BIM技術(shù)在房建工程施工中的應(yīng)用

曾朝斌

(中國水利水電第三工程局有限公司,西安 710024)

近年來，應(yīng)經(jīng)濟發(fā)展需要，房屋建筑工程項目對施工技術(shù)提出了更高要求。由于房建工程自身的特點，其設(shè)計復(fù)雜、構(gòu)件繁多，僅依靠傳統(tǒng)的二維圖紙很難提前檢測或發(fā)現(xiàn)設(shè)計中存在的沖突問題，許多設(shè)計問題通常在施工階段才能發(fā)現(xiàn)，從而影響了施工進度、成本和安全。為了解決出現(xiàn)的工程設(shè)計與施工問題，不得不配置更多的人員，由此管理成本也大幅度增加。建筑信息模型(BIM)作為一種管理理念，目前在歐美等發(fā)達國家的建筑業(yè)已得到不錯的推廣與應(yīng)用，近年來在中國也得到一定的應(yīng)用，特別是在建筑工程項目中取得了一定的成效[1-2]。一方面，為建設(shè)項目的設(shè)計與施工提供了有效的支持；另一方面，為項目的各個參與方提供了一個有效的協(xié)同工作與交流平臺。從而減少了施工返工，提高了工程質(zhì)量，并節(jié)約了建造成本與工期。因此，將BIM技術(shù)應(yīng)用在房建工程中以保證施工的高效進行是十分重要的[3-6]。

1 工程概況

漢中興元新區(qū)東翼安置區(qū)項目由1-9號主樓和裙樓組成，主要功能為住宅和商業(yè)。主樓采用剪力墻結(jié)構(gòu)，商業(yè)裙樓采用框架結(jié)構(gòu)，地下一層采用框架結(jié)構(gòu)。對項目地塊Ⅲ1號樓(建筑面積14 548.58 m2)、3號樓(建筑面積8 410.82 m2)、11號樓(建筑面積3 954.76 m2)進行施工階段全專業(yè)施工圖[包含：一二次結(jié)構(gòu)、建筑、給排水(含設(shè)備)、電氣(含設(shè)備)、暖通(含設(shè)備)、消防(含設(shè)備)、室外道路、園林景觀及綠化]BIM模型搭建并建立項目族庫，完成全專業(yè)深化、出圖、統(tǒng)計工程量的工作，為工程施工提供支撐。

預(yù)期目標(biāo)：提升項目精細化管理水平，提高專業(yè)服務(wù)水平及項目團隊技能，輔助進行項目管理工作，提升項目品質(zhì)；培養(yǎng)出公司自己的BIM技術(shù)人員。

預(yù)期效益：節(jié)約施工成本2%～5%，縮短工期3%～5%，減少60%返工，排除圖紙錯誤80%；培養(yǎng)出1～3名BIM技術(shù)人員。

2 實施方案

根據(jù)前期策劃在總圖工作制度的前提下(見圖1)，制定相應(yīng)的制度標(biāo)準(zhǔn)、工作流程和任務(wù)劃分(見圖2)。

圖1 總圖工作制度圖

3 應(yīng)用情況

3.1 BIM建模

3.1.1 系統(tǒng)建模

項目BIM 團隊對項目主樓地下室、11號樓建筑結(jié)構(gòu)和機電系統(tǒng)同時進行了建模，為了保證模型與現(xiàn)場實際的高度一致，同時有利于機電系統(tǒng)精準(zhǔn)地排布和預(yù)留預(yù)埋件，建筑結(jié)構(gòu)建模完成后與各土建單位協(xié)同配合進行了多次模型的準(zhǔn)確性校核[7-10]。

機電建模完成后，采用三維審核軟件對建筑結(jié)構(gòu)模型進行校準(zhǔn)，通過前期擬定的項目原點和統(tǒng)一的輸入、輸出文件格式來保證不同軟件的模型充分兼容，并保證模型信息完整。

3.1.2 重點部位精確考慮空間管理

機電系統(tǒng)建模過程中，任何細小的失誤都可能導(dǎo)致后期模型維護的工作量加大，并影響相關(guān)系統(tǒng)的準(zhǔn)確性，因此前期建模過程中即融入綜合排布的思想，對重點部位進行細化，將模型維護過程中容易出現(xiàn)的問題提前進行消化。

通過精確建模，提前規(guī)避工程質(zhì)量創(chuàng)優(yōu)容易出現(xiàn)的問題，保證工程質(zhì)量創(chuàng)優(yōu)順利實施，盡量保證模型構(gòu)件與實際產(chǎn)品的一致性，在充分考慮綜合排布的基礎(chǔ)上進行了維修空間的測算和模擬，從而保證模型樣板化。

圖2 BIM 操作實施應(yīng)用流程圖

建模過程中即融入空間管理的概念，在地下室建模的時候，區(qū)域標(biāo)高受限，機電系統(tǒng)管道個別點位與梁碰撞，經(jīng)與設(shè)計院、甲方溝通，在不改原設(shè)計意圖的情況下，建模過程中直接將與梁碰撞部分進行優(yōu)化排布，從而保證了凈空標(biāo)高。

1號樓地下室電梯前室及合用前室位置在最上層貼梁底敷設(shè)自噴水管，管道中心標(biāo)高為5.0 m；市政給水管、加壓給水管及消火栓管道在中層敷設(shè)，管道中心標(biāo)高為4.8 m；加壓送風(fēng)管道最下層敷設(shè)，風(fēng)管底標(biāo)高為3.9 m；管道交叉處遵循“小管讓大管”原則。

車庫管線進1號樓處位置(1-3軸/Q-S軸)車庫與1號樓存在1.7 m高差，機電管線從車庫進入1號樓內(nèi)均需上翻；自噴管道由3.0 m標(biāo)高90°垂直上翻至5.0 m標(biāo)高；加壓送風(fēng)管管底標(biāo)高由2.25 m標(biāo)高90°上翻至4.05 m，風(fēng)管彎頭采用外角內(nèi)弧型；給水、消防管道由2.9 m標(biāo)高上翻至4.8 m標(biāo)高；橋架底標(biāo)高由2.85 m上翻至3.65 m。

車庫通道內(nèi)(R-S軸/2-5軸)給水、自噴、橋架及排煙風(fēng)管分層上下錯開安裝，最上層自噴管道貼梁底安裝，管道標(biāo)高為3.0 m，噴頭統(tǒng)一距結(jié)構(gòu)板底10 cm；中層為電氣橋架、給水、消防管道，管道中心標(biāo)高2.9 m，電氣橋架底標(biāo)高為2.8 m；下層為排煙風(fēng)管，風(fēng)管底標(biāo)高為2.3 m。

3.2 應(yīng)用實施

3.2.1 進度模擬

在11號樓施工過程中，按周節(jié)點將模型打印上墻，每個節(jié)點的模型效果配以文字說明，對施工的要求、完成后達到的標(biāo)準(zhǔn)、相關(guān)負責(zé)人進行明確。并對整個11號樓進度進行三維動態(tài)可視化模擬，通過對分節(jié)點的控制，確保總時間節(jié)點的完成。

3.2.2 三維可視化交底

相對于傳統(tǒng)紙質(zhì)交底，項目對相關(guān)分包和施工班組采用了重點位置三維可視化交底，表達更加直觀，施工班組更容易理解，平均每次節(jié)約交底時間40%，提高了施工效率。

3.2.3 技術(shù)質(zhì)量難點解決

在機電安裝范圍內(nèi)有許多技術(shù)質(zhì)量難點需要解決，其中包括精裝修區(qū)域末端的安裝、豎井內(nèi)管線安裝等，由專業(yè)工程師組織相關(guān)單位通過三維模擬并結(jié)合現(xiàn)場進行技術(shù)論證。

3.2.4 關(guān)鍵技術(shù)模擬

根據(jù)工程實際和樣板引路工作方案制作實物質(zhì)量樣板，配上反映相應(yīng)工序等方面的BIM模型照片、文字說明，使技術(shù)交底和崗前培訓(xùn)內(nèi)容比較直觀、清晰，易于了解掌握，同時也提供了直觀的質(zhì)量檢查和質(zhì)量驗收的判定尺度，從而有利于消除工程質(zhì)量通病，有效地促進提高整體工程施工質(zhì)量水平。經(jīng)模擬成功后再進行現(xiàn)場施工，保證工程質(zhì)量一次成優(yōu)。

3.2.5 精確下料安裝

基于精確的三維信息模型，對1號樓的風(fēng)管鐵皮嚴(yán)格按照模型尺寸進行下料，然后現(xiàn)場加工、制作。通過現(xiàn)場空間位置提前模擬，然后按照模型的尺寸進行現(xiàn)場安裝，保證了材料節(jié)約、工程質(zhì)量優(yōu)良、空間位置合理、模型與現(xiàn)場實體一致，同時也便于后期追綜檢查。

3.2.6 輔助材料采購

BIM 技術(shù)輔助管理材料采購時，既能校驗標(biāo)準(zhǔn)成品構(gòu)件的數(shù)量，如橋架彎頭、漏斗等，又能將需要制作加工的非標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件通過精確的模型信息表達來進行外加工，精確控制采購數(shù)量，減少不必要的浪費，并提高加工構(gòu)件的精度。

3.2.7 綠色建筑與節(jié)能降廢

合理利用 BIM 技術(shù)可以很好地節(jié)約成本，相對于傳統(tǒng)施工，使用BIM 技術(shù)深化以及施工指導(dǎo)節(jié)省材料將近 40%。以11號樓鍍鋅鐵皮為例，計算材料廢料如表1。

表1 材料耗用節(jié)約率明細表

3.3 應(yīng)用效果

通過BIM深化和施工模擬，已完成的部分工程項目幾乎達到零簽證，年度節(jié)點工期提前 20 d?？梢暬瘎討B(tài)模擬增強了技術(shù)人員在安裝前的空間印象，為安裝質(zhì)量和效率提供了強有力的保障。通過施工工藝模擬，精細化預(yù)留孔洞、綜合支吊架、減少材料廢料等，取得良好的經(jīng)濟效益，從而很好地控制了項目成本。

4 總 結(jié)

4.1 創(chuàng)新點

4.1.1 降低 BIM 自身運行成本的思考和實施

在 BIM 建模和應(yīng)用階段投入合理的人力和物力，建立起能滿足 BIM 技術(shù)在項目上運行和管理、保障功能滿足、專業(yè)齊全、工作量合理、管理體制優(yōu)化的團隊，最終達到降低管理成本的目的。

4.1.2 機電安裝工程優(yōu)化創(chuàng)新

針對多專業(yè)、多單位、大跨度的機電安裝工程，進行多單位協(xié)同管理，最終在業(yè)主管理框架下進行科學(xué)性功能重組，同時滿足總承包單位、各兄弟單位之間空間管理最優(yōu)，實施成本最低。

4.1.3 BIM 管理下多單位間的協(xié)作溝通

“云技術(shù)”輔助下現(xiàn)場多單位審圖、會簽，解決跨組織、跨專業(yè)、跨地域的多方協(xié)作問題，方便施工方、設(shè)計方和業(yè)主多方交流，提升溝通效率，節(jié)省溝通成本。

4.1.4 機電綜合路由優(yōu)化提升經(jīng)濟效益

施工單位在繪制三維模型時，總是注重空間管理和排布，而路由優(yōu)化是在滿足功能需求、觀感良好的基礎(chǔ)上充分考慮經(jīng)濟合理性、安裝便捷等方面對管線的優(yōu)先級進行評定，這是一個經(jīng)驗積累的過程。

4.1.5 資源計劃及成本管理提質(zhì)增效

根據(jù)形象進度，利用5D模型自動計算完成工程量，向業(yè)主報量，并進行分包核算，提高計量工作效率。在施工過程中，周期性地進行分包結(jié)算、材料消耗、機械結(jié)算等實際支出統(tǒng)計，進行實際成本統(tǒng)計和歸集，與預(yù)算成本、合同收入進行三算對比分析，獲得項目超支和盈虧情況，對于超支的成本找出原因，采取針對性的成本控制措施將成本控制在計劃成本內(nèi)，有效實現(xiàn)成本動態(tài)分析控制。

4.1.6 圖紙及文檔管理及時完整

通過BIM平臺，將不同專業(yè)的設(shè)計圖紙、二次深化設(shè)計、變更、合同、文檔資料等信息與模型進行關(guān)聯(lián)，實現(xiàn)查詢或自動匯總?cè)我鈺r間點的模型狀態(tài)及對應(yīng)的圖紙和變更信息、以及各個施工階段的文檔資料，保證圖紙和文檔資料的及時性和完整性[11-12]。

4.2 經(jīng)驗教訓(xùn)

(1) 本項目通過BIM協(xié)同模式進行BIM技術(shù)應(yīng)用，從管理方法、技術(shù)理念、思維模式等方面將施工階段BIM技術(shù)應(yīng)用提升到一個新的高度。積累大量的技術(shù)經(jīng)驗和數(shù)據(jù)庫，取得了良好的經(jīng)濟效益和社會效益，但是在 BIM 應(yīng)用的深度方面還有很大的發(fā)掘潛力和價值提升空間。

(2) 作為施工單位，在項目BIM應(yīng)用過程中，必須在前期策劃階段從組織者的角度出發(fā)，充分考慮相關(guān)各方如何更加輕量化的協(xié)同與配合，否則很難在后期的BIM應(yīng)用中取得良好的效果。

(3) 吸取本項目的經(jīng)驗和教訓(xùn)，將在后續(xù)房建工程中進行BIM深度應(yīng)用示范，并在集團公司項目中大力推廣 BIM 技術(shù)應(yīng)用。同時還將利用 BIM 技術(shù)為企業(yè)提升品牌價值，使其作為落實品牌戰(zhàn)略的一個有效載體，能夠充分展示企業(yè)的技術(shù)水平，準(zhǔn)確表達企業(yè)服務(wù)的特色，為企業(yè)贏得更多的客戶和市場[13-15]。