BIM技術在建筑工程施工中的協同作業研究

葉昌潤，張文昌，方文

（中國建筑第二工程局有限公司）

1 引言

建筑產業總投資大，屬于資金密集型行業，但是由于其管理模式導致效率低、能耗高、且風險性較大，一直以來利潤率不高。BIM技術引進我國以來已經有20多年時間，經過建筑專家多年以來的應用研究，已經取得了一定進展，代替了傳統的CAD制圖。利用BIM技術進行施工設計，可以實現結構、建筑、給排水、電氣、通風空調等專業協調設計。協同設計根據時間不同分為同步和異步設計，根據空間不同分為集中式和分布式協同設計?；诮ㄖ﨎IM的設計采用Revit軟件，因軟件功能、圖紙會審規程、標準等方面的原因，直接采用BIM技術的三維設計并未大范圍推廣。隨著BIM軟件技術的不斷開發和相關標準的實施，數據共享和傳輸已成為設計領域的研究方向[1-4]。

2 工程項目進度優化理論

2.1 傳統工程項目

傳統的工程項目進度管理難度較大，其主要內容為施工進度計劃、計劃控制。單位施工進度計劃編制流程如下：收集資料→工作項目劃分→施工順序確定→工程量計算→勞動量和機械臺班數計算→各工序持續時間確定→施工進度計劃圖繪制→施工進度計劃檢查→編制正式施工進度計劃。在項目進度管理方面，長期以來都是取決于管理人員的經驗，工程預算精度不佳，計劃編制工具有限，信息溝通及專業協調難度大。由于設計院專業及工作模式特點，對于建筑施工各專業設計工作流程都是單向的，一般項目設計都是線性設計，而且設計人員跨專業理解能力有限，造成各設計專業缺乏溝通，傳統的設計方案的修改和傳遞還停留在紙上，對于發現的問題不能及時發現和糾正，設計效率和質量較低、設計進度可控性差。因此，提高項目設計和施工中各專業協作能力具有十分重要意義，可以保證設計質量的同時提高工作效率。

①在組建項目設計團隊時，根據各專業的界定相應的范圍和角色，同時應加強跨專業通用知識的培訓與學習。對不同參與者確定合適的角色與任務，同時考慮個人業績、組織結構和目標原則。

②設計工作內容與流程的確立包含這些內容：首先將BIM層的應用分解為N組流程，其次明確各流程之間的關系與區別。在需要做出決策的節點建立決策框架，決策框架不僅可以檢驗決策結果還可以據此改變流程步驟。

2.2 BIM技術進度優化理論

BIM技術基于施工過程的數據進行分析，主要用于設計和施工管理。利用三維技術進行協同設計特點如下。

①三維協同實時模式相比傳統設計，以時間軸為基準，傳統設計的過程沒有時間順序和前后向過程，各專業都可直接設計。三維系統實時模式摒棄傳統模式下各專業設計之間的點對點通信方式，各專業之間可以進行數據實時共享、協同工作，提高了各專業設計之間的溝通交流效率。

②BIM模型模塊是協同作業平臺的核心，該平臺的基本功能模塊為BIM模型的建立、任務管理、知識管理、權限管理、沖突檢測與消除及擴展功能分析等，這些模塊功能可以支撐協同設計作業。隨著BIM系列標準的實施及云技術的普及，基于云BIM的協同設計應運而生，就是將各相關軟件和資源存儲到云服務器上，同時在云服務器內建立完整的資料庫和模型，完善制圖數據庫和決策信息庫，使得所有設計者和相關權限人員可以通過云進行設計及信息共享，并可以在設計過程中及時溝通交流。不同專業設計人員的進度由云系統統一規劃，保證整個專業模型格式一致并且可以相互轉換，確保任何專業設計能互相利用和比對元素，并且專業建模完成后，可以進行合模建立起整個模型。在云平臺上可以獲取該整體模型的所有專業模型，并可修改或刪除圖形設計，提高圖形修改效率。

③我國的建筑項目管理方面智能化應用水平處于初始階段，在施工過程中易造成信息不對稱。基于云技術的BIM工程建設協同平臺可以有效解決這類問題。隨著BIM技術標準的完善以及軟件接口和數據處理能力的提高，通過引入分包商的相關數據，可以進一步細化項目管理中的進度付款等環節，進一步提高項目集約化管理和成本控制水平。該平臺可以提高項目管理效率，包括人力、物資和設備等，有力協調設計與施工組織。BIM施工協作的主要功能基于InternetPlus技術，結合3D場景等，實現數據共享和遠程數據監控和審批，利于調整施工方法和順序，得到最優施工方法。在施工協作方面，采用三維結構仿真技術對施工組織進行模擬，對于模擬過程中出現的施工沖突和問題，提出優化方案解決。通過對施工過程的模擬，方便在設計階段不需要進行施工執行就能進行優化調整，有效提高設計預測能力，使得重大問題在施工前模擬階段得到解決，降低了施工成本和設計變更的復雜繁瑣流程。

除了在設計和施工環節發揮重要作用外，BIM技術還在場地分析、造價預算、設計方案論證、結構主體討論、工程量計算、采光通風、節能減排、施工計劃、物資計劃、數字督造、資產管理、物業運維等方面具有廣闊空間。

3 基于BIM的施工進度協同優化研究

3.1 工程概況

某項目總建筑面積為2.8萬m2，建筑高度49.9m。項目難點是基坑深、工地狹窄、結構和裝飾設計復雜、專業施工多且協調困難。項目要求的工期緊且質量可溯源高。

3.2 基于BIM的進度協同優化設計

①基于BIM確定建模標準，用Revit專業軟件建成三維土木工程模型。建成土建工程數據庫，使用MagiCAD軟件進行項目各專業工序之間建模和安裝優化。

②使用廣聯達BIM 5D軟件對各專業模型進行綜合集成，借助Navisworks軟件進行工序碰撞沖突檢測，Fuzor軟件用于高精度虛擬漫游生產。

③針對碰撞檢測環節發現的問題，及時進行模型調整和設計優化分析，尤其是機電和管道安裝環節等易產生沖突的分項工程，通過調整和優化管線布局，從根本上解決原始設計圖紙中的誤差和遺漏。

3.3 基于BIM的施工進度協同優化

①制定施工總體計劃。

②采用Navisworks軟件分析施工總計劃的合理性，采用GDLianBIM5D軟件導入模型和計劃，將BIM模型和施工計劃關聯起來。

③使用BIM模型檢查投資計劃落實情況。

④基于BIM模型將物料的使用計劃與實際使用量關聯起來，按照施工進度可以進行物料監控與管理。

3.4 采用BIM進行施工模擬的主要步驟

①在BIM模型中輸入項目的進度計劃和實際場地計劃，并與其他相關模型關聯形成4D模型，可以分析項目進度偏差。

②將BIM模型與項目清單關聯，合成5D模型，同時可以分析施工階段資源使用和資金使用情況。

③使用BIM可隨時分析各階段的資金和資源變化。

④通過5D移動終端，實時輸入進度照片并進行云同步，可實現遠程進度管理。

4 結語

本文研究了基于BIM平臺的建筑工程協同設計和工作機制，意義重大，具有BIM模型的建立、任務管理、權限管理、數據管理等功能，可以進行建設項目施工全過程的協同優化，實現建設項目全過程的協同管理。協同作業平臺還具有對施工進度模擬的沖突檢測和消除、沖突擴展等，具有完善的協同設計和施工管理流程。通過分析協同作業平臺在設計和施工過程中應用，有利于項目各專業模型的搭建和任務協調分配，通過將設計模型與施工前仿真模擬，對實際施工前暴露的各種問題進行整改和優化，有效提高施工質量和效率。