BIM技術在昆明官渡醫院工程建設中的應用研究

劉富海

(中鐵十六局集團置業投資有限公司 北京 100018)

1 引言

當今信息技術的發展進步，大量的輔助軟件隨之涌現，在工程建設中的每一階段都會有相關的軟件輔助參與工作，這些軟件提高了工作效率，但也面臨一些需要解決的問題[1]。由于各專業各環節都獨自運用軟件，存在專業壁壘，缺乏信息共享和協同工作[2－3]。信息傳遞和交換不及時、不準確將會使工程設計、施工與運行維護產生諸多人力物力的浪費，甚至造成經濟損失和法律風險[4]。BIM技術的基本作用之一就是將不同專業不同環節的信息聯系起來，實現規劃、設計、建造以及運維全過程的建筑項目信息共享、快捷傳遞，從而在建筑全生命期得到合理、有效的管理[5]。在BIM模型中，所有的項目參與方都可以從中獲取信息、傳遞信息以及對信息的管理和使用，實現在線協同辦公的目的。另一方面，在傳統的建造方式中，建筑設計和施工的聯系不夠緊密，但BIM技術對設計與施工一體化提供了有力支持，減少了錯誤漏碰的發生，促進了建筑業生產方式的改變，能夠帶來巨大的經濟和社會效益[6－7]。

Autodesk公司于2002年率先發布BIM技術，伴隨著其強大的功能，BIM技術已在全世界范圍內認可[8]。盡管BIM技術在我國發展十余年，但更深層的研究和更為廣泛的推廣應用仍然面對諸多挑戰，這主要受到建筑企業與項目管理模式、水平的限制。因此，眾多的學者對BIM技術在房屋建筑施工中的應用展開了較多的研究，比如張跟柱[9]、黃秋亮[10]等人，這些研究都表明我國建筑施工BIM技術多為瑣碎的碎片化模式，需要積累更多的BIM實際工程應用案例，集成整合可行的BIM工作流程，才能催化國內BIM技術應用逐漸走向成熟。

依托云南省昆明市官渡區人民醫院遷建項目，采用BIM技術實現建造過程，研究多專業綜合碰撞及優化、工程場地布置和規劃、建筑施工模擬與技術交底、終端協同管理4個關鍵方面的應用情況，以豐富BIM技術在施工中的應用經驗，為施工管理模式和方法提供技術支撐，達到促進其推廣應用的目的。

2 工程概況

官渡區人民醫院遷建項目位于原巫家壩機場北側、關上街道地塊，地塊四周均為規劃城市道路，東南側和西南側為規劃40 m寬的城市快速路，西北側和東北側分別為規劃30 m寬、20 m寬的城市次干道。本項目總用地面積61 680 m2，總建筑面積198 322 m2，其中地上面積 122 252 m2，地下面積76 070 m2，主體結構形式為框架＋剪力墻結構及框架結構，總工期為600自然日。項目效果圖如圖1所示。

圖1 項目效果圖

3 BIM技術在項目中的關鍵應用

3.1 多專業綜合碰撞及優化

傳統的平面設計圖紙為按專業分類展開繪制，一般為結構、給排水、暖通等專業設計圖紙匯總后，由項目總工帶領技術部門人員進行審圖和協調，人為失誤難以避免，圖紙中專業相互沖突的地方難以發現，加上實際施工過程中，各專業施工隊伍對彼此專業的施工工序、施工工藝不清晰，甚至無視，導致圖紙變成現實后，才發現管線碰撞、施工空間不足、建筑限界侵入等問題，造成大量變更、返工，以致于工期滯后，成本流失[11]。

在官渡區人民醫院遷建項目中，綜合管線功能豐富、涵蓋專業多、系統復雜，管線密集、排布難度大，涉及暖通、給排水、通風、網絡、電信、監控等專業管線。傳統的平面管線綜合設計僅僅是將多個專業的管線在水平或豎直方向進行簡單地疊加，然后依據一定的判定原則去確定管線的具體位置。總的來說，傳統的管線綜合設計方法存在以下幾個方面的欠缺:

(1)在縱橫管線出現管線交叉的地方，僅依靠肉眼，難以達到全方位觀察，導致交叉處或者機電設計復雜部位出現碰撞也無法顯現出來。

(2)管線沖突現象的出現一般較為集中，對它的處理也只是局限在管線沖突位置，但未出現碰撞處的管線又受到沖突位置管線的影響，這樣很可能會出現解決了這處，另一處又會出現新的管線碰撞問題，產生顧此失彼的現象。

(3)在出現管線沖突的時候，傳統的CAD管線綜合設計采取的處理策略顯得粗暴，僅僅是將各專業管線進行疊加，導致設計圖紙顯得復雜，不夠直觀，加劇了問題的積累。

官渡區人民醫院遷建項目采用廣聯達BIM審圖軟件，依靠其三維管線碰撞檢查功能，可以檢查出集成后各專業管線模型的問題，并依靠其視點、紅線功能進行碰撞點的標識、預警和記錄，以備工程人員做后續的溝通和優化，如圖2所示。BIM技術的可視化碰撞檢查可一目了然地發現專業圖紙間的沖突和碰撞，具有直觀性和精確性等特點。

圖2 BIM模型中多專業協同和碰撞檢查

如圖3所示，在項目施工前，利用BIM軟件強大的多專業協同及碰撞檢測功能，能夠及時準確、全面地發現設計圖紙是否存在錯誤、遺漏、碰撞和沖突等，提前發現和消防規范、施工規范等規范沖突的問題等，并且BIM軟件具有“一處改處處改”的圖紙修改功能，從而降低了現場施工階段可能存在的錯誤損失和返工，達到節約成本、縮短工期、保證建筑質量的目的，同時減少建筑材料、水、電等資源的消耗及帶來的環境問題。

3.2 工程場地布置和規劃

為保障施工進程的順利推進，滿足各工序各流水作業間平順過渡，施工現場必須提前規劃施工場地布置。傳統的做法是采用平面CAD軟件進行繪制，方案的展示主要依靠文字與二維圖紙相結合來完成，工程設計和管理人員僅能依靠工程經驗判斷現場布置是否滿足施工要求和存在不合理現象，設計圖紙的平面化，導致無法動態實時地提供工程量統計，以致于工程結算缺少依據[12]。

官渡區人民醫院遷建項目采用廣聯達施工現場三維布置GSL產品，基于BIM技術快速建立施工現場布置，具備簡單、直觀、智能、合理的特點。建模時，可直接利用軟件內置的各種參數化構件，也可以自創BIM模型構件，導入施工場地布置模型中，幫助設計者快速地建立施工現場的三維模型，同時實現所見即所得；另一方面，可實現智能自動計算臨建工程量，為臨設成本控制、分包結算提供參考依據。

3.3 建筑施工模擬與技術交底

目前，大多數建筑工程的項目管理使用橫道圖或者網絡圖來表示施工進度計劃，這些圖表具有較強專業性、可視化程度低的劣勢，對于復雜的工序或者分部分項工程，其難于描述施工的動態過程，讓現場工程人員難于理解建造過程。依靠BIM技術施工模擬，技術人員和管理人員可以動畫漫游的方式觀看施工整體工序和關鍵、復雜節點的施工過程，并對施工現場的道路、設備、材料的布置與進度安排進行理解、優化和修改。依據確定的施工現場布置，施工管理人員可以按施工進度安排資金、材料和勞動力供應。

(1)運用BIM 4D(3D＋time)技術將工程與時間信息整合在一個可視化的4D模型中，實現計劃進度模擬、實際進度與計劃進度對比模擬、施工場地布置及機械措施模擬、資金模擬、物質耗量模擬，不僅可以直觀、精確地反映建筑的流水作業全過程，而且使用者可以對工程施工最新狀態進行掌握，分析影響進度的因素，對各專業進行協調，制定相應的進度控制措施，從而達到縮短工期、降低成本、提高質量的作用。

(2)采用了BIM＋無人機技術，設立了官渡醫院微信公眾平臺，利用無人機制作施工現場全景視圖，航拍全景圖片并更新，直觀地反映現場進度情況，虛擬展示模擬施工進程。技術人員通過微信掃模型二維碼即可遠程掌握現場進度情況，進而對比計劃完工量。

(3)通過4D施工模擬可以直接應用于工程技術交底，讓施工工人直觀地了解工作范圍及技術要求，管理人員可以打印出模型圖紙，從而方便現場管理人員拿圖紙進行施工指導和現場管理，真正做到前期指導施工、過程把控施工、結果校核施工，達到施工全過程智能化、數字化的目的，如圖4所示。

3.4 終端協同管理

現場資料的收集是工程管理的基礎，現場人員在施工現場巡視中采集的進度、質量、安全等方面的圖文資料，只有及時上傳和共享，才能使其他參與方進行瀏覽和分析處理。BIM強大的資料分享、管理功能，可將官渡醫院遷建項目施工現場巡視的各類文件儲存在云端，并與模型進行關聯，項目參建人員可以通過WEB端、移動端對資料進行瀏覽，實現工程資料的分類、定位和管理，從而減少參建方因溝通和銜接不當帶來的問題。

(1)基于云技術的移動端數據共享管理方案，在移動終端實現了駐場工程師現場巡視時通過手機分享進度、質量、安全等方面的照片、錄音和文字記錄，并關聯模型，如圖5所示；另一方面，移動端(手持設備、手機等)上傳的數據可以實時同步至電腦端，生產和管理人員可以通過文檔調用的方式，在模型中進行瀏覽和指導施工，實現遠程控制，如圖6所示。

圖5 基于BIM移動應用記錄現場質量安全等問題圖

圖6 質量安全問題跟蹤與處理

(2)基于云技術的WEB端數據共享管理方案，提供質量、安全問題分析熱力圖、形象進度看板、進度照片墻、模型及屬性信息瀏覽、成本分析穿透報表等，公司的管理層領導能夠在任意時間、任意地點獲取項目的最新動態。

3.5 工程資料管理

與傳統建造中的人工整理項目資料不同，BIM技術具有兼容多種類型的數據信息的能力，提供海量的建筑資料，建立數字信息模型，達到數據的四維化，有效地管理、利用工程質量和數據，服務于項目的全生命周期。

(1)在施工準備階段，資料信息主要包括由業主提供的勘察設計文件、招投標及承包合同文件等。此階段運用BIM技術將傳統工程圖紙轉化為可視化信息模型，設置參數，將相關資料信息輸入模型，進行資料的有效管理。

(2)在施工階段，施工過程將產生大量的單據、圖表、驗收憑證、工程變更等資料。應用BIM技術可以將這些海量的數據、文件、圖片、音頻和視頻等資料與模型相關聯，達到空間信息與時間信息的統一，使用者可以從BIM模型中訪問、檢索、調閱、利用、共享資料，實現施工過程的大數據化，真正做到數據服務項目的目的，如圖7所示。

圖7 BIM模型與海量工程資料相關聯

(3)在竣工驗收階段，根據BIM信息模型以及前期完整的資料信息，可以對工程竣工報告、竣工驗收報告、竣工圖等需求信息進行快速導出，實現信息的共享傳遞。

在官渡區人民醫院遷建項目施工過程中，將各種格式的電子版工程資料上傳到BIM模型中，并與模型進行關聯，實現工程資料的分類、定位管理。在應用中可方便快捷地查看到所需的工程資料，如圖8所示。

圖8 工程資料與模型關聯

4 結論

依托BIM技術在云南省昆明市官渡區人民醫院遷建項目中的應用，研究其在施工過程中的應用情況，得出以下結論:

(1)傳統的綜合管線平面設計圖紙，不可避免地存在錯誤、遺漏、碰撞和沖突等問題，BIM具有強大的三維管線碰撞檢查功能，針對各專業管線碰撞和沖突的地方，可通過軟件的視點、紅線功能，進行提示、預警和記錄，具有直觀性和精確性等特點。

(2)基于BIM軟件中內嵌參數化模型或者自創構件模型，導入施工場地布置平面圖中，快速地建立施工現場的三維模型；此外，軟件可實現自動出工程量統計表的能力，將其與造價定額相互關聯，進而計算臨建費用，達到成本控制和分包結算的目的。

(3)在BIM三維模型的基礎上，集合時間信息形成一個可視化的4D模型，實現計劃進度模擬、實際進度與計劃進度對比模擬、施工場地布置及機械措施模擬、資金模擬、物質耗量模擬。

(4)BIM可通過WEB端、移動端對資料上傳、瀏覽、分類、定位和管理，BIM技術能融合不同類型的數據信息，達到工程資料的管理，從而減少因溝通和銜接不當帶來的問題。