基于BIM技術(shù)的智慧建筑施工管理方法研究

郝永昌

（河南經(jīng)貿(mào)職業(yè)學(xué)院，河南 鄭州 450000）

0 引言

在城市化進(jìn)程不斷推進(jìn)、經(jīng)濟(jì)實(shí)現(xiàn)快速發(fā)展的時(shí)代背景下，建筑領(lǐng)域呈現(xiàn)出加速發(fā)展的態(tài)勢[1]，施工管理研究也開始受到越來越多的關(guān)注。在此背景下，如何將現(xiàn)代信息技術(shù)融入到工程管理中，實(shí)現(xiàn)公共管理的智慧化發(fā)展成為越來越關(guān)鍵的問題[2]。在建筑施工管理中，面臨的主要難點(diǎn)是施工的動(dòng)態(tài)變化是不可控且非規(guī)律性的，直接影響到相關(guān)管理工作難以實(shí)現(xiàn)對施工問題的有效預(yù)判，容易出現(xiàn)相關(guān)管理工作滯后，且對于異常情況的調(diào)整和適應(yīng)能力較差。但與傳統(tǒng)管理方法相比，在計(jì)算機(jī)技術(shù)的加持下，施工環(huán)境的信息更加立體直觀，相關(guān)管理工作的開展也更加具有宏觀色彩[3]。BIM技術(shù)作為一個(gè)結(jié)合了現(xiàn)代信息技術(shù)和建筑施工特性的信息交互平臺(tái)，不僅可以將建筑數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為具象化的內(nèi)容，也可以將施工過程中涉及的各個(gè)參建方進(jìn)行有機(jī)整合，使資源分配更加合理，并大幅提升有效利用率[4]。由此得出，將BIM技術(shù)應(yīng)用到建筑施工管理中具有較大的開發(fā)空間。

基于此，本文提出了一種基于BIM技術(shù)的智慧建筑施工管理方法，運(yùn)用BIM技術(shù)構(gòu)建建筑模型，結(jié)合實(shí)際施工情況對其進(jìn)行管理，并通過試驗(yàn)，驗(yàn)證了設(shè)計(jì)方法的有效性。

1 構(gòu)建施工建筑模型

在傳統(tǒng)的施工管理中，對于施工相關(guān)信息的管理分析都是通過人工操作的方式實(shí)現(xiàn)的，這種管理方法最直接的問題就是缺乏對施工動(dòng)態(tài)的考慮[5]。一旦實(shí)際施工出現(xiàn)明顯的變化時(shí)，后續(xù)相關(guān)管理內(nèi)容的調(diào)整不具有聯(lián)動(dòng)性，當(dāng)這種發(fā)生明顯變化的施工出現(xiàn)異常情況達(dá)到一定次數(shù)時(shí)，對整體建筑施工影響較大[6]。為此，本文為了實(shí)現(xiàn)智慧化的建筑施工管理，構(gòu)建了施工建筑模型，通過將實(shí)際施工信息輸入到模型中，對后續(xù)的相關(guān)管理工作進(jìn)行系統(tǒng)化調(diào)整，以此避免施工進(jìn)程波動(dòng)。

首先，利用BIM技術(shù)的Project對設(shè)計(jì)施工計(jì)劃以編制的形式輸入軟件中，并以實(shí)際的建筑數(shù)據(jù)參數(shù)為基礎(chǔ)搭建虛擬建筑模型。需要注意的是，施工管理的主要目的是在合理?xiàng)l件下對施工進(jìn)度進(jìn)行有效控制，因此本文設(shè)計(jì)的模型不僅包含原有建筑設(shè)計(jì)信息，還構(gòu)建了多元進(jìn)度模塊，各模塊各司其職，獨(dú)立運(yùn)行[7]。當(dāng)采集到的施工進(jìn)度信息輸入到模塊中時(shí)，會(huì)建立其與建筑模型之間的對應(yīng)關(guān)系，以此明確施工進(jìn)度是否需要實(shí)施糾偏處理。其中，本文設(shè)計(jì)的施工建筑模型如圖1所示。

圖1 施工建筑模型

從圖1中可以看出，本文設(shè)計(jì)的模型是由多種數(shù)據(jù)構(gòu)成的。數(shù)據(jù)屬性包括幾何、物理、功能3種，以此實(shí)現(xiàn)對建筑構(gòu)件本身特征的準(zhǔn)確描述[8]。考慮到隨著施工進(jìn)程的推進(jìn)，部分施工環(huán)節(jié)的施工條件、設(shè)備應(yīng)用及材料使用都會(huì)發(fā)生變化，因此擴(kuò)展數(shù)據(jù)是基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的延伸，其中包含項(xiàng)目管理產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)、技術(shù)數(shù)據(jù)、可利用資源數(shù)據(jù)。將基本數(shù)據(jù)與擴(kuò)展數(shù)據(jù)之間建立聯(lián)動(dòng)關(guān)系，相關(guān)管理工作的開展不會(huì)出現(xiàn)脫離實(shí)際的情況[9]。在構(gòu)建建筑模型的過程中，BIM技術(shù)的功能主要是將擴(kuò)展數(shù)據(jù)集成處理，降低模型的運(yùn)算量，在更新實(shí)際施工信息的同時(shí)，可以快速實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的定位。需要注意是，模型的構(gòu)建需要大量的擴(kuò)展數(shù)據(jù)支撐，因此利用BIM功能對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理時(shí)，需要確保數(shù)據(jù)的完整性。

通過以上方式，構(gòu)建出施工建筑的模型，為后續(xù)的施工管理工作提供可靠基礎(chǔ)。

2 智慧建筑施工管理方法設(shè)計(jì)

2.1 施工區(qū)塊拆分

為了實(shí)現(xiàn)對建筑施工的智慧管理，本文利用BIM技術(shù)的Revit對構(gòu)建模型進(jìn)行拆分。為了最大化施工效率，在互不影響的前提下實(shí)施多元施工是極為有效的一種方式。而現(xiàn)階段其未能充分發(fā)揮價(jià)值的關(guān)鍵在于對施工內(nèi)容的拆分存在一定提升空間，錯(cuò)誤的區(qū)塊化施工不僅不能提高施工效率，還會(huì)由于區(qū)塊之間的沖突使得施工進(jìn)度被延誤。為此，本文選取BIM技術(shù)的Revit對建筑模型進(jìn)行參數(shù)化處理。這種管理方法的特點(diǎn)是能夠充分體現(xiàn)出對建筑構(gòu)件的精細(xì)化分析，相關(guān)參數(shù)的修改更新更加智能化。在具體實(shí)施過程中，首先利用BIM引擎對模型的參數(shù)值進(jìn)行定量化，當(dāng)施工中的技術(shù)發(fā)生更改，或者技術(shù)使用戶發(fā)生改變時(shí)，與之相關(guān)聯(lián)的模型任何部分都會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的變更，并自動(dòng)映射到模型中對應(yīng)的位置視圖中，此時(shí)的關(guān)聯(lián)關(guān)系決定著變更參量。為了確保這種變更覆蓋建筑的所有施工細(xì)節(jié)，本文利用Revit對建筑中包括門、窗、墻、屋頂、樓梯等所有構(gòu)件進(jìn)行圖元管理，其中關(guān)于建筑細(xì)節(jié)的表述，主要是通過修改構(gòu)件的屬性信息實(shí)現(xiàn)的，如柱子的截面尺寸信息、門窗的尺寸信息、墻體的高度、厚度信息等。

在圖元管理的基礎(chǔ)上，對不存在交叉關(guān)系的建筑內(nèi)容進(jìn)行拆分。對于部分大型建筑而言，其設(shè)備的庫存儲(chǔ)備相對充足，此時(shí)則以不同拆分區(qū)塊施工的實(shí)際設(shè)備需要為基礎(chǔ)，以拓展數(shù)據(jù)中對應(yīng)設(shè)備的數(shù)量為上限，對建筑施工進(jìn)行拆分。建筑構(gòu)件之間本身也是存在內(nèi)在的智能關(guān)聯(lián)性的，因此本文對施工進(jìn)行管理的原則是實(shí)體構(gòu)件的依賴性不被破壞的結(jié)果。根據(jù)模型顯示的總體施工量、涉及施工構(gòu)件的數(shù)量及施工人員的基礎(chǔ)配置要求，實(shí)施個(gè)性化的施工管理。

2.2 施工管理實(shí)現(xiàn)

首先按照建筑施工的預(yù)期工期對建筑模型的施工進(jìn)度執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，在此基礎(chǔ)上，定位到每個(gè)拆分模塊的可執(zhí)行施工時(shí)間。對于存在先后順序的施工區(qū)塊，要求以先施工區(qū)塊為主要資源投放區(qū)域，避免由此引發(fā)的施工滯后問題。其次，對施工資源具體分配調(diào)度管理。通過將每天的施工信息輸入到BIM模型中，統(tǒng)計(jì)其與設(shè)計(jì)進(jìn)度執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)之間的差異，當(dāng)其進(jìn)度未達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，通過基礎(chǔ)數(shù)據(jù)中的具體參數(shù)，分析出現(xiàn)這種情況的原因，對相應(yīng)的資源給予適當(dāng)補(bǔ)充，其補(bǔ)充的標(biāo)準(zhǔn)為該區(qū)塊更新后的施工進(jìn)度執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)。新的施工進(jìn)度執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)是在總工期不變的條件下對剩余施工任務(wù)的平均計(jì)算，以此確保施工進(jìn)度的合理推進(jìn)。另外一種情況是實(shí)際施工進(jìn)度大于設(shè)計(jì)施工進(jìn)度執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)，出現(xiàn)該情況時(shí)分為3種管理方法，第一種，其他區(qū)塊進(jìn)度符合設(shè)計(jì)施工進(jìn)度執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)，無須對其進(jìn)行額外調(diào)整；第二種，其他區(qū)塊進(jìn)度存在未設(shè)計(jì)施工進(jìn)度執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)的情況，將超額區(qū)塊的資源向未達(dá)標(biāo)區(qū)塊進(jìn)行調(diào)整，調(diào)整同樣為更新后的施工進(jìn)度執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)；第三種，其他區(qū)塊進(jìn)度也存在超額達(dá)成設(shè)計(jì)施工進(jìn)度執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)的情況，則認(rèn)為總體施工效率大于施工進(jìn)度執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)階段的預(yù)期。按照實(shí)際施工體現(xiàn)出的效率對相關(guān)施工人員和設(shè)備進(jìn)行適當(dāng)削減，其標(biāo)準(zhǔn)同樣是更新后的施工進(jìn)度執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)。對于新標(biāo)準(zhǔn)的計(jì)算以剩余施工量、施工時(shí)間為基礎(chǔ)，結(jié)合現(xiàn)有施工效率進(jìn)行。

通過以上方式，實(shí)現(xiàn)對建筑施工的動(dòng)態(tài)智慧化管理，確保施工按期完成，且施工效率實(shí)現(xiàn)價(jià)值最大化。

3 應(yīng)用分析

為了解本文設(shè)計(jì)建筑施工管理方法的實(shí)際應(yīng)用效果，進(jìn)行了試驗(yàn)測試。

3.1 應(yīng)用環(huán)境概況

進(jìn)行管理測試的工程為某5層的居民住宅樓建筑。建筑的總高度為15.5 m，建筑總面積960.3 m2，總占地面積442.0 m2，建筑的俯視空間為18.6 m×12.0 m。其中，5層建筑均為地上建筑，層高為3.1 m。在設(shè)計(jì)初期，預(yù)計(jì)使用年限為70年，因此要求建筑的耐火等級為二級標(biāo)準(zhǔn)，建筑結(jié)構(gòu)的安全等級也要達(dá)到二級標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)建筑的抗震等級不低于六級。考慮到建筑所處環(huán)境的氣候特征，建筑防水有效使用年限設(shè)置為12年，對應(yīng)屋面的防水等級要達(dá)到二級標(biāo)準(zhǔn)。在此基礎(chǔ)上，對建筑進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，其基礎(chǔ)為獨(dú)立柱結(jié)構(gòu)，地基基礎(chǔ)為丙級。獨(dú)立柱承臺(tái)混凝土的強(qiáng)度等級為C30。建筑的整體主體結(jié)構(gòu)為現(xiàn)澆框架，包括柱、梁、板、樓梯。建筑的外墻采用300 mm厚混凝土的空心磚搭建，內(nèi)墻采用200 mm厚混凝土空心磚搭建。為了滿足建筑的應(yīng)力需求，框架柱強(qiáng)度等級為C25，其余框架強(qiáng)度等級為C30。柱截面的尺寸為600 mm×600 mm，梁截面的尺寸為250 mm×500 mm，其 中 的 鋼 筋 材 料 為HPB235，HRB335，HRB400。以此為基礎(chǔ)，工程的預(yù)期工期為60 d，運(yùn)用BIM技術(shù)構(gòu)建該建筑的模型如圖2所示。

圖2 BIM技術(shù)構(gòu)建建筑模型

將該工程的施工過程作為測試對象，利用本文設(shè)計(jì)方法進(jìn)行管理，分別從施工進(jìn)度和人工成本方面對其管理效果進(jìn)行分析。

3.2 管理效果分析

在上述基礎(chǔ)上，采用本文設(shè)計(jì)的方法對建筑施工進(jìn)行管理，Revit軟件使用情況如圖3所示。

圖3 使用Revit軟件管理建筑施工

具體的施工順序及相關(guān)評價(jià)指標(biāo)的數(shù)據(jù)結(jié)果見表1。

從表1中可以看出，在本文設(shè)計(jì)的施工管理方法下，工程竣工時(shí)間與預(yù)期時(shí)間一致，實(shí)現(xiàn)了在60 d內(nèi)完成建筑項(xiàng)目的目標(biāo)，并未出現(xiàn)超期的情況，且施工的人工總成本為23.75萬元，按照現(xiàn)有的建筑規(guī)模及投入產(chǎn)出比對其進(jìn)行分析，其實(shí)現(xiàn)了施工人員的高效利用，施工效率的價(jià)值得到了充分發(fā)揮。表明本文設(shè)計(jì)的管理方法在實(shí)際工程管理中具有良好的應(yīng)用效果。

表1 建筑施工管理效果

4 結(jié)語

建筑施工行業(yè)的發(fā)展使施工管理工作逐漸受到重視，其不僅關(guān)系到施工質(zhì)量、施工進(jìn)度，同時(shí)也與建筑施工成本之間有著密切的聯(lián)系。隨著建筑規(guī)模的多元化、建筑設(shè)計(jì)的復(fù)雜化，實(shí)現(xiàn)對施工環(huán)境的有效管控需要對整體施工內(nèi)容有更加清晰的認(rèn)知，本文提出基于BIM的智慧建筑施工管理方法研究，實(shí)現(xiàn)了對施工進(jìn)程及人員配置的有效管控，為建筑企業(yè)的管理工作提供有價(jià)值的參考。