BIM 技術在某高校公寓樓項目工程管理中的應用研究

易辛寧 廖文志 黃皓

(1.廣西民族大學；2.南寧理工學院；3.廣西建設職業技術學院)

隨著建筑信息化的深入發展，BIM 技術與工程項目全生命周期管理有機結合的優勢凸顯，建筑工程項目中使用BIM 技術漸漸成為建筑信息化的主流。以美國為例，BIM技術在建筑工程項目中的應用范圍達到了90%以上，我國在建筑信息化發展中逐漸與國際接軌，在建筑工程中覆蓋范圍逐步擴大。[1]BIM 技術已在工程項目全生命周期管理中的決策階段、設計階段以及施工階段得到廣泛應用，還需要進一步對BIM 技術在運維階段的應用展開研究，以更好的發揮其在工程項目全生命周期管理當中的優勢，推動建筑行業工業化發展。

1.BIM 技術在工程項目全生命周期管理各階段中的應用

1.1 工程項目管理決策階段

工程項目管理決策階段需要決定和分析項目的可行性，在此階段，工程項目的各項要求較為模糊。BIM 技術可為此階段提供可視化方案模擬以及明確項目功能區劃分，工程項目可視化為項目可行性分析提供一定幫助。

1.2 工程項目管理設計階段

工程項目管理設計階段引入BIM 技術，可以提前對建筑結構、水暖電、消防設施等專業的建筑空間交叉情況進行分析，減少圖紙后期會審后修改的工作量；相關問題導致的變更及索賠費用會變得更少，盡最大力度減少設計變更帶來的各項風險。[2]同時可以利用BIM 技術進行工程量估算，如遇超預算的情況可及時調整，為項目投資控制提供依據。

1.3 工程項目管理施工階段

工程項目施工階段引入BIM 技術結合數字孿生技術[3]，可增強施工現場的管理能力，決定項目施工方式，模擬控制施工進程以及減少材料浪費和返工現象實現綠色施工。從施工前準備階段到竣工驗收階段，BIM 技術提高了施工效率，節約成本，提升了項目現場各項風險管控的能力。[4]

1.4 工程項目管理運維階段

通過使用 BIM 技術和設備管理系統相結合，使系統能準確的記錄下每個設備的信息，管理人員可以實時的觀察到設備的狀況，提前維護，預防故障，同時降低維護費用，又能安排具體的周期性維護方案。[5]同時，可以進行緊急情況安全逃生分析，模擬建筑物在緊急情況下如火災、地震等，人群的疏散路線和方式，將突發情況造成的損失降到最低。

2.BIM 技術在本工程項目各階段中的應用成效

2.1 項目概況

項目由3 個地上單體及一個地下室組成，其中1#、2#培訓學員公寓：地上23 層，地下1 層；3#教職工公寓：地上15 層，地下1 層，1#、2#培訓學員公寓為一類高層，3#教職工公寓為二類高層，總建筑面積42356.45m2，其中地上計容建筑面積為33343.36m2，地上不計容建筑面積為987.60m2，地下室建筑面積8025.49m2，結構形式為鋼筋混凝土框剪結構。

2.2 BIM 技術在項目各階段中的應用

2.2.1 項目決策階段。

模型初步建模，運用Revit 軟件依據統一建模規則對各專業進行初步模型建模并渲染出圖，供項目進行方案必選及功能模擬，為項目可行性分析提供參考。（如圖1 所示）

圖1 項目渲染圖

2.2.2 項目設計階段

模型精細化建模。運用Revit 軟件依據統一建模規則對各專業進行精細化模型,提煉出項目管理流程，形成標準化建模體系，規范制度流程，建模過程中針對復雜構件，自建團隊族庫，方便后續類似項目二次調用。

碰撞檢查。本項目涉及專業種類較多，且建設安裝要求較高，利用Navisworks 與Fuzor 對建立起的初步模型進行碰撞檢查并進行三維漫游，減少因碰撞問題返工與產生額外耗材導致的施工進度滯后和造價增加。

管綜模型優化。結合碰撞報告，對管線進行綜合優化排布，在保證管線排布美觀，施工方便的前提下，實現管線避讓，減少因圖紙誤差與管線碰撞導致的二次返工與造價增加，保證工期。（如圖2 所示）

圖2 管線綜合優化圖

凈高分析。空間凈高檢測優化可與機電管線綜合檢測優化同步進行，對建筑物內部豎向空間進行檢測分析，進一步優化凈高。利用BIM 模型可以形象、直觀、準確的表現出每個區域的凈高點信息，對不滿足設計要求的凈高積極整改或溝通，避免后期設計變更。（如圖3 所示）

圖3 地下室凈高分析輸出圖

孔洞檢查。機電各專業管線綜合優化完成后，結合土建模型，利BIM 技術孔洞檢查提前檢查砌體預留洞具體位置，與設計單位進行提前的雙向溝通，確保預留預埋準確，避免二次開洞、開槽，降低返工損失。（如圖4 所示）

通過BIM 技術，減少了圖紙會審后的修改工作以及相關問題的變更導致的賠償費用，減少各項風險，更加精確把握投資控制。

2.2.3 項目施工階段。

文檔管理。通過導入相關項目圖紙與規范建立完整的資料樹狀文件夾，并進行實時數據更新，施工人員可通過PC端，移動端進行快速調閱，隨時查看，極大的方便了資料的查找，提高工作效率，達到各種資料可檢索，可追溯。

圖紙會審。利用BIM 技術可視化優勢進行圖紙會審，同時借助碰撞檢查工具，快速找到錯漏碰缺問題，出具各專業查錯報告并根據報告反饋進行模型修改。在本階段共提交問題報告8 份，其中二維圖紙問題52 個，三維碰撞問題435 個。

項目協同。利用協同管理平臺通過發起流程或發起協作的方式為參建的各方提供線下、線上的雙線工作模式，通過現場的實際巡查并關聯BIM 模型、照片和資料，支持相關人員對協作作出審批、回復、生成報告等工作，為各方人員提供一個綜合協作管理的平臺，極大提高了工作效率。

場布布置。利用Revit 軟件，進行場地布置模擬，對場地空間布局快速分析。設置現場出入口、臨時施工道路、材料堆放、周轉場地、辦公區、十牌兩圖等臨時設施，對現場材料堆場進行6S 分區，方便主體結構施工階段總平管理。減少材料周轉率。

墻體排布。對結構進行二次深化,通過排布強突，提前對每個區進行搬運規劃，減少材料二次搬運；基于管線綜合成果，在砌體洞口預留的基礎上，對構造柱、圈梁以及砌體排布進行合理規劃，最大程度的節約成本。

梁柱節點。建立梁柱的鋼筋節點三維可視化模型，對鋼筋排布進行優化，有效指導現場鋼筋的加工，提高作業速度和質量，節省建設周期與成本。

三維剖切。對模型三維動態剖切，更直觀地觀察建筑物的內部結構與構造，了解建筑物整體的工程概況與部分構件詳細做法，并檢查各構件之間的關系，一旦發現問題便可立即進行修改。

樣板模型。結合本項目的具體BIM 技術應用形成一套虛擬樣板模型文件，真實再現現場實景，把握技術要點，進行施工交底，提高施工安全性，而且可根據項目特點進行針對性的調整，更具指導意義。

4D 模擬。進行4D 施工模擬，編制進度計劃，對施工進展進行動態監測，控制施工進度，確保在工期范圍內將工序、材料、人工、安全等進行把控，減少開銷，節約時間成本，達到高效益的目的。

二維碼管理。對模型內的重要節點與構件生成二維碼，將生成的二維碼圖片在現場進行張貼，從而更好的了解構件的基本信息，位置信息，材質和裝飾，分析屬性等數據，將BIM 模型更好的融入實際現場，服務于施工，任何人都可以通過移動設備進行掃碼了解，做到質量與信息的透明，更好的促進與方便現場施工。

二次結構一次成型優化。項目利用BIM 技術，對小于300mm 的門窗垛，小于200mm 的門頭過梁進行深化設計，獲得以上構件的精確位置與數量，輔助施工交底與成本核算，實現二次結構一次成型，減少二次結構澆筑支模及澆筑工程量，降低施工難度，節約成本，提高構件成型質量。（如表1 所示）

表1 二次結構一次成型優化節約成本對比

無人機應用。在施工前期，使用無人機進行航拍與利用720 云平臺生成全景模型，以便我們更好的了解施工現場施工進度，有效的開展建筑工地的現場監控和管理工作，實現對建筑周圍環境的監測，優化施工方案。

5G 慧眼AI 系統。項目采用5G 慧眼AI 系統，結合場地監控設備，高清視頻無延時傳輸，配合AI 算法，實時對工地中的危險要素進行預警。包括安全帽識別、反光衣識別、明火識別、區域入侵識別、越界檢測、徘徊檢測、物品移動監測、煙霧識別等多種場景應用。為管理人員對現場進行實時管控提供便利。

施工升降機監控。對每臺設備的安裝、拆卸、以及運行的全過程進行監控記錄，在設備運行參數接近限值時，發出警報提醒；在設備運行參數超限時，系統自動切斷設備工作電源，強迫終止操作。

塔吊監控。對每臺設備的運行狀態進行實時監測，如吊重、吊幅、風向、風速等運行數據，在設備防碰撞和運行參數接近限值時，發出警報提醒；在設備運行參數超限時，系統自動切斷設備工作電源，強迫終止操作。對吊鉤進行可視化操作，聯動視頻分析，對塔吊運行狀態下處于吊臂下方的工作人員進行聲光報警。

AR 增強現實。通過BIM+AR 技術，可以在施工之前以真實比例看到建筑物構件。通過將模型加載到移動設備端，利用AR 技術在規劃的紅線周圍進行虛擬漫步，查看模型是否存在問題或紕漏，避免發生錯誤，保證數據真實客觀。

VR 虛擬現實。通過BIM+VR 技術，把生成的復雜鋼筋節點導入UE4 軟件進行VR 應用，對鋼筋節點進行沉浸式觀察與互動，創建裝修模型，利用VR 技術以身臨其境的方式觀察裝修設計成果，獲得更為逼真的空間體驗。在VR 中提供裝修方案選擇，方便甲方進行方案比選，提高裝修方案確定效率。

AI 測量。對目標物進行遠程實時視頻測量，探視到樓層結構施工的全部工作面，檢驗鋼筋及其他工程部件是否偏離設計，判斷是否存在質量問題，在監視器端即可及時發現質量安全隱患，通知責任主體整改，消除質量安全隱患，起到事前預防的功能。

通過BIM 技術，在此階段有效控制施工工期，引導項目安全生產及現場管理，提高了施工過程中對各項耗材的把握，形成高效的投資控制管理。

2.2.4 項目運維階段

在Pathfinder 軟件中進行安全逃生分析軟件，并設置各類人群逃生能力，模擬整個建筑物在緊急情況下人群的疏散路線和方式，既可作為設計階段的疏散分析，也可作為維護階段的疏散逃生演示，把突發的火災風險降到最低，給人、物、財產提供最佳的逃生以及搬運路線，提高消防安全應急意識。

2.3 實際成效

本項目利用BIM 技術優化土建一次成型及因圖紙問題導致的返工現象。過梁一次成型節約125784 元；墻梁不一致解決186 處，86×600 元/處=111600 元；窗梁碰撞86 處(3#樓)+75(2#樓)=161 處，161×600 元/處=96600 元；構造柱與墻體沖突82 處(3#樓)，82×600 元/處=49200 元；門梁沖突3×42=126 處(1#樓)，126×600 元/處=75600 元。土建累計節約返工費用約33.3 萬元。

利用BIM 技術優化機電模型減少碰撞與發現圖紙問題，避免返工與材料浪費。圖紙查錯，項目中發現二維圖紙問題452 處，按返工每個點優化單價300 元計算累計節約費用約452×300=135600 元=13.56 萬元；管線綜合，項目中發現三維碰撞點1435 處，按返工每個點優化單價300 元計算，節約費用約1435×300=430500 元=43.05 萬元；優化預留洞口，本項目地下室、1#、2#、3#樓機電模型優化后精確定位洞口，每處50 元(191+440+550+390=1571)處預計整改費用1571×50=78550 元=7.85 萬元，機電部分累計節約費用約64.46 萬元。

3.BIM 技術在本工程項目運維階段中的應用研究

3.1 機電設施智能管理平臺

通過BIM 技術與數字孿生技術相結合，可將建筑物內的各類機電設備屬性及實時運行狀況上傳相應管理平臺，對設備設施進行遠程控制及訪問，讓管理數字化、可視化、精細化、便捷化。

在能耗管控方面，通過采集建筑智能水表與智能電表的實時數據，對水、電進行計量統計，可實現按照時間（年、月、日、具體時間段）、樓層、功能區域等多維度能耗分析。在運行使用中，當通過實時監測發現某項能耗數據異常時，運維管理系統將發出預警或報警信息，第一時間通知到管理人員進行排查[6]。

3.2 智慧消防管理平臺

智慧消防系統。與傳統消防系統相比，智慧消防以云計算、云存儲、通信控制為技術核心，通過各類智能感知設備為重點防火單位提供物聯網消防預警服務。監管方消防部門和用戶方物業管理部門可以通過信息化平臺獲取消防設施的信息和狀態，并通過平臺系統發出控制命令，從而實現消防系統的智慧管控。消防單位或者物業用戶通過信息化管理平臺實現故障、預警、響應、恢復閉環消防任務。智慧消防產品的優勢在于系統化、平臺化，將原有獨立產品、獨立任務通過物聯網、大數據、信息化技術聯系到一起，聯動管控。[7]

在此基礎上引入BIM 技術，形成BIM 智慧消防管理平臺，結合煙霧警報器、火災報警鈴、溫度傳感器等設備，在平臺上實現三維模型可視化火源定位，同時煙霧報警器及溫度傳感器等設備，可進一步監控火勢蔓延趨勢以及煙霧擴散方向。

對于身處火災中的人員，可通過智能手機將自身位置及周邊情況上報，借助BIM 技術產生的模擬逃生路徑或消防設施存放位置，在相關人員的指引下進行滅火或高效率逃生。

對于園區廠區的消防控制室，可以在第一時間接到報警信息以及火災現場人員分布情況，通過廣播或其他形式指導逃生并將火勢控制。（如圖5 所示）

圖5 平臺預警圖

對于政府消防救援部門，在出警過程中可直接通過平臺查看建筑物內部構造、火源位置、危險物品存放位置、各類消防設施具體位置及工作情況。從而提高救援效率，減少財產損失及人員傷亡。

BIM 智慧消防管理平臺需要用到三類硬件設備：移動端，手機或者特制防爆 PDA；PC 端，需要有后臺統計等功能，領導決策功能；服務器端，中心服務器，采用云服務器或者獨立機架式服務器。移動端分為 ios 和 Android 手機兩種類型，分別對應 XCode 和 Java 這兩種編程語言。PC 端用 HTML 網頁，B/S 方式，可用前端（HTML+CSS+JS）、后端（Java+Servlet+MySQL）；其中后端的 Java 部署在服務器上，前端頁面運行在手機上。平臺運維成本極低，主要為查殺病毒；系統安裝，以及崩潰后的重裝；軟件插件升級維護；磁盤清理等常規維護。

BIM 智慧消防管理平臺可結合建筑物的使用性質進行調節，針對消防安全重點單位可提前模擬多種逃生路徑、滅火路徑及救援路徑，各單位管理人員可利用平臺生成的路徑進行逃生演習、滅火演習。在實際發生火災時，可將平臺生成的滅火路徑、救援路徑及現場資料提供給政府消防救援部門，使得政府消防救援隊在出警過程中掌握現場各項信息，抵達現場后能更快實施救援。

4.結語

隨著建筑產業的不斷深化與調整，在傳統施工模式中加以智能化，信息化技術已經成為必然趨勢，BIM 技術對傳統的工程項目全生命周期管理有著積極的正向輔助作用，在工程的設計、施工等各個階段都可以通過可視化，數據化，以其可預見性極大的提高工作效率與質量。運用BIM 技術，本項目在組織、質量、進度、成本安全管理及信息管理等方面實現了革新，推動了BIM 技術在工程項目全生命周期管理各階段的應用，對建筑信息化發展具有一定指導意義。