基于BIM技術的政府辦公樓危房改建項目應用實踐

【摘 要】BIM技術可為工程項目提供全生命周期、全參與方以及全要素的功能應用，通過BIM建模及模型運用可顯著提升工程的“建管運一體化”管理水平。文章以綿陽市某政府辦公樓危房改建項目為例，通過對該項目BIM模型構建和應用，闡述了BIM技術在該工程項目管理中發揮的積極作用，可為同類工程項目的設計施工管理提供借鑒。

【關鍵詞】政府辦公樓; 危房改建; BIM技術; 項目管理

【中圖分類號】TP391.99【文獻標志碼】A

1 工程概況

本工程為政府辦公樓危房改建工程項目，建設地點位于四川省綿陽市，結構形式為鋼結構，主要功能為辦公，總建筑面積4 024 m2，建筑高度為26.85 m，共7層，室內外高差0.45 m，建筑結構安全等級為二級，建筑耐火等級為二級，地基基礎設計等級為二級，設計等級為二級。辦公樓為三級負荷，設置自用的配電室，由室外變電站引入兩路0.4 kV電源。本工程總高日用水量為15.73 m3/d，總最高時用水1.71 m3/h，采用污廢水合流制。室外消防采用消防栓給水系統，水泵房供給系統，室內消火栓采用臨時高壓制供水系統。本工程室外消防用水水源為市政給水管網供給，室外消防設計用水量為20 L/s，滅火時間2 h。

2 BIM模型構建

2.1 BIM技術簡介

建筑信息模型（Building Information Modeling，簡稱BIM）是誕生于21世紀初的新工具，其利用數字技術、智能技術，對建筑項目的設計、施工、運營的全生命周期進行計算分析和模擬，可為建設方、施工方、設計方、監理方等各工程參與方提供協作平臺，提高工作效率，降低工程成本。BIM具有可視化、協調性、模擬性、優化性以及可出圖性五大特點，其核心是通過建立虛擬的建筑工程三維模型，在數字化技術基礎上，為模型提供完整的、與實際情況一致的建筑工程信息庫。目前，BIM5D（3D模型+時間+成本（工程量、工料機耗量、造價））將成本和時間信息納入模型，形成建筑成本（成本）信息模型，有利于對工程總體成本的控制。

2.2 BIM構件標準

根據本工程項目特點，首先構建完整的BIM 模型創建標準，并將工程分為建筑、結構和安裝（給排水、暖通、電氣）等多個專業。在BIM建模過程中，需要對各個專業的每個建模對象進行細度分析，細度分析包括幾何信息和非幾何信息，包括施工、加工和安裝過程的詳細信息，其中建筑專業主要包括外圍護系統、未免系統、樓面系統等，結構專業包括基坑圍護、基礎、框架柱、剪力墻、梁等，給排水專業包括設備、管線和管路附件等，暖通專業包括設備、管線和管路附件等，電氣系統包括設備、橋架線槽、附件等。由于涉及的建模對象較多，本文僅對部分進行說明，見表1。

2.3 BIM建模流程

BIM建模首選需要選擇合適的族樣板，創建構件族文件：①創建參照平面;②通過編輯功能創建建筑物形狀;③添加、調節尺寸參數與約束;④添加材質及其它屬性參數;⑤完成各個構件族的建立，形成構件族庫，見圖1。其次，需要選擇項目樣板，創建項目文件，然后創建標高、軸網、參照平面等圖元，接著將族庫中各個構件族載入項目文件，創建族實例，再接著根據標高、軸網、參照平面等精確定位構件族實例，最后完成建立建筑模型。

2.4 BIM可視化模型

首先采用Dynamo編程軟件，根據工程特點和需要編輯和定義節點，對于簡單節點問題，可采用Dynamo編程軟件自帶的節點，對于較為復雜的節點，則需要采用Python進行編程設計，將Dynamo+Python搭配應用，可完成可視化編程在BIM創建族中的建模應用，最終得到工程BIM模型實例，見圖2。

3 實踐應用

BIM技術實踐應用主要包括碰撞檢測、預留孔洞、虛擬漫游、施工模擬、技術與質量管理、安全控制管理、成本管理、進度管理、資料管理等九大功能（圖3）。

3.1 碰撞檢測

在碰撞檢測之前，需要根據相應工程和專業設置對應的碰撞規則，這樣可以提高碰撞檢測的準確性和針對性。碰撞點檢測目標主要包括建筑結構、給排水、電氣、暖通、消防、弱點等，以項目工作集-項目1層碰撞點為例，得到了全部192個碰撞數據（碰撞類型為活動問題）結果見表2。從表中可以看到：建筑結構分別與級配水、電氣和消防存在碰撞點，分別為36次、12次和101次，總碰撞次數為149次，消防專業本身以及消防與建筑結構、電氣等分別存在29次、101次和13次碰撞，總碰撞次數為143次，給排水、電氣專業的總碰撞次數分別為37次和25次。

3.2 預留孔洞

通過碰撞分析，可以提前調整結構、管線以及機電的沖突位置，可減少90 %以上的碰撞問題產生，既減少了施工錯誤的發生，又可以節約施工工期和施工成本。通過孔洞的檢查分析，可以事先獲得所有管線的標高、尺寸、位置等具體信息，實現精準定位，不僅避免了二次穿孔對于結構的影響，而且可以優化空間，得到更加合理美觀的管線布置，提升工程項目的整體品質。

3.3 虛擬漫游

通過設置漫游視角的高度及視口方向，可以使項目建設者在虛擬建筑中得到身臨其境的感覺，同時可以查看機電、土建、預埋件之間的碰撞點位，及時找到問題，及時進行相應的調整和處理。

3.4 施工模擬

由于建筑工程是一項系統的復雜工程，某些復雜構件和結構在傳統的二維圖紙上顯得十分抽象，難以理解，通過施工模擬，可以將復雜的部件簡明化，使得施工過程更加順暢。施工模擬主要包括復雜節點三維模擬、施工場地規劃模擬、砌體排布模擬以及管線三維可視化模擬等（圖5）。復雜節點三維模擬主要目的在于將復雜抽象的鋼筋節點進行三維可視化，方便指導現場工作人員施工;施工場地規劃模擬主要目的在于使施工場地規劃更加科學合理，最大程度上利于施工建設;砌體排布模擬主要目的在于可對各個位置砌塊施工用量進行提前計算和備料，減少二次搬運情況發生;管線三維可視化模擬主要目的在于將整個項目的安裝管線進行三維展示，有助于提前發現問題和提出解決方案，確保施工機安裝質量。

3.5 技術與質量管理

本工程設計的工程種類專業較多，故而在施工后應及時將施工資料進行整理和展示，以便于指導后續施工，傳統的施工質量管理方式手續繁多，信息滯后，難以形成長效管理，利用BIM技術并結合移動客戶端，可以形成本工程的施工缺陷問題庫，方便施工各方及時查看和糾正問題。同時，對于在碰撞測試中所找出的問題，及時制頂碰撞避讓方案，并利用建模端綜合各專業模型進行重新的綜合優化。

3.6 安全控制管理

施工安全是每個工程項目必須重視的問題，利用BIM技術的動畫演示可以為現場人員提供安全可視化交底，同時將設備故障和維修上傳到系統模型中，方便施工人員總結和發現問題，對重點控制的安全管理部位提供安全巡檢管理和安全整改協作，提高管理效率。

3.7 成本管理

BIM模型的企業看板可為項目提供隨時可查詢的項目列表基礎信息、項目資金情況等信息，通過模型數據庫，可對項目的盈虧情況進行及時跟蹤，同時提出合理的改進措施。

3.8 進度管理

BIM平臺實現了工程項目的4D模擬和動態展示，通過錄入每天工程的施工進度，并于BIM模型相關聯，可將工程的實際進度隨時隨地展現，方便管理人員查看，及時發現問題并進行施工組織優化設計。

3.9 資料管理

BIM模型將整個施工數據記錄到模型中，具有可追溯性，明確責任，提高施工質量。通過建立的虛擬資料檔案館，可實現精細化分分類管理，方便歸檔、篩選和查詢，由于BIM建立在云服務器上，就可以避免因異地修改而造成的不同步問題，能夠使參建各方得到同步的信息和及時的溝通。

4 結論

文章以某政府辦公樓危房改建工程項目為背景，從建模過程和實踐應用兩個方面闡述了BIM技術在該工程項目中發揮的作用，BIM技術在工程管理過程中表現出良好的效率控制、質量控制以及成本控制效益，值得在工程實踐中予以應用。

參考文獻

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[定稿日期]2021-01-28

[作者簡介]秦堃（1974～），男，本科，副教授，主要從事建設工程教學與應用研究。