BIM 技術在城市更新項目施工中的應用研究

文／林旖旎 浙江理工大學建筑工程學院 浙江杭州 310018

朱劍、史亞洪、李光新、崔德志 華潤置地有限公司 浙江杭州 311202

沈軍 杭州敦固建筑特種工程有限公司 浙江杭州 310018

引言：

當前，城市更新被認為是改善城市建成區居住環境、提升城市土地價值的有效手段，在改善環境質量，振興城市經濟，加強社會聯系，并最終促進經濟社會可持續發展中扮演著重要的作用[1]。城市更新被認為是清除“貧民窟”、實體再開發或部分修復的過程[1,2]，是指在城市規劃部門監管下，在城市老工業區、老商業區、老居民區和城中村等基礎配套服務設施亟待完善、環境安全問題嚴重、現有資源利用不足等問題影響的區域進行綜合整治、功能改變或者拆除重建的城市改造項目[3]。另一方面，建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）技術可以實現在建筑項目全壽命周期以直觀、可視化的3D 形式呈現項目和傳遞信息，逾越了建筑行業受制于二維技術的鴻溝[4,5]。作為近年來大力推廣應用的新技術，BIM 技術已經廣泛應用于中國的建筑行業，在實際應用中呈現出無可比擬的技術優勢，推動建筑行業向數字化、信息化轉型升級[6,7]。基于此，本文在系統闡述城市更新項目相關特征的基礎上，規劃BIM 技術在城市更新項目施工中的總體應用目標，分析BIM 技術的具體應用場景，并以實際項目為例，總結BIM 技術在優化設計、虛擬施工、進度與成本管理等方面的應用效果。研究結論可為類似項目BIM技術應用提供參考與借鑒，對促進我國建筑行業數字化改革、推動我國城市更新項目實施績效改善具有重要的意義。

1、城市更新項目施工中BIM 技術應用目標規劃

1.1 城市更新項目特征分析

城市是一個復雜系統，其更新通常需要具備綜合性、全局性、政策性和戰略性的特征[8]；同時，城市更新又具有時代和地域特征，不同時期和地區的城市更新項目具備不同的內涵與特征。按照重建地區的不同，城市更新項目主要分為住宅區更新項目、工業區更新項目和城市歷史文化街區更新項目[3]；而根據“更新”內容的差異，城市更新項目又可以分為整體拆除重建類型更新項目、綜合整治類型更新項目和升級改造類型更新項目[9]。總體說來，城市更新項目通常具備如下特征：一方面，城市更新項目涉及利益相關者多且利益關系復雜，城市更新項目涉及利益相關者多（如政府、企業、公眾），涉及的權力機構和利益機制復雜，任何主體的行為選擇都有可能影響到項目的進程[10-11]；另一方面，資金投入大及實施周期長，建筑項目從計劃實施到落地的過程中涉及的步驟和程序繁多，建設實施周期較長；此外，由于城市更新項目通常位于較好的區域地段，其在綜合整治、功能改變或者拆除重建的過程中涉及的權利主體多且產權分散，這會導致更高地更新成本[12-13]；最后，城市更新項目不確定性大，利益沖突、政策變化、施工風險等都有可能構成項目的不確定性[11]。

1.2 城市更新項目施工中BIM 技術應用目標規劃

BIM 技術是基于計算機輔助系統（Computer Aided Design，CAD）發展起來的多維模型信息集成技術，是建筑工程物理和功能特征的數字化承載和可視化表達[14]，具有可視化、交互性、模擬性、參數化及優化性等特點[15-16]。隨著信息技術與“互聯網+”產業的飛速發展，以及建筑行業“提質增效”的內在需求，BIM 技術被認為是建筑行業產業革命的基礎引擎，得到了政府與企業的廣泛支持。國民經濟與社會發展“十四五”規劃指出：“加快推進BIM 技術在工程全壽命期的集成應用，健全數據交互和安全標準，強化設計、生產、施工各環節數字化協同，推動工程建設全過程數字化成果交付和應用”[17]。

隨著我國城市化進程的持續推進，城市規模與空間的進一步擴大受到國家政策、經濟發展模式、交通條件等諸多因素的限制，城市更新日益成為城市建設的主要方式[18]。在這一過程中，BIM 技術因其可視化、參數化等特點，具備發揮重要作用的巨大潛力[14]。一方面，城市更新項目的設計與施工人員可以利用BIM 技術提高項目全壽命周期的信息化管理水平，協調項目各方信息，實現項目信息的準確高效傳遞，提高施工質量[6,14]；另一方面，BIM 技術可以通過碰撞檢查深化設計，減少圖紙中的“錯漏碰缺”，為施工階段提供完善的施工圖紙，減少返工，加快施工進度[19,20]；此外，在提高施工質量的同時，BIM 技術可以進一步輔助施工管理，從而建立信息化項目，以實現降本增效、縮短工期、升級管理的目的，全面推進BIM 技術在城市更新項目建設過程中的應用，保證應用的完整性、系統性和創新性[21-23]。

2、BIM 技術在城市更新項目施工中的應用場景分析

2.1 施工圖優化

BIM 技術的出現，實現了施工圖校對優化從二維到三維的轉變。BIM 技術憑借顯著的可視化優勢，可以直觀、清晰地反應圖紙中存在的錯誤和疑義之處，在空間上協調工程涉及的各專業（如：建筑、結構、機電等）設計，并檢查不同專業內外部的空間碰撞和沖突問題，及時反饋和糾正其中的“錯漏碰缺”，實現施工圖優化；同時，在行業專家的指導下，結合相關職能工具，還能實現管線綜合排布優化、機電設備安裝優化等功能[24-26]。

2.2 施工平面布置規劃

無論是綜合改造類、功能改變類還是拆除重建類，城市更新項目具備建設場地周邊環境復雜、涉及人員眾多、施工場地受限等特點，在施工過程中容易產生施工條件惡劣、交叉作業沖突、施工作業與既有建筑保護之間存在矛盾等問題。在此情況下，充分利用信息技術確保施工平面布置方案的及時性和合理性十分重要[27]。BIM 三維場布技術可以將施工現場平面布置圖轉化為三維形式，從建筑施工現場動態變化的角度出發，摒棄傳統二維模式下建筑場地的靜態布局，實現城市更新項目及其周邊環境三維實景建模，并以實景模型為基礎進行施工平面布置規劃，通過多方案設計、模擬和比較，消除各工種施工作業過程中可能發生的空間沖突，提高施工安全，優化施工規劃布局，以解決城市更新項目的拆除、加固和重建之間的矛盾[28-29]。

2.3 施工工序模擬與虛擬施工

可模擬性是BIM 技術具備的顯著優勢之一[28]。首先，通過對城市更新項目建立BIM 參數化模型進行虛擬施工，可以對施工現場環境條件、流程以及資源消耗等進行360°立體模擬，全面、綜合地分析施工組織設計的可行性和優缺點。其次，針對施工過程中的重要環節和關鍵工序，可以利用BIM 模型動態模擬施工過程和步驟，分析施工方案中的不足和步驟，提前采取有針對性的措施和手段，提高施工方案的可行性，加強復雜工序的可控性[30]。此外，如果在模擬過程中發現設計問題、施工工序不合理、施工設備使用沖突、空間沖突等問題，可以直接交由相關責任部門修改，確保施工方案合理、施工質量可靠。最后，通過BIM 虛擬施工實現各工種的協同施工，保證交叉作業的安全[28,31,32]。

2.4 施工進度與成本管理

BIM5D 技術可以綜合考慮項目進度和成本，能夠反映各工序之間的關系以及每個工序自身的進度安排，有助于施工方編制進度計劃，安排不同專業施工班組的進出場時間，做好場地、材料和機械設備的準備[33,34]。同時，BIM5D 模型將三維模型的幾何數據與時間信息、成本信息等信息集成在一起，利用信息化管理平臺同步現場施工進度和成本，可以綜合分析任意時間點的計劃進度和實際進度、預算成本和實際成本情況，及時分析和糾正偏差，實現施工成本和進度的精細化管理[33,35,36]。

3、BIM 技術在城市更新項目施工中的應用效果

3.1 工程應用概況

紹興871 城市更新項目位于紹興市越城區北海街道，為原華越微電子有限公司生產廠區，總投資約50 億元，致力于打造融合創意街區、傳統文化基地、設計型酒店、城市原型孵化地等現代文商旅業態和公共配套設施的城市創意內環生活圈。項目總建筑面積109028.64m2，其中地上建筑面積66140.91m2（含廠房改造面積約38272.39m2，新建面積27868.52m2），地下建筑面積

本項目原有建筑的拆改加固，拆除新建，以及部分基礎設施的配套建設，建設內容龐雜，涉及的工作面廣泛且分散，結構加固工藝做法繁多，工序復雜且施工工期緊張，必須合理組織、科學調度及統籌安排。基于此，項目業主從施工圖設計階段就組建了專業的BIM 技術團隊，基于Revit 平臺進行擬拆改項目（A、B、C 廠房）的施工圖設計優化、施工平面圖布置、工序模擬及虛擬施工、項目進度與成本動態控制等（見下圖2），借以保障項目的高質量和可持續交付。

（1）施工圖優化。BIM 技術團隊基于CAD 平面圖紙，有效整合了紹興871 項目的場地、土建、鋼結構和機電模型，進行了不同專業設計之間的沖突與碰撞檢查；同時，對A、B 廠房拆改加固和C 廠房拆除新建所涉及的復雜節點，如復雜的鋼筋節點，連接點的加固形式等，進行了三維建模；此外，對借助虛擬模型明確了結構改造施工過程中，原有建筑涉及到的砌體墻拆除、零星機電管線拆除、鋼結構的制作安裝等的具體位置。

（2）三維場地布置。借助BIM 三維場布技術，將現有的場地條件，結合場內外交通線路等數據輸入，按照工程施工的需要，通過實景模擬，進行施工生產場地、生活營地、臨建設施的規劃、設計、修建與管理，最小化項目對周邊建筑、環境的影響避免原有建筑拆改加固、拆除和新建之間施工、交叉作業出現的沖突，最終確定了施工平面布置。

（3）工序模擬與虛擬施工。依托BIM 技術的模擬性進行了本項目的施工工序模擬與虛擬施工，調整優化本項目施工的工序安排，特別是突出重點和關鍵工序，確定各工序間的銜接，施工組織設計的合理性和可行性，以及各工種同步施工、交叉作業的安全性和可行性。

（4）施工進度與成本管理。借助廣聯達BIM5D 平臺，同步現場施工進度和成本投入，及時將計劃進度和實際進度、預算成本和實際成本進行對比，確定每個時間點施工進度、投入成本是否有偏差，分析偏差原因并及時進行糾偏，在此基礎上調整項目的月度計劃、確定項目的周計劃與日計劃，實現施工班組、材料、機械設備進出場的合理安排，以及施工成本和進度的精細化管理，保障了項目在工期內順利完工，增加項目盈余。

3.2 應用效果

經過近一年的籌備，本項目與2020 年12 月份正式開工，項目總體進展順利，效果良好。其中，擬拆改項目與2021 年6 月份正式啟動，A、B 廠房拆改加固工作已經基本完成，目前處于項目收尾階段；C 廠房拆除已完成，目前按照預定計劃實施新建。經過近1 年的應用實踐，BIM 技術團隊基本完成了預先設定的應用目標，初步取得了預期應用效果，主要表現為：一方面，BIM碰撞檢查共計報告沖突1324 條，根據沖突報告修改原始設計63 處，施工中未出現專業沖突現象；同時，施工過程中設計變更大大減少，有效地加快了施工進度，降低了施工成本；另一方面，在現場環境錯綜復雜的條件下，完成了施工平面布置圖的設計與優化，施工現場合理有序，符合紹興市建筑安全文明標準化工地的相關要求；此外，通過工序模擬和虛擬施工，對關鍵工序、關鍵節點、關鍵位置的施工進行重點把握與交底，使得項目施工井然有序，施工過程中未出現質量和安全事故，施工協調工作強度大幅度降低；最后，通過BIM5D 平臺初步實現了項目進度與成本的集成控制，項目進度與投資目標基本達成。

結語：

城市更新是中國城鎮化進程中修復和改善城市的良好做法，而BIM 技術作為城市更新的技術手段，贏得了國家政策層面的大力支持。本文在系統闡述城市更新項目施工相關特征的基礎上，規劃BIM 技術在城市更新項目施工中的總體應用目標，以紹興871 城市更新項目為例，從施工圖優化、施工平面布置規劃、施工工序模擬與虛擬施工和施工進度與成本管理四個方面入手，總結BIM 技術在城市更新項目中的應用效果，為BIM 技術在類似城市更新項目的應用提供參考與借鑒，對促進我國建筑行業數字化改革、推動我國城市更新項目實施績效改善具有重要的意義。