基于BIM的施工管理及深化應用

張 裕，劉俊杰，王俊鵬，劉占省，楊 偉，谷端宇

(1.中鐵建工集團有限公司，北京 100160； 2.北京工業大學，北京 100124)

1 工程概況

中國人民大學通州校區位于北京市通州區潞城鎮，北京城市副中心核心區域，毗鄰北京行政辦公區，南至明德街、西至暢和西路、北側為校園內部道路、東側緊鄰校園中軸線。該校南區學部樓1期項目包含南區學部樓1期、公共教學樓1期、西區食堂，總建筑面積30 540m2，其中地上建筑面積15 540m2，地下建筑面積15 000m2。

2 項目重難點

1)參建單位多 工程參與方眾多，包括建設單位、項目公司、設計單位、勘察單位、總承包單位、監理單位、跟蹤審計單位、材料供應商及各子工程承包單位等。協同工作與溝通困難，需以高效的方式協調各參與方，以保證項目有效運轉。

2)建筑體量大、配套工程繁雜 工程總建筑面積較大，結構施工整體要求較高，且配備地下室及配套設施等，涉及不同功能性建筑和大體積混凝土施工，建筑體量大、配套工程繁雜。

3)結構形式不統一 本工程并不是單一的剪力墻結構或者框架結構，上部主體為剪力墻結構，而地下室與裙房等都是框架結構。因此，由于結構不統一必然導致施工與管理困難，如何解決各部分的施工統一與協調成為難點。

4)工期緊、質量要求高 工期緊、任務重，受疫情影響，加之冬季施工，給施工進度安排帶來較大挑戰。其次，工程致力于追求長城杯等獎項，對結構質量要求更嚴格。

5)智能化與綠色化施工要求高 為響應國家對建筑業的升級轉型號召，實現智能化與綠色化施工，需要創新性的施工方案與技術，增加施工難點。

3 BIM在施工中的基礎應用

本項目中BIM技術的基礎應用集中在臨建施工與基礎施工部分，BIM在施工中的基礎應用包括建筑物BIM模型搭建，提前安排規劃施工區域、總體布局，進行圖紙深化設計，完成臨建設施施工模擬演練，優化并輔助施工部署。

3.1 施工區域布置及總體布局安排

應用BIM可提前劃分施工區域、布置總體平面，提前發現施工區域劃分不合理等問題，以指導施工，避免因不合理的設計和方案浪費成本。利用BIM模型綜合布設不同施工階段場區內的大型機械設備、加工場區、施工道路、綠色文明施工設備、標識標牌等，以確定最優場地布置方案，提高場地利用率、減少拆改。不同階段場地布置如圖1所示。

圖1 不同階段場地布置

3.2 BIM模型三維可視化

通過BIM構建學部樓三維可視化模型，如圖2所示，可明確施工區域、生活區、辦公區界限，避免閑雜人等闖入施工現場，造成安全施工問題。通過三維可視化模型可讓工作人員通過移動終端實現漫游，提前了解場地布置，同時指導施工并加強安全教育。

圖2 學部樓三維可視化模型

3.3 臨建設施工模擬演練

通過BIM構建臨建設施三維模型，包括洗車池、班前講平臺、太陽能路燈、二級配電箱、霧炮機、地磅及磅房、塔式起重機、成品式圍擋、人車分離護欄、鋼筋加工棚及小型設備。通過構建模型可進行周圍臨建設施模擬演練，優化并輔助施工部署。

3.4 管線綜合布置

該項目地下2,3層為車庫，其中大量機電管線匯聚于地下2層，各專業管線在寬僅2.4m的狹長走廊內交錯，管線綜合排布、空間凈高壓力極大。利用BIM綜合設計管道，可優化整個管道布置，在滿足設計規范及施工可行性的同時，減少不必要的返工，同時使整個空間簡潔美觀。管道BIM模型如圖3所示。

圖3 管道BIM模型

3.5 圖紙深化設計

1)結構深化 鋼筋混凝土結構中經常出現主次梁與梁柱節點碰撞、梁縱筋凈距不足等問題，通過BIM技術可直觀體現構件中鋼筋排布的三維空間情況，通過BIM進行深化設計，可使鋼筋排布更加合理，從而減少施工錯誤率和施工過程中的設計變更。主次梁保護層厚度修正后如圖4所示。

圖4 主次梁保護層厚度進行修正

結構深化設計包括二次結構設計、預留孔洞設計、預埋件設計等。創建預埋件BIM模型與相關專業模型進行協調，可提高預埋件位置的正確性，避免錯、漏等問題。施工前，利用BIM建模提前確定型鋼懸挑腳手架與預留孔洞位置，可避免施工中發生錯誤、返工、碰撞問題。洞口預留如圖5所示。

圖5 洞口預留

2)碰撞檢查 通過整合土建、結構、機電專業模型，可全面檢驗專業問題，如專業間的沖突、構件標高偏差、建模失誤或圖紙中隱含的設計問題等，并生成圖紙檢查報告。整合各專業模型后，使用Navisworks進行碰撞檢查，并在模型中對碰撞位置進行調整，再根據圖框標準繪制預留洞口圖，以指導現場施工。如圖6所示，可利用BIM技術，提前發現管道碰撞或凈高不合理的位置，并做出相應安排。

圖6 管道調整前后對比

4 BIM在項目中的綜合應用

為充分發揮BIM優勢，響應國家對建筑業升級轉型的要求，在BIM應用上有如下創新。

4.1 BIM在土方工程中的應用

1)通過BIM建立場地基礎結構施工模型，可直觀展示各構件的組成，以指導施工。

構建樁基模型后進行施工模擬，可導出各樁基算量明細表，以計算模型量，再提取工程量，通過組價完成工程造價，減少算量誤差、提高工作效率。

2)通過構建基坑邊坡支護三維參數化模型，可在設計階段提前發現不合理的支護方案，指導施工、進行技術交底。通過導出的模型參數可計算土釘墻與錨桿工程量，作為造價預算的參考。邊坡支護模型如圖7所示。

圖7 邊坡支護模型

應用BIM構建深淺基坑開挖模型，對基坑1,2層土方開挖、土方回填進行施工模擬，便于及時發現不合理的施工順序，及時優化機械車輛施工位置與進出路徑，避免開挖過程中擾動基坑，影響地基承載力。同時，通過三維參數化模型可導出挖方與填方工程量，有助于掌控開挖平衡，避免土方浪費，把控成本。深淺基坑開挖模型如圖8所示。

圖8 深淺基坑開挖模型

4.2 BIM在綠色施工中的應用

應用BIM技術進行建筑垃圾處理與資源再生利用，可實現太陽能利用、抑制建筑灰塵、控制噪聲，實時監控評價綠色施工體系。

結合BIM與現代設備可實時監測施工現場，建立BIM平面布置模型分區域儲存，可分類處理建筑垃圾。結合BIM與Ecotect Analysis軟件可分析施工現場光熱條件，充分利用太陽能等新型能源。通過在現場安裝粉塵檢測和噪聲檢測設備，可將現場情況實時傳輸到BIM信息管理平臺，便于及時采取處理措施。通過三維掃描技術、AI圖形分析技術，將綠色施工成果轉化為可視化模型，經過BIM模型比對，進行實時調整與改正，形成綠色施工監測評價體系。

4.3 BIM在安全管理中的應用

傳統安全管理中，對危險點的判定和保護措施的布置都依賴于施工管理人員個人經驗，因此，各施工區域的危險源較模糊。施工總承包單位在安全管理實施過程中，通過創建三維模型，使施工人員提前感知、預測危險點，可快速在危險區域布置防護設施模型，將安全死角進行可視化呈現。

由于部分施工人員難以準確識別分部工程危險源，嚴重情況下會引發安全事故，本項目利用Lumion軟件仿真模擬施工人員行走路線，并將危險源信息標注在建筑模型上，通過辨認，施工人員能清晰判斷每道施工工序存在的安全風險，進而采取預防措施，消除安全隱患。

4.4 BIM在進度安排中的應用

總承包單位根據BIM進度安排控制整個工程進度。在設計過程中，通過三維可視化和信息協作輔助分析、優化計劃進度，若進度拖后，可進行合理調整，以保證按計劃進度開展。同時，進度計劃跟蹤需在進度計劃軟件中輸入進度信息與成本管控內容，輸入數據并同步到施工進度仿真中，動態顯示進度方案實施狀況。通過 BIM 4D平臺和Navisworks軟件模擬施工進度，并對比計劃進度與實際進度。基于BIM的施工進度控制流程如圖9所示。

圖9 施工進度流程

5 結語

本文開始總結了BIM技術在項目施工中的應用，然后以中國人民大學通州校區學部樓為案例詳細論述了BIM技術在公用建筑中的基礎應用與創新應用，得出以下成果。

1)目前，BIM在住宅建筑中應用廣泛，也取得較高的工程價值，但在創新應用、智慧工地應用方面缺乏研究與實踐。

2)在該項目中應用BIM技術，提高了施工管理效率，嚴格把控了施工成本。

3)通過BIM在該項目中的創新應用，為實現綠色施工、構建智慧工地提供寶貴經驗。