BIM技術在工業建筑工程施工管理中的應用分析

孫大鵬

近年來，建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）技術是建筑工程設計、施工及管理工作中應用最為廣泛的一類技術，具有可視化、協調性、優化性等諸多優點，對提升建筑工程建設質量發揮了重要的作用。工業建筑與民用建筑存在諸多差異性，BIM 技術的應用要點及注意事項也會有所不同，需要結合具體情況，對BIM 技術在工業建筑工程施工管理中的應用做進一步探究。

1 案例概況

某地擬新建一座污水處理廠，總占地面積約為5 萬m2，包含多座工業建筑。根據實際的污水處理工藝，整個項目包括二級泵房、翻板濾池、加藥車間、脈沖澄清池、濃縮池、排泥排水池、清水池、脫泥污水池、生產調度中心以及其他附屬設施等。由于該污水處理廠的污水處理工藝相對較為復雜，且含有大量特殊設備，管線交叉情況較為嚴重，存在較高的管線碰撞風險，傳統設計模式具有諸多短板，難以滿足實際需要。考慮到以上問題，工程單位決定采用BIM 技術對該項目的施工全流程實施輔助管理。

2 應用BIM 技術建立污水處理廠模型

為確保應用BIM 技術建模的準確性，工程單位首先要開展前期準備工作。工作人員采用BIM 與地理信息系統（Geographic Information System，GIS）兩項技術聯合應用的方式進行現場勘查作業，為工程建設提供必要的信息基礎。其次，考慮到在該工程的GIS 模型設計中涉及二維和三維兩種類型的數據，因此在實際設計工作中，技術人員應用MapControl 和SceneControl 兩種控件分別調用數據庫中的二維圖層數據和三維場景數據，以實現二維和三維數據之間的聯動。在兩方面的數據執行聯動操作時，先由操作人員獲取二維窗體的中間點坐標，再根據該坐標計算出三維場景中的目標點位置，從而用平面場景的方式展示系統的三維場景。此環節免去了傳統環節的投影變換步驟，在GIS軟件界面上即可實現二維平面坐標和經緯度坐標的轉換[1]。最后，在對數據進行初步處理后，設計人員基于新一代的MapGIS10 平臺，對污水處理廠工程項目的三維應用系統進行整體布局。

前期準備工作完成后，設計人員結合前期數據、施工圖紙和具體工藝流程等內容，采用分部設計的方式，應用Revit軟件設計污水處理廠的各部分。對其中各個功能模塊，首先建立整體建筑的框架結構模型；其次建立各個分部建筑項目模型；再次建立建筑內的機電工程項目模型；最后建立整體模型并繪制場地平面圖紙，以完成模型的初步構建。

在整體模型建立后，技術人員導出該Revit 模型，轉入Navisworks 軟件進行碰撞檢測。考慮到污水處理廠的實際運行情況，本次僅對硬碰撞（即兩個構件實體在空間位置上相互交錯的情況）進行檢測。由此，技術人員在Navisworks軟件中加載模型，并開啟“碰撞檢查”功能，通過軟件對項目進行自動碰撞檢測，從而獲得系統生成的管理報告。碰撞檢測報告具體內容如表1 所示。

表1 碰撞檢測報告

依據此碰撞檢測結果，技術部門與設計部門、施工部門等進行統一協商，修改存在碰撞沖突的部分，以實現預期目標。在修改過程中，仍要基于BIM 技術，優化修改前后的管線模型對比如圖1所示。

圖1 優化修改前后的管線模型對比（來源：作者自繪）

3 應用BIM 技術進行施工管理的相關舉措

3.1 基于BIM 技術模擬施工過程

為切實提升本次施工的安全系數，施工開始前，首先應用BIM 技術模擬施工過程。技術人員基于已有的工程模型，調查施工現場的噪音、車輛進出頻率等信息，并結合施工圖紙確定建筑高度、施工塔吊位置等信息，再將這些數據信息全部輸入軟件中，由軟件對施工風險進行自動預測。預測結果發現，兩座施工塔吊位置存在一定沖突，可能導致風險，因此技術人員對其中1 座塔吊的位置進行調整，以消除隱患問題[2]。其次，技術人員還應用BIM 技術對后續的施工流程進行動態模擬。在該步驟中，技術人員將建筑模型調整為RVT 格式，使用Navisworks 軟件中的TimeLiner 功能，動態模擬工地施工狀態，并把控相關設備的運行情況。在此基礎上，技術人員進一步應用軟件中的4D 虛擬模型功能，同時在模型中搭建防墜落保護裝置，以提高安全管理水平。

3.2 基于BIM 技術進行特殊設備管理

本次施工預算環節中發現該污水處理廠中的1 臺關鍵設備——0.8t 攪拌機，因性能參數存在特殊性，其綜合單價并未及時登記于定額文件中。針對這一問題，工作人員基于BIM 技術，通過市場調研、問詢等方式，并根據已有經驗，確定該特殊設備在施工過程中人工、材料和機具3 方面的成本開支權重分別為0.45、0.32、0.23。技術人員應用Dynamo 軟件，將層次分析法（The Analytic Hierarchy Process，AHP）權重數據導入BIM軟件中，再根據模型和現場實際情況添加此模型參數，利用Excel 將已有數據快速轉換至MATLAB 軟件中進行計算，最終確定影響該環節造價的主要成本為人工成本。因此，工程單位研究后決定增加安裝機械設備以節約成本開支。應用此方法后，該設備安裝后的成本比預期成本減少了22%左右，充分證明了BIM 技術應用的有效性。

3.3 基于可視化的BIM 技術應用

在本次工程施工中，BIM 技術的可視化優勢也得到了充分應用。首先，工程單位技術人員基于BIM 技術的可視化特點，分析該工程的空間凈高，并基于模型的剖面圖確定各個空間位置的凈高。在應用BIM 技術對施工區域空間凈高進行分析后，該施工區域不同的空間凈高數據一目了然。基于此，工程單位優化調整了不同生產工藝的設備安裝運行區域，并合理排布了水管和供熱管線等，確保相關工藝流程能夠有條不紊運行[3]。施工現場管線排布工作如圖2 所示。

圖2 施工現場管線排布工作（來源：作者自攝）

其次，工程單位還應用BIM 軟件進行了施工預演。在此環節中，主要模擬各種設備和管線的安裝過程，工程設備安裝預演示意圖如圖3 所示。工程單位通過施工預演對施工人員進行直觀的技術交底工作，有效避免了以往因大量使用專業術語導致的技術交底工作效率不足等問題，并在后續施工環節中也發揮了重要作用。

圖3 工程設備安裝預演示意圖（來源：網絡）

3.4 應用BIM 技術進行工程質量管理

在本次工程施工期間，技術人員通過已建立的BIM 模型與現場施工情況進行比對，將BIM 模型應用于整體施工項目的監督管理中。通過這種比對方式，有效避免了施工錯誤，同時也最大程度上消除了不按照圖紙施工產生的風險問題[4]。另外，技術人員積極應用BIM 技術進行工程量分析，確保工程按要求完成。這方面的應用由工程單位的預算員和技術員共同協作完成，應用場景和具體方案如表2 所示。

表2 BIM 技術在工程量分析計算中的應用

3.5 應用BIM 進行工程驗收階段的質量控制

在全部施工流程完成后，管理人員通過應用BIM 技術，快速整合施工流程中產生的各種影像數據資料以及其他類型的數據信息資料，這些資料整合后即可在BIM 三維模型技術的支持下構建項目數據庫。依據該數據庫中的數據信息，現場驗收環節可根據數據信息中的項目快速判斷施工環節是否出現了隱患和缺陷[5]。特別是對于一些隱蔽性較強的問題，管理人員通過查閱圖片資料，或同三維模型進行對比，便可快速找出較隱蔽的施工質量問題，從而進一步提高建筑工程項目的質量。

4 結語

整體來看，在本次研究中，結合某地污水處理廠工程項目建設的實際情況與需求，以BIM 技術為核心，同時整合計算機技術、GIS 技術等為輔助，使BIM技術在施工環節的管理工作中得到了全面應用，這對于提升項目質量具有突出的現實意義。因此，在今后的工作中，應針對工程的具體情況，結合相關規定要求構建出相應的BIM 模型，并進行模擬分析等工作，以保證整個施工活動順利開展。