趙雋之

上海機施建筑設(shè)計咨詢有限公司 上海 200436

BIM技術(shù)作為當(dāng)今建筑工程行業(yè)的新興技術(shù)手段，經(jīng)過多年的發(fā)展，已深入到工程行業(yè)的大部分環(huán)節(jié)[1-7]。BIM技術(shù)的應(yīng)用也從起初的一線技術(shù)手段，逐步上升為工程項目管理手段，為傳統(tǒng)工作模式帶來的變革已初見成效。

1 BIM技術(shù)與工作模式

BIM技術(shù)相對于傳統(tǒng)技術(shù)，其較大的優(yōu)勢就是極大地提高了工作效率，而效率的提升往往帶來工作模式的變化。本文以BIM技術(shù)在上海浦東國際機場三期擴建工程衛(wèi)星廳項目（以下簡稱“衛(wèi)星廳項目”，圖1）中的實施案例，來解析BIM技術(shù)對工作模式的優(yōu)化。

圖1 上海浦東國際機場三期擴建工程衛(wèi)星廳項目效果圖

1.1 項目規(guī)劃應(yīng)用

建筑工程項目，凡是涉及超大型公共服務(wù)設(shè)施的建設(shè)，都需要在前期進行精心的施工策劃，既需要滿足項目開發(fā)的前提條件，又能夠服務(wù)于項目的后期運營。衛(wèi)星廳項目作為上海浦東國際機場三期擴建工程的核心項目，在前期也投入了很大的人力、物力進行規(guī)劃方案優(yōu)選。BIM技術(shù)在此起到了一個信息整合交互的作用。

規(guī)劃方案的主體內(nèi)容是由工程承包方技術(shù)團隊主導(dǎo)完成的，但是方案的優(yōu)選卻不是由單一團隊能夠決策的，這需要綜合項目所有參與單位及后續(xù)運營單位的多方意見，這也使得項目規(guī)劃所需考慮的因素，隨著項目的推進，時刻在變化，而作為傳統(tǒng)策劃方式的圖紙及靜態(tài)圖片已不能完全表達這些綜合因素。基于BIM技術(shù)的施工流程模擬，在這里發(fā)揮了很好的信息整合和信息傳達作用。

衛(wèi)星廳項目體量巨大，主體結(jié)構(gòu)被劃分為2個中央?yún)^(qū)和5個指廊區(qū)，中央?yún)^(qū)東西各1個，由指廊連接貫通，指廊區(qū)分別與現(xiàn)有航站樓的運行系統(tǒng)共通（圖2）。工程承包方前期規(guī)劃的建設(shè)路線是選擇先難后易的施工路線，計劃在施工階段前期將結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜的中央?yún)^(qū)先完成，并在這個過程中解決大部分的施工技術(shù)問題，確保中后期指廊貫通的順利進行（圖3）。這一方案的優(yōu)點是在前期完成充分施工準(zhǔn)備的條件下，完全能夠確保施工工期。承包方將這一方案通過BIM動態(tài)模擬的形式向項目其他參與方進行演示講解，使得各方即使不看圖紙，不熟悉方案，也能夠直觀地了解承包方的規(guī)劃意圖。

在規(guī)劃過程中，項目運營方基于機場運行的需求，提出了他們的要求。對機場運行至關(guān)重要的實用機位數(shù)量是機場運營單位關(guān)注的要點，他們希望新建的衛(wèi)星廳能夠分批先期提供實用機位，幫助解決浦東機場的運營壓力。承包方根據(jù)運營方的要求，做出調(diào)整，決定在上部結(jié)構(gòu)施工階段先進行指廊施工，提前實現(xiàn)新航站樓與現(xiàn)有航站樓之間的跑道連接，通過切換施工區(qū)域的方式，在不影響施工整體進度的前提下，實現(xiàn)提前為機場提供實用機位的目標(biāo)。

圖2 衛(wèi)星廳施工分區(qū)示意

圖3 前期策劃衛(wèi)星廳主體結(jié)構(gòu)施工流程

BIM施工模擬根據(jù)新的方案進行了更新，并且具體劃分了施工區(qū)域，計算了施工量，將每個施工階段所能提供的新增機位數(shù)量、建筑體的相對狀態(tài)動態(tài)地表達出來，為后續(xù)的方案深化提供了直觀的可視化資料。通過BIM的動態(tài)演示、充分模擬，對比了各種工況，最大程度地整合了各方需求，為項目領(lǐng)導(dǎo)層的最終決策提供了可靠的技術(shù)依據(jù)。BIM技術(shù)也成為項目管理層非常認可的優(yōu)秀的工程技術(shù)手段。

1.2 團隊資源優(yōu)化

1.2.1 雙曲造型結(jié)構(gòu)建模工作

工程項目的順利推進需要參與項目的各方技術(shù)團隊通力合作，最大限度地發(fā)揮自身技術(shù)優(yōu)勢。所以，如何提高團隊工作效率，提升工作質(zhì)量，是一個值得研究的課題。

在衛(wèi)星廳項目中，我公司團隊就通過技術(shù)更新，改變了固有的工作模式。本項目包含大面積雙曲面造型屋面，曲面造型使得屋面內(nèi)部結(jié)構(gòu)尤為復(fù)雜，如果沒有BIM模型數(shù)據(jù)的支持，現(xiàn)場施工將面臨極大困難，所以首要的工作就是精確地創(chuàng)建屋面模型。因為預(yù)見到屋面結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，所以必須在較短時間周期內(nèi)完成整體建模，確保有足夠的時間進行結(jié)構(gòu)深化完善，以及后續(xù)的施工數(shù)據(jù)輸出。

我公司BIM團隊大膽采用多軟件、分層次的流水線工作模式，由專人完成單一構(gòu)件處理，通過參數(shù)化計算，生成實體，然后進行構(gòu)件整合?；玖鞒虨椋和瓿善胀?gòu)件平面線模型處理→平面線模型投影生成空間線模型→空間線模型交由下一道工序進行參數(shù)化實體放樣→上一道工序的人員同步進行特殊結(jié)構(gòu)的實體建?！胀?gòu)件與特殊結(jié)構(gòu)模型分批交由專人整合校對。相比傳統(tǒng)的單線程工作模式，該模式節(jié)約人力資源51%，節(jié)約工作時間40%，效果顯著。

1.2.2 推廣意義

本案例中的工作模式，其最終目的并不僅是提高效率，更是提高工作質(zhì)量。相較于傳統(tǒng)工作模式，流水線工作能讓技術(shù)人員集中解決單一問題，極大地提高了工作成果的精確度。雖然在多線程建模的過程中，有產(chǎn)生構(gòu)件遺漏的隱患，需要在構(gòu)件整合時嚴(yán)格地把關(guān)，但整合檢查本身也是BIM工作問題預(yù)判的過程，將預(yù)判工作提前融入到建模過程中，是非常重要的。傳統(tǒng)的單人完成所有構(gòu)件建模，能確保不遺漏，但會形成對同類問題的重復(fù)操作，結(jié)果得不償失。

1.3 三維設(shè)計應(yīng)用

1.3.1 三維模型深化

BIM技術(shù)在結(jié)構(gòu)深化設(shè)計上的應(yīng)用主要集中在加工和施工數(shù)據(jù)提取方面。無論數(shù)據(jù)是以二維圖紙或是純數(shù)據(jù)集的形式輸出，其基本來源都是依靠精確的三維模型創(chuàng)建。在衛(wèi)星廳項目中，因為涉及大量曲面造型結(jié)構(gòu)，所以尤其需要BIM技術(shù)的支持。

以之前章節(jié)介紹的雙曲屋面結(jié)構(gòu)為例，其模型創(chuàng)建的依據(jù)是建筑設(shè)計方提供的原始造型數(shù)據(jù)，而施工方需要的是造型產(chǎn)生的具體結(jié)構(gòu)定位數(shù)據(jù)，以完成結(jié)構(gòu)的實際模板翻樣。這就需要BIM模型在完成精確造型后，完整地創(chuàng)建所有細部結(jié)構(gòu)，比如大量的曲面結(jié)構(gòu)連接和特殊的收邊收口結(jié)構(gòu)。這些結(jié)構(gòu)的完成，需要我公司的深化人員與建筑設(shè)計方通力合作。建筑設(shè)計方根據(jù)建筑設(shè)計的原始意圖和造型要求審核我公司創(chuàng)建的BIM模型，對需要優(yōu)化的結(jié)構(gòu)提出改進意見，然后我公司進行模型更新，并復(fù)核數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

比如在衛(wèi)星廳雙曲屋面下，局部區(qū)域有平面夾層樓面，屋面梁與樓面梁的水平定位是重合的，但是因為屋面曲線造型的緣故，使得屋面梁與樓面梁的垂直間距始終在變化，平面的施工圖已無法反映這些變化所產(chǎn)生的問題。我公司與建筑設(shè)計方在解決這個問題時，全程通過BIM模型操作，從模型提取數(shù)據(jù)，將結(jié)構(gòu)的情況進行分類，建筑設(shè)計方根據(jù)我公司BIM模型提供的數(shù)據(jù)，進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化。如果上下梁間距小于一定范圍，則需將上下梁合并；如果大于某數(shù)據(jù)范圍，則需適當(dāng)變更梁高，確保雙梁結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和施工空間充足（圖4）。

圖4 屋面弧梁與樓面水平梁定位關(guān)系

其他諸如梁端連接、梁掛板收口等造型問題，屋面相關(guān)的幕墻、機電結(jié)構(gòu)深化問題，都必須通過BIM模型來進行。這些結(jié)構(gòu)深化溝通與修改的過程都是在BIM模型上實現(xiàn)的，模型充分反映了施工圖無法表達的結(jié)構(gòu)內(nèi)容，又可以實時修改，迅速預(yù)覽實際效果，形成了多方協(xié)作的三維結(jié)構(gòu)設(shè)計工作模式。

1.3.2 施工數(shù)據(jù)提取

在完成模型深化后，接下來就需要針對施工方的需求，進行數(shù)據(jù)輸出。理論上來說，模型中包含了無窮多的空間定位數(shù)據(jù)，可以任意選取。而實際的數(shù)據(jù)選取需要根據(jù)現(xiàn)場的施工特點進行，比如雙曲屋面的邊沿標(biāo)高數(shù)據(jù)的采集，就必須參考屋面相關(guān)的幕墻單元分隔。以幕墻分隔的點位為基準(zhǔn)，采集相對應(yīng)的屋面標(biāo)高數(shù)據(jù)（圖5）。

圖5 屋面標(biāo)高點位與幕墻結(jié)構(gòu)標(biāo)高的配合

基于這些起始數(shù)據(jù)，利用BIM軟件程序，批量計算出屋面結(jié)構(gòu)的底面標(biāo)高，支持模板結(jié)構(gòu)的搭設(shè)；根據(jù)屋面與幕墻結(jié)構(gòu)的相對關(guān)系，計算出幕墻鋼柱的頂標(biāo)高，從而更快地統(tǒng)計出鋼柱用料長度。各專業(yè)在獲取BIM模型后，均可根據(jù)自身的施工特點需求，快速讀取并篩選數(shù)據(jù)集，基本擺脫了二維圖紙的信息表達局限，使得施工數(shù)據(jù)傳達的渠道更為多元化。

1.3.3 推廣意義

無論是BIM三維建模還是模型數(shù)據(jù)的直接應(yīng)用，都是數(shù)字技術(shù)對實物施工技術(shù)的促進。我們不再將實物信息轉(zhuǎn)化為近似的圖紙信息，而是直接在精確的數(shù)字化實體上進行設(shè)計工作。

信息化設(shè)計的最終目的是完成精確高效的數(shù)字化加工和信息化施工，這與當(dāng)今建筑工程行業(yè)大力推行的建筑工業(yè)化理念是一致的。雖然現(xiàn)在的工程技術(shù)還不能完全基于BIM三維模型進行信息交互，但隨著信息技術(shù)的末端化發(fā)展，BIM技術(shù)也一定能夠覆蓋整個行業(yè)的每個基礎(chǔ)環(huán)節(jié)。

1.4 現(xiàn)場工作輔助

1.4.1 施工進度監(jiān)控

超大型工程因為施工面大、工況變化復(fù)雜，必須要有非常完善的工程進度監(jiān)控機制，以確保施工進度。對關(guān)鍵施工節(jié)點的控制可以實現(xiàn)工程的總體把控，但仍舊需要相應(yīng)的技術(shù)進行短周期內(nèi)的定時、定量控制。

基于BIM技術(shù)的施工流程模擬在建筑工程中的應(yīng)用已經(jīng)相當(dāng)普及，施工模擬通過簡單的原理，完成了施工流程動態(tài)演示和施工信息預(yù)報的工作。在施工準(zhǔn)備階段主要用來輔助工序流程的優(yōu)化論證，排除不合理的施工關(guān)系；到正式施工階段，施工模擬通過進度數(shù)據(jù)計算來輔助實際施工進度的監(jiān)控。這些功能的實現(xiàn)，其實都離不開施工數(shù)據(jù)的提取比對。

在衛(wèi)星廳項目中，我公司基于施工階段的總體計劃，完成了完整的主體結(jié)構(gòu)BIM施工模擬（圖6）。在完成施工流程演示的同時，按照施工周報的實際施工情況統(tǒng)計結(jié)果，出具施工模擬周報，對施工完成情況進行比對整理，并進行后續(xù)的施工預(yù)報。為了使模擬數(shù)據(jù)更具實效性，我公司在周報數(shù)據(jù)檢索上進行了詳細的考慮。輸出哪一類的數(shù)據(jù)，取決于數(shù)據(jù)對接方的需求，過多的信息反而會形成累贅，事倍功半。衛(wèi)星廳項目的施工模擬以施工量統(tǒng)計為基礎(chǔ)，參考施工管理的要點，通過施工模擬本身及外部連接的數(shù)據(jù)計算功能，分類輸出不同功能的報表。

圖6 衛(wèi)星廳主體結(jié)構(gòu)施工流程模擬

1.4.2 BIM模型交底

超大型項目的BIM模型所包含的施工信息量是非常巨大的，如何將信息傳達給相關(guān)的使用者，使信息數(shù)據(jù)發(fā)揮作用，是BIM實施團隊必須解決的問題。尤其是對于一些在實際工作中只接觸施工圖的技術(shù)人員來說，能夠獲得三維模型信息，對工作效率的提升是有極大幫助的。

在衛(wèi)星廳項目中，我公司安排專人定期出席工程技術(shù)會議。根據(jù)會議內(nèi)容進行相關(guān)模型的整理。在會議進行過程中，全程以模型演示作為技術(shù)問題溝通的平臺，實時提供所需的數(shù)據(jù)，支持全專業(yè)協(xié)同的問題解決過程，使得問題相關(guān)各方面的技術(shù)人員都能充分、直觀地理解問題的起因和過程。

另一方面，我公司著手將BIM模型上傳至數(shù)據(jù)平臺，提供給工程管理人員下載到移動端，比如智能手機和平板電腦，讓施工現(xiàn)場的技術(shù)人員無需攜帶大量施工圖資料，直接在電子設(shè)備上瀏覽模型信息，并實時傳送瀏覽結(jié)果。現(xiàn)場人員發(fā)現(xiàn)的問題，和基地人員接受的信息是以同一個BIM模型為基礎(chǔ)的，問題可以馬上由基地人員進行處理，反饋解決方案給現(xiàn)場人員復(fù)核，能夠形成技術(shù)問題現(xiàn)場提出、現(xiàn)場解決的工作方式。

2 BIM技術(shù)與工程管理

BIM技術(shù)在工程中的應(yīng)用，無論是協(xié)調(diào)技術(shù)問題，還是提供數(shù)據(jù)輸出，都是為了能夠更好地輔助工程整體管理工作的順利進行。BIM技術(shù)實施產(chǎn)生的工作模式變化，必定會推進工程管理方式的更新。

2.1 施工準(zhǔn)備階段的總體控制

通過BIM技術(shù)可以更全面、更準(zhǔn)確地匯總項目相關(guān)的各類信息，并且動態(tài)地反映出來。對于項目管控方來說，可以借助BIM動態(tài)模擬更直觀地提出具體要求，指導(dǎo)項目各參與方的工作；對于主要施工方，可以將自身的工程規(guī)劃意圖更明確、直接地表達出來；而其他項目參與方能夠更快地提出自身的建議。項目各方都省去了大量繁復(fù)的文字信息表達工作，將精力集中投入到方案優(yōu)選的工作中，而BIM技術(shù)提供的數(shù)字模擬功能、數(shù)據(jù)統(tǒng)計功能，都能服務(wù)于方案優(yōu)化，所有工作都基于同一個動態(tài)信息模型展開，為工程的后續(xù)推進打下堅實基礎(chǔ)。

2.2 技術(shù)團隊的構(gòu)架與協(xié)作

每個工程對參與其中的專業(yè)技術(shù)團隊都會提出不同的要求，專業(yè)團隊需要不斷提升自身的能力，適應(yīng)工作需求。BIM技術(shù)給設(shè)計、深化及施工團隊帶來的是信息化、標(biāo)準(zhǔn)化的技術(shù)便利，進而形成常態(tài)化的工作機制。從項目專屬的團隊建設(shè)開始，根據(jù)技術(shù)實施的要求選擇培養(yǎng)人力資源，并以統(tǒng)一的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)管控日常工作。專業(yè)團隊之間通過BIM信息平臺，互通技術(shù)資源，協(xié)同解決困難，充分避免各自為政的各種弊端。項目總控方則借助BIM技術(shù)實施反饋的成果信息，來統(tǒng)一協(xié)調(diào)各團隊的工作流程，有理有據(jù)，順理成章。

2.3 深化設(shè)計管理

深化設(shè)計作為承接設(shè)計與施工的重要技術(shù)環(huán)節(jié)，在工程管理流程中備受重視。深化設(shè)計本身的技術(shù)含量就很高，綜合了大量工藝內(nèi)容。BIM技術(shù)主要是提供了信息集合平臺，將深化設(shè)計和工藝實施成果以三維模型的形式體現(xiàn)出來。原先項目中需要管理設(shè)計原始數(shù)據(jù)集合、深化設(shè)計數(shù)據(jù)集合和施工信息集合，現(xiàn)在通過BIM技術(shù)，便可將這3步整合在同一個模型數(shù)據(jù)集合中，統(tǒng)一進行管理，各方同步進行信息更新，并獲取各自需要的技術(shù)數(shù)據(jù)。項目管理方通過訪問信息平臺，就可以管理深化設(shè)計的各環(huán)節(jié)，協(xié)調(diào)各專業(yè)的工序。

2.4 施工現(xiàn)場管理

施工現(xiàn)場管理主要是將建筑體、施工材料等實物進行量化，實現(xiàn)周期性的比對校驗。BIM技術(shù)將工程中一些數(shù)量比較大或者類型比較復(fù)雜的實物進行快速統(tǒng)計，大大提高了信息統(tǒng)計的效率。通過BIM軟件的一系列后臺邏輯計算，又能夠有針對性地檢索出所需的信息，比如施工進度數(shù)據(jù)、結(jié)構(gòu)標(biāo)高數(shù)據(jù)，都是通過BIM技術(shù)在統(tǒng)一的原則上自動獲取的。項目管理者只需要提出具體的數(shù)據(jù)要求，BIM技術(shù)人員就能編制相應(yīng)的規(guī)則，提供配套的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)輸出形式可以是純表格形式，也可以是空間模型形式，適應(yīng)不同工序的不同要求，極大地強化了工程管理的實時監(jiān)控能力，減少信息傳遞延誤產(chǎn)生的損失。

3 結(jié)語

BIM技術(shù)在建筑工程項目的應(yīng)用，最終是以實現(xiàn)建筑全生命周期管理為目標(biāo)的。在全過程的每個環(huán)節(jié)推進BIM技術(shù)，促進項目管理手段的革新，是實現(xiàn)這一目標(biāo)的必經(jīng)之路。

在衛(wèi)星廳項目中，現(xiàn)階段BIM技術(shù)實施主要集中在施工階段，但是在項目上下游的不同層面上，各方均已提出擴展應(yīng)用的需求。針對這些需求，我們將不斷探索新的BIM技術(shù)應(yīng)用手段，在BIM技術(shù)發(fā)展的道路上走出更加多樣化的道路。