BIM技術(shù)在歷史保護(hù)建筑改造中的應(yīng)用

陳智遠(yuǎn)

摘要：本文以某建筑項(xiàng)目為對(duì)象，根據(jù)項(xiàng)目改造要求，對(duì)BIM技術(shù)在改造期間各個(gè)環(huán)節(jié)的應(yīng)用情況進(jìn)行總結(jié)，并分析BIM技術(shù)對(duì)歷史建筑改造實(shí)踐成效，明確BIM在改造中的應(yīng)用價(jià)值，為同類項(xiàng)目提供參考。

關(guān)鍵詞：BIM技術(shù);歷史建筑;改造

1項(xiàng)目概況

浦光中學(xué)現(xiàn)有建筑由東大樓（第四批上海市優(yōu)秀歷史建筑）及西大樓兩棟貼鄰的建筑組成。東大樓前期改建后為一棟七層房屋，房屋的建筑面積約為6513.87平方米。一到五層為浦光中學(xué)教學(xué)用房，始建于1905-1907年，后于1993年進(jìn)行插層、加層改建，改建設(shè)計(jì)單位為上海市黃浦區(qū)建筑設(shè)計(jì)室。目前為9～10層建筑，目前東大樓底部五層建筑面積4065平方米，6層以上現(xiàn)為漢庭酒店使用，東大樓建筑高度29.90米。西大樓現(xiàn)為一棟五層教學(xué)樓，建筑高度17.10米，房屋的建筑面積為4453 平方米于1991年竣工，設(shè)計(jì)單位為上海市黃浦區(qū)建筑設(shè)計(jì)室。據(jù)房屋結(jié)構(gòu)抗震鑒定報(bào)告結(jié)論;西大樓結(jié)構(gòu)基本滿足現(xiàn)行抗震設(shè)計(jì)規(guī)范《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)程》（DGJ08-9～2013）相關(guān)抗震措施要求，后續(xù)使用年限為40年。東大樓房屋的承重構(gòu)件基本符合要求，經(jīng)加固后可以滿足后續(xù)使用四十年的安全使用要求。

2 BIM技術(shù)改造應(yīng)用

2.1準(zhǔn)備階段

在進(jìn)行改造之前，主要實(shí)施以下幾點(diǎn)準(zhǔn)備工作：（1）信息收集。前期主要落實(shí)好調(diào)查研究工作，對(duì)各方面情況進(jìn)行熟悉。針對(duì)主樓實(shí)施監(jiān)測(cè)，采用3D掃描技術(shù)，在掃描盲區(qū)埋設(shè)相應(yīng)的變形檢測(cè)器，以便獲得精度更高的變形量。對(duì)多方面工作機(jī)制進(jìn)行協(xié)調(diào)，各參建方工程資料均需要進(jìn)行信息共享，同時(shí)對(duì)流程實(shí)施審批。結(jié)合現(xiàn)有的信息，落實(shí)綜合的場(chǎng)地分析。對(duì)建筑的改造圖紙進(jìn)行接收和分析。針對(duì)項(xiàng)目資料采取結(jié)構(gòu)化的管理方案。部分缺乏圖紙的異型結(jié)構(gòu)部位，若以傳統(tǒng)的方法實(shí)施測(cè)量，很難確保其精度，此時(shí)需要運(yùn)用3D掃描技術(shù)來獲取點(diǎn)云數(shù)據(jù)，并將其傳輸?shù)紹IM平臺(tái)軟件中，完成逆向建模[1]。

（2）根據(jù)所掌握的信息數(shù)據(jù)，完成BIM實(shí)施目標(biāo)、計(jì)劃等內(nèi)容的制定。按照BIM模型的信息傳遞和共享標(biāo)準(zhǔn)，完成對(duì)BIM模型的整體固化與施工流程的規(guī)范，落實(shí)信息同步支持。通過這種方式，能夠極大程度上提升后期的溝通效率，節(jié)省時(shí)間成本。

2.2設(shè)計(jì)規(guī)劃和方案比選

（1）規(guī)劃仿真。通過多個(gè)場(chǎng)景、多個(gè)角度來展現(xiàn)現(xiàn)階段已有的交通、建筑、配套設(shè)施等各方面情況，明確各個(gè)環(huán)節(jié)之間的關(guān)系，確保其能夠更為直觀的呈現(xiàn)改造信息。同時(shí)從日照、彩光等各方面對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行優(yōu)化處理，進(jìn)而最大限度的節(jié)約資源，做到節(jié)地、節(jié)能、節(jié)材和節(jié)水，以此實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)布局合理性的提升，賦予其更高的功能性和舒適性[2]。

（2）選出最優(yōu)方案。針對(duì)不同的設(shè)計(jì)方案做出對(duì)比分析，確定各方面所帶來的成本。主要借助BIM來實(shí)現(xiàn)協(xié)同設(shè)計(jì)、三維可視化設(shè)計(jì)、限額設(shè)計(jì)等，同時(shí)結(jié)合技術(shù)對(duì)方案做出優(yōu)化，以此實(shí)現(xiàn)對(duì)人工成本的控制，加快改造項(xiàng)目的實(shí)施進(jìn)度。

2.3 三維激光現(xiàn)場(chǎng)測(cè)繪

對(duì)于歷史建筑，通常存在原始竣工資料收集困難及確實(shí)的問題，利用三維激光掃描技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)狀數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確測(cè)繪，三維激光掃描技術(shù)又稱“實(shí)景復(fù)制技術(shù)”，它利用向被測(cè)對(duì)象發(fā)射激光束和接收由被測(cè)物反射回的數(shù)據(jù)，完整地采集到計(jì)算機(jī)中，進(jìn)而快速重構(gòu)出目標(biāo)的激光信號(hào)獲取被測(cè)對(duì)象的空間坐標(biāo)信息。運(yùn)用三維激光掃描技術(shù)，快速精確的獲取目標(biāo)物的實(shí)時(shí)空間坐標(biāo)信息，再將這些信息導(dǎo)入 BIM 中進(jìn)行后期的模型處理，就可以得到目標(biāo)物的實(shí)時(shí)三維模型、二維圖紙以及構(gòu)件信息，能有效解決老舊建筑因圖紙不全、變形位移等造成的建筑物重建、修繕施工難度加大的問題。

2.4構(gòu)建模型

（1）由BIM軟件來實(shí)現(xiàn)對(duì)任務(wù)的合理分配，設(shè)置劃分相對(duì)應(yīng)的工作集。從豎向功能來實(shí)現(xiàn)建筑專業(yè)工作集的合理劃分，包括原有結(jié)構(gòu)、內(nèi)墻、車庫(kù)部分、新建部分、施工場(chǎng)地等;考慮到水專業(yè)噴淋系統(tǒng)本身的工作量相對(duì)較大，必須對(duì)其實(shí)施單獨(dú)分離;全專業(yè)均必須對(duì)軸網(wǎng)與標(biāo)高等信息進(jìn)行共享，系統(tǒng)默認(rèn)單獨(dú)設(shè)置相對(duì)應(yīng)的工作集[3]。

（2）約定存放路徑。其中主要包含過程文件、Revit副本、導(dǎo)入或者鏈接分離好的CAD底圖。中心文件必須將其存放在服務(wù)器上，按照專業(yè)來實(shí)現(xiàn)對(duì)相應(yīng)權(quán)限的劃分處理，不得隨意進(jìn)行更換和修改處理。

2.5深化及成果輸出

（1）深化設(shè)計(jì)。又可稱之為詳細(xì)設(shè)計(jì)，重點(diǎn)需要對(duì)各個(gè)專業(yè)技術(shù)進(jìn)行協(xié)調(diào)。本項(xiàng)目主要運(yùn)用BIM來實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)化深化設(shè)計(jì)處理、鋼結(jié)構(gòu)深化設(shè)計(jì)、裝配式混凝土結(jié)構(gòu)深化設(shè)計(jì)。同時(shí)將鋼結(jié)構(gòu)、機(jī)電等作為深化的重點(diǎn)。機(jī)電的水暖電專業(yè)深度往往有著非常高的要求，包括風(fēng)口、風(fēng)管末端、消防栓箱等，均必須確保其有非常清晰細(xì)致的表達(dá)。對(duì)不交圈問題、各個(gè)專業(yè)進(jìn)行協(xié)調(diào)，確保施工進(jìn)度的同時(shí)提升施工質(zhì)量。結(jié)合甲方所確定的重點(diǎn)區(qū)域吊頂要求來實(shí)現(xiàn)凈高分析處理。對(duì)預(yù)留預(yù)埋位置模型做出相應(yīng)的復(fù)核驗(yàn)證，落實(shí)精裝修操作[4]。

（2）重點(diǎn)施工工藝模擬。在推動(dòng)工程施工進(jìn)度持續(xù)加快的影響，廣大市民服務(wù)大廳都應(yīng)當(dāng)為市民提供相應(yīng)的服務(wù)，并通過鋼筋桁架樓承板技術(shù)來替代以往傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)施工工序的簡(jiǎn)化，還得工期相比之下縮短了15天。針對(duì)需要重點(diǎn)關(guān)注的地方，主要通過BIM來進(jìn)行驗(yàn)算和模擬，以便獲取詳細(xì)的信息和數(shù)據(jù)。

（3）成果輸出。通過文本的方式來輸出，例如：二維圖紙、BIM模型圖紙報(bào)告，項(xiàng)目匯報(bào)注釋復(fù)雜節(jié)點(diǎn)等，通過文本、視頻的方式來完成現(xiàn)場(chǎng)交底以及施工處理方案疑問的解答，以便更好的參與施工交底。Revit成果在進(jìn)行輸出時(shí)，需要對(duì)圖紙內(nèi)容進(jìn)行批量打印，只需要結(jié)合圖紙的大小來實(shí)現(xiàn)分門別類的構(gòu)建數(shù)據(jù)庫(kù)，即可生成PDF信息表，方便調(diào)取。

2.5施工進(jìn)度動(dòng)態(tài)模擬

（1）可視化進(jìn)度匯報(bào)管理。對(duì)工程進(jìn)度進(jìn)行跟蹤，以周作為單位，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)直觀，以便更為精確的體現(xiàn)出施工計(jì)劃的執(zhí)行效果，更為精確的掌握工程的實(shí)施進(jìn)度情況，打造智慧工地。針對(duì)“人、機(jī)、法、環(huán)”進(jìn)行動(dòng)態(tài)管控，并形成多方聯(lián)動(dòng)的高效管控體系，及時(shí)快速的獲取相關(guān)數(shù)據(jù)信息，綜合預(yù)測(cè)，保證工程三管三控一協(xié)調(diào)的目標(biāo)。借助質(zhì)量管理平臺(tái)軟件，來實(shí)現(xiàn)對(duì)工程質(zhì)量檢查數(shù)據(jù)信息的實(shí)時(shí)錄入，加強(qiáng)工程質(zhì)量的監(jiān)測(cè)，軟件能夠及時(shí)出具相關(guān)質(zhì)量檢查報(bào)告，并針對(duì)風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)進(jìn)行預(yù)警，讓施工人員能夠重視起對(duì)風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)的管控，從而最大程度上保證施工質(zhì)量合理性。

（2）施工階段管理。在進(jìn)行施工操作期間，施工方及時(shí)將相應(yīng)的施工操作模型傳輸?shù)紹IM平臺(tái)，并完成進(jìn)度等各方面信息，落實(shí)好危險(xiǎn)源控制、安全巡檢、風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警、物料驗(yàn)收等操作，同時(shí)針對(duì)關(guān)鍵部位做好實(shí)時(shí)測(cè)量，以此實(shí)現(xiàn)對(duì)管理效率的提升。在線對(duì)模型進(jìn)行預(yù)覽，并最好關(guān)鍵數(shù)據(jù)的標(biāo)記處理，以便更好的進(jìn)行工藝工法和進(jìn)度的展示，促使其具象性、可視性以及交互性得到強(qiáng)化，更好的實(shí)現(xiàn)集中呈現(xiàn)[5]。

（3）施工精細(xì)化控制。在實(shí)施期間，BIM能夠自動(dòng)根據(jù)動(dòng)態(tài)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)來生成相應(yīng)的數(shù)據(jù)，形成數(shù)字報(bào)告，并將其發(fā)送到朋友圈、微信圈，或者項(xiàng)目經(jīng)歷，在獲得確定之后傳輸給甲方，以便實(shí)現(xiàn)對(duì)施工情況的精細(xì)化最終，保證其現(xiàn)場(chǎng)、多方管理。

2.7運(yùn)維階段

業(yè)主在對(duì)竣工模型實(shí)施審批的過程中，各方可以結(jié)合業(yè)主所提出的各方面因素意見，來實(shí)現(xiàn)對(duì)模型信息的完善，確保文件、模型、報(bào)告等成果文件連同項(xiàng)目一起傳輸給業(yè)主，提升項(xiàng)目管理的一體化交付效果。業(yè)主能夠結(jié)合模型的反饋來落實(shí)好相應(yīng)的運(yùn)維處理，以便進(jìn)行后期資產(chǎn)、監(jiān)控消耗、智能物業(yè)等各方面的全面管理，從而達(dá)到完整的全生命周期流程。此外，還可建立起較為完整完善的資料數(shù)據(jù)庫(kù)[6]。明確材質(zhì)構(gòu)成、幾何尺寸、權(quán)限所屬、時(shí)間進(jìn)度、問題追蹤信息。運(yùn)用射頻識(shí)別技術(shù)（RFID）、二維碼技術(shù)來實(shí)現(xiàn)對(duì)構(gòu)件設(shè)備的維護(hù)，以便更好的進(jìn)行維護(hù)管理。

3應(yīng)用效益分析

本項(xiàng)目通過BIM技術(shù)參與項(xiàng)目改造，構(gòu)建起一個(gè)現(xiàn)代化的信息化管控方案，通過可視化、CAD、參數(shù)化、流程化等方式來落實(shí)設(shè)計(jì)、測(cè)繪、技術(shù)交底、進(jìn)度模擬、質(zhì)量檢查等，對(duì)文檔進(jìn)行統(tǒng)一管理和進(jìn)度管控，并實(shí)現(xiàn)全過程的溝通跟蹤交流。平臺(tái)能夠分段來實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的協(xié)同管控和交付，通常是多方面溝通參與。

本項(xiàng)目在改造之后，取得了較為客觀的經(jīng)濟(jì)效益，并且能夠?qū)υ靸r(jià)進(jìn)行節(jié)約和改造周期的縮短。有著非常高的社會(huì)反響，成為了當(dāng)?shù)氐木W(wǎng)紅打卡點(diǎn)，獲得了老百姓的一致性認(rèn)可。

根據(jù)定量評(píng)價(jià)結(jié)果來看，在采用BIM技術(shù)對(duì)本項(xiàng)目歷史建筑進(jìn)行改造處理后，其經(jīng)營(yíng)效應(yīng)情況見下表。

4結(jié)論

在國(guó)家高度重視文化傳承的背景下，歷史建筑的藝術(shù)價(jià)值和傳承價(jià)值日益突顯，對(duì)其進(jìn)行改造處理，賦予全新的時(shí)代意義，成為了當(dāng)前歷史建筑處理的主要方法。以BIM技術(shù)來實(shí)現(xiàn)對(duì)歷史建筑改造處理優(yōu)化，能夠極大程度上引入各種現(xiàn)代化技術(shù)，改變傳統(tǒng)測(cè)量所帶來的不確定性和大任務(wù)量問題，同時(shí)還可根據(jù)所采集到的數(shù)據(jù)和信息來實(shí)現(xiàn)模型的構(gòu)建。本研究針對(duì)歷史建筑改造項(xiàng)目就配合運(yùn)用了掃描技術(shù)來完成對(duì)BIM模型的逆向建立，各組的構(gòu)件被賦予了三維可視化和屬性信息化，為項(xiàng)目的設(shè)計(jì)、施工提供了重要的基礎(chǔ)信息。BIM作為一種全新的輔助工程建設(shè)方式，其不僅能夠提高房屋改建的應(yīng)用前景，同時(shí)也能夠提高建設(shè)質(zhì)量，降低建設(shè)成本。

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