基于BIM5D技術的施工現場布置優化★

沈新月,樊曉鑒,李燈豪,馬江涵,張 朔

(新疆農業大學水利與土木工程學院，新疆 烏魯木齊 830052)

BIM是建筑信息的數字化表達，通過BIM技術制作的虛擬建筑三維模型，它保證所有建筑有關信息的準確性與完整性;BIM技術為建筑信息模型中各專業的交流溝通與協作提供了可能性，因此，BIM為建筑施工提供了多維度的可視化信息傳遞與多專業的協同合作平臺。相比之下的BIM5D又是一個BIM技術發展的里程碑。BIM5D技術集成了土建、鋼筋、機電、給排水等各個專業的三維實體模型，并以形成的三維模型為載體，以WBS分解為核心，進行進度與成本的信息關聯，形成了五維立體化建筑信息模型，BIM5D將施工過程中的建筑模型、進度、成本、合同及工程所需的物資量等信息進行關聯，使管理人員隨時汲取和調用所需要的數據信息,為項目的進度管理、成本控制、物資采購輸送等提供數據保障,有助于項目的管理人員對施工方案進行適當的變更，做出有效地決策[1]。

1 研究目標及思路

在施工現場布置中利用BIM5D技術，有助于項目管理者選擇出較為合理的施工方案，節省項目的生產成本，有沖突的施工現場布置方案會造成二次搬運、物資量的浪費和損失等經濟問題，不做出適當的方案變更，建筑項目甚至會產生質量安全問題。

伴隨著現代施工技術的進步，人們的消費觀念的轉變，施工技術和科技復雜、美觀、工程量浩大建筑項目逐漸進入建筑管理人員的視野，建筑施工工藝的復雜性對施工場地布置方案提出了更高的要求，利用BIM5D技術提高了場地布置方案的合理化，減少施工過程中的空間位置沖突，通過合理的垂直及水平運輸路徑的合理規劃，降低了施工機械、建設所需物資的運輸成本，提高施工現場空間的利用率，規避了施工建設項目的質量安全問題。但是現階段，BIM技術在施工現場布置很多還是體現在三維可視化功能上，充分發揮BIM優勢還有很長的路要走[2]。

在施工現場布置復雜性不斷增強的今天，施工模擬不能充分結合進度和成本計劃，使得施工現場布置方案優化存在一定的盲目性，這就為我們的建筑施工提出了較為明確的問題與研究方向。為了能夠將所有的建筑施工信息進行集成，形成較為完整的體系，指導施工現場布置方案優化，本文通過對實例的研究，總結BIM5D技術的運用思路，進行總結分析，充分發掘BIM5D技術在施工現場布置方案優化方面的重要性，給出較為具體的對策與建議。

2 施工現場布置要求的復雜性

2.1 施工現場場地布置要求

施工現場場地布置需要綜合各種因素，考慮施工各階段現場的具體情況。在保證施工項目正常順利進行的情況下，遵守國家和地區相關的技術和安全標準，盡量有利于施工人員的生活和管理，并且充分利用建筑區域內的土地，包括山地和荒地，盡量減少農田等非建設用地的浪費與占用，合理分配建筑項目中的相關資源[3]。做好施工現場的場地布置，能夠極大限度的減少材料機械的運輸成本，保證場內交通的順暢性。這就需要合理安排臨建設施、附屬設施、施工機械的位置，還要選擇正確的運輸道路和傳送方式，充分利用現有的管道、道路、建筑設施最大程度的節省建設成本。

施工現場場地內的運輸道路的規劃在施工現場場地布置具有重要的地位，合理的道路規劃能夠使建筑材料與施工機械在臨建設施之間的進出場與運輸、人員的流通更加便捷迅速，使得物資資料能夠按照時間要求進場，以滿足施工項目建設的需要。臨建設施的布置應該符合施工人員的日常工作與生活，比如生活區應當距離施工現場有一段距離，并建設相應的綠化帶，塔吊安放，鋼筋加工與堆放區、混凝土沙石攪拌站等施工生產設施應該布置在離施工現場較近的位置。

2.2 施工項目資源需求

施工項目所需的資源種類繁多、數額龐大、信息錯綜復雜。施工項目資源的統計在建筑項目中具有很重要的地位。根據建筑施工項目的具體情況以及場地布置信息，綜合應該查找的標準與規范，按照施工進度計劃統計出各關鍵時間節點物資材料的需求量、施工與管理人員計劃量、臨時設施與施工機械的種類數量等，該工作利用傳統的建筑信息統計方法完成較為困難。得到完整的施工項目資源需求量對于施工現場布置有著極其重要的參考作用，結合施工流水段的劃分，將各種施工項目資源按照一定進度計劃，準確無誤的帶入施工現場指定位置，在建筑項目施工過程中是一個較為復雜且重要的研究課題。根據施工項目的資源需求數目確定臨時設施的種類與面積，如施工人員的宿舍、餐廳、廁所等生活設施要滿足他們的基本生活要求，堆放區、加工棚要能容納施工過程每個階段的材料堆放需求，施工機械的需求種類和數量可以為作業防護棚的搭建提供參考。現代工程建設項目愈加復雜，信息的綜合性越來越高，施工過程逐步趨向高度動態化，各種施工項目資源之間的關聯性也變得十分緊要，提高施工成本精細化管理程度，使施工現場的布置方案更好的優化迫在眉睫。

2.3 施工現場布置信息需求

施工現場布置信息十分的復雜，較為有限的空間，不同的時間進度會對應不同的施工現場布置情況。施工現場的空間布置的合理化能促進施工項目的順利進行，因此施工現場場地的空間在動工之前能夠被項目管理者進行模擬布置，能夠大大的提高建筑施工的時效性、安全性，并且能夠減少材料二次運輸的頻率次數、節省項目的生產成本，提高工作效率等。施工現場空間布置方案是施工組織計劃方案中較為重要的一部分，它包含的主要內容有運輸機械位置的選擇及布置，現場運輸路線的選擇與安排、臨建設施的位置布置、施工現場運輸道路選擇、用電網絡和排水系統的鋪設與運用。材料堆放場地與材料加工棚區的大小及位置、圍欄與安全通道的大小和位置、辦公范圍與生活區位置的設置等。施工現場空間布置需要考慮的因素很多，首先應該考慮施工現場布置的國家級、省級技術規范，然后根據相關要求，模擬臨建設施的位置與面積、施工機械的需求與運輸施工人員的安排與管理等。因此，施工現場布置能夠用到的信息來自于工程的方方面面，只有充分綜合這些冗雜信息對施工現場布置的影響，結合建筑信息模型的特點，施工現場布置的設計和優化才能快速順利的完成。

3 運用BIM5D技術的現實意義

3.1 利用BIM5D進行施工現場布置優化的意義

BIM5D技術提供的施工現場碰撞檢測功能對施工現場布置優化具有重要的意義，它可以使建筑項目中施工現場出現的問題一覽無余。要完成施工現場布置信息的集成，實現信息數字化，首先需要將立體模型進行細節性的完整描述與三維動態展示，利用BIM5D技術所導入的三維幾何模型，集成了各專業性的具體化參數信息，為分析空間位置沖突創造了前置條件。擁有了施工現場布置的三維模型，通過碰撞檢測能夠直觀的分析出不同臨建設施、施工機械、運輸道路之間的沖突，將BIM5D技術運用在施工現場布置方案優化中，可以規避很多安全風險，提高施工現場布置的可靠性與準確性。

3.2 利用BIM5D技術優化施工現場布置的目的

施工現場合理布置的根本目的是為了保證建筑施工的高效性、準確性、完整性，因此施工現場布置方案應該能夠保證施工人員在預定的工期內完成既定的施工任務，對采用流水施工的建設項目，各流水段應當滿足其工期與技術要求。施工現場隨時間和進度的改變進行場地布置，不同時間節點的施工現場布置應該與不同施工階段的工作重點相對應。利用BIM5D進行施工現場的合理布置不僅能滿足施工的需要，同時也能降低生產成本、提高生產效率、大大縮短工期。以促使施工計劃按時進行為基本前提下，可以盡可能的減少臨建設施的搭設的種類和數量，充分發揮施工場地內原有環境和建筑設施的作用，保證建筑施工能夠順暢進行。因此，正確處理整個施工現場施工所需的各種臨時設施與永久性建筑和擬建工程之間的空間關系，并在現場有組織性的指導具有很重要的作用。

4 案例應用展示與分析

4.1 案例工程簡介

本案例項目位于杭州市余杭區良渚鎮余政儲出[2013]27號地塊建設項目二期4號綜合樓，總建筑面積152 617.29 m2，地下2層，地下建筑面積37 505.76 m2。建筑外觀如圖1所示，共包含2個建筑單體，本項目施工范圍有限，建筑管理信息冗雜，建設協調管理困難，充分運用了BIM5D技術降低建筑難度，在技術運用方面具有一定代表性。

4.2 應用思路及分析

1)在案例項目中，首先使用二維碼與建筑構件相結合的方法，運用二維碼+BIM5D技術，將每個關鍵時間節點三維可視化場地布置模型制成二維碼，使場地布置模型不僅可以通過移動端就能便利的查看模型，也可以在網頁端駕駛艙查看，提高了現代信息科學應用程度。

2)在物資量的統計與分析的階段，施工項目建設開始之前，施工現場場地資源的合理利用及所需資源的精確整合至關重要，傳統的信息集成不能精確的統計出工程量，很有可能造成物資量的采購超過預期的范圍，通過BIM5D技術根據相關的標準要求提前建立精確的臨建設施模型，通過合理布置之后，通過時間、專業、樓層、流水段等維度，以曲線或表格形式導出工程量，實現建設施工所需物資量資源和資金的精細化管理。

該案例利用BIM5D技術進行精細化管理，使物資量的統計與成本管理更加便利化。作為項目的管理人員必須熟悉項目各個關鍵時間節點的項目資金計劃，預測一定時間段內所需的資金、材料、人員情況，將資源計劃進行適當的調整，保證建筑施工項目的順利進行。BIM5D建立工程量的清單計價統計,具有準確性、高效性的特點，并與施工流水段相關聯，可以快速建立起全面的成本與收益動態預算信息數據庫。施工項目的管理人員可針對進度計劃和工程的實際進度統計任意時間節點在指定時間段內的工程量以及相對應的人員、材料、機械的計劃需求量和實際使用量，并導出具體準確的資金使用情況與費用明細。顯示施工項目特定流水段在特性時間段內的計劃成本與實際成本，對成本偏差進行合理的分析，及時的追根溯源，防患于未然，為施工現場的布置優化提供更好的借鑒。

3)在進行施工場地臨建設施布置階段，由于施工場地空間范圍有限，項目管理人員根據建筑施工項目規模、參與建設人員數量、施工場地特點以及技術規范要求，在保證經濟效益的情況下，運用BIM5D技術合理規劃臨建模型的數量和不同的位置，包括生活區宿舍、辦公大樓、綠化帶、安全通道等，部分場地布置分類見圖2。

在模擬進行施工現場的三維布置階段，利用BIM5D技術，可以導入CAD圖紙，3Dmax與Revit模型,GGJ,GCL文件快速建立模型,系統可以按照要求完成現場布置方案的優化,快速生成可視化的三維虛擬模型，同時也可以用其查詢人材機及臨建設施的工程量。BIM5D使項目管理人員能夠在工程開始之前了解和管控項目建造過程中每個關鍵時間節點的施工現場布置情況、施工機械運輸與布置方案及現場可能產生的安全問題。項目管理者通過結合消防防火、安全文明施工、抗震等級設置、施工環境衛生標準等規范，進行完整的施工現場三維布置模擬。通過觀摩三維現場實景模擬，結合施工項目進度和成本的相關信息，可以為施工現場布置方案的優化提供更多合理的參考依據，通過優化，制定出最符合施工現場實際、最節約建設成本的施工現場布置方案，同時通過BIM5D技術快速整合與提供施工建設所需的施工所有關鍵節點的各種人材機需求統計量、現場布置規劃圖、臨建設施構造詳圖、臨水與臨電鋪設方案等[4-6]。該工程跨雨季施工，機電管線的鋪設較多，通過對不同的流水段和時間段的劃分統計工程量，克服了氣候條件、地質環境等很多方面的問題。

4)該項目在臨時道路布置規劃中充分利用BIM5D技術，在各施工階段，運輸線路錯綜復雜，對施工建造影響的因素很多，傳統二維平面圖紙無法直觀的對道路規劃情況進行管控與分析，運用BIM5D技術，提前按照一定的進度計劃，策劃施工材料與施工機械的進場方式，綜合工程量信息，進行碰撞檢測，通過模擬運輸車輛的行進路線及不同車輛會車的過程，保證場地內車輛安全行駛，模擬路線規劃見圖3。

5)在進行機械設備模擬布置中，BIM5D技術的可視化特點充分體現，本案例項目場地狹小，4號樓綜合體高度高達149.9 m，大型設備合理布置至關重要。通過傳統二維難以對機械高度做出準確評估，運用BIM5D技術對現場施工機械按一定比例縮放展示，將施工機械運行過程進行動態模擬，降低了不同的機械設施之間碰撞的風險。

施工現場機械設備的優化對施工順利進行具有重要意義，在施工機械設備現場布置中需要的問題很多。例如在塔式起重機選擇中，起重機施工旋轉半徑和起吊高度是否能滿足施工要求，塔式起重機所占空間范圍和布置位置對其他施工作業有無影響。利用BIM5D技術對施工現場的機械進行適當選擇與合理布置，可以通過機械量的統計與成本預算，在滿足施工要求的前提下，選擇出能與施工現場空間布置更好匹配的施工機械，項目管理人員可以綜合施工機械的施工作業能力、機械自身占用空間、施工效率與成本因素，做出正確的選擇。同時可以利用BIM5D技術對施工機械是否滿足項目的生產要求進行三維動態化模擬，對施工機械的綜合信息包括施工機械的運作范圍、施工高度、回轉半徑等是否滿足現場施工的需要進行直觀分析。并可以利用BIM5D技術的三維可視性提前對施工機械設備的操作過程進行模擬，提高與真實情況的契合度，提前模擬機械設備的進出場路徑，在動態模擬中提前發現機械設施的進出與施工作業時的問題，規避安全隱患和節省施工成本，從而選擇出合理適當地機械及現場布置方案，在施工模擬中進行施工現場機械設備優化如圖4所示。

在進行施工現場塔式起重機布置時，項目管理人員提前利用建模軟件對起重機模型進行制作與導入，并根據施工要求，綜合空間與時間限制因素，對起重機施工位置進行布置。之后項目管理人員可以通過BIM5D三維模型對起重機模型進行調整設置，在施工現場中合理安排它的位置，并根據實際需要將其他計劃所需的設備補充安排進來，制作出變更后合理的補充布置方案。在施工現場布置方案優化過程中，項目管理人員通過BIM5D技術三維可視化的視點功能，保存和記錄施工機械的施工作業范圍，對比施工進度，通過周圍機械三維模型的空間及環境分析得出是否滿足要求的結論。給予實際操作工人專業性指導，克服了他們對其他相關布置問題認識模糊的問題。

6)制定加工棚與材料堆場布置方案，在不同施工階段，現場施工道路和機械的布置跟隨時間的變化呈動態布置，為了規避或減少材料二次搬運的經濟損失，運用BIM5D技術對加工棚和材料堆場進行合理布置，確保各臨建設施、規劃建設道路及各項資源的合理空間位置。材料堆場分布見圖5。

7)利用BIM5D技術進行工程變更管理，在施工項目的建造過程中，工程變更是不可避免的,工程開始之前該案例項目就制定并擁有一套完整和嚴謹的變更流程，使管理者能夠管控所有因為施工及設計變更而引起的經濟效益浮動，對于建筑項目是十分重要的。通過BIM5D技術的應用，建設項目可以從源頭上減少工程變更的發生，三維可視化施工現場布置能夠準確無誤地再現每個專業構建的空間布局，通過碰撞檢查，空間位置沖突可以一覽無遺，通過修改方案減少工程的變更。若需要對工程進行變更的話，可以通過日志提交的方法，合理分類，在變更登記中，也可以進行分組管理新建上傳對應變更資料，大大提高辦公的效率[7]。

8)質量安全管理。該案例工程的體量大，專業性知識運用較多，分包的內容豐富，分包單位關系復雜，預留預埋的強度高。通過BIM5D有效解決了相關問題。

該工程在BIM5D技術運用中通過三維可視化模型了解和管控施工現場的質量安全問題，規避了因施工現場布置不當出現的風險，突破了傳統建筑施工的解決方法,項目管理者能夠較為快速地明確項目存在的質量安全問題，并通過圖片對施工現場存在的質量安全問題進行精準定位與跟蹤，確切的分析原因，提出合適的解決方案[8-9]。在建筑施工過程開始前參與項目建造的各方人員就這些質量安全問題的及時溝通、交換意見，通過大數據平臺實時關注質量安全問題的動態情況，了解問題的進展，一直到問題被徹底的解決。

BIM5D技術導入的是數字化的圖紙，平臺可以對建筑信息快速的檢索與整理，突出了其使用的高效性與準確性。利用BIM5D平臺通過一些簡單的功能就可以較為迅速的得到臨時建筑設施、現場施工機械、施工人員管理，臨水臨電方案的相關信息，如員工生活區、辦公區與綠化帶、材料加工堆放區、塔吊、攪拌機設置等。而且,利用BIM5D技術將建筑模型與施工方案結合進行三維可視化虛擬建造，對建筑項目進行仿真實驗，驗證其可建造性、可靠性，提前進行施工現場布置的碰撞檢查，大大降低質量安全事故發生率。

在質量安全管理中，進行質量安全問題追蹤，通過手機端和Web端，登錄項目看板，在質量安全管理標簽設定相應分類、等級、常見問題、拓展字段評優描述，項目管理人員在PC端進行質量問題創建和整改，為解決意見分歧提供了更好的平臺。在安全定點巡視方面，利用移動端，在安全管理模塊，創建視點錄入信息，并能夠實時查看巡視記錄并導出分析，管理層可以設置安全巡視點及巡視要求和頻次。充分運用該技術，解決了普通工作人員專業能力不強的問

題，在我國建筑工程中，農民工占有很大的比例，他們之中較多人員缺乏安全意識和專業知識，充分利用信息錄入的簡易性，在一定程度上降低了勞動力的成本[10-11]。

5 結語

目前我國的BIM技術已經有了較為迅速的發展，在建筑設計與施工方面得到廣泛應用。因為施工現場布置的復雜性與易變性，利用BIM5D技術，將建筑信息模型同進度與成本相關聯，指導施工現場的布置成為今后建筑項目管理發展的趨勢。BIM5D技術將建筑工程的信息整合于一個三維模型信息數據庫中，通過PC端、Web端與移動端的信息上傳與管理，通過三維可視化模型檢測與大數據統計與計算，為施工現場布置優化提供準確無誤的指導，使BIM對施工現場布置的指導支持實現最大化。在建筑工程領域中，BIM5D技術在施工現場布置優化一定會被廣泛應用。