BIM 技術(shù)在建筑工程管理中的應(yīng)用探討

原俊強(qiáng)

（山西五建集團(tuán)有限公司，山西太原 030000）

0 引言

BIM 技術(shù)作為建筑工程管理中的常用工具，能夠通過(guò)三維形式展現(xiàn)整個(gè)施工圖，輔助項(xiàng)目設(shè)計(jì)、施工、管理，支持科學(xué)施工決策，保障整個(gè)工程順利實(shí)施。BIM技術(shù)的有效應(yīng)用能夠促進(jìn)工程建設(shè)實(shí)現(xiàn)數(shù)字化和信息化發(fā)展，促進(jìn)工程管理轉(zhuǎn)型，為此需要深入研究BIM 技術(shù)在工程管理中的應(yīng)用規(guī)律，總結(jié)BIM 技術(shù)應(yīng)用特征，提高工程管理水平。

1 工程概況

瀟河國(guó)際會(huì)展中心北側(cè)組團(tuán)項(xiàng)目分布于山西綜合改革示范區(qū)瀟河產(chǎn)業(yè)園區(qū)，整個(gè)建筑工程通過(guò)七個(gè)獨(dú)立展廳構(gòu)成，整個(gè)建筑面積為113756.68m2，建筑寬度為172.65m，建筑長(zhǎng)度為630.6m，建筑高度為29.5m，此工程用鋼量達(dá)到2.5 萬(wàn)多t，此項(xiàng)工程在2021 年2 月正式開(kāi)工，并在2022 年9 月完工。單獨(dú)展廳結(jié)構(gòu)寬為72m，長(zhǎng)為172m，工程通過(guò)中部管桁架主展廳結(jié)構(gòu)和南北鋼框架輔房等部分構(gòu)成，主展廳通過(guò)七榀大跨空間懸鏈管桁架、兩端桁架、系桿、鋼拉桿等部分構(gòu)成相對(duì)穩(wěn)定屋面結(jié)構(gòu)體系。

2 BIM 技術(shù)模型構(gòu)建

傳統(tǒng)二維軟件屬于靜態(tài)繪圖，會(huì)影響工程數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)管理，例如建筑工程的數(shù)量、規(guī)模和位置關(guān)系等，但利用BIM 技術(shù)能夠采取信息化方法針對(duì)項(xiàng)目工程內(nèi)部復(fù)雜構(gòu)件以及造型不均勻部位實(shí)施優(yōu)化設(shè)計(jì)、加工，并針對(duì)整個(gè)建筑信息實(shí)施集成管理。

2.1 建筑模型構(gòu)建

此次項(xiàng)目工程設(shè)計(jì)中，因?yàn)楦鲗咏Y(jié)構(gòu)以及功能用途存在一定差異，無(wú)法直接復(fù)制粘貼各個(gè)樓層設(shè)計(jì)，需要面向不同樓層實(shí)施針對(duì)性設(shè)計(jì)繪制，在初期建模中需要率先針對(duì)模型內(nèi)各項(xiàng)基礎(chǔ)構(gòu)件實(shí)施準(zhǔn)確制作，隨后將其載入項(xiàng)目樣板文件內(nèi)，按順序繪制各層內(nèi)外墻、門窗、樓梯以及屋頂?shù)炔课唬瑒?chuàng)建三維模型。

2.2 結(jié)構(gòu)模型構(gòu)建

在針對(duì)此項(xiàng)目工程進(jìn)行模型創(chuàng)建中，需要率先針對(duì)基地、用房以及結(jié)構(gòu)創(chuàng)建模型軸網(wǎng)和標(biāo)高，隨后繪制樁基礎(chǔ)，并在對(duì)應(yīng)位置中設(shè)置樁基，隨后依次對(duì)梁、柱、板進(jìn)行繪制，在制作完結(jié)構(gòu)模型后，繼續(xù)利用REVIT 針對(duì)工程結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行創(chuàng)建，整個(gè)創(chuàng)建過(guò)程和基地結(jié)構(gòu)創(chuàng)建過(guò)程相同。

2.3 機(jī)電模型構(gòu)建

此次工程中創(chuàng)建機(jī)電模型具體可以分成給排水、暖通以及電氣3 個(gè)部分，而電氣系統(tǒng)即照明系統(tǒng)和配電箱，暖通包含風(fēng)閥、風(fēng)管元件、施工配件以及風(fēng)管等，而給排水方面主要包含水閥、水管管件、施工配件以及輸水管等。利用BIM 技術(shù)創(chuàng)建機(jī)電模型，需要在正式創(chuàng)建前預(yù)先編制模型所需基礎(chǔ)文件，涉及各類族文件，隨后將相關(guān)信息收入工程樣板文件內(nèi)，聯(lián)系提前繪制標(biāo)高、軸網(wǎng)，組織繪制不同機(jī)電專業(yè)模型。實(shí)際管線繪制中應(yīng)該嚴(yán)格遵守以下基礎(chǔ)原則，即壓力管應(yīng)該對(duì)無(wú)壓管進(jìn)行避讓，小管道應(yīng)該對(duì)大管道進(jìn)行避讓，電氣管道需要對(duì)蒸汽、熱水傳輸管道進(jìn)行避讓，成本低的需要對(duì)高成本工程進(jìn)行避讓，配件少的需要對(duì)大量配件工程進(jìn)行避讓，盡量控制改動(dòng)范圍，維護(hù)原有設(shè)計(jì)功能，便于應(yīng)用操作。嚴(yán)格遵循管線基礎(chǔ)排布原則，通過(guò)整合不同專業(yè)模型，得到基地和用房工程模型。

2.4 多專業(yè)協(xié)同設(shè)計(jì)

建筑工程中各項(xiàng)設(shè)計(jì)離不開(kāi)不同專業(yè)設(shè)計(jì)人員協(xié)作。比起暖通、水電以及建筑等專業(yè)，結(jié)構(gòu)專業(yè)領(lǐng)域相關(guān)REVTI 水平相對(duì)滯后。為此需要本人合理利用信息軟件系統(tǒng)各項(xiàng)基礎(chǔ)功能，參考不同專業(yè)提資以及CAD設(shè)計(jì)流程，總結(jié)當(dāng)前結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工程，利用專業(yè)軟件對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)施多專業(yè)協(xié)同分析，對(duì)比不同專業(yè)協(xié)同關(guān)鍵點(diǎn)。通過(guò)研究分析發(fā)現(xiàn)，借助BIM 技術(shù)實(shí)施協(xié)同設(shè)計(jì)屬于專業(yè)領(lǐng)域內(nèi)部或多個(gè)專業(yè)之間利用三維形式開(kāi)展全面協(xié)同，從而直觀、全面發(fā)現(xiàn)專業(yè)內(nèi)部問(wèn)題，及時(shí)處理專業(yè)沖突，促進(jìn)模型優(yōu)化。REVIT 擁有兩種協(xié)同方法，一方面是借助工作集實(shí)施協(xié)同，另一方面是利用模型鏈接實(shí)施協(xié)同操作。對(duì)比分析鏈接協(xié)同和工作集協(xié)同間的性能差異，結(jié)果發(fā)現(xiàn)比起工作集協(xié)同，鏈接協(xié)同擁有更強(qiáng)穩(wěn)定性和操作性。此次工程項(xiàng)目中，為促進(jìn)各項(xiàng)信息數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)全面共享，專業(yè)內(nèi)和不同專業(yè)主要利用文件鏈接方法實(shí)施協(xié)同設(shè)計(jì)。因?yàn)榇隧?xiàng)工程并非單一建筑，同時(shí)在模型鏈接中能夠，各類模型不但能夠彼此鏈接，還可以在統(tǒng)一模型內(nèi)進(jìn)行按順序同步鏈接不同模型，促進(jìn)協(xié)同設(shè)計(jì)，優(yōu)化設(shè)計(jì)質(zhì)量和設(shè)計(jì)效率。經(jīng)過(guò)鏈接下不同專業(yè)模型檢測(cè)能夠第一時(shí)間挖掘模型隱患，及時(shí)修改完善，提升工程設(shè)計(jì)效率。

3 BIM 技術(shù)在建筑工程管理中的應(yīng)用策略

3.1 施工進(jìn)度管理

BIM 技術(shù)應(yīng)用能夠進(jìn)一步提升工程進(jìn)度管理便捷性，基于BIM 技術(shù)實(shí)施虛擬建造，通過(guò)創(chuàng)建三維建筑模型，額外輸入時(shí)間維度，針對(duì)整個(gè)工程實(shí)施4D 模擬施工，提升工程進(jìn)度管理信息化水平，保障進(jìn)度管理準(zhǔn)確性。利用BIM 技術(shù)實(shí)施4D 虛擬施工，能夠結(jié)合項(xiàng)目施工計(jì)劃對(duì)整個(gè)建設(shè)過(guò)程進(jìn)行全面模擬，經(jīng)過(guò)整個(gè)施工模擬，及時(shí)發(fā)現(xiàn)工程隱患和施工風(fēng)險(xiǎn)，隨后利用數(shù)據(jù)模型實(shí)施合理調(diào)整，優(yōu)化設(shè)計(jì)施工方案，強(qiáng)化施工進(jìn)度管理。BIM 虛擬建造流程如圖1 所示。

圖1 BIM 虛擬建造流程

進(jìn)度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)通過(guò)各類現(xiàn)場(chǎng)采集設(shè)備構(gòu)成，在施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)采集相關(guān)數(shù)據(jù)同時(shí)，向數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)進(jìn)行同步傳輸，并由深度圖像以及3D 點(diǎn)云共同構(gòu)成現(xiàn)場(chǎng)施工數(shù)據(jù)。3D 點(diǎn)云借助3D 掃描自動(dòng)生成初步結(jié)束測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)，經(jīng)過(guò)對(duì)各個(gè)測(cè)點(diǎn)實(shí)施調(diào)整配準(zhǔn)來(lái)準(zhǔn)確描述結(jié)構(gòu)物空間形態(tài)。深度圖像能夠借助影像測(cè)量技術(shù)針對(duì)各類材料信息以及結(jié)構(gòu)局部構(gòu)件形狀實(shí)施現(xiàn)場(chǎng)測(cè)繪拍攝。在工程進(jìn)度管理中，需要率先將場(chǎng)地布置模型、BIM 三維模型以及相關(guān)軟件信息數(shù)據(jù)實(shí)施格式轉(zhuǎn)化，隨后導(dǎo)入系統(tǒng)模型中完善虛擬建造過(guò)程。結(jié)束各個(gè)模型導(dǎo)入以及數(shù)據(jù)整合后，將軟件繪制施工進(jìn)度計(jì)劃通過(guò)MSPROJECT 模式導(dǎo)入軟件系統(tǒng)，隨后通過(guò)進(jìn)度關(guān)聯(lián)模型案件能夠促進(jìn)模型內(nèi)構(gòu)件以及進(jìn)度計(jì)劃全面關(guān)聯(lián)，并于初始階段促進(jìn)模型自動(dòng)關(guān)聯(lián)。針對(duì)工程模型、場(chǎng)地布置以及進(jìn)度計(jì)劃實(shí)施全面協(xié)調(diào)處理后，利用專業(yè)軟件動(dòng)態(tài)模擬整個(gè)項(xiàng)目施工過(guò)程，并在施工前對(duì)項(xiàng)目實(shí)施虛擬仿真演示，預(yù)先發(fā)現(xiàn)工程施工中各種缺陷問(wèn)題，并進(jìn)行及時(shí)修改，制定完善進(jìn)度計(jì)劃。比起傳統(tǒng)模式，BIM 技術(shù)下的虛擬建造能夠利用4D 模型準(zhǔn)確展現(xiàn)整個(gè)施工進(jìn)度計(jì)劃，提高信息可視化水平，輕松理解各種復(fù)雜節(jié)點(diǎn)，便于信息交互，同時(shí)能夠針對(duì)工程中具體問(wèn)題采取有效改進(jìn)措施，制定更加細(xì)致、完善施工方案，保障工程安全基礎(chǔ)上提高施工進(jìn)度，實(shí)現(xiàn)提前完工，優(yōu)化施工質(zhì)量[1]。

為解決施工實(shí)踐中實(shí)際竣工時(shí)間和計(jì)劃時(shí)間偏差問(wèn)題，需要加強(qiáng)調(diào)控管理，可以在同一界面對(duì)實(shí)際工期以及計(jì)劃工期利用不同色彩進(jìn)行準(zhǔn)確標(biāo)注，在完成某項(xiàng)工作后，向軟件系統(tǒng)內(nèi)輸入預(yù)計(jì)開(kāi)始、計(jì)劃完成和實(shí)際開(kāi)始、完成時(shí)間信息，并在流水視圖內(nèi)點(diǎn)擊進(jìn)度管理能夠自動(dòng)呈現(xiàn)工程實(shí)施進(jìn)展，并對(duì)工程進(jìn)度以及完成狀況進(jìn)行直觀展示，隨后聯(lián)系現(xiàn)實(shí)狀況優(yōu)化調(diào)整。

3.2 工程成本管理

此次工程中利用BIM 技術(shù)在資源配置、場(chǎng)地布置方面進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)、管理，利用專業(yè)軟件系統(tǒng)能夠?qū)Σ煌瑯?gòu)件市場(chǎng)價(jià)、定額價(jià)、工程量以及總價(jià)進(jìn)行自動(dòng)統(tǒng)計(jì)，利用系統(tǒng)軟件繪制雙代號(hào)時(shí)標(biāo)網(wǎng)絡(luò)圖中直接輸入工程對(duì)應(yīng)人材機(jī)數(shù)據(jù)，隨后基于網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃對(duì)資源配置和網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃實(shí)施優(yōu)化，加強(qiáng)成本管理。通過(guò)表格制定工程各項(xiàng)資源配置，分別形成施工機(jī)械表、人工總量、施工材料、半成品、構(gòu)件等需求量表。通過(guò)實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，利用BIM 技術(shù)能夠?qū)Y源實(shí)施便捷統(tǒng)計(jì)，優(yōu)化配置，從最大程度上提升資源利用率，改善資源分配傳統(tǒng)模式下的資源浪費(fèi)以及分配不均等問(wèn)題，減少施工成本、節(jié)約施工資源，縮短建設(shè)工期，促進(jìn)工程得以按時(shí)完工[2]。

通過(guò)針對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施虛擬布置能夠優(yōu)化成本控制，施工場(chǎng)地布局和整個(gè)施工過(guò)程存在密切聯(lián)系，假如施工場(chǎng)地未能進(jìn)行合理布局，或物料存儲(chǔ)區(qū)和現(xiàn)場(chǎng)相距較遠(yuǎn)，會(huì)擴(kuò)大額外運(yùn)輸費(fèi)用，增加施工成本，但借助BIM 技術(shù)實(shí)施模擬布局，能夠優(yōu)化現(xiàn)場(chǎng)施工布局，縮減場(chǎng)內(nèi)材料運(yùn)送成本，提高管理效率。結(jié)合此次工程分析，因?yàn)橥恋孛娣e有限，擴(kuò)大了施工場(chǎng)地布置難度，但借助BIM 技術(shù)能夠降低場(chǎng)地缺陷，提高場(chǎng)地綜合利用率，圖2 為三維場(chǎng)地布置。

圖2 三維場(chǎng)地布置

基于現(xiàn)有三維場(chǎng)地布置，對(duì)構(gòu)件種類、價(jià)格、數(shù)量、型號(hào)進(jìn)行準(zhǔn)確計(jì)算，可以將各個(gè)構(gòu)件單價(jià)輸入?yún)R總表單價(jià)中，隨后通過(guò)系統(tǒng)編輯公式對(duì)現(xiàn)場(chǎng)材料數(shù)量、價(jià)格進(jìn)行自動(dòng)統(tǒng)計(jì)，便于實(shí)施成本管理[3]。

3.3 工程質(zhì)量管理

此次工程質(zhì)量管理中應(yīng)用BIM 技術(shù)可以進(jìn)一步分為事前、事中和事后管理三種環(huán)節(jié)。在事前管理中，因?yàn)榇舜喂こ添?xiàng)目規(guī)模較大，綜合管線排布十分復(fù)雜，需要做好硬碰撞和軟碰撞檢測(cè)，為此選擇NAVISWORKS MANAGE 軟件實(shí)施碰撞分析，對(duì)工程分別利用機(jī)電模型、建筑模型實(shí)施碰撞檢測(cè)，自動(dòng)形成檢測(cè)結(jié)果。經(jīng)統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，此次總計(jì)檢測(cè)到601 個(gè)碰撞點(diǎn)，主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)碰撞存在360 處，各處碰撞返工需要額外增加1300 元支出，經(jīng)過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)能夠使整個(gè)工期節(jié)約12d，由此能夠看出成本、進(jìn)度管理融入整個(gè)項(xiàng)目各個(gè)環(huán)節(jié)。通過(guò)BIM 技術(shù)優(yōu)化碰撞點(diǎn)，準(zhǔn)確定位碰撞點(diǎn)后利用管道調(diào)整、管線標(biāo)高調(diào)節(jié)、預(yù)留洞口交叉管線空間預(yù)留等方式進(jìn)行合理修改，結(jié)合此次工程中的梁和噴淋管碰撞問(wèn)題，選擇下移噴淋管[4]。

事中控制環(huán)節(jié)，利用BIM 技術(shù)可視化功能做好模型渲染，直觀呈現(xiàn)工程真實(shí)場(chǎng)景，輔助施工人員立體、全面了解整個(gè)建筑項(xiàng)目，保障施工質(zhì)量。借助VR 技術(shù)和漫游技術(shù)促進(jìn)技術(shù)人員真實(shí)感受整個(gè)施工環(huán)境，做好復(fù)雜工序技術(shù)交底。事后質(zhì)量管理中，利用BIM 技術(shù)對(duì)整個(gè)工程信息實(shí)施全面匯總，做好數(shù)據(jù)分析工作，并針對(duì)具體工程問(wèn)題形成切實(shí)、有效處理方案，總結(jié)施工經(jīng)驗(yàn)，為工程質(zhì)量控制提供參考數(shù)據(jù)。同時(shí)此項(xiàng)工程中，依托BIM 技術(shù)自動(dòng)形成電子版質(zhì)量檢測(cè)報(bào)告和技術(shù)文件，并輔助進(jìn)行工程審核，減少紙質(zhì)文件翻閱中的復(fù)雜過(guò)程，便于竣工驗(yàn)收，提高工作效率，縮減工作時(shí)長(zhǎng)。

3.4 工程安全管理

此次工程中在安全管理重點(diǎn)主要在腳手架管理方面，通過(guò)針對(duì)腳手架實(shí)施三維布置和參數(shù)化設(shè)計(jì)，隨后結(jié)合有限元軟件ANSYS 進(jìn)行分析，提升腳手架施工安全性。借助BIM 技術(shù)針對(duì)腳手架工程實(shí)施三維設(shè)計(jì)，能夠?qū)⒛_手架直觀、立體展現(xiàn)出來(lái)，明確了解基礎(chǔ)扣件、桿件的搭建步驟，指導(dǎo)具體施工過(guò)程，減少安全問(wèn)題隱患。借助BIM 技術(shù)實(shí)施參數(shù)化設(shè)計(jì)能夠優(yōu)化腳手架工程施工，改善傳統(tǒng)冗雜的計(jì)算方法，精準(zhǔn)核算腳手架變形指標(biāo)和承載力，便于施工人員及時(shí)修正工程錯(cuò)誤數(shù)值，從工程設(shè)計(jì)、現(xiàn)場(chǎng)檢查、安全核查等層面減少安全隱患。此次工程中基于BIM 技術(shù)進(jìn)行腳手架布置具體方案如下，首先利用BIM 技術(shù)軟件對(duì)腳手架模板實(shí)施參數(shù)化設(shè)計(jì)，優(yōu)化三維布置，同時(shí)融合有限元軟件，率先立足于整體層面布置腳手架模板，其次進(jìn)行局部調(diào)整，促進(jìn)整個(gè)設(shè)計(jì)方案得到全面優(yōu)化，制定科學(xué)、完善的建構(gòu)方案，控制施工安全事故[5]。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，工程管理作為建筑工程重要環(huán)節(jié)會(huì)直接影響工程質(zhì)量，傳統(tǒng)管理模式已經(jīng)無(wú)法滿足新時(shí)期工程建設(shè)需求，為此需要合理應(yīng)用BIM 技術(shù)，促進(jìn)相關(guān)信息數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)全面共享，提高信息利用效率，使BIM 技術(shù)合理融入工程管理當(dāng)中，提高工程可視化水平，優(yōu)化工程施工效率。BIM 技術(shù)基于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)針對(duì)整個(gè)建筑工程實(shí)施模擬設(shè)計(jì)，能夠?qū)嵤└櫛O(jiān)控整個(gè)項(xiàng)目工程，做好信息采集、處理工作。