BIM+GIS技術在既有建筑節能改造中的應用

高洪政

(中鐵十四局集團建筑工程有限公司，山東 濟南 250000)

1 概述

當前，我國正大力推進碳中和和碳達峰，推動經濟社會綠色發展，建筑節能是全社會重點關注的領域之一。許多城鎮都在進行老舊小區改造工程，這不僅是重大民生工程，也是滿足人民群眾對美好生活向往的民心工程。在我國95%以上老舊建筑是高能耗建筑，隨著城鎮化進程的不斷加速，居民對生活條件的改善和居住舒適度要求不斷提高，加之當前國家對節能減排工作的重視，推進城鎮老舊小區建筑節能改造是當前的重中之重[1]。將BIM+GIS技術應用于城市改造中，將形成建筑改造、提升、運營管理新模式。通過將信息進行集成化、智慧化管理，提升管理效率、降低運營的人力成本，為建筑用戶提供更優質的運營服務。可通過BIM+GIS在建筑的設施設備信息管理、空間管理、應急響應、建筑運營服務等方面提供完善的信息化支撐和直觀高效的管理手段。

2 工程實例

淄博市既有居住建筑節能改造項目，抗震和結構安全性能較好，本次改造建筑面積約300萬m2，按照節能標準75%要求。改造的主要內容為外墻保溫、屋面保溫、外窗更換、地下室頂板保溫以及樓宇門更換等工程。項目改造規模大、施工區域廣、作業面多、管理難度大、工期緊、安全風險高、材料用量大，通過BIM+GIS技術著力解決施工中的重難點。

3 城市老舊小區改造的難點

3.1 現場環境復雜

老舊小區改造建筑建設時間集中在二十世紀七八十年代，樓體多為磚混結構，竣工時間長，沉降、開裂、結構變形嚴重，陽臺、挑檐等部位風化破損嚴重；由于老舊建筑結構變形，導致窗戶洞口尺寸不一，對窗戶加工難度大，現場進行窗戶更換施工時，窗框、玻璃分類存放，由于尺寸不同，管理難度大，老舊小區樓體分布不規則，樓體間距小，無法滿足大型機械設備作業空間[2-3]。

3.2 施工規模大，工期緊

根據淄博市市政府、住建局要求，我項目負責淄博市淄川區約300萬m2的改造任務，需改造老舊小區約350個，老舊建筑約1 500棟。淄川區作為淄博市老城區，基礎設施破舊，環境尤為復雜，老舊建筑建成時間早，違建眾多，原有建筑圖紙缺失，現場人工復測周期長、效率低、數據可靠性差。

4 BIM+GIS技術應用成效

4.1 基于無人機傾斜攝影技術應用

針對大規模老舊小區進行改造，要對建筑物進行立面圖繪制。傳統方式是測量人員利用測距儀、全站儀根據建筑物特征點進行測量繪制，效率慢、工期長、容易受樓體周圍環境和天氣等因素影響，并且在遇到復雜結構樓體無法完整獲取其各個立面數據，特殊節點部位量測精度難有保障。項目通過無人機傾斜攝影技術完成施工區影像數據采集，利用GPS-RTK技術完成地面像控點測量，利用photoscan進行空中三角測量，利用ContextCapture集群建模方式建立施工區實景三維模型，基于實景三維模型進行老舊小區樓體面積量測、窗戶面積測量、距離量測等工作。這些技術較傳統方式，效率提升了5倍以上，并可進行快速大面積測量，獲取觀測目標的海量數據，而且細部描述精確，幾乎沒有累計誤差。

4.2 基于傾斜攝影模型的GIS數據測量

GIS數據測量流程如圖1所示。首先，通過無人機傾斜攝影技術，生成老舊小區實景三維模型(如圖2所示)，利用EPS地理信息工作站對將要進行改造的樓體各個立面進行精確測量(如圖3所示)，導出CAD格式圖紙(如圖4所示)，通過對比該方法與傳統測量數據精度，實景三維數據精度可以控制在厘米級，測量效率提升80%以上，傾斜攝影技術在城市大規模老舊小區改造中具有顯著優勢。

4.3 基于精準三維數字化模型的BIM造價模式

根據已有繪制的CAD圖紙與業主要求，創建項目施工范圍內小區樓宇外部模型(如圖5所示)，要求能夠精確提取以下部位的工程量，并提供清單數量表。基于精準三維數字化模型的BIM造價模式，運用BIM技術精準的計量和前瞻性的技術全過程成本管理，降低工程成本，提高建設效率。

4.4 基于BIM協同管理平臺的施工現場應用

運用BIM管理協同平臺(如圖6所示)能夠實現專業間數據交互，保證交付數據的及時性、一致性、安全性和可靠性。借助平臺，工程的施工信息、內業資料、工程影像等數據一目了然[4-5]。

4.4.1 BIM協同管理-窗戶信息化管理

老舊小區改造中，門窗更新改造占有很大比重。BIM平臺解決窗戶尺寸的多樣性，為確保窗戶的準確加工、安裝，采用物料跟蹤手段，對門窗的尺寸、生產、運輸、安裝等進行全過程信息化管理，確保項目施工準確無誤(見圖7)。

4.4.2 BIM協同管理-設備管理

運用BIM平臺設置重要設備的進場時間、施工信息、專項方案信息、現場操作人員證件、設備相關合格證書、保養維護時間提醒、安全預警等信息及時上傳平臺形成數據庫，可隨時查看(如圖8所示)。

4.4.3 BIM協同管理-數據管理

對窗戶、外立面、屋頂的施工質量、掛籃等設備的安全進行管控(如圖9所示)，將現場質量安全問題拍照上傳到云端與 BIM 模型對應的位置關聯并通知相關責任人整改，責任人整改后將結果發回云端模型對應位置形成安全質量管理閉環，一鍵打印安全質量管理報告，形成安全質量管理大數據。

5 應用與評價

淄川區內老舊小區大部分建于20世紀80年代，無論是繼續使用年限，還是建筑外形，都無法滿足新時期建筑結構及節能減排的要求，通過BIM+GIS技術的應用，取得了良好的效果。1)BIM+GIS技術可以對建筑結構進行數據建模，從而發現內部結構是否出現變化，進一步確定材料性能與整個建筑結構能否達到一致。2)可以更為直觀地檢測出建筑結構的多元化信息，及時作出應對措施。例如，利用激光掃描技術，可以將建筑結構中所呈現出的各類參數及結構內部缺陷進行全方位映射，保證參數之間的對接性。后期若還要進行改造，能夠結合參數變化，設定出相對應的計劃措施，而且有利于工程維修。3)可進行實時數據變更，將整個改造過程進行數字化羅列。以成本控制為例，通過BIM軟件的圖表生成功能，可以將各工序的材料和人工消耗進行數據統計，分析出不同價格參數所產生的損耗率，通過與基準數據庫進行比對，快速進行成本核算，找出各類超標數據，為總消耗量的確定及下一步人工、材料、機具等的控制重點提供數據支撐[6-7]。

6 結語

本工程首次提出了BIM+GIS智慧建造技術在老舊小區節能環保改造中的應用，通過BIM+GIS技術的應用，為項目快速高效形成三維點云模型、精確出具相關圖紙、核算工程數據，并且與BIM技術、VR技術、智慧施工、智能管理、能耗分析、環保改造等結合，實現了老舊小區改造的全生命周期管理。通過多種測繪軟件及信息處理平臺的聯合使用，克服了傳統設計信息傳遞效率低下、周期長、精度差的弊端，減少了改造設計的時間，節約了設計成本，加快了施工進度，適用于老舊小區節能環保改造施工的需求。將該技術應用于其他類似改造工程施工項目，可大大提高施工效率，為工程建設的順利進行提供有力的安全、質量、工期保障。