BIM+智慧工地在福建省委黨校新校區建設項目的應用探索

鄭嘉豪

(福建省二建建設集團有限公司 福建福州 350001 )

0 引言

BIM技術是建設項目所有信息的數字化表達。其以三維數字模型為載體，集成項目建造過程中的全部信息文件和材料屬性[1]。作為“十四五”時期建筑業信息技術發展的重要內容，BIM正在實現建筑全生命周期的信息共享，結合5G、大數據、物聯網等新興技術，給建筑工程的管理模式帶來新的變化，形成施工全過程智慧建造的理念。本文以BIM+智慧工地的建設思路出發，從模型搭建、數據采集和信息應用，并依靠數據分析和信息整合，實現施工現場的高效管理。

1 項目概況

1.1 項目信息

中共福建省委黨校(福建行政學院)新校區建設項目位于閩侯縣上街鎮侯官村、厚美村，用地面積為44萬m2，總建筑面積約24萬m2，共包含33棟單體。包含綜合樓、會堂、圖書館、教學樓、學員宿舍、教工單身宿舍、文體活動館等，總投資24億元。

1.2 BIM+智慧工地應用方案

1.2.1 應用目標

針對項目面積大、單體多、工藝繁復的特點，制定專項實施方案，在BIM技術的基礎上，結合智慧工地技術，借助5D施工管理平臺和智慧工地管理平臺，輔助進行項目管理和流程優化，實現精細化管控和數字化竣工交付，達到項目全生命周期的雙向數據傳輸[2]，為施工單位現場施工、建設單位運營維護打下良好的基礎。

1.2.2 組織架構

結合項目特點，建立公司領導小組-項目領導小組-項目實施小組三級管理體系。在傳統項目管理模式的基礎上，以現有崗位職能和BIM實施方案為準則，保障BIM應用和智慧工地平臺落地實施。

1.2.3 軟硬件配置

為確保項目順利實施，公司和項目依照實際需求，采購不同配置電腦作為渲染機和建模機，同時采購無人機、自動放樣機器人輔助現場施工。同時使用Autodesk套件，廣聯達BIM套件、Tekla等軟件，為項目實施保駕護航。

1.2.4 實施標準

在項目初期，根據《建筑信息模型應用統一標準》(GB/T51212-2016)、《建筑工程施工信息模型應用標準》(GB/T51235-2017)、福建省相關規范及我司相關標準，編制《中共福建省委黨校(福建行政學院)新校區建設項目實施方案》，劃定各專業建模標準、工作流程、保障體系和交付標準。報甲方、代建、監理單位審批后，作為項目BIM實施指導性文件，使得BIM+智慧工地實施有據可依。

2 BIM應用落地實施

2.1 全專業模型建立

建立完整的各專業模型，是BIM+智慧工地實施的基礎。通過建立模型(圖1～圖2)，編制單專業模型問題報告，完成模型創建之后，進行不同專業間的碰撞檢查，為深化設計和施工管理過程模型提供基礎和參照，并統一分包單位和總承包單位的模型版本[3]。

圖1 土建模型整合

圖2 1#、3#及連體地下室機電模型

2.2 裝配式施工應用

該項目采用裝配式施工，主要構件為疊合梁、疊合板及預制樓梯，生成精度要求高，構件尺寸及鋼筋配比需統一設計，以保證生產標準化。同類型的預制構件也存在尺寸差異，給構件的實際生產、運輸、堆放、吊裝等帶來一定困難。同時預制構件間的連接節點類型繁多，要求較高。借助BIM技術，針對裝配式構件進行深化設計。通過建立各類預制構件的整體模型和節點模型，深化預埋孔洞和預埋管線的位置，及時查找并解決圖紙設計問題，提高設計和生產精度。同時使用智慧工地中的構件追蹤模塊，實現預制構件的動態追蹤、現場管理，提高裝配式構件施工效率，縮短工期，提升安裝質量[4]。

2.3 基礎施工應用

該項目占地面積大，地質復雜，部分區域地下為舊河床。設計僅要求使用預制樁，未明確樁長。同時由于工期較緊張，并未留有足夠時間進行深化設計。樁基施工難度大，易造成較高的截樁率。借助設計單位的樁基圖和勘查單位的地勘圖，拾取控制點坐標和高程點數據，建立分層地質模型。在地質模型的基礎上繪制預制樁，參數化計算樁長，并增加0.3 m冗余量，保證安全性。經施工后測量，98.3%的樁基深入持力層2 m以上，96.3%的樁頭截樁長度在0.5 m以內，有效降低了截樁率。同時，通過3個不同區域的基坑模型，進行危險源可視化分析，及時排除可能出現的危險源，保障基坑施工安全。

2.4 鋼結構施工應用

該項目3#為鋼結構，鋼桁架吊裝、鋼柱吊裝、會堂內部高支模均為危大工程，均需要按規定編制、審核專項施工方案并組織專家論證，并且現場施工難度高，質量控制難度大。利用BIM技術，建立鋼結構模型(圖3)，同時進行不同版本的桁架吊裝和鋼柱吊裝工藝模擬，輔助進行專家論證及現場技術交底，提高相應區域施工過程的規范性和安全性，同時優化場內吊裝路線和點位。針對會堂內部高支模，模擬支撐點位和不同支撐方案。最終各項方案均順利通過專家論證。

圖3 鋼結構模型

2.5 多分項綜合應用

由于該項目面積大、單體多、專業多、工作面復雜，易存在各專業互相影響導致施工阻滯的問題，對施工區域和施工面的協調管理提出了較高的要求。應對各專業、各工序銜接和交叉工作面進行合理安排，有助于縮短工期。借助BIM技術的可視化、模擬性，對施工場地出入口、施工道路、材料堆場、塔吊位置等進行動態模擬，直觀反映現場狀況，輔助現場施工管理人員進行溝通和決策。同時針對不同施工階段進行變化，合理有效地安排施工場地，避免施工阻滯。

3 智慧工地管理平臺應用

3.1 智慧工地平臺部署

在傳統5D施工管理平臺的基礎上，借助各類終端設備作為感知層、各類型信息管理模塊作為平臺層，各類型使用端和參建方作為應用層，實現工程信息的高效傳遞共享, 進行項目流程管理、資料管理、質量安全管理、成本管理等，如圖4～圖5所示。

圖4 智慧工地首頁

圖5 智慧工地器材分布

3.2 質量管理

質量巡檢系統可以直觀顯示質量問題分布情況、數量變化趨勢、未處理問題責任人、責任班組等。項目管理人員可以實時記錄并上傳質量問題，并標記責任人，解決質量問題責任人不明、溝通整改不及時等問題。依靠網頁端進行大數據分析，可以針對下階段施工管理重點進行預測，加強質量管理。

3.3 安全管理

安全管理模塊主要通過設置安全巡視點，明確巡視責任人、通知人、整改人、巡視頻次和內容等。并可以依據施工進度，靈活開啟或關閉巡視點。通過安全巡視系統現場，發現安全隱患，移動端快速發布安全問題，推送至責任人處進行整改，有效解決傳統項目執行過程中溝通慢、整改不及時的問題。并可依靠大數據分析，為現場安全管理提供數據支撐。

3.4 生產管理

生產管理模塊主要依靠進度計劃，進行任務跟蹤。主要分為總進度計劃、月進度計劃、周進度計劃進行進度管理。現場施工管理人員通過手機端，實時記錄每日工料機變化情況，及時反饋進度信息，輔助進行項目生產進度管控，并以此為基礎，召開數字化周會，借助統計數據進行溝通，保證生產進度清晰，明確問題責任。

3.5 協同工作平臺

借助BIM5D平臺，可以線上存儲各類文檔、圖紙、模型等項目數據。并且支持按照組織、施工階段等不同維度創建文檔目錄，可進行靈活管理，并可以快速發起和追蹤管理文件簽發、圖紙會審、變更處理、安全質量問題等流程。此外，使用短信、移動端消息推送、郵件等多渠道即時提醒，保障每條任務快速推進。

3.6 BIM+VR體驗

通過VR設備模擬現實環境，可以激發工人接受教育的興趣，加深印象，系統性地學習不同危險場景中的安全技能，養成良好的工作習慣。搭建節點質量樣板，較傳統質量樣板、節約成本、不受場地限制，細節部位可進行交互展示，更有利于學習，提高工程質量。

3.7 塔式起重機防碰撞系統

通過智慧塔吊監測，對塔吊幅度、吊重、力矩比、障礙物等信息進行實時監控，如圖6所示。發生危險提前進行預警，限制塔吊工作，并將預警信息推送給安全員, 形成預警記錄，便于對相關責任人進行管理，提高安全意識，消除安全隱患。

圖6 塔式起重機監測

3.8 施工升降梯監控系統

實時監控施工電梯運行時的載重量、沖頂蹲底、前后門及天窗的開關狀態、運行速度、吊籠人數統計提醒預警；實現遠程PC端及移動段實時、歷史數據查詢及司機信息查看，為施工電梯運行安全提供保障。

3.9 現場監控系統

項目配備現代化現場監控系統，對項目施工區域、辦公區域、生活區域進行全覆蓋，24小時實時監控，并支持遠程查看和歷史記錄回看，保障項目生產與生活順利進行，如圖7所示。

圖7 視頻監控頁面

3.10 無人機應用

在施工階段，借助大疆無人機，進行施工形象進度航拍和巡檢，保留施工過程影像資料，確保監控無死角。針對施工人員無法踏足的區域，無人機有良好的巡檢效果。同時借助無人機進行點云模型航測拍攝，同模型進行對比，實時跟蹤進度。

4 BIM+智慧工地應用效果

通過應用BIM及智慧工地等多項技術，針對項目不同重難點，實施專項解決方案，提升項目裝配式產業化的精細化程度，并對施工各個階段的危險因素進行有效防控。利用信息化技術，合理安排各專業施工，也能有效地縮短項目工期，降低施工成本。實際節省約30萬元施工成本，縮短工期約20 d。

借助BIM+智慧工地平臺，與項目部日常生產管理流程結合，實現管理流程和業務流程的優化，生產進度、質量、安全、實名制、視頻監控等模塊已持續應用，項目各級部門均有部分工作實現信息化，采用智能化實現項目高效管控的目標基本滿足。

5 結語

建立以BIM技術為基礎、云平臺為載體、大數據為底座的智慧工地管理體系，實現工程智能建造和管理，提高項目管理信息化水平，有效地保障施工項目的質量、安全和工期，具有良好的推廣價值和借鑒意義。智慧管理平臺數據匯總分析能力建設與提高及平臺大數據分析后的決策能力，將成為建筑行業信息化發展的重點。