基于BIM技術(shù)的綠色建筑工程施工優(yōu)化與效率提升研究

馬春先

（中鐵建設(shè)集團(tuán)有限公司）

1 引言

建筑工程行業(yè)拉動(dòng)了區(qū)域經(jīng)濟(jì)增長，但是消耗了大量資源，破壞了生態(tài)環(huán)境，粗放式發(fā)展方式已經(jīng)難以繼續(xù)，必須加強(qiáng)綠色發(fā)展、低碳發(fā)展、循環(huán)發(fā)展。在相關(guān)發(fā)展規(guī)劃和行動(dòng)方案中，綠色建筑已經(jīng)成為重點(diǎn)發(fā)展內(nèi)容，同時(shí)，建筑工程行業(yè)的信息化發(fā)展趨勢(shì)明顯，推動(dòng)了全產(chǎn)業(yè)鏈的技術(shù)變革，有利于實(shí)現(xiàn)資源節(jié)約、環(huán)境友好的建設(shè)目標(biāo)。

2 基于BIM 技術(shù)的一般綠色建筑工程施工優(yōu)化與效率提升

2.1 土方工程施工

土方工程施工涉及綠色建筑節(jié)地與用地保護(hù)方面的內(nèi)容，大范圍的挖方填方會(huì)破壞原有地形地貌，影響地下水資源和周邊生態(tài)環(huán)境，所以，必須要針對(duì)土方工程施工進(jìn)行優(yōu)化。全面收集整理基礎(chǔ)數(shù)據(jù)資料，利用BIM技術(shù)進(jìn)行信息集成處理，建立3D模型，Revit 軟件中的地形表面功能能夠?qū)AD 文件轉(zhuǎn)化成三維模型，生成施工現(xiàn)場(chǎng)原始地貌模型，根據(jù)坐標(biāo)定位校正位置，為后期的土方開挖范圍確認(rèn)做好準(zhǔn)備，同時(shí)，根據(jù)設(shè)計(jì)要求，確定±0標(biāo)高，為土方開挖深度提供對(duì)比依據(jù)。傳統(tǒng)的土方工程量計(jì)算過程煩瑣、精度不高，而且可視化程度較差，利用BIM 模型可以得到各高程值，有效簡化了土方工程量計(jì)算，提高了計(jì)算準(zhǔn)確率和效率，常用的方法有三角網(wǎng)法、斷面法、方格網(wǎng)法，Revit 軟件中的建筑地坪功能可以模擬土方開挖施工，通過合理的地形參數(shù)設(shè)置，直接計(jì)算挖方量、填方量以及挖填方凈值。在基坑局部地下室位置需要繼續(xù)開挖，一般會(huì)采用放坡開挖的方式，通過建立模擬開挖模型，計(jì)算匯總局部土方開挖量，得到最終的土方開挖總量，防止出現(xiàn)超挖、欠挖等問題。

2.2 主體工程施工

主體工程施工周期較長、資源消耗量較大，在綠色建筑施工中，對(duì)材料節(jié)約、能源節(jié)約、環(huán)境保護(hù)等方面要求比較高，必須確保主體工程施工的綠色節(jié)能效果，主體工程主要包括模板工程、鋼筋工程、混凝土工程等，需要針對(duì)具體施工環(huán)節(jié)進(jìn)行優(yōu)化提升。利用BIM模板腳手架設(shè)計(jì)軟件，分析主體結(jié)構(gòu)模型，創(chuàng)建梁柱墻板模板，并對(duì)模板數(shù)量、種類、位置、支裝流程、預(yù)埋件位置、復(fù)雜節(jié)點(diǎn)處理、構(gòu)件銜接方式等方面進(jìn)行優(yōu)化，通過BIM 模型計(jì)算導(dǎo)出工程量明細(xì)表，指導(dǎo)具體施工活動(dòng)的開展。利用BIM 技術(shù)對(duì)模板工程施工全過程進(jìn)行模擬仿真，以可視化的方式確定各專業(yè)之間的邏輯關(guān)系，運(yùn)用細(xì)節(jié)模型圖更好地進(jìn)行技術(shù)交底。為了保證模板工程施工的節(jié)材節(jié)能效果，需要進(jìn)行配模設(shè)計(jì)，利用BIM技術(shù)進(jìn)行下料計(jì)算，根據(jù)施工配模規(guī)范要求。首先要?jiǎng)?chuàng)建共享參數(shù)，合理確定下料參數(shù)，包括模板長度、厚度、寬度等數(shù)據(jù)。然后創(chuàng)建族，設(shè)置相關(guān)參數(shù)，將建好的族導(dǎo)入到原模板項(xiàng)目中，更新替換原有族，完成模板下料模型的創(chuàng)建。最后導(dǎo)出模板下料明細(xì)表，根據(jù)具體尺寸和數(shù)量組織施工。同樣，在鋼筋工程施工時(shí)也要積極采用BIM 技術(shù)建立模型，得到鋼筋排列圖和余料組合加工表，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)下料、減少損耗的目的。復(fù)雜建筑形體安裝是施工難點(diǎn)，很容易出現(xiàn)施工錯(cuò)誤和返工誤工問題，利用BIM 技術(shù)進(jìn)行復(fù)雜形體設(shè)計(jì)和施工模擬，通過將復(fù)雜形體數(shù)據(jù)整合分析，得到更優(yōu)方案，并對(duì)三維模型進(jìn)行解析，針對(duì)各網(wǎng)格進(jìn)行單獨(dú)模塊設(shè)計(jì)，模擬預(yù)拼裝施工，可以節(jié)約材料和時(shí)間成本[1]。

2.3 機(jī)電工程施工

隨著建筑功能的不斷提升，尤其是綠色建筑的綜合管線系統(tǒng)多且復(fù)雜，機(jī)電工程施工具有較高的難度，涉及的數(shù)據(jù)信息量大，存在著溝通協(xié)調(diào)不暢、材料損耗過大、碰撞錯(cuò)漏嚴(yán)重等問題，難以實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化、精細(xì)化管理。傳統(tǒng)的二維設(shè)計(jì)圖紙只能發(fā)現(xiàn)平面位置的碰撞，立體空間碰撞查找困難，而且不能準(zhǔn)確判斷間距不夠等軟碰撞問題，影響了施工質(zhì)量和進(jìn)度，利用BIM 技術(shù)進(jìn)行綠色建筑機(jī)電工程施工優(yōu)化與效率提升十分必要。根據(jù)相關(guān)設(shè)計(jì)資料和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，建立BIM模型，直觀展現(xiàn)給排水、電氣、暖通等相關(guān)專業(yè)布置情況，實(shí)現(xiàn)從二維圖紙閱讀到三維模型觀察的轉(zhuǎn)變。同時(shí)，利用BIM 模型結(jié)合相關(guān)軟件的碰撞檢測(cè)功能，可以進(jìn)行全專業(yè)的管線碰撞檢測(cè)，提前發(fā)現(xiàn)管線與結(jié)構(gòu)、管線與管線之間的碰撞問題，也可以根據(jù)相關(guān)規(guī)范數(shù)據(jù)，自動(dòng)進(jìn)行距離檢測(cè)和凈高檢測(cè)，找到高度、方向上的沖突點(diǎn)，解決軟碰撞問題，最終生成碰撞檢測(cè)報(bào)告。根據(jù)管線綜合排布避讓原則，提前進(jìn)行方案優(yōu)化調(diào)整，在保證管線綜合排布合理、質(zhì)量可靠、外形美觀、方便檢修的情況下，盡可能節(jié)省材料，通過管線優(yōu)化模型進(jìn)行技術(shù)交底，合理安排施工順序。除了管線優(yōu)化外，支吊架的布置與校核工作也十分重要。以往的支吊架安裝相對(duì)隨意，比較凌亂，不但占用空間大，視覺效果差，而且浪費(fèi)材料。在確定綜合管線布置方案后，計(jì)算支架間距、尺寸等參數(shù)，選擇合適材料，利用Revit軟件建立三維模型，通過fuzor 軟件進(jìn)行三維模擬及漫游，應(yīng)用相關(guān)插件布置支吊架，校驗(yàn)支吊架受力情況，生成報(bào)告內(nèi)容。利用BIM技術(shù)進(jìn)行機(jī)電工程施工材料設(shè)備自動(dòng)統(tǒng)計(jì)，導(dǎo)出明細(xì)表，可以簡化計(jì)算、提高效率，在施工過程中，可以將方案模型與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況進(jìn)行比對(duì)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)不符之處，并采取相應(yīng)整改措施。機(jī)房施工也是機(jī)電工程施工的核心內(nèi)容，由于機(jī)房空間有限，再加上綠色建筑機(jī)房設(shè)備比較多，根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙建立機(jī)房布置BIM 模型，與設(shè)備供應(yīng)商就設(shè)備尺寸、接口位置等問題進(jìn)行溝通，遵循管線避讓和支吊架布置原則，考慮不同設(shè)備設(shè)施需要的安裝檢修空間，盡可能減少材料浪費(fèi)，縮短施工時(shí)間。在復(fù)雜異形結(jié)構(gòu)施工中，可以利用BIM 模型進(jìn)行3D 打印，以實(shí)物進(jìn)行技術(shù)交底和施工指導(dǎo)，能夠提高現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)質(zhì)量和效率，而且3D打印所采用的材料以建筑垃圾為主，能夠減少材料浪費(fèi)，真正實(shí)現(xiàn)綠色環(huán)保施工[2]。

3 基于BIM 技術(shù)的裝配式綠色建筑施工優(yōu)化與效率提升

裝配式建筑是建筑產(chǎn)業(yè)化、信息化發(fā)展的典型代表，通過標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)、工廠化生產(chǎn)、裝配化施工，能夠更好地實(shí)現(xiàn)綠色建筑的四節(jié)一環(huán)保目標(biāo)，在減少建筑垃圾、節(jié)約模板材料、降低砂漿用量、節(jié)約施工用水、降低施工能耗等方面有突出表現(xiàn)。BIM 技術(shù)的應(yīng)用有利于實(shí)現(xiàn)裝配式建筑的智慧建造，針對(duì)生產(chǎn)、運(yùn)輸、裝配三個(gè)主要環(huán)節(jié)展開工作，能夠獲得事半功倍的效果。

3.1 預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)

利用BIM 技術(shù)建立三維信息化模型，能夠集合預(yù)制構(gòu)件所有的數(shù)據(jù)信息，可以高效進(jìn)行生產(chǎn)交底，制定生產(chǎn)計(jì)劃，安排生產(chǎn)資源。在原材料采購時(shí)，采集相關(guān)質(zhì)量信息上傳到信息管理平臺(tái)，實(shí)施預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)事前質(zhì)量控制。在工廠信息化管理平臺(tái)上，可以解讀BIM 模型中的預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)信息，并轉(zhuǎn)換成機(jī)械設(shè)備可識(shí)別的格式，通過自動(dòng)控制程序完成模板制作、鋼筋加工、預(yù)埋件安裝、混凝土澆筑等工作，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、數(shù)字化、精益化加工，降低出錯(cuò)率和人工成本，如果出現(xiàn)生產(chǎn)故障，會(huì)通過自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)時(shí)反饋，及時(shí)采取相應(yīng)處理措施。利用BIM 技術(shù)結(jié)合RFID技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)的跟蹤識(shí)別，通過三維模型與構(gòu)件實(shí)體的對(duì)應(yīng)關(guān)系，掌握構(gòu)件生產(chǎn)狀態(tài)，構(gòu)件脫模后，利用三維激光掃描技術(shù)獲得點(diǎn)云數(shù)據(jù)，經(jīng)過對(duì)比分析進(jìn)行質(zhì)量檢查，確定質(zhì)量等級(jí)，將集成預(yù)制構(gòu)件信息的二維碼貼到相應(yīng)產(chǎn)品上，使用手持閱讀器掃描二維碼，可以讀取預(yù)制構(gòu)件相關(guān)信息。結(jié)合BIM 技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，能夠在預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)階段及時(shí)得到信息反饋，創(chuàng)建事前、事中、事后質(zhì)量檢查追溯機(jī)制，各參與方可以在信息管理平臺(tái)上查詢生產(chǎn)信息，進(jìn)行溝通協(xié)調(diào)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)與施工的動(dòng)態(tài)銜接。

3.2 預(yù)制構(gòu)件運(yùn)輸

在預(yù)制構(gòu)件運(yùn)輸前，需要再次檢查產(chǎn)品質(zhì)量，質(zhì)量管理人員通過手持閱讀器或移動(dòng)端設(shè)備更新預(yù)出場(chǎng)構(gòu)件質(zhì)量信息，并拍照上傳到信息協(xié)同平臺(tái)中，監(jiān)理單位對(duì)合格預(yù)制構(gòu)件簽發(fā)質(zhì)量證明書，嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)流程處理不合格產(chǎn)品。施工單位根據(jù)施工進(jìn)度計(jì)劃與生產(chǎn)單位協(xié)調(diào)優(yōu)化預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)運(yùn)輸計(jì)劃，管理人員將采集到的運(yùn)輸信息上傳到信息平臺(tái)中，更新預(yù)制構(gòu)件狀態(tài)，擴(kuò)展相關(guān)運(yùn)輸信息，包括構(gòu)件名稱、用途、出場(chǎng)時(shí)間以及運(yùn)輸車輛牌照、司機(jī)姓名、聯(lián)系方式等。運(yùn)輸線路的選擇至關(guān)重要，不但涉及到材料運(yùn)輸損耗，而且會(huì)產(chǎn)生大量能源消耗和環(huán)境污染，BIM 技術(shù)具有強(qiáng)大的信息集成功能。通過與GIS 技術(shù)的結(jié)合運(yùn)用，能夠快速收集施工現(xiàn)場(chǎng)周圍信息，形成三維地形圖，分析周圍運(yùn)輸路線是否合理，保證按計(jì)劃將預(yù)制構(gòu)件運(yùn)抵現(xiàn)場(chǎng)。在運(yùn)輸過程中，通過GPS定位系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控車輛運(yùn)行情況，施工單位根據(jù)信息管理平臺(tái)查詢定位車輛信息，合理安排預(yù)制構(gòu)件接收工作[3]。

3.3 現(xiàn)場(chǎng)施工優(yōu)化

裝配式建筑現(xiàn)場(chǎng)施工需要將生產(chǎn)好的預(yù)制構(gòu)件通過大型起吊設(shè)備吊裝到位，然后使用可靠連接方式進(jìn)行拼裝，在施工過程中，涉及多專業(yè)、多工種協(xié)同作業(yè)，而且預(yù)制構(gòu)件運(yùn)抵現(xiàn)場(chǎng)后需要占據(jù)大量用地，根據(jù)節(jié)地和用地保護(hù)的綠色建筑理念，必須加強(qiáng)施工場(chǎng)地優(yōu)化布置，充分考慮不同時(shí)間維度主要影響因素，實(shí)現(xiàn)時(shí)間上和空間上的動(dòng)態(tài)協(xié)調(diào)管理。利用BIM 技術(shù)進(jìn)行吊裝施工方案模擬，解決塔群協(xié)同作業(yè)問題，模擬塔吊運(yùn)行軌跡，考慮天氣、風(fēng)速的影響，防止出現(xiàn)相互碰撞干擾的不安全因素，根據(jù)施工工況、施工進(jìn)度優(yōu)化布置起重設(shè)備，盡可能實(shí)現(xiàn)設(shè)備的循環(huán)、高效利用。施工現(xiàn)場(chǎng)臨時(shí)建筑和安全疏散設(shè)施的布置也十分重要，必須保證合理緊湊、經(jīng)濟(jì)實(shí)用，能夠滿足生產(chǎn)生活和安全疏散需求。利用BIM軟件的日照分析功能可以對(duì)不同時(shí)間節(jié)點(diǎn)展開日照分析，優(yōu)化調(diào)整臨時(shí)建筑的方位、布局、間距，實(shí)現(xiàn)節(jié)約用電、綠色施工的目的。預(yù)制構(gòu)件運(yùn)輸和裝配施工對(duì)于道路條件要求較高，遵循永臨結(jié)合的基本原則，利用BIM 技術(shù)分析施工場(chǎng)地內(nèi)不同等級(jí)道路之間的關(guān)系，優(yōu)化調(diào)整空間位置以及道路寬度、材質(zhì)。在工作面存在著不同專業(yè)交叉施工的情況，基于BIM技術(shù)的工作面劃分能夠直觀展示不同時(shí)間段施工進(jìn)度安排，結(jié)合實(shí)際施工完成情況，合理分配施工資源，為各單位、各專業(yè)協(xié)調(diào)施工提供數(shù)據(jù)支撐，實(shí)現(xiàn)精細(xì)化管理的效果[4]。

4 結(jié)語

綜上所述，綠色建筑與BIM技術(shù)具有共通之處，都能夠節(jié)約資源、節(jié)約成本、提高效率，所以BIM 技術(shù)在綠色建筑施工中的應(yīng)用具有一定的必要性和可行性，有利于提高綠色建筑施工質(zhì)量和效率，獲得更好的綜合效益。BIM技術(shù)的運(yùn)用需要融入到具體施工環(huán)節(jié)，能夠形成全面系統(tǒng)的綠色施工信息化應(yīng)用體系，為BIM 技術(shù)應(yīng)用和綠色建筑施工探索更多可能。