施工BIM 模型建立與應(yīng)用過程關(guān)鍵技術(shù)

王楠楠，王慶春，王 豐，韓志超

(大連民族大學(xué) 土木工程學(xué)院，遼寧 大連116605)

在BIM 技術(shù)的指導(dǎo)下，BIM 模型成為BIM 技術(shù)的核心，工程建設(shè)項(xiàng)目信息將融入并關(guān)聯(lián)到BIM 模型中。由于國內(nèi)與國外軟件專業(yè)不配套以及設(shè)計(jì)規(guī)范的限制，主要用于相關(guān)專業(yè)的BIM 建模，工程設(shè)計(jì)仍以二維設(shè)計(jì)為主，設(shè)計(jì)過程中無法直接創(chuàng)建BIM 模型，需要按照2D 設(shè)計(jì)圖紙另行建模。設(shè)計(jì)方提供的BIM 模型在施工階段無法直接用于指導(dǎo)施工，建筑設(shè)計(jì)師眼中的模型主要是建筑的外形和空間，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師眼中的模型是建筑的梁板柱受力情況，而施工人員眼中的模型是能夠指導(dǎo)施工的模型。BIM 技術(shù)如果要應(yīng)用到實(shí)際工程指導(dǎo)施工，必須建立施工階段BIM 模型。

1 施工階段BIM 模型的管理實(shí)施過程

基于BIM 的虛擬施工技術(shù)是指在施工之前，將施工方能夠應(yīng)用的BIM 模型加入時(shí)間的維度、成本、質(zhì)量等因素，對(duì)工程建設(shè)項(xiàng)目建造整體過程和局部過程進(jìn)行模擬分析，發(fā)現(xiàn)整體與局部建造過程中不合理的施工組織計(jì)劃，施工材料的供應(yīng)可能出現(xiàn)的情況，項(xiàng)目的質(zhì)量可能出現(xiàn)的問題，以及施工過程應(yīng)該注意的可能發(fā)生的狀況等，并針對(duì)相應(yīng)的問題在施工前提出相應(yīng)的應(yīng)對(duì)方案，使制定的施工方案過程達(dá)到最優(yōu)，從而達(dá)到施工階段“三控”、“兩管”、“一協(xié)調(diào)”的目的。再用來指導(dǎo)實(shí)際的項(xiàng)目施工，保證項(xiàng)目施工的順利完成［1］。

如果有設(shè)計(jì)變更、施工圖修改、施工工藝變換等情況，也可對(duì)建設(shè)項(xiàng)目施工工藝、進(jìn)度等進(jìn)行修改優(yōu)化，同時(shí)保證工期、質(zhì)量、造價(jià)等最優(yōu)。基于施工BIM 模型的施工管理實(shí)施過程如圖1。

圖1 基于施工BIM 模型的施工管理實(shí)施過程

2 施工階段關(guān)鍵構(gòu)件的BIM 模型優(yōu)化建立方法

BIM 模型是基于Revit2013 的結(jié)構(gòu)樣板下研究應(yīng)用的施工階段的模型，所以在放置結(jié)構(gòu)構(gòu)件族時(shí)，需要將結(jié)構(gòu)分析取消掉，如果不取消再導(dǎo)入NAVISWORKS 中后會(huì)有結(jié)構(gòu)分析模型出現(xiàn)，將對(duì)BIM 模型施工階段的應(yīng)用產(chǎn)生嚴(yán)重干擾［2］。由于施工模型要導(dǎo)入到NAVISWORKS 中進(jìn)行項(xiàng)目管理，所以施工BIM 模型與NAVISWORKS 的接口與規(guī)范就尤為重要。

2.1 施工BIM 模型柱的建立方法

Revit2013 中柱分為建筑柱和結(jié)構(gòu)柱兩種。由于柱模型導(dǎo)入到NAVISWORKS 中后會(huì)被任何一種與它相交的Revit2013 建筑構(gòu)件進(jìn)行扣除掉，建筑柱建模時(shí)候往往要將結(jié)構(gòu)柱包裹在里面，因?yàn)榻ㄖ鶡o法做受力結(jié)構(gòu)，上部無法承載梁、板等結(jié)構(gòu)，要想把模型建立起來就必須有受力結(jié)構(gòu)，在混凝土施工BIM 模型中，建筑柱在裝飾工程中是很好表現(xiàn)柱裝飾的方式，建筑柱能方便的與相連墻體統(tǒng)一材質(zhì)，結(jié)構(gòu)柱需要單獨(dú)設(shè)置。

結(jié)構(gòu)柱是建筑物的荷載主要承受結(jié)構(gòu)，不會(huì)被Revit 中建筑專業(yè)的構(gòu)件切割扣減。結(jié)構(gòu)柱除了建模之外，結(jié)構(gòu)柱還帶有分析線，可直接導(dǎo)入分析軟件進(jìn)行分析。混凝土的結(jié)構(gòu)柱里面可以放鋼筋，以滿足施工圖需要。結(jié)構(gòu)柱在計(jì)算混凝土施工工程量時(shí)，承擔(dān)著導(dǎo)出模型的作用。

在BIM 模擬混凝土建設(shè)工程施工過程中，柱一定要分樓層建立，如果該工程建設(shè)項(xiàng)目有現(xiàn)成的BIM 設(shè)計(jì)模型，設(shè)計(jì)模型中沒有進(jìn)行分樓層，要人為對(duì)BIM 設(shè)計(jì)模型進(jìn)行切割分樓層處理，如果處理過程過于繁瑣建議施工方自己重新建立施工BIM 模型。分樓層建立后的模型導(dǎo)入NAVISWORKS，在進(jìn)行施工組織設(shè)計(jì)、施工過程模擬時(shí)，更符合實(shí)際的工程建設(shè)現(xiàn)場場景，在實(shí)際建設(shè)項(xiàng)目施工中不會(huì)將一根跨多層混凝土柱一次性澆筑完成，而是根據(jù)實(shí)際工程情況進(jìn)行澆筑，同時(shí)分樓層建立柱模型還可以實(shí)現(xiàn)柱全過程精細(xì)化管理，能夠?qū)γ恳粋€(gè)柱子的建立時(shí)間進(jìn)行掌控，對(duì)施工企業(yè)科學(xué)化管理有著重要意義。

2.2 施工BIM 模型墻的建立技術(shù)研究

在施工BIM 模型中，墻分為建筑墻和結(jié)構(gòu)墻兩種。建筑墻主要起裝飾功能無法作為承重結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)墻分為承重、抗剪和復(fù)合結(jié)構(gòu)幾類，承擔(dān)建筑物的主體受力。在Revit2013 默認(rèn)情況導(dǎo)入NAVISWORKS 后，建筑墻不會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)專業(yè)構(gòu)件進(jìn)行切割，只會(huì)對(duì)建筑構(gòu)件進(jìn)行分割。結(jié)構(gòu)墻除了無法對(duì)建筑墻進(jìn)行切割，對(duì)其他的建筑構(gòu)件和結(jié)構(gòu)構(gòu)件都會(huì)進(jìn)行分割。

通過用不同的建模方法搭建的施工模型進(jìn)行的測試，在建立柱與墻體相連施工BIM 模型時(shí)，要盡量避免建筑墻直接穿過結(jié)構(gòu)柱，在建立多根柱子之間的墻體需要分段建立，即在建筑模型結(jié)構(gòu)柱梁柱內(nèi)邊緣建立墻體，直接畫墻與分?jǐn)喈媺χg在Revit2013 三維顯示模型。Revit2013 平面效果顯示直接建立建筑墻和分段建立建筑墻相同，在出圖時(shí)沒有區(qū)別，顯示效果如圖2，但是在三維顯示中有所不同如圖3。

圖2 Revit2013 平面效果

圖3 Revit2013 三維顯示模型

導(dǎo)入NAVISWORKS 中進(jìn)行碰撞檢測時(shí)，直接畫墻會(huì)發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤，而且對(duì)直接建立的建筑墻和分段建立的建筑墻進(jìn)行工程量計(jì)算，對(duì)比發(fā)現(xiàn)兩組模型的工程量存在少量的差異，根據(jù)手算據(jù)分段建立的墻算出工程量更加準(zhǔn)確。

通過數(shù)據(jù)分析對(duì)比，墻的建立過程中要分段建立可以明顯減少進(jìn)行三維碰撞時(shí)因墻引起的無效碰撞，由于模型分段比較詳細(xì)可以很快識(shí)別發(fā)生碰撞位置，將模型導(dǎo)入算量軟件時(shí)構(gòu)件工程量識(shí)別更準(zhǔn)確。在實(shí)際施工建立墻體過程中不會(huì)出現(xiàn)墻穿柱的情況，同樣對(duì)施工段劃分，施工進(jìn)度計(jì)劃制定，施工中協(xié)調(diào)管理，以及施工過程精細(xì)化管理有著重要的意義。

2.3 施工BIM 模型梁及BIM 模型板的建立技術(shù)研究

在Revit2013 默認(rèn)情況導(dǎo)入NAVISWORKS后，結(jié)構(gòu)梁會(huì)與結(jié)構(gòu)柱和結(jié)構(gòu)墻發(fā)生扣減關(guān)系，與建筑構(gòu)件之間不發(fā)生扣減關(guān)系，結(jié)構(gòu)梁與結(jié)構(gòu)柱與結(jié)構(gòu)墻三者關(guān)系顯示效果如圖4。

Revit2013 在結(jié)構(gòu)梁的建立時(shí)在梁下的每一個(gè)柱子中心處點(diǎn)擊一次已達(dá)到導(dǎo)入NAVISWORKS 中后結(jié)構(gòu)梁的分段識(shí)別效果，這樣可以在碰撞檢測時(shí)，如果梁與其他構(gòu)件發(fā)生碰撞，能夠很容易找到發(fā)生碰撞的位置梁的位置。有時(shí)需要一次性建立并識(shí)別的碰撞是整段梁與構(gòu)件的碰撞時(shí)，如果梁過長，則會(huì)不利于一次性找到碰撞位置，不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤。

圖4 各個(gè)建筑構(gòu)件之間的關(guān)系

Rvit2013 中板分為建筑樓板和結(jié)構(gòu)樓板兩種。兩種板的特點(diǎn)與建筑柱和建筑墻的關(guān)系類似。在Revit2013 默認(rèn)情況下導(dǎo)入NAVISWORKS后，建筑板與結(jié)構(gòu)構(gòu)件不發(fā)生扣減關(guān)系，但是在碰撞檢查是會(huì)被識(shí)別為碰撞，所以在建立施工BIM模型時(shí)盡量不要應(yīng)用建筑板。結(jié)構(gòu)板會(huì)與結(jié)構(gòu)柱與結(jié)構(gòu)墻和結(jié)構(gòu)梁發(fā)生扣減關(guān)系，與建筑構(gòu)件之間不發(fā)生扣減關(guān)系。

3 施工BIM 模型在NAVISWORKS 中的應(yīng)用

基于BIM 的施工管理理念是施工進(jìn)度管理探索的新方向。BIM 技術(shù)為建設(shè)項(xiàng)目各階段、各專業(yè)的相關(guān)人員搭建了一個(gè)信息共享的平臺(tái)，減少了建設(shè)項(xiàng)目信息的流失，提高整個(gè)建筑業(yè)從業(yè)人員和建筑資源的利用效率［3］。而NAVISWORKS可以讓所有項(xiàng)目相關(guān)方將項(xiàng)目作為一個(gè)整體來看，進(jìn)而優(yōu)化從設(shè)計(jì)決策、建筑實(shí)施、性能預(yù)測和規(guī)劃直至設(shè)施管理和運(yùn)營等各個(gè)環(huán)節(jié)。

3.1 三維施工模型碰撞檢查

在施工之前，將建設(shè)工程項(xiàng)目的一個(gè)專業(yè)或多個(gè)專業(yè)的施工BIM 模型導(dǎo)入到同一個(gè)NAVISWORKS 工程中，應(yīng)用NAVISWORKS 的碰撞檢測功能技術(shù)對(duì)三維管線進(jìn)行碰撞檢查，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)管線與主體結(jié)構(gòu)的碰撞，及時(shí)優(yōu)化工程設(shè)計(jì)，減少施工時(shí)可能出現(xiàn)返工的可能性，同時(shí)也可以優(yōu)化管線的排布方案。施工方可以通過BIM 碰撞檢測技術(shù)提前很好預(yù)測工程的利益。施工方應(yīng)用BIM 技術(shù)可以很清楚的事先了解會(huì)出現(xiàn)索賠的地方、施工工序方式不合理的地方，在項(xiàng)目招投標(biāo)中，可以很好的掌控施工方自己的利益，可以很好的進(jìn)行不均衡報(bào)價(jià)。同時(shí)施工方采用BIM 技術(shù)可以減少資源的浪費(fèi)，有著良好的社會(huì)效益。

3.2 三維虛擬施工

在施工之前，將建設(shè)工程項(xiàng)目的一個(gè)專業(yè)或多個(gè)專業(yè)的Revit2013 施工BIM 模型導(dǎo)入到同一個(gè)NAVISWORKS 建立的工程中，應(yīng)用NAVISWORKS 與Project、P6 等項(xiàng)目管理軟件相結(jié)合進(jìn)行施工方案組織設(shè)計(jì)［4］。將施工方能夠應(yīng)用的BIM 模型加入時(shí)間的維度、成本、質(zhì)量等因素，對(duì)工程建設(shè)項(xiàng)目建造整體過程和局部過程過進(jìn)行模擬分析，發(fā)現(xiàn)整體與局部建造過程中不合理的施工組織計(jì)劃，以及施工材料的供應(yīng)可能出現(xiàn)的情況，項(xiàng)目的質(zhì)量可能出現(xiàn)的問題，以及施工過程應(yīng)該注意的可能發(fā)生的狀況等，并針對(duì)相應(yīng)的問題在施工前提出相應(yīng)的應(yīng)對(duì)方案，保證制定的施工方案在指導(dǎo)施工時(shí)做到有序、高效、科學(xué)合理，同時(shí)力爭以最小的投入達(dá)到最大的收益［5］，基于BIM 的進(jìn)度計(jì)劃如圖5。

圖5 基于BIM 的進(jìn)度計(jì)劃

圖6 基于BIM 的虛擬建造過程展示

3.3 三維校驗(yàn)

BIM 模型具有較好的三維可視化特性，應(yīng)用NAVISWORKS 等可視化工具能夠?qū)崿F(xiàn)多角度觀察、路徑漫游、虛擬建造過程展示等如圖6。可以利用BIM 模型的特點(diǎn)直觀的將虛擬的BIM 工程與實(shí)際工程進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)BIM 模型與實(shí)際施工的不合理處，并進(jìn)行記錄，及時(shí)組織相關(guān)各方對(duì)施工的過程及實(shí)際建筑物相關(guān)功能等進(jìn)一步評(píng)估，同時(shí)也是施工方向業(yè)主提出修改施工方案的一種形象的展示方法。

這樣通過BIM 技術(shù)結(jié)合施工方案、施工模擬和現(xiàn)場視頻監(jiān)測，大大減少建筑質(zhì)量問題、安全問題，同時(shí)增加了施工方的施工能力和盈利能力［6］。

3.4 工程量計(jì)算

在實(shí)際工程中，施工工程師利用施工BIM 模型進(jìn)行指導(dǎo)施工，造價(jià)工程師利用造價(jià)BIM 模型進(jìn)行工程量計(jì)算，并將計(jì)算好的工程量導(dǎo)入計(jì)價(jià)進(jìn)行工程的預(yù)算、決算。

NAVISWAORKS 已經(jīng)可以計(jì)算工程量了，但是在實(shí)際算量應(yīng)用存在很多問題。如扣減關(guān)系的處理很多時(shí)候都需要手動(dòng)去調(diào)節(jié)。在實(shí)際項(xiàng)目中，我國工程量計(jì)算主要是應(yīng)用魯班、廣聯(lián)達(dá)等造價(jià)軟件進(jìn)行計(jì)算。大多數(shù)都是在魯班、廣聯(lián)達(dá)中根據(jù)設(shè)計(jì)方提供的圖紙重新建模［7］，無法做到直接用應(yīng)用設(shè)計(jì)方的BIM 模型進(jìn)行工程量統(tǒng)計(jì)，用設(shè)計(jì)的BIM 模型導(dǎo)入到算量軟件中有許多模型處理問題，導(dǎo)致出現(xiàn)工程量不準(zhǔn)確等一系列問題，應(yīng)用施工階段BIM 模型就可以克服設(shè)計(jì)BIM 模型的不足，可以直接將模型通過插件導(dǎo)入到算量軟件中。

4 結(jié) 語

施工BIM 模型能夠使施工方在招投標(biāo)時(shí)對(duì)工程有更清楚的認(rèn)識(shí)，能夠根據(jù)自己的實(shí)際情況使投標(biāo)工作更加合理化，施工BIM 模型在施工階段應(yīng)用能夠讓施工方在工程索賠中占更大的優(yōu)勢，尤其是在我國實(shí)行FIDIC 合同文本的情況下，這種優(yōu)勢更加凸顯了出來。施工BIM 模型在工程的項(xiàng)目管理的“三大管理目標(biāo)”中同樣有著重要作用。本文利用Revit2013 平臺(tái)建立施工BIM 模型，利用NAVISWORKS 對(duì)建設(shè)工程項(xiàng)目在施工階段項(xiàng)目管理，應(yīng)用魯班軟件進(jìn)行造價(jià)分析，從而對(duì)BIM 在施工階段的應(yīng)用技術(shù)進(jìn)行研究，并針對(duì)建模和應(yīng)用中的相應(yīng)問題，提出合理的解決方案。

［1］趙彬，王友群，牛博生.基于BIM 的4D 虛擬建造技術(shù)在工程項(xiàng)目進(jìn)度管理中的應(yīng)用［J］. 建筑經(jīng)濟(jì)，2011(9):93 -95.

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［3］CHUCK E，PAUL T，RAFAEL S.. BIM Handbook:A Guide to Building Information Modeling for Owners，Managers，Designers，Engineers and Contractors［M］，NewYork:John Wiley and Sons，2008:233 -244.

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［5］尹健. 建設(shè)項(xiàng)目工期管理方法及其應(yīng)用研究［D］. 北京:北京交通大學(xué)，2008.

［6］王廣斌，張洋，楊學(xué)英，等. 工程項(xiàng)目建設(shè)信息化發(fā)展方向——虛擬設(shè)計(jì)與施工［J］. 武漢大學(xué)學(xué)報(bào):工學(xué)版，2008，41(2):91 -92.

［7］紀(jì)博雅，金占勇，戚振強(qiáng). 基于BIM 的工程造價(jià)精細(xì)化管理研究［J］. 北京建筑工程學(xué)院學(xué)報(bào)，2013，29(4):77 -79.