約成本。王威等簡述了BIM可視化技術在工程施工中的應用，基于BIM技術可以進行工程設計優化，可以直觀的進行檢查碰撞、施工模擬，大幅提高工程管理效率[1]； 曾旭東等對基于參數化智能模型技術的建筑信息模型(BIM)進行了研究，表明了參數化智能模型技術的特點和優勢，對BIM信息數據化施工管理手段進行了肯定[2]； 陳中華等以埃塞俄比亞PVC項目實際案例，根據現場實際情況及工程技術難點，探索BIM在大型工業廠房鋼筋翻樣中的應用，有效地降低了建設項目工程中鋼筋的使用量及損耗，可實現鋼筋精細化管理，從而降低成本，提高施工效率及質量[3]； 賈慧宇通過對現場鋼筋工程精細化管理研究分析了影響鋼筋工程精細化管理的一些重要原因，提出了落實鋼筋工程精細化管理的具體方案[4]。基于上述研究內容，本文以龍山縣2015年棚戶區改造及公租房建設項目為研究對象，對基于BIM 的三維場布、Navisworks進度管理及施工分區部署模擬、砌體工程排布與提量、基于BIM的專業深化設計與設計協調、3DMAX軟件針對溶洞處理方案模擬及創新型免支模構造柱施工工法模擬等方面進行了深入研究，并對基于BIM的鋼筋精細化管理對鋼筋的集約化生產問題進行了探討。運用BIM工作站為施工管理過程中存在問題提供可靠的、直觀的數據及可視化的解決方案，將傳統的建造模型轉變為數字化集成管理環境，為公司項目推廣BIM技術開創平臺。

1 工程概況

龍山縣2015年棚戶區改造及公租房建設項目位于湖南省湘西土家苗族自治州龍山縣，建設規劃用地66 387m2，項目南側為007鄉道，東北側為擬建規劃道路，項目臨時設施辦公區位于施工現場南側，項目西側為流經龍山縣城的果利河，本工程總建筑面積為292 372.39m2，地下室建筑面積66 387.374m2，結構形式采用框架剪力墻結構，鉆孔灌注樁基礎，本工程地上主體部分共計13棟，其中7#、8#、11#、12#地上24層，其余9棟地上33層，建筑高度均達108m。圖1為龍山三期項目概況圖。

圖1 龍山三期項目工程概況圖

2 項目施工難點

2.1 工程體量大，各工種交叉作業

龍山三期項目建筑面積大，工期緊，人、材、物一次性投入量大，合理精心組織是關鍵。施工過程運用EBIM5D平臺對物資進行信息數據化管理，使項目部對物資的采購、投入做到精細化管理； 地下室施工以后澆帶為界分為3個施工段，配三套具有綜合能力、成建制的、專業配套的勞務隊伍分別組織各施工段平行、流水施工，過程中采用Navisworks Freedom軟件對施工區段的劃分進行進度與施工模擬，確保方案的可行性及最大化提高生產效率，縮短工期。

2.2 鉆孔灌注樁遇溶洞處理

本項目鉆孔灌注樁成孔施工，軸線1-2至軸線G-5樁基施工過程中可能會遇到較多溶洞，且大小不一，保證保證樁基成孔安全是本工程樁基施工難點與重點。故針對溶洞的不同類型計劃采用不同的處理方案，小溶洞采用常規回填黏土+小沖程反復沖砸護壁法，中型溶洞采用人工泥石護壁法，大型多層溶洞采用鋼護筒跟進法。此時，提前保證溶洞處理方式的可靠性，預估風險也是一大難點。

2.3 鋼筋精細化管理

本項目施工期間市場鋼材價格大幅上漲，根據清單測算鋼筋占工程造價約30%，據分析鋼筋工程施工期間存在效益來源不明確，鋼筋效益策劃不準確； 管理缺乏精細化，管理數據不能有效聯動； 料單準確性較差無法提前加工，標準化程度較低，無法體現數控加工批量化的優勢，不能降低鋼筋加工成本等行業困境。本工程通過在施工過程運用BIM技術，通過BIM協同翻樣，EBIM5D云管理系統及鋼筋集約化生產加工等信息化管理、廠家合作等措施大大提高了鋼筋工程施工生產效率及成本節約。

3 BIM模型建立與組織架構

3.1 三維立體模型的建立

利用Revit軟件構建的龍山三期模型(見圖2)體量大，建模精度高，為各項BIM應用點的運用搭建了基礎。使用Revit軟件導出龍山三期建筑、結構各部位的三維設計尺寸和體積數據，可以為概算提供資料，資料的準確程度同建模成正比； 在BIM軟件應用中，其它軟件一般解決一個專業的問題，而Revit能解決多專業的問題； 龍山項目Revit結構、建筑模型再多個專業軟件領域進行運用，如模型導入Navisworks Freedom軟件可進行進度及專業碰撞檢查，導入 LUMION6.0可進行渲染，生成場景動畫模型(見圖3)，以便向業主展示與溝通。

3.2 BIM工作站組織架構

根據本項目BIM實施方案要求，公司結合項目實際情況，成立了本項目BIM技術應用項目部，全面協調調用整合我司BIM技術資源，全力保障BIM項目順利實施。BIM技術應用項目部下設五個工作小組，分別負責項目管理、模型建立、技術管理、技術咨詢、軟硬件采購等，全方位推進本項目BIM技術應用的工作，BIM技術應用管理的組織架構如圖4所示。

圖2 基于Revit搭建的龍山三期三維立體模型

圖3 龍山三期LUMION場景動畫模型

圖4 BIM工作站架構圖

4 BIM技術在龍山三期項目施工中的應用

4.1 施工場地布置

龍山三期施工項目，處于龍山縣007主干道，西側為流經龍山縣城的果利河，為保證龍山三期項目在紅線范圍內實現工作面的最大化利用，保證項目在基礎、主體、裝飾裝修階段現場的臨建設施、機械設備、材料加工棚、材料堆場、安全文明標識標牌、配電消防設施等能實行動態控制，在項目準備階段利用企業《安全文明施工標注圖集》及企業標準族庫進行三維建模，全方位對基礎、主體、裝飾裝修等階段的平面布置進行展示，在將場布模型導入LUMION軟件進行渲染及漫游，其三維表現效果可直觀地展示項目每個階段場布成果，指導施工； 圖5、圖6分別為龍山三期施工場地、辦公區的場布模型，如圖7為場布模型導入LUMION軟件進行漫游動畫截圖。

圖5 施工場地整體虛擬布置圖

圖6 施工場地局部虛擬布置圖

4.2 砌塊排布及工程量提取

圖7 施工場地漫游圖

圖8 龍山三期砌體工程工程量提取示意圖

運用BIM技術對砌體工程進行優化后，可助力施工單位做到砌體施工精細化管理，細化到每一塊磚，繪制砌體排版圖(見圖8)，計算每層所用砌筑材料用量，下達標準層砌體成本指標。對每一面墻體，怎么砌，是否要留洞，怎么留，要用多少磚，多少水泥砂漿等等，都嚴格數據化。從砌體工程開始，到大規模墻體的成形，每一面墻體與排版圖一致。無后期墻體大面積的剔打開槽，無“三分磚”的大量剩余，無水泥砂漿的浪費。利用BIM技術的統計功能，精確提取每層或每個流水作業段甚至每面墻的砌體材料用量，物資管理人員根據統計表進行砌塊的廠內加工與進料，加強材料管理和材料的定點定量運輸，避免材料的二次轉運，減少運輸過程中的材料損耗，為限額領料提供精確的數據支持，不僅提高施工效率和施工質量，也提高砌體工程施工的精細化管理水平。

4.3 基于BIM的深化設計與設計協調

以龍山三期機電工程的深化設計與設計協調為例，機電工程深化設計工作的重點在于根據設計單位提供的施工圖紙，結合施工單位現場實際施工數據建立機電模型，對建模過程發現的圖紙問題或施工過程可優化方案措施進行提交，并及時同步更新相應BIM模型，本項目深化機電模型見圖9。而機電管線的設計協調工作主要從設備各專業內部管線之間的矛盾處理、設備各專業之間的管線碰撞處理、設備專業和建筑結構之間的碰撞處理等進行分析，見圖10。在機電設備之間設計協調結束后出具設計協調報告及成果，將設計中的錯漏予以體現并反饋，圖11為項目建模過程中發現管道與墻體和梁的碰撞問題，并進行了墻體上開洞及加設套管或對管道的走向進行優化，并將發現的問題和修改建議反饋給了業主。

圖9 龍山三期機電深化設計模型圖

4.4 質量安全管控

在施工管理過程中，EBIM云平臺提供現場信息交流、溝通、協同工作平臺。業主/設計/專業分包/施工班組均可在平臺中信息協同，將BIM模型價值最大化。龍山三期項目在基于EBIM5D平臺中，在質檢員或者安全員對施工現場進行檢查時，可對發現的問題進行登錄導入，并上傳整改通知單； 在相關責任部門確認后可及時進行問題整改，提交審核； 如在約定整改日期內沒有進行整改數據上傳，則平臺將未完成話題傳送至項目經理只能手機端，并責任到人，如圖12。

圖10 龍山三期機電與結構的設計協調

圖11 龍山三期機電與結構問題報告

圖12 EBIM5D平臺各崗位遇到施工質量 安全問題數據協同

4.5 施工重點應用

4.5.1 創新型構造柱施工工法可視化交底

本項目在砌體工程施工過程中為保證二次結構施工質量，率先開發采用免支模預制U形空心砌塊構造柱施工工法，并成功申報湖南省省級工法，本項科技創新施工技術簡單、操作方便、安全可靠、勞動強度小、施工速度快、工程質量容易保證，構造柱與墻體同時施工、無需支模、無揚塵污染，為綠色、環保、節能施工，見圖13。利用BIM技術可視化的特點，對免支模構造柱施工順序進行模擬，使班組可對創新型工藝進行直觀深入了解，便于及時掌握關鍵技術及質量控制要點。圖14描述了免支模構造柱施工模擬主要過程：預制U形砌塊——施放砌體結構、構造柱邊線——U形砌塊組裝砌筑——放置拉結筋——側邊同等高度填充墻砌筑——澆筑混凝土——重復預制砌塊、填充墻砌筑——頂部預留PVC管孔洞灌漿——養護。

圖13 龍山三期施工中免支模構造柱施工模型

圖14 免支模構造柱施工模擬全過程

4.5.2 溶洞處理方案模擬

龍山三期項目所處地質情況復雜，根據初步的1-R-4(8#)樁地質勘查資料顯示鉆孔3個，其中2個孔揭露巖溶，見溶率66.67%，巖溶強發育主要表現為溶洞及溶蝕裂隙，溶洞出現在巖層的淺部，充填物主要為軟塑黏土，溶洞高度為0.7m和0.8m，溶蝕裂隙多達16處，分布在樁基內。為此項目在樁基施工前編制了《樁基溶洞處理專項施工方案》將本項目溶洞分為溶蝕裂隙及小型溶洞(洞高0.5m以下)、一般溶洞(洞高小于4m，連通性較差的溶洞)、大型溶洞(洞高大于4m或者連通性較好的溶洞)； 擬分別采用常規回填黏土+小沖程反復沖砸護壁法、人工泥石護壁法、鋼護筒跟進法等處理措施。在施工前項目部采用3DMAX軟件進行模型的構建，將三種護壁模型進行動畫編輯，形成動態視頻，最后將原始文件與施工方案邏輯串聯成完整視頻，可以三維直觀地了解施工順序，復雜節點，并進行三維可視化技術交底。能很好提高施工質量、減少返工現象，達到縮短工期，節約成本的目的。

表1 三種溶洞施工方案模擬的對比

4.5.3 基于BIM的鋼筋精細化管理

本項目鋼筋工程加工生產均采用BIM信息數據化管理，利用BIM鋼筋翻樣軟件、數據轉換軟件及鋼筋BIM云管理系統等三大軟件進行精細化鋼筋翻樣、數據組織及設備生產配備管理； BIM翻樣軟件可對混凝土模型、鋼筋模型、鋼筋斷料模型、施工料單等根據建筑圖紙進行建模，在BIM翻樣軟件生成模型后用數據轉換軟件進行數據組織轉換，主要生成加工任務單； 通過生產的加工任務單在鋼筋BIM云管理系統中根據需求與能力配備生產設備，并將數據綜合形成本項目生產加工數據庫配送至鋼筋集約化加工中心(廠家)進行鋼筋加工制作； 鋼筋原材集中采購、集約化加工精細化管理流程如圖15所示。在整個精細化管理流程中重點工作在于E筋翻樣軟件基本參數設置及鋼筋精細化翻樣，如圖16所示E筋翻樣軟件基本參數設置及鋼筋翻樣截圖； 鋼筋工程進行廠家集約化生產可提高加工效率、降低材料損耗； 在過程中應注意集約化生產的核心問題，即如果同一加工批次料單多，鋼筋利用率則高，后期分揀工程量大； 同一加工批次料單少，鋼筋利用率則低，后期分揀工程量小； 需特別注重批量化生產平衡點的確定。本項目廠家集約生產如圖17所示。

圖15 鋼筋原材集中采購、集約化加工精細化管理過程

圖17 廠家集約化生產工廠

5 結論

論文研究BIM在龍山三期項目施工管理中的應用，以龍山縣棚戶區改造及建設項目作為實際案例，探索了BIM在施工場地布置中的應用，以及如何進行砌塊排布及工程量提取、機電工程基于BIM技術的深化設計與協調、在鉆孔灌注樁基遇溶洞的處置方法，如何運用BIM技術可視化特點進行創新工法與復雜方案的三維模擬施工，解決了鋼材在市場價格上漲大環境中，通過BIM技術如何進行鋼筋精細化管理從而節約成本等問題。本工程通過BIM技術的應用，大大提高了工程的管理效率，實現了鋼筋工程集約化生產節約成本的可行性，體現出以數據信息為支撐進行施工管理及決策的優越性。但是，在運用BIM技術過程中同時也存在實施前沒有制定具有針對性、統籌性的BIM實施方案，過程中過于依賴BIM常規應用點的實施，事后沒有及時進行技術總結的問題。在今后項目運用BIM技術中，重管理，建立統籌性BIM實施理念，將BIM全生命周期與工程實施全過程相融合創效是今后應注意、重點研究的方向。