BIM技術在工程項目應用中的成果交付研究
——以合正方州潤園項目為例

張光磊 紀文彬 曾志明 喬冠翔

(1.深圳市殘友智建有限公司，廣東 深圳 518000；2.中建三局第一工程有限公司，廣東 深圳 518000；3.天津市西青區王穩莊鎮人民政府，天津 300383)

0 引言

BIM是一種基于三維數字化技術的建筑信息模型，利用BIM技術可以對工程項目進行設計、建造和運營全生命周期的管理。BIM技術在建設單位的應用是一種突破，在國內建筑業發展中，BIM技術推進了工程總承包管理工作，促使了建筑行業整體信息化程度的進一步提升。

目前BIM技術處于快速發展階段，我國學者已對BIM技術工程項目成果交付情況進行了不同程度的研究。張校偉在2012年基于IPD的協同優化管理模式對整個項目完整且全過程的BIM技術交付標準開展了相關研究，介紹了項目交付標準原則。周成2013年基于IDM對BIM模型數據交付標準進行了深入研究。陳偉民在2015年系統性地研究了BIM交付標準。2020年宋戰平等介紹了BIM技術在隧道工程各階段的作用和優點，為其他項目管理者提供了借鑒。這些研究分別基于研究者各自不同的專業領域，針對BIM成果應用情況，提出了各專業工程項目中BIM模型所需的條件。

本文以合正方州潤園項目為例，介紹了BIM技術應用成果交付的過程。該項目應用Revit、Fuzor軟件創建項目的三維模型，利用建筑結構模型、管線綜合排布模型、施工場地平面布置等進行合理優化，結合模型中的各類信息指導現場施工，為項目的實施提供了有效指導。

1 項目概況及施工重難點分析

合正方州潤園項目地上為9棟住宅樓和附屬裙樓，總用地面積為35 830.70m2，總建筑面積為320 817.88m2，住宅樓最高48層，結構高度最高為146.91m。地上裙樓兩層，主要為商業、文化活動室、社區健康服務中心、社區服務中心、社區管理用房、社區公共配套用房和社區老人日間照料中心，首層裙樓高度5.75m，二層裙樓層高4.6m。地下為三層地下室，地下室為共用停車庫、人防區域和設備機房，人防區域位于地下負三層、負二層，人防面積12 540.78m2，地下室總建筑面積為91 228.55m2，地下三層各層高分別為3.5m、3.7m、3.8m。

合正方州潤園項目于2020年12月31日取得施工許可證后正式開工建設，將于2023年6月7日完成。由于項目施工期限短、任務重，現場平面的布置牽涉勞務作業隊伍三家，多家管道、消防、空調等專業分包單位，現場環境情況復雜，協調工作難度大。比如該項目與旁邊標段項目基坑相通，共用一個出土坡道，基坑支護線與用地紅線重疊、施工場地內僅北側一條施工道路，其他方向均無可利用空間，項目可利用場地小，施工期間交通協調困難。

2 BIM技術的項目施工應用成果交付

BIM技術包含建筑工程項目從建設到運營的全過程管理。通過建立項目的土建、機電、裝修等模型，根據項目進度對BIM應用成果交付過程進行優化，利用BIM技術的可視化模型，提前發現施工問題，做出事先處理，及時交付相應的成果供各施工單位參考。

2.1 成果交付流程

建筑工程項目設計階段、施工階段和運營階段對BIM技術的需求和所需要的成果逐層遞進且各不相同。設計階段對BIM成果的需求為施工圖遺漏和碰撞檢測，這是為了便于設計人員在項目實施前盡可能地減少設計圖錯誤，保障項目施工圖的準確性。施工階段的施工方案設計貫徹項目施工始終，而且方案還會根據現場情況不斷調整，因此該階段的BIM應用成果交付是根據實際工程項目需要而交付的相關成果。合正方州潤園項目成果交付流程見圖1。

圖1 合正方州潤園成果交付流程

2.2 成果交付的時效性

當前BIM技術剛剛普及，施工各單位對BIM技術的認識還比較淺顯；BIM成果交付標準信息、交付內容及交付時效存在高度不對等，難以按照理想狀態進行成果交付；BIM應用成果種類繁多，涉及部門廣，因此項目應對BIM技術應用過程及交付成果內容進行必要的總結和梳理。

合正方州潤園項目根據施工需求和實用性要求對BIM成果交付進行了匯總，在各進度節點前，該項目需要交付的文件即交付成果見表1。

表1 BIM成果交付內容

2.3 BIM成果最終交付流程

項目要及時根據當前資料創建及整合竣工模型，竣工交付前要根據實際情況及時更新竣工模型及更新各專業竣工模型，竣工交付環節要依次進行以下工作:

(1)歸檔施工圖、模型及設計變更資料并使之符合規范。

(2)整合包括建筑模型、結構模型、機電模型等各專業模型，并根據現場情況對遺漏的部分進行修改，更新模型。

(3)整理分類使完成的建筑竣工模型和驗收資料可通過信息化、數字化方式進行檢索、提取。

3 合正方州潤園項目BIM施工中應用成果交付

3.1 BIM技術應用于項目設計方面的成果交付內容

BIM技術可以結合工程項目施工方案及施工圖建立可視化數字化模型，動態展示施工過程。合正方州潤園項目應用BIM技術建立模型，檢驗設計方面的不合理之處，根據模型碰撞找出設計錯誤。該項目將設計階段BIM成果交付與設計進度緊密結合，初步設計階段交付土建碰撞問題206處，保障了設計進度的順利進行，施工圖設計階段交付土建問題報告136處，保證了設計質量。BIM技術在設計工作中的應用還使總承包企業及時發現了建筑工程項目設計中的不足，并對不足之處進行了有效優化處理，減少了設計圖變更。

3.2 BIM技術綠色施工應用——施工現場布置成果交付

目前場地布置是工程項目施工過程中經常要面臨的問題，應用BIM技術可以優化施工場地布置，合理規劃場地。合正方州潤園項目利用BIM技術合理安排周邊環境及現場布置，同時規劃各單位設備設施擺放順序。按照施工進度交付不同的現場平面布置方案，使現場運行井然有序。項目基坑開挖施工過程中利用無人機掃描采集現場資料，交付施工現場實況資料及初步場地布置方案供技術部門參考。該項目局部地下室區域為預留后施工，底板施工后該區域被設置為鋼筋加工場，因此要將場地布置方案優化成果及時交付技術部；塔樓施工時地下室土方回填后施工場地有所緩解，此時要再次優化施工現場場地布置以保障施工順利進行。該項目利用BIM技術建立現場場地平面布置圖，使現場各個階段的施工情況都能夠按照項目進度計劃進行布置，從而緩解了現場平面布置工作的壓力。

3.3 BIM技術在機電管線綜合排布領域的成果交付

(1)碰撞檢查、提高施工效率。合正方州潤園項目先利用BIM技術建立建筑模型、結構模型，在此基礎上進行各專業機電管線的模型創建，將各系統二維CAD圖轉化為實體綜合直觀的三維模型。利用BIM軟件逐一檢查及排除碰撞節點，利用檢查功能對已經建好的模型進行碰撞檢測分析。該階段交付機電碰撞問題及修改建議報告129處，為后續管線優化工作打下了良好基礎，其中節點需要調整的模型數據，通過BIM技術同步反饋到其他專業，從而使這些專業迅速獲取修改信息，進行二次碰撞檢查，及時反映出調整部位具體變化的情況。根據項目碰撞檢查情況，建設單位組織各施工單位召開協調工作會議，在機電施工前協調各方利益確定避讓原則，解決了各單位交叉作業時各自為戰的問題，避免了不必要的停工協調工作。利用BIM碰撞檢查功能，提前發現了施工過程中的管線碰撞問題，在模型中將它們調整到合理位置，減少了不必要的浪費。

(2)利用BIM技術的管線綜合排布優化。機電綜合管線排布涉及專業多，管線錯綜復雜，各專業由不同部門設計、不同單位一起施工，設計方案的優化程度取決于設計人員的設計和施工經驗，難以保證設計方案的整體質量。合正方州潤園項目利用BIM技術的管線排布優化完美地解決了方案質量難以保證的問題。在三維模型中很容易判斷出設計方案是否合理，是否有更優的設計方案，是否可以通過更改方案降低施工難度。管線綜合排布優化過程中持續協調各施工單位，組織管線綜合排布優化方案確認會議，形成會議紀要及方案圖，并以此作為最終管線綜合排布優化方案的依據。

(3)BIM技術綜合出圖全面準確。各單位對管線綜合排布優化方案確認后需要形成具體的施工圖，合正方州潤園項目利用模型中各類管線設備，通過過濾器設置功能對通風系統、給排水系統、消防系統、電纜橋架系統等設置不同顏色加以區分，出具不同專業管線綜合排布優化后帶有具體標高的施工圖集。在該項目機電施工前將此施工圖集分別交付給各單位并簽字確認，從而保障了機電施工順利進行。

3.4 項目施工過程中施工方案BIM優化成果交付

(1)工程算量。BIM軟件能夠精確計算混凝土梁、板、柱、墻及混凝土模板工程量且與國內工程計量規范基本一致。混凝土模板雖然為非實體工程項目，但卻是重要的計量項目而且計算煩瑣，利用BIM技術能夠準確計算出各階段模板使用量，合理配置相關資源。合正方州潤園項目模型建立后，利用軟件分層計算出混凝土、模板和鋼筋工程量，為后期物資采購及混凝土澆筑提供了理論依據。

(2)空間凈高分析優化。在機電管線綜合排布的同時進行的是空間凈高優化，該階段基于各土建、裝修等，BIM模型對建筑物內部空間進行凈高分析，做到滿足建筑使用功能、業主需求和規范要求。合正方州潤園項目在機電施工前交付凈高分析報告、管線碰撞檢測報告，記錄不滿足凈高要求的節點位置、不滿足原因及優化建議，從而保障建筑物空間的要求。

(3)墻體預留管洞。墻體預留管洞往往在建筑工程項目施工圖結構中未明確設計具體位置，結構預留洞需要施工單位提前結合各專業圖埋設。合正方州潤園項目由于建設工期緊、地下室管線綜合布置復雜等因素，在有效的時間內完成管線綜合排布及各穿墻套管預留定位工作難度非常大，以前是在實際施工過程中憑經驗進行留設，但傳統預埋預留管洞的結果是后期的利用率差，很多項目施工往往只能采取后鑿的方式，很難做到設計要求的預留準確、嚴禁后鑿。該項目在砌體施工前利用BIM技術提前將施工圖中各專業內容進行建模整合及優化，確認管線最終走向，生成專業砌體留洞施工圖，交付相關單位，這為提高墻體預留洞利用率提供了有效保障。

(4)抗震結構鋼梁節點深化。利用BIM的三維可視效果，在施工環節指導項目模板加工、鋼筋下料、預埋件安裝、構件生產和安裝。合正方州潤園項目的抗震結構鋼梁和結構柱箍筋存在交叉點，利用BIM三維建模可以準確確定鋼梁開洞位置、評估開洞對鋼梁的影響。結合具體施工方案導出CAD抗震結構鋼梁開洞圖，使加工廠鋼板下料切割更準確合理，而后利用BIM技術對項目關鍵部位進行建模和演示，虛擬施工確定鋼筋與抗震結構鋼梁碰撞的位置，優化相關施工工藝。

(5)建筑砌體排布。二次結構作為建筑的主要部分，施工過程中較多的是依據個人的施工經驗，較為普遍的現象是對原材料隨意切割，因此嚴重浪費、損耗大。砌體排布細節要求高，傳統的施工方式質量難以保證且施工管理難度大。利用BIM技術預先做好定位，施工前將砌體、圈梁過梁、構造柱、導墻磚、塞縫磚、門窗洞口的空間位置在三維模型中標記出來，然后根據砌體排布通過BIM技術導出，將施工圖交付給相應單位。

(6)BIM技術在裝配式建筑中的應用成果。建筑墻體、樓板等裝配式構件在項目施工過程中，容易出現構件結構碰撞及構件加工尺寸錯誤，利用BIM技術可對項目預施工，從而確定后期施工實施構件吊裝、施工安裝及監測項目的重點難點，保障裝配式施工順利進行。合正方州潤園項目塔樓建筑墻體、樓板使用裝配式施工技術，利用BIM技術在施工前對相關項目及相關構件進行施工模擬，形成了該階段交付裝配式過程中可能發生的危險情況、碰撞問題報告并提出了相關優化建議。

4 合正方州潤園項目應用BIM技術嘗試新方法

4.1 結合無人機測繪技術進行土方開挖回填算量

從項目場地的平整開始，施工單位就需要進行平衡設計計算出具體的土方量。完成此項作業可以利用多種方法測量，如水準測量、三角高程測量、GPS工程測量等傳統方法，然而通過這些測量方式采集數據效率低，浪費人力物力，測量精度也要取決于測繪人員的能力和工作經驗，而且測繪成果為平面二維形態，導致后期土方量計算工作復雜且難以進行動態分析。合正方州潤園項目利用無人機測量技術自動掃描設定區域，幾乎無人為干擾數據、精度高，然后根據無人機掃描數據由軟件全自動生成三維數字模型，利用軟件土方算量功能對影像數據中需要計算的土方工程量區域進行選擇，計算出相應的土方工程量。利用無人機測繪作業方式，縮短了項目施工前的準備時間，有效保證了工期目標的實現，極大地節省了人力物力，從而降低了施工成本。

4.2 基于BIM技術的數字孿生建筑平臺

現在數字資源已經成為戰略性資源，因此基于BIM進行數字孿生智慧建筑平臺建設就非常必要。數字孿生建筑平臺既能有效地統一管理數字資產，又能在運行階段可視化地監控樓宇的實時運行狀態，更重要的是，可以通過數字孿生系統不斷進行預測、調整和優化現有運行方案，而這一工作不會給現有樓宇的運營帶來影響和風險。合正方州潤園項目施工進度、費用進度及數字模型同步更新，在項目平臺可以遠程看到項目施工進展情況，為項目進度目標和費用目標的實現和決策及資源調配提供依據，如果發現進度和費用偏差，還可及時采取糾偏措施保障項目按照進度計劃完成。

5 結語

BIM技術在項目開工前期方案策劃、項目構件材料管控、項目施工進度、場布、成本管理等方面都發揮了一定作用。作為建設單位要積極應用新技術，主動了解BIM的作用，使BIM技術真正應用到項目中去，而不是把BIM當作企業負擔。隨著BIM技術的高速發展，相關單位應該提前做好人才培養和技術儲備，這樣才能在未來的科技化、數字化的建筑市場上拔得頭籌，走在建筑行業發展的前列。