建筑工程管理中的BIM技術(shù)應(yīng)用

巫建標(biāo)（湖州新城悅安房地產(chǎn)開發(fā)有限公司，浙江湖州 313100）

當(dāng)前建筑行業(yè)正逐漸向低功耗、低污染、可持續(xù)方向發(fā)展，針對(duì)建筑工程的管理涉及建筑、結(jié)構(gòu)、給排水、暖通等各個(gè)方面[1]。同時(shí)，當(dāng)前針對(duì)建筑工程管理的要求也逐漸提高，但由于建筑工程企業(yè)缺少現(xiàn)代化信息共享手段，以及為管理提供幫助的協(xié)同管理平臺(tái)，因此在管理建筑工程項(xiàng)目各項(xiàng)工序時(shí)，仍然會(huì)產(chǎn)生較多的問題，制約管理水平的提升[2]。同時(shí)，當(dāng)前社會(huì)已進(jìn)入信息化時(shí)代，促進(jìn)各類信息化技術(shù)手段在各個(gè)行業(yè)領(lǐng)域中的應(yīng)用，對(duì)于工業(yè)制造、電子信息行業(yè)而言，其應(yīng)用效果更是顯著，并為其管理手段及方式帶來具有革命性質(zhì)的轉(zhuǎn)變[3]。為了能夠進(jìn)一步促進(jìn)信息化技術(shù)在建筑領(lǐng)域中的應(yīng)用有效性提升，本文以某建筑工程項(xiàng)目為例，開展對(duì)信息技術(shù)中的BIM技術(shù)應(yīng)用研究。

1 工程概況

在明確研究目的后，以某建筑工程項(xiàng)目為例，針對(duì)具體項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)對(duì)BIM技術(shù)應(yīng)用的探究。已知該建筑工程項(xiàng)目位于某城市中心東北區(qū)域，是城市中心與東部板塊相互連接的關(guān)鍵點(diǎn)，同時(shí)也是該城市東部板塊的主要門戶區(qū)域[4]。在該區(qū)域當(dāng)中，將保留現(xiàn)有建筑，對(duì)該區(qū)域內(nèi)存在的剩余住宅、工業(yè)建筑以及公共建筑等質(zhì)量較差的內(nèi)容作為改造重點(diǎn)[5]。圖1中紅色圈出位置為本文建筑工程項(xiàng)目改造區(qū)域。

該工程項(xiàng)目總占地面積超過20公頃，其中包括住宅區(qū)域、商業(yè)及綜合樓建筑群、學(xué)校、幼兒園、社區(qū)中心等。通過對(duì)該項(xiàng)目所在區(qū)域進(jìn)行勘查得出，該區(qū)域夏季風(fēng)向主要以西北風(fēng)為主，溫度在20℃左右，相對(duì)濕度在40%～55%范圍內(nèi)[6]。冬季主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)槲黠L(fēng)，溫度通常在0℃以下，相對(duì)濕度在20%～30%范圍內(nèi)。通過對(duì)該項(xiàng)目區(qū)域現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查得知，在夏季建筑可以充分利用室外風(fēng)場(chǎng)實(shí)現(xiàn)自然通風(fēng)，并且能夠達(dá)到有效降低室內(nèi)熱濕負(fù)荷的目的。

圖1 建筑工程項(xiàng)目改造區(qū)域劃分圖

2 建筑工程管理中的BIM技術(shù)應(yīng)用

2.1 建筑工程施工深化設(shè)計(jì)

為實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑工程項(xiàng)目的規(guī)范化與秩序化管理，應(yīng)結(jié)合BIM技術(shù)在工程中的應(yīng)用，進(jìn)行項(xiàng)目施工的深度優(yōu)化設(shè)計(jì)?？紤]到本文研究的建筑工程項(xiàng)目節(jié)點(diǎn)較多，加之設(shè)計(jì)院為其提供的施工圖紙精細(xì)化程度不足，為避免在施工中出現(xiàn)節(jié)點(diǎn)沖突問題，應(yīng)在施工前，根據(jù)建筑工程參數(shù)與屬性，在計(jì)算機(jī)上創(chuàng)建一個(gè)族文件，文件中應(yīng)包括施工中不同構(gòu)件的尺寸信息、應(yīng)力分布信息、材質(zhì)信息、價(jià)格信息等[7]。同時(shí)，根據(jù)項(xiàng)目施工管理需求，進(jìn)行族文件的校對(duì)與修訂，并對(duì)施工中不同構(gòu)件進(jìn)行應(yīng)力傳遞。通過此種方式，掌握不同構(gòu)件在建筑結(jié)構(gòu)中的受力情況，確保按照預(yù)設(shè)的方式施工可以保障建筑結(jié)構(gòu)的安全性[8]。對(duì)構(gòu)件應(yīng)力分布的分析可表示為式（1）。

式中σ-建筑工程施工中某節(jié)點(diǎn)構(gòu)件的應(yīng)力；

W-有效受力面積；

A-正向應(yīng)力。

按照上述方式，完成對(duì)建筑結(jié)構(gòu)中不同節(jié)點(diǎn)構(gòu)件應(yīng)力的分析，在終端操作可視化建模軟件，設(shè)計(jì)不同節(jié)點(diǎn)構(gòu)件的結(jié)構(gòu)模型，如圖2所示。

圖2 建筑工程項(xiàng)目中不同節(jié)點(diǎn)構(gòu)件的結(jié)構(gòu)模型示意圖

圖2中，A代表復(fù)雜節(jié)點(diǎn)族結(jié)構(gòu)模型，B代表環(huán)索節(jié)點(diǎn)族結(jié)構(gòu)模型，C代表張拉索節(jié)點(diǎn)族結(jié)構(gòu)模型。將構(gòu)建的結(jié)構(gòu)模型與模型相關(guān)參數(shù)錄入ANSYS有限元分析軟件中，對(duì)不同位置的構(gòu)件進(jìn)行彈性與塑性分析，通過此種方式，保證設(shè)計(jì)的建筑結(jié)構(gòu)力學(xué)模型與建筑工程實(shí)體結(jié)構(gòu)具有一致性。在此基礎(chǔ)上，對(duì)建筑模型的空間結(jié)構(gòu)進(jìn)行校驗(yàn)，按照預(yù)設(shè)的施工方案檢查此建筑結(jié)構(gòu)的施工是否符合規(guī)范，如果校驗(yàn)后設(shè)計(jì)的方案與工程實(shí)際匹配，則可以導(dǎo)出方案直接進(jìn)行后續(xù)施工。如果校驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)方案與工程實(shí)際施工存在沖突，則需要根據(jù)沖突方式進(jìn)行節(jié)點(diǎn)的調(diào)整，通過此方式實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑工程施工的深化設(shè)計(jì)。

2.2 工程進(jìn)度可視化管理

工程進(jìn)度管理是建筑工程管理中的主要環(huán)節(jié)之一，為確保管理工作的規(guī)范化實(shí)施，確保工程項(xiàng)目可以在預(yù)期的時(shí)間內(nèi)完成施工?？蓪?gòu)建的建筑結(jié)構(gòu)空間模型錄入BIM軟件，根據(jù)提前編制的工程施工進(jìn)度，將其與BIM軟件進(jìn)行對(duì)接，將工程施工進(jìn)度信息以附加或集成的方式導(dǎo)入三維模型中，生成一個(gè)具有可視化特點(diǎn)的4D施工模型。設(shè)計(jì)4D施工模型的過程可通過式（2）實(shí)現(xiàn)。

式中||z-4D施工模型；

x-3D施工模型橫向參數(shù)；

y-縱向參數(shù)。

在上述設(shè)計(jì)內(nèi)容的基礎(chǔ)上，模擬基于BIM軟件的建筑工程項(xiàng)目施工進(jìn)度，模擬過程由5個(gè)關(guān)鍵步驟構(gòu)成：①將BIM空間模型錄入可視化編輯軟件；②編制建筑工程項(xiàng)目的施工進(jìn)度與工程計(jì)劃；③銜接施工進(jìn)度模型與BIM建筑結(jié)構(gòu)模型，生成4D建筑結(jié)構(gòu)模型；④使用操作界面中的輔助性工具編制施工進(jìn)度模擬動(dòng)畫；⑤根據(jù)工程施工實(shí)際情況進(jìn)行進(jìn)度優(yōu)化。

設(shè)計(jì)進(jìn)度模擬流程如圖3所示。

圖3 建筑工程項(xiàng)目施工進(jìn)度模擬流程圖

在項(xiàng)目施工進(jìn)度監(jiān)控時(shí)，可輔助使用RFID技術(shù)，進(jìn)行建筑中不同位置構(gòu)件狀態(tài)的提取、導(dǎo)入、上傳與更新，通過此方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)計(jì)劃進(jìn)度與實(shí)際進(jìn)度的匹配。同時(shí)，操作終端Navisworks軟件，使用不同顏色進(jìn)行不同位置建造狀態(tài)的描述，掌握施工中不同構(gòu)件的建造進(jìn)度，根據(jù)實(shí)際建造進(jìn)度與預(yù)期進(jìn)度之間的時(shí)間差，對(duì)工程項(xiàng)目中存在延誤狀態(tài)的構(gòu)件及時(shí)報(bào)警，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)建筑工程項(xiàng)目施工中的進(jìn)度管理。

2.3 基于BIM技術(shù)的建筑工程施工動(dòng)態(tài)管理

完成上述設(shè)計(jì)后，輔助BIM技術(shù)，對(duì)建筑工程項(xiàng)目的施工過程進(jìn)行動(dòng)態(tài)模擬，考慮到本文此次研究的工程項(xiàng)目具有規(guī)模大、施工難度高等特點(diǎn)，因此，要在預(yù)期時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)對(duì)工程的全方位管理，應(yīng)將工程相關(guān)信息錄入計(jì)算機(jī)終端，在終端操作Project軟件，編制完善的工程管理計(jì)劃書。同時(shí)，使用Navisworks對(duì)工程的時(shí)間節(jié)點(diǎn)（施工進(jìn)度節(jié)點(diǎn)）、空間節(jié)點(diǎn)（不同位置構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)軌跡）進(jìn)行集成，此過程如圖4所示。

通過此種方式，可以更加直觀地在工程施工過程中進(jìn)行項(xiàng)目的管理。

在此基礎(chǔ)上，將完成施工的預(yù)制構(gòu)件或結(jié)構(gòu)屬性信息按照標(biāo)準(zhǔn)錄入構(gòu)件庫，對(duì)構(gòu)件進(jìn)行編碼，完成編碼后，將相關(guān)信息與4D模型進(jìn)行適配，以此實(shí)現(xiàn)基于BIM技術(shù)對(duì)建筑工程項(xiàng)目在管理過程中相關(guān)信息的傳遞。為避免在管理中出現(xiàn)信息丟失等方面的問題，可將存儲(chǔ)的信息進(jìn)行電子標(biāo)注，標(biāo)注過程見式（3）。

式中k-構(gòu)件的電子標(biāo)注；

f-構(gòu)件編碼；

i-構(gòu)件庫信息類別。

按照上述方式進(jìn)行構(gòu)件的標(biāo)注，可以實(shí)現(xiàn)在施工過程中對(duì)不同節(jié)點(diǎn)構(gòu)件的追蹤，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑工程細(xì)部結(jié)構(gòu)的管理。綜上，完成基于BIM的建筑工程管理。

圖4 基于BIM技術(shù)的建筑工程施工動(dòng)態(tài)模擬

3 實(shí)例分析

通過上述論述，明確了BIM技術(shù)在建筑工程管理中的具體應(yīng)用思路，在此基礎(chǔ)上為進(jìn)一步驗(yàn)證設(shè)計(jì)思路的可行性，對(duì)上述某建筑工程項(xiàng)目在應(yīng)用新的管理思路后的實(shí)際效果進(jìn)行記錄和分析，為方便分析，選擇將建筑工程施工進(jìn)度作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，獲取不同專業(yè)施工內(nèi)容在設(shè)計(jì)方案中的計(jì)劃工期，并將按照上述方法管理后完成的各項(xiàng)專業(yè)施工任務(wù)實(shí)際工期進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果見表1。

表1 本文管理方法下各專業(yè)施工任務(wù)完成情況記錄表

從表1可以看出，與計(jì)劃工期相比，每種專業(yè)施工任務(wù)的實(shí)際工期均縮短了4d～15d，其中空調(diào)專業(yè)施工任務(wù)工期進(jìn)度體現(xiàn)最明顯，提前了近半個(gè)月的時(shí)間。從上述得出的結(jié)果可以看出，按照本文提出的管理方法針對(duì)建筑工程項(xiàng)目進(jìn)行實(shí)際管理時(shí)，其施工工期與計(jì)劃工期相比總工期縮短了38d，說明本文管理方法具有極高的應(yīng)用可行性。在實(shí)際應(yīng)用中，將BIM技術(shù)應(yīng)用到管理方法中能夠在確保施工質(zhì)量和施工安全的前提條件下，確保施工在計(jì)劃施工進(jìn)度要求以內(nèi)，促進(jìn)施工效率的提升。同時(shí)，施工工期縮短，相應(yīng)施工成本也會(huì)降低。表2為每一項(xiàng)專業(yè)施工任務(wù)由于工期縮短而節(jié)省的費(fèi)用組成記錄。

表2 工期縮短后各工序節(jié)省費(fèi)用記錄表

根據(jù)表2綜合計(jì)算得出，應(yīng)用BIM技術(shù)后，縮短的38d工期共節(jié)約53500元施工成本，其中包含人工費(fèi)、施工設(shè)備租賃費(fèi)等。

4 結(jié)語

通過本文上述論述研究，以某建筑工程項(xiàng)目作為依托，對(duì)其管理方法中應(yīng)用BIM技術(shù)進(jìn)行了詳細(xì)研究，通過對(duì)管理效果的分析證明，將BIM技術(shù)應(yīng)用到工程項(xiàng)目管理上，可有效提高各項(xiàng)專業(yè)施工工序的效率，并在此基礎(chǔ)上為施工企業(yè)節(jié)省更多人工費(fèi)和設(shè)備費(fèi)，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)效益的提升。在開展相類似建筑工程管理時(shí)，可借鑒本文提出的管理思路，并根據(jù)具體工程的實(shí)際情況，對(duì)部分內(nèi)容進(jìn)行調(diào)整，從而確保BIM技術(shù)在管理中的應(yīng)用更具適應(yīng)性，也以此進(jìn)一步擴(kuò)大BIM技術(shù)在建筑工程領(lǐng)域當(dāng)中的應(yīng)用范圍。