劉富海

(中鐵十六局集團置業(yè)投資有限公司 北京 100018)

1 引言

當今信息技術(shù)的發(fā)展進步，大量的輔助軟件隨之涌現(xiàn)，在工程建設(shè)中的每一階段都會有相關(guān)的軟件輔助參與工作，這些軟件提高了工作效率，但也面臨一些需要解決的問題[1]。由于各專業(yè)各環(huán)節(jié)都獨自運用軟件，存在專業(yè)壁壘，缺乏信息共享和協(xié)同工作[2－3]。信息傳遞和交換不及時、不準確將會使工程設(shè)計、施工與運行維護產(chǎn)生諸多人力物力的浪費，甚至造成經(jīng)濟損失和法律風險[4]。BIM技術(shù)的基本作用之一就是將不同專業(yè)不同環(huán)節(jié)的信息聯(lián)系起來，實現(xiàn)規(guī)劃、設(shè)計、建造以及運維全過程的建筑項目信息共享、快捷傳遞，從而在建筑全生命期得到合理、有效的管理[5]。在BIM模型中，所有的項目參與方都可以從中獲取信息、傳遞信息以及對信息的管理和使用，實現(xiàn)在線協(xié)同辦公的目的。另一方面，在傳統(tǒng)的建造方式中，建筑設(shè)計和施工的聯(lián)系不夠緊密，但BIM技術(shù)對設(shè)計與施工一體化提供了有力支持，減少了錯誤漏碰的發(fā)生，促進了建筑業(yè)生產(chǎn)方式的改變，能夠帶來巨大的經(jīng)濟和社會效益[6－7]。

Autodesk公司于2002年率先發(fā)布BIM技術(shù)，伴隨著其強大的功能，BIM技術(shù)已在全世界范圍內(nèi)認可[8]。盡管BIM技術(shù)在我國發(fā)展十余年，但更深層的研究和更為廣泛的推廣應(yīng)用仍然面對諸多挑戰(zhàn)，這主要受到建筑企業(yè)與項目管理模式、水平的限制。因此，眾多的學者對BIM技術(shù)在房屋建筑施工中的應(yīng)用展開了較多的研究，比如張跟柱[9]、黃秋亮[10]等人，這些研究都表明我國建筑施工BIM技術(shù)多為瑣碎的碎片化模式，需要積累更多的BIM實際工程應(yīng)用案例，集成整合可行的BIM工作流程，才能催化國內(nèi)BIM技術(shù)應(yīng)用逐漸走向成熟。

依托云南省昆明市官渡區(qū)人民醫(yī)院遷建項目，采用BIM技術(shù)實現(xiàn)建造過程，研究多專業(yè)綜合碰撞及優(yōu)化、工程場地布置和規(guī)劃、建筑施工模擬與技術(shù)交底、終端協(xié)同管理4個關(guān)鍵方面的應(yīng)用情況，以豐富BIM技術(shù)在施工中的應(yīng)用經(jīng)驗，為施工管理模式和方法提供技術(shù)支撐，達到促進其推廣應(yīng)用的目的。

2 工程概況

官渡區(qū)人民醫(yī)院遷建項目位于原巫家壩機場北側(cè)、關(guān)上街道地塊，地塊四周均為規(guī)劃城市道路，東南側(cè)和西南側(cè)為規(guī)劃40 m寬的城市快速路，西北側(cè)和東北側(cè)分別為規(guī)劃30 m寬、20 m寬的城市次干道。本項目總用地面積61 680 m2，總建筑面積198 322 m2，其中地上面積 122 252 m2，地下面積76 070 m2，主體結(jié)構(gòu)形式為框架＋剪力墻結(jié)構(gòu)及框架結(jié)構(gòu)，總工期為600自然日。項目效果圖如圖1所示。

圖1 項目效果圖

3 BIM技術(shù)在項目中的關(guān)鍵應(yīng)用

3.1 多專業(yè)綜合碰撞及優(yōu)化

傳統(tǒng)的平面設(shè)計圖紙為按專業(yè)分類展開繪制，一般為結(jié)構(gòu)、給排水、暖通等專業(yè)設(shè)計圖紙匯總后，由項目總工帶領(lǐng)技術(shù)部門人員進行審圖和協(xié)調(diào)，人為失誤難以避免，圖紙中專業(yè)相互沖突的地方難以發(fā)現(xiàn)，加上實際施工過程中，各專業(yè)施工隊伍對彼此專業(yè)的施工工序、施工工藝不清晰，甚至無視，導致圖紙變成現(xiàn)實后，才發(fā)現(xiàn)管線碰撞、施工空間不足、建筑限界侵入等問題，造成大量變更、返工，以致于工期滯后，成本流失[11]。

在官渡區(qū)人民醫(yī)院遷建項目中，綜合管線功能豐富、涵蓋專業(yè)多、系統(tǒng)復(fù)雜，管線密集、排布難度大，涉及暖通、給排水、通風、網(wǎng)絡(luò)、電信、監(jiān)控等專業(yè)管線。傳統(tǒng)的平面管線綜合設(shè)計僅僅是將多個專業(yè)的管線在水平或豎直方向進行簡單地疊加，然后依據(jù)一定的判定原則去確定管線的具體位置。總的來說，傳統(tǒng)的管線綜合設(shè)計方法存在以下幾個方面的欠缺:

(1)在縱橫管線出現(xiàn)管線交叉的地方，僅依靠肉眼，難以達到全方位觀察，導致交叉處或者機電設(shè)計復(fù)雜部位出現(xiàn)碰撞也無法顯現(xiàn)出來。

(2)管線沖突現(xiàn)象的出現(xiàn)一般較為集中，對它的處理也只是局限在管線沖突位置，但未出現(xiàn)碰撞處的管線又受到?jīng)_突位置管線的影響，這樣很可能會出現(xiàn)解決了這處，另一處又會出現(xiàn)新的管線碰撞問題，產(chǎn)生顧此失彼的現(xiàn)象。

(3)在出現(xiàn)管線沖突的時候，傳統(tǒng)的CAD管線綜合設(shè)計采取的處理策略顯得粗暴，僅僅是將各專業(yè)管線進行疊加，導致設(shè)計圖紙顯得復(fù)雜，不夠直觀，加劇了問題的積累。

官渡區(qū)人民醫(yī)院遷建項目采用廣聯(lián)達BIM審圖軟件，依靠其三維管線碰撞檢查功能，可以檢查出集成后各專業(yè)管線模型的問題，并依靠其視點、紅線功能進行碰撞點的標識、預(yù)警和記錄，以備工程人員做后續(xù)的溝通和優(yōu)化，如圖2所示。BIM技術(shù)的可視化碰撞檢查可一目了然地發(fā)現(xiàn)專業(yè)圖紙間的沖突和碰撞，具有直觀性和精確性等特點。

圖2 BIM模型中多專業(yè)協(xié)同和碰撞檢查

如圖3所示，在項目施工前，利用BIM軟件強大的多專業(yè)協(xié)同及碰撞檢測功能，能夠及時準確、全面地發(fā)現(xiàn)設(shè)計圖紙是否存在錯誤、遺漏、碰撞和沖突等，提前發(fā)現(xiàn)和消防規(guī)范、施工規(guī)范等規(guī)范沖突的問題等，并且BIM軟件具有“一處改處處改”的圖紙修改功能，從而降低了現(xiàn)場施工階段可能存在的錯誤損失和返工，達到節(jié)約成本、縮短工期、保證建筑質(zhì)量的目的，同時減少建筑材料、水、電等資源的消耗及帶來的環(huán)境問題。

3.2 工程場地布置和規(guī)劃

為保障施工進程的順利推進，滿足各工序各流水作業(yè)間平順過渡，施工現(xiàn)場必須提前規(guī)劃施工場地布置。傳統(tǒng)的做法是采用平面CAD軟件進行繪制，方案的展示主要依靠文字與二維圖紙相結(jié)合來完成，工程設(shè)計和管理人員僅能依靠工程經(jīng)驗判斷現(xiàn)場布置是否滿足施工要求和存在不合理現(xiàn)象，設(shè)計圖紙的平面化，導致無法動態(tài)實時地提供工程量統(tǒng)計，以致于工程結(jié)算缺少依據(jù)[12]。

官渡區(qū)人民醫(yī)院遷建項目采用廣聯(lián)達施工現(xiàn)場三維布置GSL產(chǎn)品，基于BIM技術(shù)快速建立施工現(xiàn)場布置，具備簡單、直觀、智能、合理的特點。建模時，可直接利用軟件內(nèi)置的各種參數(shù)化構(gòu)件，也可以自創(chuàng)BIM模型構(gòu)件，導入施工場地布置模型中，幫助設(shè)計者快速地建立施工現(xiàn)場的三維模型，同時實現(xiàn)所見即所得；另一方面，可實現(xiàn)智能自動計算臨建工程量，為臨設(shè)成本控制、分包結(jié)算提供參考依據(jù)。

3.3 建筑施工模擬與技術(shù)交底

目前，大多數(shù)建筑工程的項目管理使用橫道圖或者網(wǎng)絡(luò)圖來表示施工進度計劃，這些圖表具有較強專業(yè)性、可視化程度低的劣勢，對于復(fù)雜的工序或者分部分項工程，其難于描述施工的動態(tài)過程，讓現(xiàn)場工程人員難于理解建造過程。依靠BIM技術(shù)施工模擬，技術(shù)人員和管理人員可以動畫漫游的方式觀看施工整體工序和關(guān)鍵、復(fù)雜節(jié)點的施工過程，并對施工現(xiàn)場的道路、設(shè)備、材料的布置與進度安排進行理解、優(yōu)化和修改。依據(jù)確定的施工現(xiàn)場布置，施工管理人員可以按施工進度安排資金、材料和勞動力供應(yīng)。

(1)運用BIM 4D(3D＋time)技術(shù)將工程與時間信息整合在一個可視化的4D模型中，實現(xiàn)計劃進度模擬、實際進度與計劃進度對比模擬、施工場地布置及機械措施模擬、資金模擬、物質(zhì)耗量模擬，不僅可以直觀、精確地反映建筑的流水作業(yè)全過程，而且使用者可以對工程施工最新狀態(tài)進行掌握，分析影響進度的因素，對各專業(yè)進行協(xié)調(diào)，制定相應(yīng)的進度控制措施，從而達到縮短工期、降低成本、提高質(zhì)量的作用。

(2)采用了BIM＋無人機技術(shù)，設(shè)立了官渡醫(yī)院微信公眾平臺，利用無人機制作施工現(xiàn)場全景視圖，航拍全景圖片并更新，直觀地反映現(xiàn)場進度情況，虛擬展示模擬施工進程。技術(shù)人員通過微信掃模型二維碼即可遠程掌握現(xiàn)場進度情況，進而對比計劃完工量。

(3)通過4D施工模擬可以直接應(yīng)用于工程技術(shù)交底，讓施工工人直觀地了解工作范圍及技術(shù)要求，管理人員可以打印出模型圖紙，從而方便現(xiàn)場管理人員拿圖紙進行施工指導和現(xiàn)場管理，真正做到前期指導施工、過程把控施工、結(jié)果校核施工，達到施工全過程智能化、數(shù)字化的目的，如圖4所示。

3.4 終端協(xié)同管理

現(xiàn)場資料的收集是工程管理的基礎(chǔ)，現(xiàn)場人員在施工現(xiàn)場巡視中采集的進度、質(zhì)量、安全等方面的圖文資料，只有及時上傳和共享，才能使其他參與方進行瀏覽和分析處理。BIM強大的資料分享、管理功能，可將官渡醫(yī)院遷建項目施工現(xiàn)場巡視的各類文件儲存在云端，并與模型進行關(guān)聯(lián)，項目參建人員可以通過WEB端、移動端對資料進行瀏覽，實現(xiàn)工程資料的分類、定位和管理，從而減少參建方因溝通和銜接不當帶來的問題。

(1)基于云技術(shù)的移動端數(shù)據(jù)共享管理方案，在移動終端實現(xiàn)了駐場工程師現(xiàn)場巡視時通過手機分享進度、質(zhì)量、安全等方面的照片、錄音和文字記錄，并關(guān)聯(lián)模型，如圖5所示；另一方面，移動端(手持設(shè)備、手機等)上傳的數(shù)據(jù)可以實時同步至電腦端，生產(chǎn)和管理人員可以通過文檔調(diào)用的方式，在模型中進行瀏覽和指導施工，實現(xiàn)遠程控制，如圖6所示。

圖5 基于BIM移動應(yīng)用記錄現(xiàn)場質(zhì)量安全等問題圖

圖6 質(zhì)量安全問題跟蹤與處理

(2)基于云技術(shù)的WEB端數(shù)據(jù)共享管理方案，提供質(zhì)量、安全問題分析熱力圖、形象進度看板、進度照片墻、模型及屬性信息瀏覽、成本分析穿透報表等，公司的管理層領(lǐng)導能夠在任意時間、任意地點獲取項目的最新動態(tài)。

3.5 工程資料管理

與傳統(tǒng)建造中的人工整理項目資料不同，BIM技術(shù)具有兼容多種類型的數(shù)據(jù)信息的能力，提供海量的建筑資料，建立數(shù)字信息模型，達到數(shù)據(jù)的四維化，有效地管理、利用工程質(zhì)量和數(shù)據(jù)，服務(wù)于項目的全生命周期。

(1)在施工準備階段，資料信息主要包括由業(yè)主提供的勘察設(shè)計文件、招投標及承包合同文件等。此階段運用BIM技術(shù)將傳統(tǒng)工程圖紙轉(zhuǎn)化為可視化信息模型，設(shè)置參數(shù)，將相關(guān)資料信息輸入模型，進行資料的有效管理。

(2)在施工階段，施工過程將產(chǎn)生大量的單據(jù)、圖表、驗收憑證、工程變更等資料。應(yīng)用BIM技術(shù)可以將這些海量的數(shù)據(jù)、文件、圖片、音頻和視頻等資料與模型相關(guān)聯(lián)，達到空間信息與時間信息的統(tǒng)一，使用者可以從BIM模型中訪問、檢索、調(diào)閱、利用、共享資料，實現(xiàn)施工過程的大數(shù)據(jù)化，真正做到數(shù)據(jù)服務(wù)項目的目的，如圖7所示。

圖7 BIM模型與海量工程資料相關(guān)聯(lián)

(3)在竣工驗收階段，根據(jù)BIM信息模型以及前期完整的資料信息，可以對工程竣工報告、竣工驗收報告、竣工圖等需求信息進行快速導出，實現(xiàn)信息的共享傳遞。

在官渡區(qū)人民醫(yī)院遷建項目施工過程中，將各種格式的電子版工程資料上傳到BIM模型中，并與模型進行關(guān)聯(lián)，實現(xiàn)工程資料的分類、定位管理。在應(yīng)用中可方便快捷地查看到所需的工程資料，如圖8所示。

圖8 工程資料與模型關(guān)聯(lián)

4 結(jié)論

依托BIM技術(shù)在云南省昆明市官渡區(qū)人民醫(yī)院遷建項目中的應(yīng)用，研究其在施工過程中的應(yīng)用情況，得出以下結(jié)論:

(1)傳統(tǒng)的綜合管線平面設(shè)計圖紙，不可避免地存在錯誤、遺漏、碰撞和沖突等問題，BIM具有強大的三維管線碰撞檢查功能，針對各專業(yè)管線碰撞和沖突的地方，可通過軟件的視點、紅線功能，進行提示、預(yù)警和記錄，具有直觀性和精確性等特點。

(2)基于BIM軟件中內(nèi)嵌參數(shù)化模型或者自創(chuàng)構(gòu)件模型，導入施工場地布置平面圖中，快速地建立施工現(xiàn)場的三維模型；此外，軟件可實現(xiàn)自動出工程量統(tǒng)計表的能力，將其與造價定額相互關(guān)聯(lián)，進而計算臨建費用，達到成本控制和分包結(jié)算的目的。

(3)在BIM三維模型的基礎(chǔ)上，集合時間信息形成一個可視化的4D模型，實現(xiàn)計劃進度模擬、實際進度與計劃進度對比模擬、施工場地布置及機械措施模擬、資金模擬、物質(zhì)耗量模擬。

(4)BIM可通過WEB端、移動端對資料上傳、瀏覽、分類、定位和管理，BIM技術(shù)能融合不同類型的數(shù)據(jù)信息，達到工程資料的管理，從而減少因溝通和銜接不當帶來的問題。