BIM技術在中心城區復雜建設項目施工階段的應用

王曉旻

上海建工五建集團有限公司 上海 200063

作為一類強調對建筑設施各階段相關信息進行參數化表達及集成化管理的創新性技術，建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）在建筑領域的應用已引起行業內越來越廣泛的關注。2017年2月，國務院發布《關于促進建筑業持續健康發展的意見》，提出加快推進BIM技術在工程建設項目全生命周期的集成應用，實現數據共享和信息化管理，為我國BIM技術的進一步發展指明方向。目前國內BIM技術應用還面臨相關標準缺失、企業BIM技術人才不足、BIM應用成本較高、BIM軟件缺乏互操作性等阻礙因素[1-2]，及時總結BIM技術在工程建設項目的實踐經驗，對促進BIM技術的發展進步具有重要意義。

1 工程背景

1.1 項目概況

某工業研發樓項目占地面積29 180 m2。項目包括1座110 kV變電站、9幢工業研發樓，地上5～9層，地下1層，建筑高度23.75～39.75 m?？偨ㄖ娣e79 435.40 m2，其中，地上總建筑面積58 645.80 m2，地下總建筑面積20 789.60 m2。工程總投資額約4億元。

1.2 工程特點與難點

1）周邊環境復雜、施工控制難度大。本項目周邊市政管線眾多且錯綜復雜，給排水、煤氣、天然氣、電信等管線緊貼紅線布置；北側鄰近地鐵隧道，距基坑圍護外邊線最小距離為17 m；南側與已建B地塊地下室相連，需與B地塊共墻處理；基坑平面不規則，距離最近的已有建筑僅6 m。

2）項目單體多，工序多樣，施工總體部署難度大。工程基坑分為9塊陸續施工，其間穿插進行土方、支撐和地下結構施工，工況多，制約多，前后銜接要求高；工程用地極為緊張，現場主干道路的動態調整和場內外交通組織難度大；工程單體多，形象進度各有要求，施工進度的精細化編排要求高。

3）項目建設標準高，參建單位眾多，施工總包協調管理任務重。研發樓內部功能區域多樣，需要在保證凈高的前提下實現管線的有序排布；精裝修、電梯、幕墻等多個專業工程交界面多，界面大樣圖要兼顧功能與施工；專業單位多，文件及圖紙變更需要有序管理，信息實時協同。

2 BIM應用策劃

2.1 BIM功能定位

施工現場管理是工程項目管理的核心與關鍵，施工現場的質量、成本、進度、安全管理是項目成功交付的重要保證[3]。依據本項目特點與難點分析，采用傳統的項目管理方法和手段，難以精準識別復雜的施工環境，各參與方之間的信息溝通不暢，質量監管難度加大、安全風險上升。

本項目將BIM作為提升施工階段技術和管理水平的關鍵手段，通過BIM技術與施工階段項目管理過程深度融合，發揮BIM的信息集成與信息共享優勢，將建造信息數據化、標準化、制度化、可視化，推動構建標準化、規范化的PDCA循環管理體系，全面提升施工階段信息化、精細化管理水平。本項目以技術、進度、質量、安全為主要抓手，提出3大任務板塊——設計方案優化、施工模擬、施工現場管理（圖1），并細化為8項服務內容——三維建模、三維管線綜合、機電管線深化設計、施工進度模擬、施工方案模擬、施工動態監測、項目質量協同管理、文檔資料信息化管理，最終形成各項服務內容的功能定位。

圖1 項目施工階段BIM應用框架

1）三維建模：建立多專業三維幾何模型，并通過空間漫游，進行設計方案的可視化展示。

2）三維管線綜合：基于多專業整合BIM模型進行碰撞檢查、凈空檢查，優化管線綜合排布方案，滿足設計規范的凈空要求。

3）機電管線深化設計：基于BIM技術開展機電管線深化設計，協調與優化機電專業與建筑、結構專業的設計方案。

4）施工進度模擬：利用虛擬建造模擬和優化施工方案，強化進度管控能力，提高工程交付效率。

5）施工方案模擬：對項目整體施工、基坑施工等重大工序進行施工模擬，形成施工方案動畫展示。

6）施工動態監測：對現場施工情況進行監測，通過現狀模型、BIM模型比較分析，及時反饋施工風險，為后續施工制訂優化方案。

7）項目質量協同管理：現場管理人員通過移動終端采集現場照片信息，上傳至服務器，供相關單位實時查看、提供解決方案。

8）文檔資料信息化管理：現場技術人員通過手機移動端高效管理項目技術資料，便于高效利用，實現資料集成與共享。

2.2 BIM實施規劃

1）制訂BIM標準。本工程BIM模型采用“顧問建模，總包整合”的管理模式，為保證整合效率，對各專業分包模型制訂了項目級BIM建模標準，明確規定模型命名規則、建模深度、交付成果、軟件要求、族標準；同時，制訂整體BIM工作流程，包括工作分解、各參與方的角色與職責，明確BIM應用交付物所需的信息、信息的詳細程度、信息來源方和接收方、信息格式等，形成BIM實施標準。

2）組建技術團隊。本項目的各項BIM服務由BIM團隊具體實施，BIM團隊由施工總包項目部領導，為施工總包的項目管理提供BIM技術支持，并在過程中協助施工總包與各參與方開展基于BIM的協同工作與溝通。本項目實行BIM項目經理負責制（表1）。

表1 BIM團隊

3）配置和研發軟件。結合本項目BIM應用的實際需要，選取并配置相關BIM軟件（表2），開發ISCG-CMS項目協同管理系統、綠色建造九宮格管理系統支撐項目質量協同管理、文檔資料信息化管理。

4）BIM專題培訓與交流。本項目結合各項BIM應用，持續推進以點帶面的BIM培訓。前期培訓主要針對Revit、Navisworks等軟件，中間穿插BIM會議、BIM沙龍等，幫助管理人員借助BIM技術深入解決各項項目管理業務問題。

3 BIM應用情況

3.1 設計方案優化

3.1.1 ?三維建模

本項目在施工圖完成后，按照項目級建模標準所規定的建模方法、建模深度，綜合應用Revit與Sketchup軟件建立土建、機電等多專業的三維幾何模型（圖2、圖3）。

圖2 2號單體建筑粗裝修BIM模型

圖3 基坑階段現場場地布置

在施工開工前，施工單位項目技術人員基于Revit軟件對模型進行初步審核，梳理形成圖紙問題報告，向設計單位反饋意見，由設計單位修改和完善設計方案，BIM團隊對BIM模型跟蹤調整。

3.1.2 ?三維管線綜合

本項目單體建筑多、設計圖紙數量大，機電專業之間以及機電專業與建筑結構等其他專業之間的協調任務重，利用Navisworks軟件集成各專業BIM模型，對機電管線、人防設施等進行碰撞檢查、凈空分析，梳理形成碰撞檢查報告，將設計問題及時反饋至設計單位，優化機電管線綜合布置，提高設計文件質量，節約建造成本。同時，為提高計算機碰撞檢查的運行效率，保證圖形信息的清晰度[4]，本項目根據項目總進度計劃的關鍵節點，制訂階段性的圖紙問題報告交付節點。例如，在底板施工完成前和上部結構施工前，分別遞交地下室結構和上部結構的碰撞分析與優化報告。

3.1.3 ?機電管線深化設計

本項目在三維管線綜合，優化綜合管線布置的基礎上，通過整合機電專業三維幾何模型與建筑結構等其他專業三維幾何模型，進行快速一體化深化設計，推動機電管線全裝配化施工。本階段重點是檢查和分析機電設備與建筑造型的協調程度，機電設備的運輸路線，結構專業的預留板洞、預留墻洞的位置與尺寸是否滿足相關設計規范和結構安全的要求，機電設備所在空間位置是否滿足機電設備運行的要求以及機電管線的現場施工方案。同時，本項目5棟高層單體需要精裝修，在機電深化設計階段還要考慮與吊頂標高的配合以及預留檢驗口的位置、尺寸。

3.2 施工模擬

3.2.1 ?施工進度模擬

本項目將進度計劃與BIM模型相鏈接，能夠在不消耗各類建造資源的前提下模擬項目進展情況，發揮BIM可視化與信息集成優勢，系統把控施工現場的布置情況，輔助調整和優化施工進度計劃。以2號單體建筑基坑施工為例：

基坑圍護邊距離最近的已有建筑僅為6 m，基坑施工過程中對其沉降控制及保護要求高。項目技術人員通過應用BIM 4D進行施工進度模擬，瀏覽施工現場三維模型、調取相關施工測量數據，分析得出施工過程中的控制重點：明確了基坑分塊開挖順序和過渡區作法；明確了底板施工期間道路交通情況；明確了拆撐順序；明確了降水井的開啟時間；同時，在地鐵50 m保護區內，禁止重型機械運行，并利用地下車庫基坑出零后的場地組織交通運輸。

3.2.2 ?施工方案模擬

為確保工程質量驗收一次性通過，本項目建立起一整套涵蓋質量監管辦法、工序控制辦法的質量管理體系，對作業人員、物資材料、施工機械的PDCA循環實施管理。同時，數據化、標準化、制度化的建造信息是實現流水線式項目管理的基礎，也是實現和傳承施工企業一體化集成管理的重要手段。本項目依據施工工序、管理流程對整個建造任務進行分解，制訂形成22套關鍵施工技術方案，分別制作施工方案模擬動畫，并最終形成整體施工模擬動畫，對推廣標準化施工方法、確保工程質量起到積極效果（圖4）。

3.3 施工現場管理

3.3.1 ?施工動態監控

本項目綜合應用BIM技術與天寶機器人測量放樣系統，實時檢測項目的施工進展情況。在實現施工現場快速放樣和測量的同時，可比對建筑實體與BIM模型的差異，進而分析可能產生的新設計問題與施工問題。

另外，為建設安全文明施工工地，本項目還建立起一整套安全文明施工管理體系，引入揚塵噪聲遠程監測系統（圖5），實時測量施工各階段的現場噪聲及揚塵數據，一旦超過標準值，系統終端就會發出預警通知，提示項目管理人員立即采取措施降低噪聲、減少揚塵。

圖4 斜拋撐施工模擬

圖5 揚塵噪聲遠程監測系統

3.3.2 ?項目質量協同管理

本項目創新施工質量監管辦法，通過開發ISCG-CMS項目協同管理系統以及移動端APP軟件，打造基于巡檢的質量協同管理模式。

3.3.3 ?文檔資料信息化管理

為實現施工現場各類資料的有序管理，本項目通過開發和應用綠色建造九宮格管理系統（圖6）、移動終端資料管理APP，能夠及時收集和匯總施工現場工程資料文件，形成規范化的電子版工程資料文件，構建多維度、多層次、多專業、多部門、全過程的資料庫。該系統和資料管理APP由項目技術員負責統一管理應用，設置用戶權限，能夠支持PC端、移動端查看，方便技術員整理、查閱、存儲、檢查。為保證文件編碼的準確性、簡潔性、實用性，項目技術員可根據項目實際需要設置文件編碼。綠色建造九宮格管理系統的應用，也為施工階段工程資料歸檔的過程管理提供有效的技術支撐。

圖6 綠色建造九宮格管理系統

4 結語

本項目結合施工現場項目管理需求以及項目特點與難點，進行BIM功能策劃，制訂了一套項目級BIM應用標準，開發并應用了2個信息化系統和APP軟件，解決了施工階段的三類問題，持續推進以點帶面的BIM培訓。通過建立三維幾何建模，進行三維管線綜合、機電管線深化設計，發揮BIM可視化優勢，完善設計方案，降低返工、誤工的可能性；通過施工進度模擬、施工方案模擬，優化施工工序，提高技術交底效率，推動施工工藝的規范化、標準化；通過施工動態監控、基于巡檢的項目質量協同管理、文檔資料信息化管理，提升各參與方的協同工作水平，提高施工階段質量、安全、進度的管控水平。

BIM技術在施工階段的應用要以建造任務和目標為導向，以解決項目重點和難點問題為出發點，以提升施工階段項目管理水平為目標，以實現進度、安全、質量和成本的高效精細化管理為根本落腳點。BIM技術是一項工具，應用好BIM技術需要依據項目目標、項目自身特點進行合理的BIM功能定位、制訂科學可行的BIM標準與實施規劃，為項目技術和管理人員所掌握，將BIM技術滲透到項目建設過程中進行輔助決策，推動技術和管理過程的數據化、標準化、集成化發展，真正發揮BIM技術信息集成與共享的優勢。