基于BIM的數字樣板技術在工程實踐中的應用

馮 雷 李龍飛

蘇州二建建筑集團有限公司 江蘇 蘇州 215000

目前國內項目建設普遍將“樣板引路”制度作為優化項目施工工藝及質量保證的重要方法，現場實物樣板的建立能夠展現重要節點施工工藝、明確質量驗收標準，有效防止質量通病，避免返工、保證施工質量和進度。但是傳統實物樣板也存在一些劣勢：限于技術、成本、場地等因素，往往實物樣板制作數量有限；場地相對固定，參觀學習人員數量有限；實物樣板屬于最終成品的靜態展示，較難展示施工過程，往往不能達到樣板引路的效果；現場制作的實物樣板，周轉性差，二次拆除污染環境，增加費用；成品定制樣板無法體現實際作業班組技術水平，項目設計特征匹配性不佳，不能調整、更改；制作費用高昂，增加項目成本。

筆者結合多年BIM實踐經驗以及項目需求，通過探索基于BIM的數字樣板技術及應用方式，發現數字樣板以其制作方便、三維可視、展示方式靈活等特點，且與實物樣板相互結合、互相補充的方案，對解決傳統樣板存在的問題，實現樣板引路有著積極的作用[1-4]。

1 數字樣板技術原理

1.1 技術原理

基于BIM的數字樣板技術是采用信息技術將實物樣板、建筑結構構造做法、復雜節點等（以下簡稱“傳統樣板”）數字化形成模型，同時利用BIM的可視化、模擬性、優化性及參數化等特性，對傳統樣板進行優化、靜態或動態模擬、拓展關聯內容等，并通過線上、線下途徑進行傳播，形成對傳統樣板的補充或替代。

1.2 技術特點

2）信息拓展、功能強：數據化的樣板，可以將施工工藝要求、操作流程、質量驗收標準集成至數字樣板中，在查看樣板三維模型的同時可以了解相關的質量、工藝等信息。

3）展示靈活、途徑多：傳統實物成品樣板僅能反映最終完成狀態，數字樣板能夠反映從第一道工序直至最后一道工序（如施工連環畫或工藝動畫），整個施工流程一目了然；使用場景亦不再局限于實物樣板展示區，相關人員可隨時通過手機查看學習，提高了樣板查看的頻率。

4）節約場地、占地?。簲底謽影逯饕ㄟ^展板、二維碼、交底卡、圖冊等方式進行展示，相對于傳統實物樣板而言大大減少場地占用面積。

5）易保存、易積累：數字樣板均是電子文檔，方便存儲、容易積累，便于后續調用。

6）綠色環保：數字樣板不直接使用建筑材料，也不存在后期拆除等問題，不產生建筑垃圾，綠色環保。

2 數字樣板應用方式

對數字樣板應用方式的探索主要集中在現場樣板制作、現場交底、技術方案或投標方案等方面。

2.1 輕量化移動App/二維碼

通過將數字樣板模型上傳至BIM協同平臺等輕量化軟件處理后，形成輕量化的三維數字樣板及其關聯的交底信息。通過分享生成的二維碼，既可在移動App里查看，也可通過手機掃二維碼直接查看，并可對模型進行旋轉、剖切、構件隱藏隔離、查看關聯信息等操作（圖1）。

圖1 通過二維碼查看輕量化模型

2.2 施工部位粘貼數字樣板彩圖

將數字樣板打印成單張圖片或連環畫粘貼至對應施工部位，以此告知施工作業人員當前位置面層或基層的構造做法、質量標準、施工流程等（圖2），作為施工交底的一部分，以更直觀的展現方式，減少或避免一些因施工錯誤而造成的返工。

長期以來，文化建設都是按照文化涉及的具體要素來做計劃和安排的，包括場館建設、院團建設、經費投入、隊伍建設、項目落實等等，因而文化建設總是被看作是文化部門自己的事情，文化的發展也僅僅是文化要素的改進和提升。在文化建設的創新實踐中，廣州逐步認識到文化建設不能囿于狹義的文化理解來開展，而要從城市發展所需要的文化功能提升來作系統考量和整體布局。進入21世紀尤其為了舉辦第十屆亞運會和首屆亞殘運會，廣州文化建設開始進入以提升城市文化形象為核心的全面布局和系統推進新階段。

圖2 施工部位貼圖

2.3 施工連環畫/交底卡

將三維截圖、工藝分解圖及工藝標準、操作要點等信息制作成書面交底卡（圖3），直接發放至操作工人手中并進行交底說明，以一頁紙圖文并茂的方式，使交底信息直接傳達到操作工人手中，提升交底的效果，不再使技術交底流于形式。

圖3 施工連環畫

2.4 制作數字樣板展墻，補充現場實物樣板

將三維彩圖、二維碼做成展板，設置在樣板展示區，作為實物樣板的補充（圖4）。同時在實物樣板制作前，也可先通過數字樣板進行策劃，指導現場實物樣板制作，避免現場返工，減少材料和人工的浪費。

圖4 數字樣板展墻

2.5 VR浸入式體驗

借助BIM軟件，可將多個數字樣板模型按一定規則整合在一個模型內，形成數字樣板基地；然后將整合后的模型導出至VR軟件形成虛擬樣板展區（圖5），借助VR設備（如安全體驗館內的VR設備等）實現對數字樣板沉浸式、近距離、多角度的查看，猶如真人走到實物樣板 展區。

圖5 VR方式查看數字樣板

2.6 技術方案/投標方案

將數字樣板做成配圖加入技術方案或技術標內（圖6），改變原本文字較多的方案描述方式，增加直觀性。

2.7 工藝動畫交底

將重、難點或標準工藝的數字樣板模型加工成視頻動畫，展現其施工流程等，進行質量技術交底，突破傳統實物樣板僅能反映最終完成狀態的不足。

圖6 數字樣板用于技術方案/投標方案

3 工程案例

3.1 項目背景

蘇地2017-WG-85號地塊土建及水電安裝總包工程項目在實施“樣板引路”工作時，前期計劃購買廠家定制的成品樣板，但因廠家成品樣板與項目設計特征匹配性不佳、現場指導效果差及成本高等缺點，未得到業主和項目部的認可，經對比分析決定采用數字樣板＋現場制作實物樣板的方案。在數字樣板創建過程中，建設單位給予大力支持，提供企業內部標準作為支持文件。

本項目結合實際需求，制作18個數字樣板（圖7）。由于BIM模型自帶幾何尺寸信息，在制作前已經考慮了數字樣板的規格尺寸，其中6個直接用于指導現場實物樣板的制作，另外12個作為實物樣板的補充。

圖7 數字樣板

3.2 社會效益分析

1）通過數字樣板的運用，項目交底工作變得更加形象直觀，降低了識圖錯誤的概率。

2）通過靈活多變的傳播和使用模式，使查看、學習工藝樣板不再局限于現場樣板展示區，樣板的使用和查看頻率相較傳統樣板和技術交底有所提高，傳播效果與交底效果得到提升。

3）使用數字樣板替代部分實物樣板，減少建筑材料的使用及垃圾的產生，踐行綠色施工理念。

4）在項目的實踐中，使用效果逐漸凸顯，得到多方的認可。

3.3 經濟效益分析

本次經濟效益的計算僅考慮其中的12個數字樣板替代對應實物樣板節約的制作費用，未考慮其余6個實物樣板產生的較難量化的費用；經濟效益的計算方法是：分別計算制作數字樣板產生的費用（費用A）及完成對應實物樣板所需要的費用（費用B），并計算兩者差值。

費用A的估算方式：簡化計算制作數字樣板所需的人工費，經計算總額為4 125元。

費用B的估算方式：每個樣板所使用材料的工程量與其對應綜合單價的乘積之和，再乘以系數1.2（考慮實物樣板工作量小、要求高的因素），經計算總額為75 787.7元。

經過差值的計算，本項目通過制作數字樣板比實物樣板節約費用71 662.7元。

4 結語

數字樣板技術的探索與推廣，其用途主要是對實物樣板進行有效補充和交底、指導施工。在實物樣板制作數量有限，甚至非觀摩工地取消實物樣板，但對不能現場制作的節點，對工藝質量標準仍有交底需求的情形下，數字樣板都可作為補充方案實現樣板的部分意義。數字樣板用于交底、指導施工，通過制作數字樣板墻、施工部位貼圖、施工連環畫或交底卡等方式讓一線施工人員更容易理解交底內容，提升現場質量管控水平。

不足之處是，目前BIM技術在項目層的普及還有待提高，項目部還未能完成二維向三維的轉變，不少技術人員不能自主完成節點模型的創建。另外，由于數字樣板本身是電子文件，具有虛擬的特性，也無法體現實際作業班組的技術水平，僅能作為實物樣板的一種補充。

在企業層面，數字樣板可以在施工工藝的標準化方面進一步挖掘，通過數字樣板的建立與累積，關聯施工工藝、質量驗收標準等信息，對其進行不同的屬性標簽的定義與分類，逐步搭建企業基于BIM的建筑工程質量工藝三維知識庫，并打通企業信息化平臺，構成企業知識庫的一部分，具有較強的實際操作意義，但相應的投入會變得更大。

總之，當下我國建筑業高污染、高能耗、低效率，信息化、數字化仍在低位運行的現象依然存在，利用數字化和信息化手段改變原有落后的生產方式和管理模式的數字化轉型升級勢在必行。以BIM為核心的數字建筑正在逐步滲透到建筑的各個環節，逐步走向數字建造的趨勢已然形成，未來像數字樣板這樣將傳統生產內容或要素數字化的案例將會越來越多，項目基層崗位、工作的數字化也將越來越高。