基于BIM基坑虛擬施工技術應用的分析

周松　趙國強

（上海城建市政工程（集團）有限公司　上海　200065）

基于BIM基坑虛擬施工技術應用的分析

周松趙國強

（上海城建市政工程（集團）有限公司上海200065）

1　概論

在信息化浪潮席卷全球，數字技術與勘察設計領域結合的不斷深入的大環境之下，計算機技術在建筑行業的作用也愈來愈大。對于整個建筑行業來說，通過應用BIM理念進行建筑施工模式創新不僅能夠幫助用戶創建逼真的三維模擬和精確的能耗模型，高效地實現建筑可持續設計和節約能耗需求，還能幫助建筑施工方最大化的降低風險，減少損耗，輕松完成項目建造。隨著BIM理念逐步深入人心，基于BIM理念的三維施工技術也將徹底轉變傳統的工程協作方式和協同模式。BIM作為數字建模軟件的總稱，在虛擬環境中將真實的建筑信息參數化。基于此數字化模型平臺，從設計、施工到最后的運營維護，實現整個建筑項目全生命期信息的共享和改進。同樣，對于基坑工程而言，BIM模型的建立對于工程籌劃和項目進度控制也是尤為重要的。

2　基于BIM的虛擬施工技術應用的重要性分析

BIM不僅僅是設計階段的應用，BIM定義中也包含“項目全生命期相關的所有信息”。施工階段作為建筑全壽命周期中除去后期運維之外持續時間最長的階段，對建筑物的形成至關重要。目前存在于施工階段的不良現象必然會對建筑物的質量、造價、工期等產生不利影響。當然，信息流通不暢導致的其他建造階段的問題也非常多，BIM技術在這種大環境下應運而生。業主、設計院、施工單位三者對比，從受益度、動力、技術力量三個因素綜合考慮，施工單位將是推動BIM發展的最大動力，原因如下：現階段施工單位的利潤率相對偏低，BIM技術的引入將為其帶來更大價值，施工企業對利用新技術、新方法提高生產效率和利潤率的動力會比開發商和設計機構高得多。工程項目進度管理中存在的問題：建筑設計缺陷帶來的進度管理問題、施工進度計劃編制不合理造成的進度管理問題、現場人員的素質造成的進度管理問題、因參與者眾多，溝通和銜接不暢導致的進度管理問題、施工環境的影響。傳統技術存在問題：二維CAD設計的項目形象性差、網絡計劃抽象、往往難以理解和執行、二維圖紙不方便各專業之間的協調溝通、傳統方法注重經驗，無法做到規范化和精細化管理。

基于上述原因，引進新的管理技術，更新管理方法已勢在必行，基于BIM的虛擬施工技術在工程籌劃以及項目進度控制中可以起到改進和優化施工方案，進而提升建筑行業的整體效益，能夠更好地加快我國建筑領域的飛速發展。

3　應用背景

全信息BIM模型的建立及應用，將協調工作前置，優化工程籌劃；初步形成基于BIM的基礎信息平臺，實現遠程分布式管理；初步實現跨平臺應用探索。虹源盛世國際文化城項目在工程籌劃階段，在所建立的模型的基礎上，根據所提供的詳細的工程籌劃，給BIM模型中各個對應元素增加相應的時間參數，通過BIM平臺真實、立體地呈現，可以檢驗籌劃的合理性、可實施性，進而，達到優化施工籌劃的目的。并在工程的正式施工前，引入虛擬施工和虛擬驗收過程，增強對施工工藝過程的預見性，檢驗施工工藝、實施方案的合理性。從根本上，改變了以往在實際施工中碰到問題，才想要去解決、去更換施工工藝的被動管理模式，確保工程質量和進度，如圖1。

4　基于BIM的虛擬施工技術應用思路探究

（1）4D虛擬施工

BIM技術在進度管理中的應用主要通過4D虛擬施工來實現，3D模型的構件與進度表聯系，形成4D模型以直觀展示施工進程。4D模型建立好之后，在軟件平臺上3D模型就可以根據計劃、實際完成情況來分別表示“已建”、“在建”、“延誤”等模型形象。形象表達基本上不用專業的解釋。清晰的溝通可以縮短溝通的時間，甚至減少溝通的次數，4D虛擬施工就是“清晰”溝通的一個有效的方法。施工進度計劃的制定和執行都必須明白整個施工流程、工程量的多少、人員的配置情況等。BIM技術可以通過4D虛擬施工技術，對計劃的制定、執行和調整都帶來很大的改進。

（2）進度計劃制定、控制與調整

BIM模型的應用為進度計劃制定減輕了負擔。進度計劃制定的依據除了各方對里程碑時間點的要求和總進度要求外，重要的依據就是工程量。通過BIM軟件平臺，這項工作簡單易行。通過軟件平臺將數據整理統計，可精確核算出各階段所需的材料用量，結合國家頒布的定額規范及企業實際施工水平，就可以簡單計算出各階段所需的人員、材料、機械用量，通過與各方充分溝通和交流建立4D可視化模型和施工進度計劃，方便物流部門及施工管理部門為各階段工作做好充分的準備。BIM技術的應用讓進度控制有據可循、有據可控。在施工階段，各專業分包商都將以4D可視化模型和施工進度為依據進行施工的組織和安排，充分了解下一步的工作內容和工作時間，合理安排各專業材料設備的供貨和施工的時間，嚴格要求各施工單位按圖施工，防止返工、進度拖延的情況發生。BIM的4D模型是進度調整工作有力的工具。當變更發生時，可通過對BIM模型的調整使管理者對變更方案帶來的工程量及進度影響一目了然，管理者以變更的工程量為依據，及時調整人員物資的分配，將由此產生的進度變化控制在可控范圍內。同時在施工管理過程中，可以通過實際施工進度情況與4D虛擬施工進行比較，直接的了解各項工作的執行情況，使企業在施工進度管理工作上能全面掌控。

圖1　虹源盛世項目A1、A2、A3、B2、B3基坑BIM模型

5　基于BIM虛擬施工技術實際應用分析

（1）建立全息化信息模型

本基坑工程信息總體涵蓋了基坑三維模型、周邊道路及管線等。開挖土體的建立時，將其按照有限元方式進行分塊，便于后期應用，如圖2。

圖2

（2）施工工藝進度模擬

根據本工程基坑施工的總體施工組織計劃，將基坑工程施工分為21個主要步序，根據既定的時間節點進行模擬，形成不同階段的施工進度計劃，如圖3所示：A1基坑開挖32%，圍護施工38%，降水井施工（灌注樁范圍可提早）16%，1-1、1-2支撐養護

27%，1-3、1-4支撐施工59%，1-5土方開挖88%。

圖3

A1基坑開挖33%，圍護施工40%，降水井施工（灌注樁范圍可提早）23%，1-3、1-4支撐養護7%，1-6、1-7棧橋施工13%，1-1、1-2支撐養護53%，如圖4。

圖4

A1基坑開挖38%，圍護施工45%，降水井施工（灌注樁范圍可提早）48%，1-8棧橋施工32%，1-6、1-7棧橋養護14%，如圖5。

圖5

基于BIM基坑虛擬施工技術在虹源盛世國際文化城項目建設過程中的實際應用優化了設計，使計劃制定更加合理，施工方更易掌握施工進程，合理使用施工資源以及科學進行場地布置，達到縮短工期，降低成本，提高質量的目的。

6　結論

BIM是信息化大潮之下順勢而生的應用于建筑行業的新型管理工具，由于模型中可以集成建筑各階段信息，對施工管理作用巨大。目前，國內有關BIM技術在施工中的應用研究尚處于初步探索階段，基于BIM技術施工管理乃至全生命周期管理在建筑領域的應用將是一個必然趨勢，在未來的建筑設計及施工中的應用前景廣闊。從技術發展層面分析，BIM技術將從根本上改變現有的傳統建筑施工模式，并逐步建立起虛擬施工理論和技術體系。

[1]張建平.BIM技術的研究與應用[J].施工技術：下半月，2011（001）：I0015～ I0018.

[2]王友群.BIM技術在工程項目三大目標管理中的應用[D].重慶大學，2012.

[3]何清華，韓翔宇.基于BIM的進度管理系統框架構建和流程設計[J].項目管理技術，2011，9：028.

TU17

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1673-0038（2015）31-0120-02

2015-6-24