周松　趙國強

（上海城建市政工程（集團）有限公司　上?！?00065）

基于BIM基坑虛擬施工技術(shù)應用的分析

周松趙國強

（上海城建市政工程（集團）有限公司上海200065）

1　概論

在信息化浪潮席卷全球，數(shù)字技術(shù)與勘察設(shè)計領(lǐng)域結(jié)合的不斷深入的大環(huán)境之下，計算機技術(shù)在建筑行業(yè)的作用也愈來愈大。對于整個建筑行業(yè)來說，通過應用BIM理念進行建筑施工模式創(chuàng)新不僅能夠幫助用戶創(chuàng)建逼真的三維模擬和精確的能耗模型，高效地實現(xiàn)建筑可持續(xù)設(shè)計和節(jié)約能耗需求，還能幫助建筑施工方最大化的降低風險，減少損耗，輕松完成項目建造。隨著BIM理念逐步深入人心，基于BIM理念的三維施工技術(shù)也將徹底轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)的工程協(xié)作方式和協(xié)同模式。BIM作為數(shù)字建模軟件的總稱，在虛擬環(huán)境中將真實的建筑信息參數(shù)化。基于此數(shù)字化模型平臺，從設(shè)計、施工到最后的運營維護，實現(xiàn)整個建筑項目全生命期信息的共享和改進。同樣，對于基坑工程而言，BIM模型的建立對于工程籌劃和項目進度控制也是尤為重要的。

2　基于BIM的虛擬施工技術(shù)應用的重要性分析

BIM不僅僅是設(shè)計階段的應用，BIM定義中也包含“項目全生命期相關(guān)的所有信息”。施工階段作為建筑全壽命周期中除去后期運維之外持續(xù)時間最長的階段，對建筑物的形成至關(guān)重要。目前存在于施工階段的不良現(xiàn)象必然會對建筑物的質(zhì)量、造價、工期等產(chǎn)生不利影響。當然，信息流通不暢導致的其他建造階段的問題也非常多，BIM技術(shù)在這種大環(huán)境下應運而生。業(yè)主、設(shè)計院、施工單位三者對比，從受益度、動力、技術(shù)力量三個因素綜合考慮，施工單位將是推動BIM發(fā)展的最大動力，原因如下：現(xiàn)階段施工單位的利潤率相對偏低，BIM技術(shù)的引入將為其帶來更大價值，施工企業(yè)對利用新技術(shù)、新方法提高生產(chǎn)效率和利潤率的動力會比開發(fā)商和設(shè)計機構(gòu)高得多。工程項目進度管理中存在的問題：建筑設(shè)計缺陷帶來的進度管理問題、施工進度計劃編制不合理造成的進度管理問題、現(xiàn)場人員的素質(zhì)造成的進度管理問題、因參與者眾多，溝通和銜接不暢導致的進度管理問題、施工環(huán)境的影響。傳統(tǒng)技術(shù)存在問題：二維CAD設(shè)計的項目形象性差、網(wǎng)絡(luò)計劃抽象、往往難以理解和執(zhí)行、二維圖紙不方便各專業(yè)之間的協(xié)調(diào)溝通、傳統(tǒng)方法注重經(jīng)驗，無法做到規(guī)范化和精細化管理。

基于上述原因，引進新的管理技術(shù)，更新管理方法已勢在必行，基于BIM的虛擬施工技術(shù)在工程籌劃以及項目進度控制中可以起到改進和優(yōu)化施工方案，進而提升建筑行業(yè)的整體效益，能夠更好地加快我國建筑領(lǐng)域的飛速發(fā)展。

3　應用背景

全信息BIM模型的建立及應用，將協(xié)調(diào)工作前置，優(yōu)化工程籌劃；初步形成基于BIM的基礎(chǔ)信息平臺，實現(xiàn)遠程分布式管理；初步實現(xiàn)跨平臺應用探索。虹源盛世國際文化城項目在工程籌劃階段，在所建立的模型的基礎(chǔ)上，根據(jù)所提供的詳細的工程籌劃，給BIM模型中各個對應元素增加相應的時間參數(shù)，通過BIM平臺真實、立體地呈現(xiàn)，可以檢驗籌劃的合理性、可實施性，進而，達到優(yōu)化施工籌劃的目的。并在工程的正式施工前，引入虛擬施工和虛擬驗收過程，增強對施工工藝過程的預見性，檢驗施工工藝、實施方案的合理性。從根本上，改變了以往在實際施工中碰到問題，才想要去解決、去更換施工工藝的被動管理模式，確保工程質(zhì)量和進度，如圖1。

4　基于BIM的虛擬施工技術(shù)應用思路探究

（1）4D虛擬施工

BIM技術(shù)在進度管理中的應用主要通過4D虛擬施工來實現(xiàn)，3D模型的構(gòu)件與進度表聯(lián)系，形成4D模型以直觀展示施工進程。4D模型建立好之后，在軟件平臺上3D模型就可以根據(jù)計劃、實際完成情況來分別表示“已建”、“在建”、“延誤”等模型形象。形象表達基本上不用專業(yè)的解釋。清晰的溝通可以縮短溝通的時間，甚至減少溝通的次數(shù)，4D虛擬施工就是“清晰”溝通的一個有效的方法。施工進度計劃的制定和執(zhí)行都必須明白整個施工流程、工程量的多少、人員的配置情況等。BIM技術(shù)可以通過4D虛擬施工技術(shù)，對計劃的制定、執(zhí)行和調(diào)整都帶來很大的改進。

（2）進度計劃制定、控制與調(diào)整

BIM模型的應用為進度計劃制定減輕了負擔。進度計劃制定的依據(jù)除了各方對里程碑時間點的要求和總進度要求外，重要的依據(jù)就是工程量。通過BIM軟件平臺，這項工作簡單易行。通過軟件平臺將數(shù)據(jù)整理統(tǒng)計，可精確核算出各階段所需的材料用量，結(jié)合國家頒布的定額規(guī)范及企業(yè)實際施工水平，就可以簡單計算出各階段所需的人員、材料、機械用量，通過與各方充分溝通和交流建立4D可視化模型和施工進度計劃，方便物流部門及施工管理部門為各階段工作做好充分的準備。BIM技術(shù)的應用讓進度控制有據(jù)可循、有據(jù)可控。在施工階段，各專業(yè)分包商都將以4D可視化模型和施工進度為依據(jù)進行施工的組織和安排，充分了解下一步的工作內(nèi)容和工作時間，合理安排各專業(yè)材料設(shè)備的供貨和施工的時間，嚴格要求各施工單位按圖施工，防止返工、進度拖延的情況發(fā)生。BIM的4D模型是進度調(diào)整工作有力的工具。當變更發(fā)生時，可通過對BIM模型的調(diào)整使管理者對變更方案帶來的工程量及進度影響一目了然，管理者以變更的工程量為依據(jù)，及時調(diào)整人員物資的分配，將由此產(chǎn)生的進度變化控制在可控范圍內(nèi)。同時在施工管理過程中，可以通過實際施工進度情況與4D虛擬施工進行比較，直接的了解各項工作的執(zhí)行情況，使企業(yè)在施工進度管理工作上能全面掌控。

圖1　虹源盛世項目A1、A2、A3、B2、B3基坑BIM模型

5　基于BIM虛擬施工技術(shù)實際應用分析

（1）建立全息化信息模型

本基坑工程信息總體涵蓋了基坑三維模型、周邊道路及管線等。開挖土體的建立時，將其按照有限元方式進行分塊，便于后期應用，如圖2。

圖2

（2）施工工藝進度模擬

根據(jù)本工程基坑施工的總體施工組織計劃，將基坑工程施工分為21個主要步序，根據(jù)既定的時間節(jié)點進行模擬，形成不同階段的施工進度計劃，如圖3所示：A1基坑開挖32%，圍護施工38%，降水井施工（灌注樁范圍可提早）16%，1-1、1-2支撐養(yǎng)護

27%，1-3、1-4支撐施工59%，1-5土方開挖88%。

圖3

A1基坑開挖33%，圍護施工40%，降水井施工（灌注樁范圍可提早）23%，1-3、1-4支撐養(yǎng)護7%，1-6、1-7棧橋施工13%，1-1、1-2支撐養(yǎng)護53%，如圖4。

圖4

A1基坑開挖38%，圍護施工45%，降水井施工（灌注樁范圍可提早）48%，1-8棧橋施工32%，1-6、1-7棧橋養(yǎng)護14%，如圖5。

圖5

基于BIM基坑虛擬施工技術(shù)在虹源盛世國際文化城項目建設(shè)過程中的實際應用優(yōu)化了設(shè)計，使計劃制定更加合理，施工方更易掌握施工進程，合理使用施工資源以及科學進行場地布置，達到縮短工期，降低成本，提高質(zhì)量的目的。

6　結(jié)論

BIM是信息化大潮之下順勢而生的應用于建筑行業(yè)的新型管理工具，由于模型中可以集成建筑各階段信息，對施工管理作用巨大。目前，國內(nèi)有關(guān)BIM技術(shù)在施工中的應用研究尚處于初步探索階段，基于BIM技術(shù)施工管理乃至全生命周期管理在建筑領(lǐng)域的應用將是一個必然趨勢，在未來的建筑設(shè)計及施工中的應用前景廣闊。從技術(shù)發(fā)展層面分析，BIM技術(shù)將從根本上改變現(xiàn)有的傳統(tǒng)建筑施工模式，并逐步建立起虛擬施工理論和技術(shù)體系。

[1]張建平.BIM技術(shù)的研究與應用[J].施工技術(shù)：下半月，2011（001）：I0015～ I0018.

[2]王友群.BIM技術(shù)在工程項目三大目標管理中的應用[D].重慶大學，2012.

[3]何清華，韓翔宇.基于BIM的進度管理系統(tǒng)框架構(gòu)建和流程設(shè)計[J].項目管理技術(shù)，2011，9：028.

TU17

A

1673-0038（2015）31-0120-02

2015-6-24