BIM技術在某科研樓項目中的應用

王文成

（中國電子信息產業發展研究院，北京 102206）

1 BIM應用與發展特點

1）政策引導推動BIM技術發展 在國家和地方政府2個層面政策支持和要求下，BIM技術已經發展到普及階段，應用深度也在不斷發展，對行業技術能力提升、行業管理模式創新、行業信息化水平提升和工程項目精細化管理起到日益重要的作用。

2）從設計階段向施工階段深化應用 近幾年，BIM技術在施工階段的應用價值凸顯，普遍認為施工階段是BIM技術應用最具價值的階段，并且BIM技術應用正在逐步向運營階段應用延伸。

3）從單業務應用向多業務集成應用轉變 BIM應用已從原來的使用單獨的BIM軟件解決單點的業務問題向集成應用模式轉變。

4）從技術應用向項目管理應用轉變 目前BIM技術正在深入項目管理的各方面，包括進度管理、質量管理、項目部級辦公應用，甚至是成本管理等均得到應用。與項目管理集成應用可發揮BIM更大的價值，成為BIM應用的一大趨勢。

5）從單機應用向基于網絡的多方協同應用轉變 即“云+端”模式，建模后儲存在“云”上，利用客戶端、網絡、移動終端等不同界面基于統一的模型工作，既降低各方溝通協同的成本，又方便現場數據信息采集、傳遞、存儲和分析等，這種基于網絡的多方協同應用方式可與BIM技術集成應用，形成優勢互補。

6）從標志性項目向一般項目應用延伸 近幾年，BIM技術已開始應用到一些中小型規模的項目中，尤其是政府項目。施工行業的這種趨勢逐漸明顯，BIM應用正從標志性項目向一般項目應用擴展。

2 BIM應用總體方案

2.1 推進BIM應用的背景

某科研樓項目的建設單位秉持智能、創新、科技、綠色設計理念，從設計階段就要求利用BIM技術建模。施工階段，項目部對BIM技術應用和管理應用提出較高要求，并且在施工準備期間進行大量的咨詢調研，并制定恰當的目標和適用的應用策略。

2.2 項目技術和管理工作特點

1）采用鋼筋混凝土-鋼框架混合結構體系，外立面采用鋁板幕墻，深化設計工作量大。

2）存在建筑智能化工程、變配電工程、電梯工程等專業暫估項，需要二次設計的內容較多。

3）地下深基坑屬于危險性較大的分部分項工程，地下水位高，基抗支護和止水難度大。

4）現場施工空間狹窄，工作面復雜，施工交叉和干擾多。

5）項目部實施大型基建項目經驗不足，資金來源多頭，對項目管理提出挑戰。

2.3 BIM應用目標

1）全生命周期項目管理 通過建模和不斷完善BIM模型，使模型內容和精度不斷提升，模型應用貫穿設計、施工和運營期，為科研樓智能化運營打好基礎。

2）精細化過程管控 全面深入有效應用BIM技術，在減少變更洽商、加強質量安全管理、輔助造價控制等方面提升項目精細化管理水平。

3）公開透明項目資料 過程資料隨工程進展同步產生并存儲，而不是驗收前集中整理資料，管理過程有跡可查。

4）具有科技含量的示范項目 BIM應用圍繞“科技、智能”，體現科研樓、產業園的功能定位，爭取做成BIM應用示范項目。

2.4 BIM實施技術路線

根據本項目特點制定項目BIM實施總體規劃，并對其BIM應用路線計劃進行細化，保障后期施工過程中BIM實施應用有序進行，如圖1所示。

圖1 項目BIM技術應用計劃路線

2.5 BIM管理體系與保障措施

1）組建高效BIM組織架構 成立由三方項目領導組成的BIM工作領導小組，由各方技術負責人組成的BIM實施小組，下設由管理人員兼職的7個專業組，形成以建設單位為推動主體，以施工單位為應用主體，以監理單位為監督主體，以第三方公司為指導咨詢的全員應用組織架構。

2）編制BIM工作管理制度 明確組織架構、人員分工、工作職責、考核機制，提出BIM技術應用和管理應用要求。

3）編制審批BIM專項實施方案 BIM實施組對于如何應用、應用范圍和深度問題在入場前就進行充分論證、研究，編制方案上報領導小組。最終審批的方案從應用范圍、內容、深度、推進計劃等方面詳細部署，方案翔實，可操作性強。

4）建立BIM運行檢查機制 對各分包單位每2周進行一次系統執行情況檢查，掌握BIM系統執行的真實情況、過程控制情況和變更修改情況；對BIM模型和軟件進行有效性檢查，確保模型和工作同步進行。

5）重視BIM資料管理機制 定期歸檔BIM施工階段成果文件，并將施工資料收錄其中，便于施工過程中及竣工驗收后的篩選、調用、管控、追蹤及資料共享

3 BIM應用具體內容

“專項BIM實施方案”涵蓋工程實體模型的創建維護、深化設計/二次設計應用、現場布置、施工工藝模擬和項目管理平臺應用等內容。以下詳細介紹應用內容計劃和部分典型應用示例。

3.1 BIM技術在施工階段的應用內容計劃

3.1.1 BIM模型搭建及維護

1）模型創建 根據施工圖紙及工程建模標準進行全專業整體模型及周邊地質條件搭建，模型搭建深度符合LOD400標準（見圖 2）。

圖2 項目BIM模型搭建

2）模型維護與變更調整 隨工程進行及設計變更不斷修改更新模型。

3.1.2 施工場地布置規劃

1）施工總平面布置 通過BIM技術解決現場施工場地平面布置與場地劃分問題，使各項材料、機具等按已審定的現場施工平面布置圖的位置堆放。

2）現場臨設展示 對施工現場的臨時設施進行三維展示，對其布設、使用過程、拆除時間等節點進行三維動態模擬及細致把控。

3）材料堆放區域規劃 對建筑材料的上下料路線進行規劃，充分利用起吊設備，節省能源。

4）功能區劃分 通過功能區的三維劃分顯示，輔助施工過程進行整體安排部署，有助于提高施工效率，減少不必要的人力物力損耗。

3.1.3 深化設計

1）門窗 采用BIM技術建立虛擬模型，對項目的土建結構與門窗等構件進行碰撞檢查并優化設計方案。

2）幕墻 利用BIM技術對幕墻組成進行拆分演示，使施工人員更好地了解幕墻構件和構造形式，方便施工交底。

3）砌體 砌體施工之前基于BIM技術確定排磚最優方案，并自動導出CAD排磚圖及排磚種類和數量。

4）復雜節點 復雜梁柱節點及組合樓板深化。

5）預留洞口 利用BIM對機電管線穿結構的預留洞孔的位置進行精確模擬和定位，避免返工對成本及施工進度帶來不利影響。

6）機電 機電管線及線管洞口尺寸調整與位置標注。

7）碰撞檢查 管線綜合及全專業碰撞檢查與優化。

8）管線綜合 管線布置；管線綜合；與市政管線的對接。

9）裝飾裝修 完成裝修深化BIM模型，校核裝修圖紙，完善裝修深化設計；基于裝修模型統計工程量。

3.1.4 施工工藝模擬及指導

1）基坑方案模擬 土方開挖，基坑支護。

2）視頻與模型同步對比 現場塔式起重機設置高清攝像頭，接入平臺，實現模擬建筑與實體建筑的進度對比。

3）復雜節點安裝模擬 針對復雜節點進行安裝模擬，基于BIM模型虛擬拼裝，實現對安裝方案的優化，包括安裝順序、安裝位置、安裝構件。

4）墻體砌筑工藝動態模擬 真實模擬墻體砌筑時上下錯縫搭接位置、搭接長度及拉結措施等工藝。

5）后澆帶施工工藝模擬 模擬沉降后澆帶施工工藝，施工時后澆帶兩邊墻、梁、板必須支撐好，直到后澆帶封閉且混凝土達到設計強度要求后方能拆除。

6）鋼結構安裝模擬 對復雜節點進行工藝拆分和比對，反應節點安裝位置及安裝順序。

7）機電管線安裝模擬 基于三維動畫仿真技術，對機電管線系統的安裝過程進行動畫模擬，從而實現對實施方案的檢測及完善。

8）大型設備吊裝方案模擬 對建筑中的大型設備進行建模和安裝模擬，提前預留相關上人和安裝空間。

9）裝修工程工藝展示 室內裝飾構件建模，輔助裝修工程。

3.1.5 工程量統計

1）土方工程量 通過地形建模軟件對其土方開挖進行精確計算。

2）模架工程量 通過模板、腳手架BIM模型，進行模板工程量統計。

3）混凝土工程量 通過BIM模型進行混凝土工程量統計。

4）防水工程量 通過防水鋪貼BIM模型進行防水工程量統計。

3.1.6 BIM 5D項目管理平臺應用

1）進度管理 施工進度4D模擬；進度優化及核查。

2）質量管理 建模前協同設計；碰撞檢測及報告；深化設計；三維技術交底。

3）成本管理 基于BIM的成本控制技術路線及方案；構件自動統計；土方量計算；5D成本控制；物資材料管理；限額領料。

4）安全管理 防墜落模擬；塔式起重機安全模擬；火災疏散模擬；應急預案。

5）綠色施工 雨水收集系統模擬；減排措施。

6）工作協同 基于BIM的協同設計可使各專業在同一個模型基礎上進行工作。

7）資料管理與流程管理 BIM 5D平臺自帶的“協筑云”能夠存儲項目過程資料，并實現一些基本的流程審批工作。

3.1.7 數字化竣工交付

1）工程資料集成化交付 BIM模型文件、BIM效果圖、設計說明、計算書、二維圖紙、設計變更、重要階段性修改記錄等。

2）輔助運營管理 竣工模型為后期運營階段的信息查詢提供輔助。

3.2 典型技術應用示例

3.2.1 BIM模型搭建和更新

根據施工圖紙建立并整合施工階段的BIM模型，范圍包含土建模型、機電模型、幕墻模型、裝飾模型、室外管線模型、施工場布模型、施工進度模型等。對模型及時維護、更新，保持施工中的變更信息實時更新，保持工作平臺的一致性與有效性。

3.2.2 施工場地布置規劃

通過建立現場場地布置BIM模型，可視化展示場地、設施、道路的位置關系，合理安排塔式起重機、辦公區、庫房、加工廠地和生活區等的位置，對施工場地進行優化，選擇最優施工路線，使平面布置緊湊合理。

3.2.3 深化設計

1）預留洞口深化設計 對機電管線穿結構的預留洞孔位置進行精確模擬和定位，出具三維洞口排布圖和位置說明，使孔洞的位置和尺寸更加準確，避免返工。

2）管線綜合和碰撞檢查 施工圖精度的BIM模型建模過程中，可進行不同專業間碰撞檢查并自動生成碰撞報告，提前發現專業之間不交圈、管線之間碰撞等問題，減少返工（見圖3）。

圖3 管線綜合與碰撞檢查

3）機房深化設計 通過機房深化設計，將選用的各種設備、配件的品牌、型號、參數及尺寸對應創建模型，使設備尺寸及接管位置、配件長度及高度尺寸符合機房空間布置。同時可為設備運輸安裝檢修、儀表閥部件安裝提前預留操作空間，保證安裝凈高需求、整體協調性和美觀性，如圖4所示。

圖4 機房深化設計模型

3.2.4 施工方案模擬

針對復雜節點進行安裝模擬，基于BIM模型虛擬拼裝，實現對安裝方案的優化。例如，對墻體砌筑工藝進行動態展示，包括皮數桿設置、排磚等，真實反映墻體砌筑時上下錯縫搭接位置、搭接長度以及拉結措施等工藝，如圖5所示。

圖5 墻體砌筑模擬

3.2.5 工程量統計

在BIM模型上應用相關軟件，可對模板、腳手架、混凝土、鋼結構、防水材料的工程量進行統計，結合專業工長的技術支持乘以用量修正系數，能夠得到較為準確的工程量，再與傳統模式的工程計量方式進行結合對比，可起到互相核驗工程量的作用。

3.3 基于BIM的項目管理平臺應用

該項目采用廣聯達BIM 5D項目管理系統，后期又根據需要增加了個別功能，升級了智慧工地平臺。項目BIM根據自身特點集成建筑、機電專業模型，關聯生產進度、質量、安全、圖紙、物料等信息，在以下管理應用中起到提供數據支撐、輔助精細管理的作用。

3.3.1 生產進度控制

生產進度中，周計劃任務跟蹤功能較為實用，是本項目應用最多的場景。通過建立每周生產任務，指定任務完成方，收到任務的生產人員明確本周任務后，按任務要求配置本班組的資源，并及時上傳現場勞動力、物資情況。總包管理人員對任務完成情況進行跟蹤，并將施工信息整合至生產周會頁面，作為每周監理例會主平臺。同時，可根據歷史數據對現場人、材、機情況進行分析，生成數字周報、施工日志及施工相冊，便于及時掌握現場人、材、機情況。

3.3.2 質量安全管理

質量安全管理功能在該項目中的應用比較深入，通過安全員、質檢員和專業工程師現場拍照、指定整改人、落實整改措施等一系列動作，圖文并茂地將相關問題擺在平臺上，有效督促責任人及時整改和消除隱患。對重復出現多次的問題，通過統計數量，建設和監理單位予以警告或罰款處理。同時，在現場安全關鍵位置、重大危險源處設置二維碼定點巡視，督促安全員定期、定點巡視，隨時掌握關鍵點安全施工狀態。問題整改和定點巡查功能的應用，較好地輔助了現場管理。

3.3.3 項目級流程協同

項目層面的流程審批功能應用較成熟，平臺能夠根據項目業務流程靈活定制任務模板，能夠處理大部分項目級別流程。針對實際需要，項目設置了28項線上審批流程，包括文件收發、會議通知、會議紀要、監理通知單等內容，并根據流轉對象設置相應權限，基本實現了會議紀要、聯系單、項目用章、材料進場送檢、施工/技術方案審查等流程全面線上應用，對建設單位團隊熟悉和掌握工程管理流程起到了積極作用。

3.3.4 文檔管理應用

通過“廣聯云”在線存儲文檔，實現技術文件、管理文件十六大類文檔的統一管理、實時保存，包括施工圖紙、施工方案、管理制度、會議紀要、工作聯系單、物資資料、監測資料、監理資料等。文檔可隨時在線瀏覽，方便快捷。各單位指定專門資料管理人員定期上傳與更新，保證文檔的完整性。設置相應權限，保障文檔的安全性，一定程度起到資料共享、工作透明的作用。

3.3.5 視頻監控集成

在該項目中，視頻監控的主要應用場景為塔式起重機頂端監控攝像在平臺中的集中，便于領導層遠程登錄平臺，掌握項目形象進度，這是項目管理中非常重要的環節。

4 項目BIM應用問題和反思

該項目BIM工作最初的目標是從設計、施工到運維全生命周期應用BIM技術，提升管理水平、發揮項目效益。經過實踐，BIM應用效果初顯，項目先后獲得北京市住建委“北京市BIM應用示范工程”、中建協“第五屆建筑業企業信息化建設特優案例”、中施企協“首屆工程建設行業BIM大賽三等成果”、北建聯“2020年度北京市工程建設BIM成果證書：綜合成果Ⅰ類”等榮譽，但受整體應用水平、軟件功能和現場情況限制，整體上還存在一些問題，通過總結經驗、反思問題，認為以下方面可能是BIM在全過程應用中需要持續加強和改進的方向。

4.1 設計階段滿足深度的正向建模是BIM應用的基礎

該項目BIM應用從設計階段就已經開始，但設計階段建模水平參差不齊，普遍存在“反向建模”的情況。本項目也存在該問題，導致模型深度不夠、精度不高，實際作用大打折扣。后期又根據實際需要在施工階段重新建模，但已時過境遷，一些專業交叉打架、管線碰撞、不交圈的問題未及時得到解決。現在一些比較好的設計單位具備了正向建模的水平，在設計階段能夠建立符合施工圖深度的模型，再根據模型導出施工圖紙，提前解決很多設計交圈和管線碰撞問題，回歸BIM技術最本質的價值。

4.2 全面且具有可操作性的應用策略和實施方案是必要條件

每個項目的特點和難點不一樣，投資方、業主方在每個階段對項目管理的重點和目標略有不同，施工方和參與方BIM經驗、認識差別較大。現今BIM涉及的技術和管理應用能夠覆蓋項目的各方面，在項目前期做好充足的BIM調研和論證工作，選擇適合項目自身的應用策略非常必要。“全面開花”的目標、“蜻蜓點水”的應用、“南轅北轍”的效果不可取。

4.3 建設單位主導和合理預算是BIM落地和深入應用的保障

建設單位是唯一能將各參與方都串聯和調動起來的力量，因此建設單位主導推進是深入應用BIM技術的條件，也是使其在全生命周期得以應用的重要前提。若沒有建設單位主導，即使設計單位實現了正向建模，其模型也不一定能符合施工階段的使用要求；沒有建設單位要求，施工單位應用個別BIM功能的主動性較差，單純依據設計單位、施工單位自覺完成各階段的BIM工作并不現實。當然，一個合理的預算也是調動參與單位做好BIM工作的重要保證，這個預算是直接投入，但其收益和效果是間接和持續的。

4.4 BIM技術和項目標準化、精細化、信息化管理和深度融合是大勢所趨

各大建企從便于自身施工出發，均有自己的BIM應用著力點，如提前利用BIM建模解決碰撞問題，避免返工，也都有自身的標準化管理要求，如臨建場布、文明施工、安全管理等。這些都能集中反映在模型和平臺應用，嵌入企業的信息化平臺中，前文中提到的向“多業務集成應用”轉變，與現場管理深度融合，并與企業的標準化管理集成為一體。

4.5 提升BIM技術在運維階段的附加值是BIM應用的“藍海”

目前存在的問題是，運維階段要繼續精化模型（“翻模”），深入物業和產業應用的各場景，但翻模和運維平臺二次開發一次性投入較高，這也是當前整個行業面臨的現實困難。根據本項目經驗，分階段制定和實現BIM在運維階段的目標有可能解決這個問題。首先應建立并完善模型；其次在制定策略時要結合運營場景，與建筑智能化系統，如樓控、梯控、安防等深入結合，否則運營時再新增需求拆改量太大；最后需一定的定制開發，將各運營平臺端口集成到模型和統一的平臺上。

5 結語

因建筑使用功能和運營模式差異較大，目前BIM在運維階段的應用很難實現完全的標準化和模塊化，正因如此，BIM在運維階段廣泛有效的應用具有很廣闊的市場前景，從整個行業來說也需各方共同努力，發掘和提升其在運維階段的附加值。