BIM技術在智能建造中的應用
——以新建常熟市工人文化宮項目為例

李裘鵬 周瑜 殷騰

常熟市恒翔建設有限公司 江蘇 蘇州 215500

建筑業(yè)因為體量大、周期長、專業(yè)類型多導致現(xiàn)場管理難度不斷加大，為滿足建筑業(yè)的高質量發(fā)展，建筑信息建模技術（Building Information Modeling，簡稱BIM技術）近年來應用不斷增多。它是一種通過集成信息模型的三維成像技術，通過三維可視化的建模以及模型屬性賦予可以詳細清晰的呈現(xiàn)建筑的各類信息，具有可視化、協(xié)調性、模擬性、優(yōu)化性和可出圖性的特點，滿足前期設計、方案調整以及施工管理和后期運營的需求。目前對BIM技術的應用逐漸趨于成熟，各類“BIM+”模式不斷推陳出新，本文介紹了BIM技術在工程實例中的應用，注重描寫“BIM+AR”的實際應用。結果表明BIM+AR技術相較于傳統(tǒng)BIM技術有著一定的優(yōu)勢，與施工現(xiàn)場可以緊密貼合，有著廣闊的發(fā)展前景。

1 研究現(xiàn)狀

BIM技術因其可視化能力出眾，得到了工程類項目的青睞。近些年對BIM技術的研究不斷深化，可以應用的方面也越來越多。同時隨著科技技術的發(fā)展，BIM與其他配套軟件的聯(lián)合應用也越來越多，這些聯(lián)合應用增強了BIM技術的優(yōu)勢，彌補了BIM技術的不足。李建強[1]利用BIM+VR技術對地鐵項目進行研究，基于fuzor平臺進行統(tǒng)合，分析了項目周邊環(huán)境，闡述了交互式沖突管理以及沉浸式安全交底的功能，驗證了其聯(lián)合應用的可行性；吳弦駿[2]利用實景三維模型與BIM技術集成，實現(xiàn)了二者的無縫融合，通過工程實例探討了三維模型的建模與處理，BIM技術集成以及信息處理等問題，基于“GIS+BIM+業(yè)務”的理念，在工程全過程深化應用，驗證其可行性；胡振中[3]分別從數據處理以及挖掘分析兩個方面對BIM技術進行總結歸納，對BIM技術與工程瓶頸問題進行分析，探討了工程數字領域、城市信息模型以及工程數字圖譜三個發(fā)展方向。目前對BIM技術的研究與應用已成百花齊放的態(tài)勢，經過各類學者的研究與探索，“BIM+”模式不斷完善與發(fā)展，成為提升管理水平，降低管理成本，簡化繁瑣操作的重要一環(huán)。

2 工程概況及特點

新建新工人文化官項目位于常福街道深圳路以北、珠海路以西，規(guī)劃用地面積31660m2。該項目為地上六層，地下一層的框架結構，建筑高度39.1m。總建筑面積65640.78m2，其中地上建筑面積47597.43m2、地下建筑面積18043.35m2。屋頂為大跨度弧形鋼梁，單根鋼梁最大跨度為11.4m，屋面板為0.8mm厚鋁鎂錳金屬屋面。外圍為玻璃幕墻和鋁合金幕墻。該工程計劃申報國家優(yōu)質工程、蘇州BIM示范工地。本次工程全程采用BIM技術輔助管理，包括圖紙深化、管線優(yōu)化、碰撞檢查、三維漫游、模型平臺建立等，在實際施工過程中的應用BIM+AR技術進行施工方案調正、技術交底以及施工檢查驗收等。

3 BIM技術在設計階段的應用

3.1 在項目方案階段的應用

方案階段除了設計師對項目總圖的排布和單體內每層房間功能的設定外，還可以借助BIM技術提供概要模型。利用BIM軟件對項目的周邊環(huán)境進行分析代入，對項目的物理環(huán)境信息(如采光日照等)、出入口的動線流線設置、主體結構的形式，綠建節(jié)能系統(tǒng)等方面做初步模擬分析，結合本項目在城北片區(qū)的周邊地理人文環(huán)境，選出最佳方案。

3.2 在項目初設論證階段的應用

本項目在初設論證前，設計已開始著手建筑與結構的建模，通過BIM軟件對建筑單體的平面立面剖面進行分析核查，初步生成節(jié)點大樣等，在開設論證會的時候，評審專家可以圍繞設計方案的模型進行討論、分析并給出結論，簡化了傳統(tǒng)單一的2D平面的CAD匯報，配合各場景效果圖可以讓評審人員對項目的情況了解的更加直觀。

3.3 施工圖設計階段可提供專業(yè)化設計保障

目前常熟地區(qū)的各大設計單位仍舊采用的是傳統(tǒng)的CAD二維施工圖設計模式，此種模式的弊端在項目中往往會暴露出圖紙冗繁、錯誤率高、變更頻繁、協(xié)作溝通困難等問題。考慮本項目單體面積大，內部管線構造復雜，外立面幕墻需結合亮化燈光效果，屋面虛架層為鋼結構弧形梁拼裝等因素，故在設計階段采用全專業(yè)BIM模型設計以解決上述問題。

通過運用三維信息模型的可視化碰撞功能，對建筑、結構、給排水、電氣、暖通以及幕墻等專業(yè)進行碰撞檢查，彌補設計錯漏，優(yōu)化綜合管線，實現(xiàn)在有限空間里的最優(yōu)管線布置方案。同時在內裝設計階段，可以對各種空間裝修完成的凈高提供檢查數據，保證特殊及重點部位的凈高達到設計要求，提升設計品質。

4 BIM技術在施工階段的應用

4.1 優(yōu)化場地布置

為滿足安全文明施工的要求，根據現(xiàn)場施工布置方案，創(chuàng)建BIM場區(qū)布置模型并檢查合理性。根據過程特點、施工條件及施工組織管理需求，利用三維模型檢查和漫游視頻等方式，協(xié)調解決施工期間所需要的交通運輸、物料存放、現(xiàn)場加工、辦公生活組織、水電供給和其他施工設施的平立面布置。

圖1 BIM場區(qū)布置圖

4.2 優(yōu)化施工方案

利用BIM技術，根據施工方案建立施工模擬過程，細化施工節(jié)點，通過直觀的三維模型進行施工前交底，減少施工過程中因理解不充分導致的返工。當現(xiàn)場情況與圖紙不一致時，可以清晰、直觀的顯示不一致的區(qū)域，通過分析產生差異的原因以及系統(tǒng)的碰撞檢查，可以靈活、系統(tǒng)的調整優(yōu)化施工方案，避免因只調節(jié)一處節(jié)點導致與其他節(jié)點構件產生脫節(jié)或沖突，減少后續(xù)的施工困難。本項目鋼結構數量多，跨距長，重量大，為保證施工質量和施工安全，利用BIM技術對鋼結構施工過程進行模擬，該模型可以展示重要構造節(jié)點、施工順序以及完成后的模型，根據模型展示優(yōu)化修改施工方案，提高管理能效。

4.3 配合AR技術優(yōu)化施工管理

BIM技術因其有一定的硬件和技術要求，相比較已經普及的CAD存在一定的門檻，所以目前現(xiàn)場施工管理仍以二維圖紙為主。為了將BIM技術更好的融入現(xiàn)場施工管理，BIM+VR、BIM+AR、BIM+MR技術的不斷發(fā)展，成功解決了BIM使用門檻的問題。管理人員僅需通過簡單的操作，少量的設備，便可以將BIM模型與現(xiàn)場實體結合，為現(xiàn)場管理提供便利。

4.3.1 BIM+AR技術優(yōu)勢

①彌補BIM的不足

對于施工過程管理來說，BIM的問題在于與現(xiàn)場貼合不緊密，BIM建模和使用都在電腦上操作，從業(yè)者查看BIM文件不太方便且需要對BIM有一定的認知，另外一般較大工程模型較為復雜，對電腦硬件也有一定的要求，無形中增加了管理成本。而通過AR技術可以跨越這一障礙，利用云技術將BIM模型導入AR平臺中，從業(yè)者僅需手機或者ipad就可以將三維模型投射至工程實體，實時查看對比，相對于圖紙更高效，相對于CAD更為直觀。

② 降低施工成本與提高施工精度

將AR融入BIM模型，現(xiàn)場人員可以將模型與現(xiàn)場實物無縫對接，實時糾偏，動態(tài)優(yōu)化施工方案，減少返工情況的發(fā)生。同時可以讓現(xiàn)場施工人員更加直觀理解現(xiàn)場布局，如管線排布，洞口設置等，方便施工管理，比傳統(tǒng)的施工交底更為高效。

4.3.2 BIM+AR操作步驟

①建立BIM模型，導入AR平臺

首先需要建立BIM模型，并將模型輕量化，接著上傳至AR平臺，將模型與實體的實際標高位置做對應。

②生成二維碼或使用現(xiàn)場角點定位

將生成的二維碼貼于現(xiàn)場實體，二維碼的標高位置需要與在模型中設置的標高位置一致，使用手機或者平板電腦掃描二維碼即可進入AR投影狀態(tài)。當二維碼標高位置不容易設定時，可使用現(xiàn)場定位的方法。在模型中選取二個點，然后在實物上利用拍照功能選取對應的兩點，即可進行定位投影。

③現(xiàn)場復核和驗收

相較于圖紙交底，利用AR技術可以更加直觀，讓施工人員輕松理解管線的布置和走向。同時，BIM+AR可以讓管理人員方便的校核結構的位置和尺寸偏差，利于后期驗收。

4.3.3 實際應用

①施工交底

如圖2所示，分別是地下室實體以及AR投影后的對比。可以從AR對比圖中清楚的看到已完成后的管線走向，施工工人可以利用此圖理解施工用意，配合圖紙完成施工，減少因圖紙理解錯誤帶來的返工等損失。

圖2 實體與AR對比圖

②施工檢查

利用AR技術，檢查施工洞口的尺寸大小以及位置偏差是否滿足要求，減少因結構尺寸問題導致的后期安裝困難。圖4顯示利用AR技術檢查洞口尺寸。同樣，管線的尺寸走向以及布局也可以使用AR來檢查（圖3）。

圖3 洞口檢查

圖4 隱蔽管線檢查

③隱蔽工程檢查

當隱蔽工程結束后，在后期管理中若想知道封閉后管線的具體位置難度較大，往往需要拆開吊頂來確認，而利用AR技術可以輕松解決這一問題，精確定位管道走向，誤差在厘米級，為后期的管理、交接、運營及維修帶來方便（圖4）。

5 技術發(fā)展與前景展望

BIM技術有著廣闊的應用前景，它比傳統(tǒng)圖紙更直觀，包含信息更豐富，各專業(yè)聯(lián)系性更強，但目前仍在發(fā)展中，有著不少值得改進的地方。

第一，BIM模型在施工中需要添加各類施工信息，隨著項目的推進，模型不斷復雜化，涉及的專業(yè)越來越多，模型需要硬件配置越來越高。如何將BIM輕量化并推廣，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的CAD圖紙，是今后值得研究思考的。

第二，目前BIM建模沒有統(tǒng)一的標準，不同單位間建模習慣不相同，因此不同單位建立的模型無法通用，如何建立統(tǒng)一的標準，值得今后研究。

第三，目前受技術的制約，AR設備的陀螺儀定位性能不佳，如果多次晃動鏡頭會導致AR成像與實體間的偏差增大，因此目前AR使用仍是固定區(qū)域固定地點使用，如何定位更加精確，設備成像不隨鏡頭移動偏差增大，是今后研究的方向。

6 結論

BIM技術可以應用在項目管理的全過程，它相較于二維圖紙更加直觀，適合項目的精細化管理，特別是BIM+AR技術有著廣闊的發(fā)展前景，這種技術可以彌補BIM與現(xiàn)場貼合不緊密的問題，同時現(xiàn)場需要的設備少，易攜帶，可以有效降低管理成本。AR成像與實體結構的對比，在施工交底、施工檢查、隱蔽工程檢查中有著較大的應用前景。