BIM技術在建筑工程施工中的協同作業(yè)研究

葉昌潤，張文昌，方文

（中國建筑第二工程局有限公司）

1 引言

建筑產業(yè)總投資大，屬于資金密集型行業(yè)，但是由于其管理模式導致效率低、能耗高、且風險性較大，一直以來利潤率不高。BIM技術引進我國以來已經有20多年時間，經過建筑專家多年以來的應用研究，已經取得了一定進展，代替了傳統(tǒng)的CAD制圖。利用BIM技術進行施工設計，可以實現結構、建筑、給排水、電氣、通風空調等專業(yè)協調設計。協同設計根據時間不同分為同步和異步設計，根據空間不同分為集中式和分布式協同設計。基于建筑BIM的設計采用Revit軟件，因軟件功能、圖紙會審規(guī)程、標準等方面的原因，直接采用BIM技術的三維設計并未大范圍推廣。隨著BIM軟件技術的不斷開發(fā)和相關標準的實施，數據共享和傳輸已成為設計領域的研究方向[1-4]。

2 工程項目進度優(yōu)化理論

2.1 傳統(tǒng)工程項目

傳統(tǒng)的工程項目進度管理難度較大，其主要內容為施工進度計劃、計劃控制。單位施工進度計劃編制流程如下：收集資料→工作項目劃分→施工順序確定→工程量計算→勞動量和機械臺班數計算→各工序持續(xù)時間確定→施工進度計劃圖繪制→施工進度計劃檢查→編制正式施工進度計劃。在項目進度管理方面，長期以來都是取決于管理人員的經驗，工程預算精度不佳，計劃編制工具有限，信息溝通及專業(yè)協調難度大。由于設計院專業(yè)及工作模式特點，對于建筑施工各專業(yè)設計工作流程都是單向的，一般項目設計都是線性設計，而且設計人員跨專業(yè)理解能力有限，造成各設計專業(yè)缺乏溝通，傳統(tǒng)的設計方案的修改和傳遞還停留在紙上，對于發(fā)現的問題不能及時發(fā)現和糾正，設計效率和質量較低、設計進度可控性差。因此，提高項目設計和施工中各專業(yè)協作能力具有十分重要意義，可以保證設計質量的同時提高工作效率。

①在組建項目設計團隊時，根據各專業(yè)的界定相應的范圍和角色，同時應加強跨專業(yè)通用知識的培訓與學習。對不同參與者確定合適的角色與任務，同時考慮個人業(yè)績、組織結構和目標原則。

②設計工作內容與流程的確立包含這些內容：首先將BIM層的應用分解為N組流程，其次明確各流程之間的關系與區(qū)別。在需要做出決策的節(jié)點建立決策框架，決策框架不僅可以檢驗決策結果還可以據此改變流程步驟。

2.2 BIM技術進度優(yōu)化理論

BIM技術基于施工過程的數據進行分析，主要用于設計和施工管理。利用三維技術進行協同設計特點如下。

①三維協同實時模式相比傳統(tǒng)設計，以時間軸為基準，傳統(tǒng)設計的過程沒有時間順序和前后向過程，各專業(yè)都可直接設計。三維系統(tǒng)實時模式摒棄傳統(tǒng)模式下各專業(yè)設計之間的點對點通信方式，各專業(yè)之間可以進行數據實時共享、協同工作，提高了各專業(yè)設計之間的溝通交流效率。

②BIM模型模塊是協同作業(yè)平臺的核心，該平臺的基本功能模塊為BIM模型的建立、任務管理、知識管理、權限管理、沖突檢測與消除及擴展功能分析等，這些模塊功能可以支撐協同設計作業(yè)。隨著BIM系列標準的實施及云技術的普及，基于云BIM的協同設計應運而生，就是將各相關軟件和資源存儲到云服務器上，同時在云服務器內建立完整的資料庫和模型，完善制圖數據庫和決策信息庫，使得所有設計者和相關權限人員可以通過云進行設計及信息共享，并可以在設計過程中及時溝通交流。不同專業(yè)設計人員的進度由云系統(tǒng)統(tǒng)一規(guī)劃，保證整個專業(yè)模型格式一致并且可以相互轉換，確保任何專業(yè)設計能互相利用和比對元素，并且專業(yè)建模完成后，可以進行合模建立起整個模型。在云平臺上可以獲取該整體模型的所有專業(yè)模型，并可修改或刪除圖形設計，提高圖形修改效率。

③我國的建筑項目管理方面智能化應用水平處于初始階段，在施工過程中易造成信息不對稱。基于云技術的BIM工程建設協同平臺可以有效解決這類問題。隨著BIM技術標準的完善以及軟件接口和數據處理能力的提高，通過引入分包商的相關數據，可以進一步細化項目管理中的進度付款等環(huán)節(jié)，進一步提高項目集約化管理和成本控制水平。該平臺可以提高項目管理效率，包括人力、物資和設備等，有力協調設計與施工組織。BIM施工協作的主要功能基于InternetPlus技術，結合3D場景等，實現數據共享和遠程數據監(jiān)控和審批，利于調整施工方法和順序，得到最優(yōu)施工方法。在施工協作方面，采用三維結構仿真技術對施工組織進行模擬，對于模擬過程中出現的施工沖突和問題，提出優(yōu)化方案解決。通過對施工過程的模擬，方便在設計階段不需要進行施工執(zhí)行就能進行優(yōu)化調整，有效提高設計預測能力，使得重大問題在施工前模擬階段得到解決，降低了施工成本和設計變更的復雜繁瑣流程。

除了在設計和施工環(huán)節(jié)發(fā)揮重要作用外，BIM技術還在場地分析、造價預算、設計方案論證、結構主體討論、工程量計算、采光通風、節(jié)能減排、施工計劃、物資計劃、數字督造、資產管理、物業(yè)運維等方面具有廣闊空間。

3 基于BIM的施工進度協同優(yōu)化研究

3.1 工程概況

某項目總建筑面積為2.8萬m2，建筑高度49.9m。項目難點是基坑深、工地狹窄、結構和裝飾設計復雜、專業(yè)施工多且協調困難。項目要求的工期緊且質量可溯源高。

3.2 基于BIM的進度協同優(yōu)化設計

①基于BIM確定建模標準，用Revit專業(yè)軟件建成三維土木工程模型。建成土建工程數據庫，使用MagiCAD軟件進行項目各專業(yè)工序之間建模和安裝優(yōu)化。

②使用廣聯達BIM 5D軟件對各專業(yè)模型進行綜合集成，借助Navisworks軟件進行工序碰撞沖突檢測，Fuzor軟件用于高精度虛擬漫游生產。

③針對碰撞檢測環(huán)節(jié)發(fā)現的問題，及時進行模型調整和設計優(yōu)化分析，尤其是機電和管道安裝環(huán)節(jié)等易產生沖突的分項工程，通過調整和優(yōu)化管線布局，從根本上解決原始設計圖紙中的誤差和遺漏。

3.3 基于BIM的施工進度協同優(yōu)化

①制定施工總體計劃。

②采用Navisworks軟件分析施工總計劃的合理性，采用GDLianBIM5D軟件導入模型和計劃，將BIM模型和施工計劃關聯起來。

③使用BIM模型檢查投資計劃落實情況。

④基于BIM模型將物料的使用計劃與實際使用量關聯起來，按照施工進度可以進行物料監(jiān)控與管理。

3.4 采用BIM進行施工模擬的主要步驟

①在BIM模型中輸入項目的進度計劃和實際場地計劃，并與其他相關模型關聯形成4D模型，可以分析項目進度偏差。

②將BIM模型與項目清單關聯，合成5D模型，同時可以分析施工階段資源使用和資金使用情況。

③使用BIM可隨時分析各階段的資金和資源變化。

④通過5D移動終端，實時輸入進度照片并進行云同步，可實現遠程進度管理。

4 結語

本文研究了基于BIM平臺的建筑工程協同設計和工作機制，意義重大，具有BIM模型的建立、任務管理、權限管理、數據管理等功能，可以進行建設項目施工全過程的協同優(yōu)化，實現建設項目全過程的協同管理。協同作業(yè)平臺還具有對施工進度模擬的沖突檢測和消除、沖突擴展等，具有完善的協同設計和施工管理流程。通過分析協同作業(yè)平臺在設計和施工過程中應用，有利于項目各專業(yè)模型的搭建和任務協調分配，通過將設計模型與施工前仿真模擬，對實際施工前暴露的各種問題進行整改和優(yōu)化，有效提高施工質量和效率。