BIM技術在大型公共建筑工程施工管理中的綜合應用

鐘巍健

（上海建工集團股份有限公司，上海 200080）

1 引言

世界各地的許多城市都建造了各種復雜的大型構筑物，這類型建筑項目存在著不確定性，主要是由于其巨大的規模和復雜性。因此，需要在最初的施工階段優化工作計劃，確保整個施工進度不會受到阻礙。為了盡量減少結構框架的不確定性，有必要初步預測項目風險，并利用信息技術解決這些問題。

作為支持整個建筑項目生命周期中設計、施工以及信息管理的審查和決策的工具，建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）已經在全球范圍內被應用于設計和施工階段。借助BIM 技術的3D 可視化圖解能力，可以有效突破2D 圖紙的諸多限制。因而，BIM 技術具有改變設計和施工工作方式并促進行業創新的潛力[1]。

BIM 的概念由Charles M.Eastman 教授于1970 年引入[2-3]。自2000 年以來，BIM 技術因其實現性能提升和高質量施工的潛力和能力而受到學術界和建筑業的廣泛關注，并逐漸應用于世界各地的大型建筑項目中。研究表明[4-5]，BIM 技術提高了整個建筑供應鏈的透明度、生產力和產品質量。

本文以BIM 技術在海口新海港綜合交通樞紐（GTC）及配套設施項目為例進行相關介紹。

2 工程概況

新海港綜合交通樞紐（GTC）及配套設施建設工程項目位于海南省海口港新海港區，粵海鐵路輪渡南港碼頭北側，新海中路西側。擬建建筑物GTC 與正在建設的新海客運綜合樞紐站一期相連接；西側為新海港碼頭，東側為中建一局正在施工的免稅城項目；免稅城與GTC 之間由長80 m 的中免通道連接（見圖1）。本項目GTC 單體分為地上3 層、地下2 層，建筑高度34 m，地上建筑面積39 666.23 m2，地下建筑面積31 863.3 m2，總建筑面積71 534.5 m2。

圖1 項目效果圖

3 BIM技術在項目施工管理中的應用

3.1 項目BIM體現

根據項目實際情況制定BIM 相關建模標準、出圖標準等作為BIM 實施階段的指導。制訂項目BIM 實施方案不僅可作為整個項目BIM 工作的大綱和指導，還能為后續BIM 人才的培養給予BIM 建模體系參考。

根據項目實施總進度計劃制訂BIM 進度計劃。采用每周例會的形式，實時跟蹤機電、土建、鋼結構、幕墻、精裝修等專業的進度計劃完成情況，及時掌握其中的重點難點，制訂并完善合理的進度計劃。其中，模型審核節點的時間均提前于現場一個月左右，從而保證BIM 指導施工。

每周召開例會匯報模型進展情況以及遇到的問題，并及時處理相關問題，給出解決方案。同時，分享BIM 建模以及BIM 工作各方面的經驗和技巧，形成相關例會會議紀要及BIM 工作日報。用作評估依據的BIM 工作日報是BIM 任務和活動的記錄，描述BIM 技術實施過程中產生的問題和解決方案。管理BIM 工作日報不僅可用于項目的記錄和審查，而且可衡量BIM 技術價值并證明BIM 技術的投資的合理性。

3.2 圖紙會審及臺賬管理

在建模過程中，需要匯總設計圖紙中存在的問題，根據已發現問題建立問題臺賬，建立對應的問題報告并每周定期發送給設計方，跟蹤每個問題的回復情況，以縮短校驗時長。同時，追蹤問題報告涉及變更的下發情況，及時將設計變更單中內容修改到模型中并形成變更報告儲存于檔案中。定期檢查模型中的問題是否仍然存在，以免出現整合難度大甚至返工問題，進而造成工期延誤等損失。

3.3 基于BIM的土方算量

土方平衡的計算是本項目的重點，項目場地內包含混凝土、巖石、土、淤泥等材料，算量過于復雜。通過無人機傾斜攝影技術，制作出實景模型，提取點數據，隨后導入點數據到Civil 3D 中形成原始面（見圖2），根據所需邊界及標高做出完成面，兩者相差即是土方量。根據地連墻和格構柱巖頂標高可得到一個曲面，在Revit 中與基坑底模型相交，即得到巖石分布圖（見圖3）。在Civil 3D 中可得到巖石量。利用制作的實景模型直線命令可推算出泥漿池中水量，最后可得出詳細的列表清單。

圖2 基于BIM的土方建模

圖3 基于BIM的巖石分布圖

3.4 基于BIM的機電管線預先設計

如何實現項目的建造快速且高效，其關鍵在于能否將設計存在的問題在施工前的準備階段予以解決，以便為后續的施工預留充足的時間。BIM 技術可將各專業（建筑、結構、機電等）模型進行整合，再通過碰撞檢查將管線設備進行優化調整，實現合理布置[6]。本項目中機電管線多而復雜，機房種類多，設備多，給機電的深化設計及管線的綜合排布增加了難度。因此，將BIM 技術應用于施工準備階段，發揮BIM 技術的優勢進行預先設計和模擬。對項目全專業的施工圖進行搭建，并基于搭建模型進行機電管線的優化設計。

3.4.1 碰撞檢測及深化

將項目機電專業模型與土建專業模型導入Navisworks 軟件中，進行不同專業的模型碰撞檢測。生成碰撞檢測分析報告，以報告顯示為依據，針對碰撞處進行深化。經碰撞檢測，調整前產生碰撞487 處，調整后僅剩34 處。

3.4.2 凈高分析及優化

經過碰撞檢測并初步深化后的模型，利用BIM 二次開發插件自動化完成建筑空間內特定的最低點，最終以色塊的形式展現。通過對有凈高控制要求區域進行凈高分析，提前發現設計不滿足要求位置并召開凈高分析會，提出改變建議，以凈高分析報告的形式發給設計單位，以此來進行凈高優化，避免后期變更所造成的造成工期和成本增加。

3.4.3 孔洞預留

依據機電模型進一步深化結構的預留洞位置，生成預留洞圖紙，避免現場因考慮不周造成的返工，從而最大程度上節省材料開支，并提高施工質量，加快施工進度。

3.4.4 各專業機電出圖

BIM 出圖可將所建三維模型轉化為二維CAD 圖紙，為現場施工提供現場指導。因此，本項目根據機電各專業綜合管線深化結果，機電完成出圖，包含機電綜合管線圖、給排水專業圖、暖通水專業出圖、暖通風專業出圖、電氣專業出圖及復雜節點剖面圖。

3.5 基于BIM的鋼結構專業模型深化

勁性柱施工是本工程項目中的重難點，本項目BIM 運用Tekla 軟件進行勁性柱建模以及深化（見圖4）。深化的成果經設計院確認后出具深化加工圖，移交工廠進行預制化施工，最終運輸現場進行安裝，有效地保證了施工的質量和進度，做到真正提升質量的前提下進行降本增效。

圖4 鋼結構專業模型深化流程

3.6 基于BIM與虛擬現實技術相結合的可視化協同設計及應用

BIM 技術主要用于建筑模型構建與信息儲存，而虛擬現實技術（Virtual Reality，VR）則側重于虛擬現實體驗。在創建虛擬環境時，VR 技術的模型及信息可由BIM 技術提供；VR技術則解決了困擾BIM 技術的“所見非所得”難題[7]。

3.6.1 可視化安全教育系統

將BIM 技術與虛擬現實技術VR 技術結合，構建可視化的安全教育系統（見圖5），如電焊作業觸電、塔吊作業危險源、挖機作業危險源、移動式腳手架傾覆等。針對上述危險性且復雜性較大的施工操作進行提前演練，可有效規避安全隱患，保障施工時的安全性，同時也使得安全教育不再是單純地動態漫游、圖像演示，而是能夠實現真實可視化的沉浸式體驗，可提高安全教育的質量，縮短施工時的時間及節約培訓投入成本，有利于安全管理。

圖5 BIM+VR結合的可視化安全教育系統

3.6.2 可視化臨設設計

臨設施工前，先根據已有設計圖紙建立對應的BIM 模型，再通過與VR 的結合，可直觀形象地展示臨設建成后的全貌，實現沉浸式觀覽及展示（見圖6）。決策人可將需要調整的意見反饋給BIM 人員，通過進一步的修改，最終實現臨設的優化設計，形成最終的臨設樣板，為后續的施工起到一個樣板引路的作用。

圖6 臨設三維效果圖及建成實景圖

4 BIM技術應用效果

BIM 技術可以防止施工人員之間的糾紛，正確管理每個工作的人員數量，降低施工成本并避免項目延誤。本項目在方案優化、深化設計等方面均應用了BIM 技術，總共為現場施工節省工期約95 d，節省勞動力約30 人，如表1 所示。

表1 BIM施工效益分析

由表1 可以看出，所有應用都在提高質量，同時，減少了重復工作，提升了效率。這表明每個落地化應用都對提高工程質量和保證施工順利進行有重要意義。

BIM 技術的成功應用除了體現在施工效益方面，還在經濟效益方面有所展現，統計結果如表2 所示。

表2 BIM經濟效益分析

由表2 可以看出，相較于傳統工作方法，BIM 技術的應用能有效節約項目成本，經濟效益顯著。

5 結語

基于BIM 技術的新海港綜合交通樞紐及配套設施建設工程項目，解決了工程中出現的工期短，電管線多而復雜，機房種類多，設備多等問題。同時，采用BIM+VR 技術，消除了后期施工階段的成本超支并避免了施工安全問題，控制了工程成本并提升了工程的安全性。