BIM 技術(shù)在施工管理中的應(yīng)用
——以中國(guó)尊大廈為例

柳紅燕

（廣州市城市建設(shè)職業(yè)學(xué)校，廣東 廣州 510000）

1 概述

目前，全球經(jīng)濟(jì)區(qū)域性特征顯著，我國(guó)的經(jīng)濟(jì)總量一直呈現(xiàn)不斷增長(zhǎng)的良好態(tài)勢(shì)，各大產(chǎn)業(yè)在良好的市場(chǎng)環(huán)境下取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步和發(fā)展，尤其是在建筑領(lǐng)域，我國(guó)建筑行業(yè)的蓬勃發(fā)展為我國(guó)在國(guó)際經(jīng)濟(jì)環(huán)境中的進(jìn)步提供了強(qiáng)有力的基礎(chǔ)。縱觀我國(guó)南北與東西，鳥巢水立方、港珠澳大橋、青藏鐵路等等宏偉建筑的背后，都有基于BIM 技術(shù)提供的優(yōu)秀的建筑工程項(xiàng)目管理的一份力量。

2 BIM 技術(shù)的特點(diǎn)

BIM 技術(shù)實(shí)現(xiàn)了整和建設(shè)項(xiàng)目各階段的數(shù)據(jù)共享，從建設(shè)項(xiàng)目的決策階段到項(xiàng)目的前期設(shè)計(jì)階段，以及后期的項(xiàng)目施工階段（如圖1 所示），實(shí)現(xiàn)了各個(gè)階段管理人員對(duì)數(shù)據(jù)的把控程度，突出了時(shí)效性和信息化管理，這樣能夠有效規(guī)避一些顯而易見的錯(cuò)誤性操作或者重復(fù)性工作，實(shí)現(xiàn)了建設(shè)管理的協(xié)調(diào)辦公，由此可以看出，BIM 技術(shù)的特點(diǎn)是可視化、協(xié)調(diào)性、模擬性、優(yōu)化性和可出圖。

圖1 BIM 技術(shù)在建筑工程中的應(yīng)用領(lǐng)域

2.1 建筑過程可視化

隨著城市化進(jìn)程的不斷加快，高層甚至超高層建筑越來(lái)越多，且很多建筑要求越來(lái)越細(xì)節(jié)化和復(fù)雜化，傳統(tǒng)建筑項(xiàng)目迫切需要一個(gè)可視化程度更高的管理模式。BIM 技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)從二維平面模型到三維立體模型的轉(zhuǎn)變，三維立體模型設(shè)計(jì)能夠突出更多的設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)，展現(xiàn)更多面的模型效果，使整個(gè)建設(shè)項(xiàng)目立體化的、可視化的展現(xiàn)在管理、決策、施工等人員面前，方便相關(guān)人員透徹了解工程、掌握工程、分析工程、把控工程，也輔助管理人員對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行相關(guān)管理，避免重復(fù)性工作，提高建設(shè)項(xiàng)目的推進(jìn)效率。

2.2 不同專業(yè)領(lǐng)域的協(xié)同辦公

一個(gè)建設(shè)項(xiàng)目需要在一個(gè)長(zhǎng)期的戰(zhàn)線中由多個(gè)部門協(xié)調(diào)完成。這就對(duì)建設(shè)項(xiàng)目的協(xié)調(diào)辦公提出了要求。一旦部分單位因?yàn)闇贤ú粫郴蛘卟患皶r(shí)，導(dǎo)致項(xiàng)目施工不暢，甚至導(dǎo)致整個(gè)建設(shè)項(xiàng)目的延誤甚至是停工，這不僅會(huì)拖長(zhǎng)建設(shè)項(xiàng)目的建設(shè)工期，而且會(huì)嚴(yán)重影響建設(shè)項(xiàng)目的整體效益。BIM 技術(shù)具有較好的可協(xié)調(diào)性特點(diǎn)，能夠有效避免此類問題。因?yàn)樵贐IM 建立的模型，綜合了土建、暖通、設(shè)計(jì)等多個(gè)專業(yè)部門的意見與之設(shè)計(jì)的相關(guān)模型，沖破了不同部門之間的壁壘性隔膜，實(shí)現(xiàn)了多個(gè)部門共同建模，從而降低了長(zhǎng)周期下不同部門之間溝通的難度，實(shí)現(xiàn)了協(xié)調(diào)性辦公，從而避免了因溝通不暢帶來(lái)的沖突性問題。

2.3 實(shí)際施工的模擬功能

BIM 的模擬功能非常的強(qiáng)大，他不僅可以建立三維立體的建筑物模型，還可以建立一個(gè)針對(duì)動(dòng)態(tài)的施工過程模型，特別是針對(duì)施工項(xiàng)目中一些較為復(fù)雜的施工程序，實(shí)現(xiàn)一個(gè)精準(zhǔn)化模擬，將可視化程度達(dá)到最高，避免項(xiàng)目施工階段的誤判。比如，項(xiàng)目施工階段BIM 技術(shù)可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)一系列數(shù)據(jù)及精準(zhǔn)的工作流程，模擬出一個(gè)質(zhì)量較高的施工方案，全程指導(dǎo)施工方進(jìn)行施工，避免施工方對(duì)于模型的錯(cuò)誤理解，減少工程性錯(cuò)誤和失誤的發(fā)生。

2.4 全方位優(yōu)化功能

BIM 技術(shù)能夠?yàn)榻ㄖ?xiàng)目的設(shè)計(jì)、施工等環(huán)節(jié)提供優(yōu)化策略，利用其配套的信息化優(yōu)化分析工具，可以將復(fù)雜的建筑項(xiàng)目施工環(huán)境進(jìn)行理性的分析，避免的傳統(tǒng)的專家法的人為因素的干擾，提高了策略的質(zhì)量。另外，利用BIM 技術(shù)的可視化信息技術(shù)，可以方便的從宏觀和微觀等視角對(duì)建筑項(xiàng)目進(jìn)行交接和研討，能夠有效的提高項(xiàng)目交接效率，還可以避免分包項(xiàng)目在環(huán)節(jié)對(duì)接過程中的返工現(xiàn)象。

2.5 可出圖特性

項(xiàng)目經(jīng)理使用BIM 技術(shù)創(chuàng)建的架構(gòu)模型具有多維可視化功能。在提交過程中，可以協(xié)調(diào)不同的專業(yè)人員來(lái)模擬和優(yōu)化施工計(jì)劃或施工項(xiàng)目過程，然后執(zhí)行一系列沖突和設(shè)計(jì)更改的檢測(cè)。改進(jìn)和演示施工計(jì)劃，進(jìn)一步改進(jìn)建筑模型，最后，在優(yōu)化之后，導(dǎo)出最佳的集成設(shè)計(jì)和施工圖，例如CAD 圖，以便現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員可以執(zhí)行現(xiàn)場(chǎng)操作。

3 中國(guó)尊工程BIM 技術(shù)應(yīng)用

3.1 項(xiàng)目介紹

中國(guó)尊位于北京中央商務(wù)區(qū)Z15 地塊，東臨金河路，南至規(guī)劃的綠地，西至金河路，北至光華路,它是北京最高的地標(biāo)。中國(guó)尊于2012 年9 月開始積累,2013 年7 月29 日正式開始建設(shè)。2014 年6 月8 日，宣布了“十個(gè)中國(guó)當(dāng)代建筑”的入選結(jié)果，并授予“中國(guó)當(dāng)代最佳建筑”的稱號(hào)。地下建筑已于2014 年12 月10 日完全覆蓋。2016 年8 月18 日，位于330 米以上的中國(guó)國(guó)際貿(mào)易中心到達(dá)北京最高紀(jì)錄2016 年11 月9 日，“中國(guó)尊”的高度超過400 米。2017 年4 月28 日凌晨，“中國(guó)尊”的建筑物達(dá)到104 層，超過了該建筑物的高度500 米，它將成為首都的新地標(biāo)和北京最高的建筑物（如圖2）。

圖2 中國(guó)尊大廈圖例

3.2 建筑布局

工程2 號(hào)樓是一棟工業(yè)化住宅樓，地下兩層，地上二十七層。建筑物的總面積為11478 平方米，單層面積為395.05 平方米，樓層高度為2.9m，有兩個(gè)梯子和四個(gè)住戶，樓梯是剪式梯子。2-6 層的壁之一是鑄墻，頂板是層壓板，而7-27 層的壁是預(yù)制的，頂板是層壓板。2 號(hào)樓使用標(biāo)準(zhǔn)地板：22 個(gè)外墻板，13 個(gè)內(nèi)墻板，46 個(gè)層壓板，11 個(gè)預(yù)制懸臂組件，10 個(gè)其他預(yù)制組件，共102 個(gè)，其中外墻板由聚苯乙烯板制成擠壓三明治控制板。該組件的最大重量為8 噸，樓梯為4 噸，混凝土消耗量為64.46立方米。

整個(gè)項(xiàng)目布局在施工過程中的工程創(chuàng)新技術(shù)和措施如表1所示。

表1 工程創(chuàng)新技術(shù)和措施

3.3 BIM 應(yīng)用

3.3.1 深化設(shè)計(jì)階段

傳統(tǒng)的站點(diǎn)布局以CAD 平面圖表示，很難將站點(diǎn)布局信息準(zhǔn)確地傳遞給非專業(yè)項(xiàng)目參與者（例如A 面），從而導(dǎo)致在站點(diǎn)施工期間對(duì)站點(diǎn)布局的看法不一致。BIM 技術(shù)基于由三維信息模型創(chuàng)建的頁(yè)面布局，該頁(yè)面信息可以通過3D 可視化直觀，準(zhǔn)確地反映出施工和裝飾階段的站點(diǎn)布局。本工程安全通道、鋼筋加工棚等3D 可視化場(chǎng)地布置圖如圖3 所示。

圖3 3D 可視化場(chǎng)地布置圖

考慮的另一件事是土方的平衡。如圖4 所示，REVIT 軟件根據(jù)地質(zhì)調(diào)查局和設(shè)計(jì)院提供的站點(diǎn)的實(shí)際高度導(dǎo)入，運(yùn)用BIM 技術(shù)生成站點(diǎn)的真實(shí)3D 地形圖（圖4a）。然后，創(chuàng)建一個(gè)站點(diǎn)平整模型，并使用實(shí)際站點(diǎn)地形圖執(zhí)行站點(diǎn)平整模擬計(jì)算，以獲得BIM 站點(diǎn)對(duì)齊分析圖，如圖4b 所示。最后根據(jù)項(xiàng)目特點(diǎn)，占地面積41888.3 平方米，建筑面積僅18635 平方米。做比較土方的計(jì)劃如圖4c 所示。最終，通過BIM 對(duì)土方方案進(jìn)行優(yōu)化，并模擬了兩個(gè)土方工程的土方開挖方案和回填方案，在黏土施工階段將工程成本降低了近40 萬(wàn)元。

圖4 土方計(jì)劃比較

此后，該項(xiàng)目立即針對(duì)生產(chǎn)，設(shè)計(jì)和其他利益相關(guān)部分進(jìn)行了組件的深化設(shè)計(jì)。如預(yù)制墻的凹槽深化設(shè)計(jì)，包括：插入套筒的傾斜支撐的位置，模板和固定孔的位置，圓形龍骨的固定孔的位置，構(gòu)件凹槽的結(jié)構(gòu)，插入的木板外窗磚和其他預(yù)留孔。預(yù)制層壓板的凹槽包括煙道氣開口，內(nèi)置的懸掛點(diǎn)，預(yù)制的電箱以及板的邊緣和凹槽的設(shè)計(jì)等。由于BIM 軟件中集成了各種專業(yè)模型，因此可以檢查所有孔的數(shù)量。視覺模型可用于視覺檢查不合適的預(yù)留孔的位置。使用BIM 加深設(shè)計(jì)修改，以便在不影響整體管道布局的情況下修改不適當(dāng)?shù)拈_口。

目前土木工程中的普遍現(xiàn)象是：由于缺乏專業(yè)人員來(lái)進(jìn)行鋼筋的總承包，項(xiàng)目的鋼筋采樣是由工作團(tuán)隊(duì)控制，甲方與工作人員或承包商之間信息是封閉的，因此鋼筋的設(shè)計(jì)缺乏過程控制，這樣通常會(huì)導(dǎo)致在項(xiàng)目完成之前過度使用鋼筋的現(xiàn)象，并且合同的約束性較低。因此，本項(xiàng)目嚴(yán)格將BIM 技術(shù)應(yīng)用到先進(jìn)的鋼筋管理中，通過掌握人工采樣，學(xué)習(xí)Glodon 鋼筋的3D建模和采樣軟件，最終達(dá)到3D 采樣指導(dǎo)設(shè)計(jì)的水平。

在做了BIM 優(yōu)化之后，決定2＃ 柱鋼筋的選用材料為HRB400E，最長(zhǎng)的直徑為28 和35mm，最終設(shè)計(jì)的兩個(gè)圓柱加強(qiáng)構(gòu)件的示意圖顯示在圖5 給出來(lái)的構(gòu)建鋼筋的詳細(xì)信息。

圖5 鋼筋詳圖信息

3.3.2 構(gòu)件生產(chǎn)階段

根據(jù)2 號(hào)樓的制造過程，運(yùn)輸要求和臨時(shí)施工措施，BIM 可以隨時(shí)更改建筑模型的組件模型信息特征，調(diào)整建筑設(shè)計(jì)組件的應(yīng)用程序布局，改進(jìn)BIM 模型并提高模型一致性。結(jié)構(gòu)中的組件由門，窗，柱，梁和墻板等，在建筑過程中可由軟件隨時(shí)提供組件在某階段所需要的特征信息表2 所示。

表2 墻板構(gòu)件屬性信息

3.4 施工實(shí)施階段進(jìn)度管理

在項(xiàng)目的實(shí)施階段中，項(xiàng)目部根據(jù)網(wǎng)絡(luò)總體建設(shè)進(jìn)度，以此表編制了《交錯(cuò)施工周期表》，將所有的結(jié)構(gòu)施工、預(yù)裝修施工、精裝修施工和外部排水溝施工通過安排并結(jié)合起來(lái)，進(jìn)行一個(gè)有效的過程。連接并鎖定每個(gè)分包商和每個(gè)流程計(jì)劃的準(zhǔn)確性，項(xiàng)目部門將在現(xiàn)場(chǎng)發(fā)布計(jì)劃的計(jì)劃以可視化進(jìn)度管理，并將實(shí)施一個(gè)多流程和多個(gè)分包商。通過每天確認(rèn)每個(gè)過程的進(jìn)度來(lái)“同時(shí)且有序地”締結(jié)合同，精確地進(jìn)行“施工”。

4 結(jié)論

根據(jù)我國(guó)土木工程中BIM 技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀，提出土木工程管理領(lǐng)域的改進(jìn)措施和BIM 的發(fā)展方向。

4.1 盡管BIM 技術(shù)在項(xiàng)目管理中的應(yīng)用仍然存在很多問題，但是隨著大數(shù)據(jù)、云計(jì)算和綠色建筑等技術(shù)和需求的普及，基于BIM 技術(shù)的建設(shè)項(xiàng)目信息管理必將成為一種建筑的主流項(xiàng)目。

4.2 基于BIM 技術(shù)的建筑工程管理可以進(jìn)行施工模擬以及可視化交底，能夠生動(dòng)形象的完成各類建筑設(shè)備的立體構(gòu)造，使建筑方案簡(jiǎn)單明了，能夠避免不同施工方之間的設(shè)計(jì)碰撞，保證項(xiàng)目的順利施工。

4.3 完善BIM 技術(shù)在我國(guó)建筑領(lǐng)域的應(yīng)用對(duì)策可以從增強(qiáng)信息化技術(shù)監(jiān)管體制、完善相關(guān)技術(shù)服務(wù)體系及提高人才培養(yǎng)等方面進(jìn)行，另外，針對(duì)我國(guó)建筑行業(yè)的實(shí)情，需要BIM 技術(shù)做出相應(yīng)的技術(shù)修訂，以適應(yīng)市場(chǎng)的特殊需求。