基于BIM的公共建筑信息化發展應用研究

杜 利 鵬

(河北工程大學管理工程與商學院，河北 邯鄲 056000)

1 概述

近年來，公共建筑呈現出結構復雜、空間多變、造型新穎的發展趨勢，但同時也伴隨著諸如設計難度增大、施工工期緊張、現場組織無序，資源供應不合理等現象的頻發。這些亟待解決的問題不僅需要對傳統工程項目管理框架進行重新構建，更需要通過現代技術手段實現對公共建筑工程全生命周期的信息化管理。

一般建筑分類中，主要包括住宅建筑、工業建筑和公共建筑。公共建筑是人們進行社會活動不可缺少的環境和場所，其特點表現為：

1)建筑標準層少。

公共建筑區別于住宅建筑，尤其是高層住宅建筑，其顯著特點之一就是建筑標準層少，即相鄰樓層平面布置完全一致的情況幾乎沒有。通常情況下，復雜多變的平面結構布置形式，不僅增加了建筑設計難度和設計工作量，同時也為后期工程量計價、施工管理帶來諸多挑戰。

2)藝術美觀要求高。

公共建筑通常規劃在城市核心區位，其設計往往包含一定的寓意，甚至一些公共建筑在設計之初就已經定位為城市新地標。當前主流的二維圖紙交付形式，包含的工程信息十分有限，難以全面真實表達設計人員的設計意圖，造成設計階段與其他后續階段的信息斷流，最終影響建筑物實體的空間表達。

3)功能規劃全面。

通常，公共建筑的功能用途并不是單一的，而是復合多樣的。因此，提前對每個房間進行必要的功能模擬，將一系列有需求關聯的房間進行集中整合，就顯得十分必要。通過功能模擬，深度優化房間功能組合，提高空間使用效率。

4)重視運營維護階段。

運營維護作為建筑全生命周期最后一個階段，前期各個部門、各個環節、各個專業產生的工程建造信息將以多種形式交付到該階段，如何利用好這些有層次的建造信息，將成為管理水平提升的重要標志。

2 案例應用

2.1 新校區圖書館簡介

河北工程大學新校區圖書館，主體采用鋼筋混凝土框架結構，建筑面積71 202 m2，主體主樓地上7層，檐高34.4 m，一級耐火等級，設計使用年限為50年，甲類節能建筑，主要建筑功能包括圖書儲藏、閱覽等，設計藏書量293萬冊，設計閱覽座位4 600座。

2.2 新校區圖書館工程特點

1)工期緊。

圖書館作為新校區的標志性建筑，竣工日期要求較為嚴格，施工方必須按照預定的竣工日期交付完整工程并投入使用，這對項目參與各方是一個巨大的挑戰。

2)管線錯綜復雜。

本項目管線種類繁多、設計錯綜復雜，以給排水工程為例，就包括室內生活給排水系統、中水系統等十余種系統類型。在傳統CAD設計方式下，各專業工程師彼此獨立設計，難以保證專業間管線設計的協調一致性，尤其在大型建筑中，“碰撞”問題更加突出。

3)大面積玻璃幕墻。

本項目設計采用了大面積的玻璃幕墻和裝飾性陶板組合幕墻。為了滿足工期、專業化施工等要求，在項目初始就將此工程內容進行了專業分包。但專業分包隊伍達到一定數量時，總承包單位的統籌管理就變得非常困難。如何高效、有序組織各分包隊伍開展施工任務成為了保證工程質量的重要內容。

4)樓間躍層較多。

本項目南面大廳的連廊、東西兩側的樓梯均采用躍層設計，標高變化多，增加了圖紙準確理解的困難程度和工程量計算的復雜程度，尤其是節點細部的構造做法，傳統二維圖紙的交付方式難以將包含的構造信息詳盡表達。

3 BIM技術實施過程

本項目BIM技術應用開展時間較晚，因此在設計階段交付方式仍以CAD圖紙為主。本文重點介紹施工階段及后續運營維護階段等的BIM應用。

3.1 施工階段前期BIM應用

1)各專業模型建立。

在已有CAD圖紙的基礎上，利用Autodesk公司的Revit軟件分別建立各專業BIM模型。在建模初期，應明確兩方面內容，第一，明確專業間的分工協作方式。即采用工作集的分工方式，還是定好統一基點后，各專業分別建模，最后再鏈接整合的分工方式，本項目采用后一種方式。第二，明確建模詳細程度。圖書館BIM模型要延伸至運營維護階段，各專業模型均需達到LOD500(建成竣工)的詳細程度。

2)模型的碰撞檢查。

在二維CAD圖紙的交付方式下，各專業工程師單獨繪制本專業的圖紙，缺少必要的信息共享機制，導致各專業間圖紙精準性差、關聯度低等問題，直到實際施工時才發現同一高度位置，給水管橫穿了電線線槽等不合理現象，不僅耽誤了工期，而且增加了不必要的費用支出。

為了在施工前發現圖書館各專業圖紙的設計不合理問題，將安裝工程Revit模型導入至Navisworks進行管線碰撞檢查，并根據碰撞報告進行管線深化設計、綜合優化。同時，將土建模型與安裝模型進行碰撞檢查，提前在土建工程相應位置預留各種管道的孔洞。

3)工程造價管理。

在基于BIM技術的工程造價編制方式下，Revit軟件中自帶的明細表功能，可以方便快捷的將模型中包含的構件工程量統計出來，并通過準確匹配對應的定額清單項目，使每一個構件的造價信息都能精準對應，從根本上理清管理內容混亂的難題，降低費用不精確風險，有效控制造價成本。同時，造價人員也不需要再次將圖紙導入造價軟件中進行二次識別，真正將造價人員從繁重的工程量計算中解放出來，使他們從以“計算造價”為主逐漸過渡到“管理造價”為主。

4)三維虛擬仿真漫游。

業主等參與方對于工程圖紙等“工程語言”理解的不到位，不能及時發現工程設計與自身需求的實際差距，是導致后期變更頻發的原因之一。通過將Revit模型導入LUMION6.0制作出三維漫游視頻可有效解決這一問題，讓各個項目參與方在實體項目開工前，就能身臨其境的感受擬建建筑建好投入使用時的情況，做到提出意見、盡早修改。

三維漫游視頻也是分析建筑物內部空間合理性的有效方式。以第三人視角制作視頻時，設置虛擬人物的身高，可對當前該位置的空間尺寸進行合理性判斷。在圖書館漫游過程中發現地下停車場有一處凈高不足的問題，及時進行了修正。

3.2 施工過程管理應用

1)三維場地布置的應用。

利用三維場地布置軟件，按照1∶1的尺寸比例，模擬布置不同施工階段所需工程設備、材料堆場、職工宿舍等設施設備的位置和數量。將施工場地管理信息化，提前判斷材料進場所需尺寸、面積、位置和車輛的運輸路線等是否合理，充分進行施工現場場地空間分析，實現信息精準化動態管理。

2)BIM5D技術的應用。

BIM5D技術是在三維模型的基礎上，將模型中的構件信息關聯時間進度(4D)和工程造價信息(5D)，模擬施工生產全過程，直觀展示施工現場生產、場地布置和資源供應情況。從宏觀管理角度講，5D技術可以實現對項目施工過程中的工期進度、資金花費、人力資源供應、機械進出場時間等信息的精準化模擬和統計，做到將計劃值與實際值時時對比、動態管理。從微觀管理角度講，5D技術能方便快捷提取任意構件、任意樓層的施工進度、工程造價等局部工程信息。因此，可以做到盡早發現工期和費用的偏差，從而確保了資源的高效供應和工程目標的順利實現。

3)RFID技術的應用。

RFID即無線射頻識別技術。圖書館項目在最初的BIM應用規劃中就明確提出要全面應用RFID技術，主要基于三點考慮，其一，用于施工階段物料追蹤。在構件出廠前由專業人員將該構件相關信息輸入至RFID芯片中，在構件運輸過程中，隨時收集運輸車輛運輸狀況，精準把握構件到場時間。其二，用于運營維護階段物料精準定位。將構件中RFID芯片的信息關聯到BIM模型上，該構件一旦發生故障或需要更換時，可預先在BIM模型中精確找到相應的位置，指導維修人員順利工作。其三，用于物料文件的信息化管理。提高信息查詢的工作效率。

3.3 運營維護階段管理

1)維護管理。

BIM模型包含了前期建造過程中所有的材料和設備型號、價格、生產廠家等工程信息，因此，可以借助傳感設備實現BIM模型與實體工程的數據傳遞，建立預警信息系統，一旦某構件需要維護或更新，物聯網管理系統甚至可以自動提示和發出警告，為維護管理順利進行提供完整可靠的管理依據。

2)生態環境模擬。

圖書館設計每日人流量可達5 000人以上，如何讓師生在空間使用過程中感到舒適、健康，是建筑環境研究的重要任務之一。通過BIM模型的信息提取，可對擬建建筑物所在地的氣象條件、房間采光、聲音傳播、熱環境等建筑生態環境進行模擬，發現不滿足使用要求的位置，及時進行改進。圖書館是師生閱讀、學習的重要場所，因此，對各個房間采光效果和隔音效果的模擬將成為重點。

3)應急管理。

大型公共建筑運營非常重視突發事件下人流秩序的管理。全信息化的運營維護方式將突發事件的管控延伸至預防、警報和處理三個階段中。例如在應對火災逃生時，以圖書館每日人流量峰值為計算依據，模擬火災發生時，各種應急設備數量、逃生樓梯開間是否滿足最低標準等。同時，可通過RFID技術和BIM的結合，精準定位被困人員和消防人員位置，引導消防人員進行搜尋，有效提高營救效率，降低營救風險。

4 結語

公共建筑相比居住建筑和工業建筑，其項目設計難度大、管線設備復雜、參與主體多、服務主體多、運營維護要求高，傳統的項目管理模式已經難以滿足項目信息源越來越多，管理內容越來越復雜的公共建筑發展新要求，而BIM技術在建筑項目全生命周期內的應用，勢必將成為信息精準化管理重要支撐，為順利實現項目建設目標提供有力保障。

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