济南西客站站前广场地下工程BIM 应用

曾大林 赵灵敏 岳广飞

(1.同济大学经济与管理学院，上海 200092;2.济南柏慕营特工程咨询有限公司，济南 250014)

1 引言

BIM 是一种三维构思、三维设计、三维建造、三维运营的理念，它能够改变建筑业的生产和运营管理方式。BIM 具有精确的成本控制和管理、直观和便捷的进度管理、高效的建设环境校核、高效的可持续建筑分析、克服劳动力技术力量短缺、教育和语言障碍、更有效的设计协调和评估、更有效的物业和信息资产管理等诸多应用特点［1］。美国等一些发达的国家应用BIM 的工程比较多，获得了不错的效益。

我国工程建设行业从2003 年开始BIM 技术在实际项目中的应用及研究工作。截至目前，我国已经拥有了一定数量在不同程度上应用过BIM 技术的业主、设计和施工企业。尤其是在2008 年之后，BIM 应用得到了一定的发展，受到越来越多的工程项目青睐，成为推进我国建筑业发展的宠儿。

济南西客站建设是一项规模比较大且复杂的工程，在设计、施工等阶段容易遇到的问题及困难比较多。BIM 技术的引入给工程带来很大的效益，同时为今后BIM 在该区域内其它工程项目的推广及应用打下良好基础。

2 工程的特点

济南西客站项目是山东省重点工程，其站前广场项目是整个西客站项目的重点工程。它包括商业综合体、站前广场、西南角公交站房及相关地下工程。总建筑面积32 万平方米，地下建筑面积约24 万平方米，地上建筑面积约8 万平方米。该项目规模巨大，参建单位多，技术和管理非常复杂，业主对参建各方的要求甚高，这给施工带来很大的困难。具体可归结于下:

(1)地下工程大，管线多而复杂。

(2)主体工程量巨大，计算不易。

(3)安装难度较大。

因此，为保证该项目如期完成，业主要求施工阶段不能有过多或者过大的修改。这便给项目设计及施工提出了较大的要求。

如何提高决策的准确度和效率、减少变更浪费、提高管理效益、尽快实现投资回报等一系列的问题，成为投资方、管理方以及总承包方所最为关心的问题。BIM(建筑信息模型)理念的引入，给建设领域项目管理注入了新的活力，也受到业方的高度重视。

3 BIM 应用的方法及工具

项目中BIM 应用内容主要包括三个方面:建筑结构及设备之间的碰撞检查、工程量统计、4D 施工模拟。下面分别对三个方面的BIM 应用的方法进行探讨。

3.1 管线综合

管线综合可以用一句话来描述，那就是:建模先土建，后管线，从上到下，从大到小减避让，汇成文档并出图［2］。

(1)描二成三建模型

“描二成三”是指BIM 建模员根据甲方提供的二维图纸，使用Revit 软件搭建三维模型，包括建筑、结构、水暖电。见图1、图2。

(2)碰撞检测

碰撞检测主要包含三方面的内容:

一是土建模型内部的不合理碰撞，即建筑和结构之间的不合理布局。如根据二维施工图纸的设计，生成三维模型，可以看出某梁的标高过低，与门接近，无法为过道流出足够的净高。

二是管线与土建模型的碰撞检测，这种碰撞一般是必须调整的，主要调整对象为管线的位置，如果建筑或者结构十分不合理，也可以调整建筑或者结构(见图3)。

图1 建筑结构整体模型

图2 设备管线整体模型

图3 冷水管、热水回水管、冷却水供水管与某梁相碰

图4 消防水管道与风管交错

图5 多管交汇处管线避让调整

三是管线之间，即电气、水、暖通设备管线之间的碰撞检测。在传统二维设计中，管线的设计属于粗放型的，设计师为施工人员提供的图纸都是系统图，也即示意图，在某些局部复杂且管线较多的地方，施工人员无法根据示意图完成安装，或者做了不合理的安装工作，最后对施工质量大打折扣，见图4。而采用Revit 进行三维管线综合设计则是精细化设计，它能为满足工程严苛的净高要求产生很大裨益。因此，利用Revit MEP 软件自身的功能，对管线模型进行自动检测，再由具有施工经验的工程师对检测出的碰撞挑选出有必要调整的部分，形成书面报告。

(3)管线综合优化设计(管线调整避让)

管线综合优化设计是根据管线碰撞检测报告，对出现问题的地方进行调整，目的是为满足建筑体功能流出足够的净高和空间。三维的BIM 模型具有精确调整管线标高及位置的功能，利用其对需要调整的地方进行精确调整，对施工人员会起到很大的帮助。见图5。

(4)汇成文档并出图

三维设计的管线综合成果的输出不同于二维设计形式，一般可分为四个层次的成果提交。一是管线综合平面图;二是局部剖面大样;三是局部三维轴测图;四是DWF 格式的BIM 模型。图6 和图7分别展示了局部轴测图和标高层次示意图。

图6 某局部轴测图

图7 管线综合标高层次示意图

图8 某楼层结构工程量明细(局部)

3.2 工程量统计

工程量统计是工程成本核算的最主要部分，一般有三种方法获取BIM 模型中的工程量:一是利用应用程序接口(API)在BIM 软件和成本预算软件中建立连接;二是利用开放式数据库连接(ODBC)直接访问BIM 软件数据库;三是利用BIM 的自动算量功能将工程量导入到Excel 表中，然后按照传统方式进行成本核算。［3］

工程量统计是在土建模型、管线模型都已经优化之后的基础上，对项目的主材料和辅材料进行量的统计。由于Revit 软件具有自动统计功能，BIM 工程师需要做的就是设置好工程量材料的归类以及材料信息的标注，如图8。工程量统计能否为造价人员提供准确的量的依据，主要取决于两方面的内容，即模型的精细程度和材料信息的分类能否与造价人员所需要的材料清单相符。

3.3 施工模拟

施工模拟一般用于工程的管线安装，尤其是管线复杂的部分。在安装过程中，有些施工人员凭借长年的施工经验对某些需要特别注意的管线采取了常规的安装模式，造成的结果是安装完成后的管线排布并没有和BIM 模型中管线排布一样，影响了施工质量。其中的主要原因是施工人员没有足够掌握所要安装内容的信息，出现了管线安装顺序不妥的情况，从而出现了质量问题。如某部分需要先安装横向的排水管，再安装其它较大的风管、电缆桥架等，但安装人员忽略了这一点，采取了先安装电缆桥架的办法，并且占据了排水管的空间，也无法形成合理的避让。如果有比较直观的安装模拟做指导，施工人员所犯的错误就会大大减少，间接上会提高施工质量，节省工程费用，保证工期。BIM工程师可以利用Navisworks 制作施工模拟视频，但前提是该工程师必须对需要做施工模拟的部分能够提供最为合理的安装方案，之后依据方案制作具有指导意义的视频。其主要的制作步骤如下:

(1)制定详细的施工安装计划，确定每个关键时间节点;

(2)根据施工进度节点，使用Navisworks 软件模拟施工过程，并生成视频文件;

(3)对于局部施工比较复杂地方则需要提前制定好安装工序，然后根据工序模拟安装过程，生成视频文件;

(4)对生成的视频文件做必要渲染，以增强其表达效果。

4 BIM 应用的价值

(1)通过碰撞检查及管线综合优化，提前发现设计图纸中可能存在的碰撞问题并提出合理的解决办法，有效地减少了在施工阶段出现的设计变更或修改，减少了施工过程中可能出现的大量反攻浪费，节省投资，节约了工期。

此工程应用BIM 的部分为T 型广场和南综合体两部分。按照二维图纸搭建的BIM 模型，导入Navisworks 检测出:T 形广场部分检测出通风碰结构共计232 处，排烟碰通风和结构共计165 处，给排水与空调水、通风、结构间的碰撞共计92 处，消火栓与给排水、空调水、通风、结构间的碰撞共计75 处，喷淋碰消火栓、给排水、空调水、通风、结构共计132处，桥架碰喷淋、消火栓、给排水、空调水、通风、结构共计439 处。

南综合体部分检测出通风碰结构共计232 处，排烟碰通风和结构共计206 处，空调水碰排烟、通风、结构共计211 处，给排水碰空调水、排烟、通风、结构共计175 处，消火栓碰给排水、空调水、排烟、通风、结构共计48 处，电缆桥架碰喷淋、消火栓、给排水、空调水、排烟、通风、结构共计133 处。

上述碰撞检测结果中，大部分是在施工过程中无法现场调整的错误。BIM 工程师根据这些错误的特点结合施工办法对错、漏、碰等现象进行了合理调整，优化管线模型，进而为实际施工提供准确可靠的施工依据，增强了项目可建造性。

通过碰撞检查，提前解决了设计图纸中的大量的设计变更或修改，减少在施工过程中出现大量变更的可能性，避免大量的返工，确保工程质量。

(2)通过搭建模型，统计工程量，为工程提供预、结算参考依据。

BIM 模型包含了建筑物所有结构和设备的全部信息，通过管线综合优化后的BIM 模型，生成所有的工程量和建筑构件统计是比较准确的，为工程预算、结算提供参考依据。项目的工程造价人员采用了BIM 模型提供部分工程量统计信息，通过与传统方式统计对比，BIM 模型的工程量统计在结算准确度上要强于传统的统计方式。

(3)通过4D 施工模拟，按照施工进度模拟建造过程，实现了西客站站前广场土建、安装专业的四维可视化施工进度模拟。

一般项目在施工阶段每个环节的把握是比较困难的。如在建设到不同高度的阶段，人们如何预知下一阶段的建筑物形貌?每个阶段需要购置的材料具体为多少?如何高效利用仓储空间?这一系列问题都需要精确的计算才能给出相对准确的答案。

济南西客站站前广场地下工程采用了BIM4D施工模拟技术，从时间维度动态地反映了工程进度可视化情况。

通过施工模拟，第一为管理者提供了更加直观的进度控制依据;第二为施工现场提供可视化施工模拟建造过程，避免施工工序交叉时出现问题，达到优化进度、缩短工期的效果;第三为工程投资控制人员提供分阶段工程量统计依据，做到科学备工备料，及时统计工程投资完成情况。

5 难点与不足

(1)做BIM 管线综合要求BIM 工程师要懂得施工。

BIM 管线综合对管线排布的要求是精确化的，而非CAD 那样粗放。实际上BIM 的管线综合就是实际施工与安装的高度仿真，因此，BIM 工程师必须熟悉实际项目中管线的安装内容，包括施工的组织与管理。这样才能更好的做出与竣工之后的理想模型。

(2)工程量统计中材料清单不全面且分类符合传统造价人员的习惯。

目前行业里使用的造价软件主要为广联达，主要的流程就是熟悉二维图纸、建立模型、工程量统计、定额套价。传统方式的概算一般要求额度高于结算的5%，预算则要低于3%。对工程量统计的要求也便基于此。目前，采用BIM 技术进行工程量统计主要还是在于材料清单是否全面，如模型搭建的不够精细，一些材质没有在模型上体现，则工程量统计中也便缺失了。因此，造价人员能否用得上BIM 工程师提供的工程量统计，材料清单的全面性是个关键。另外，BIM 模型导出的工程量统计，对材料的分类是非常细的，不符合目前造价人员的分类习惯，因此如果不加以调整，许多工程量的统计就无法支持项目的预算。

(3)施工模拟缺乏组织与管理的功能，对现场施工指导作用需要进一步开发。

目前应用Revit 软件搭建模型，制作施工模拟视频，主要体现在工序及宽泛性的施工进度模拟之上，如何将施工模拟做得更精细?如让施工人员预先知道每一天的工程量，需用人工工种、工时及人数，每天所用多少材料，什么样的材料，各种机械设备与人员如何组织等，这些都无法通过单独的软件来实现，对软件的智能化提出了较大要求。

(4)受软件功能限制，无法画出横向排水管的倾斜度。

在管线综合中，横向的排水管一般要求有一定的倾斜度。但在Revit MEP 软件的功能中，无法实现横向排水管的倾斜，因此，在三维表达方面也存在着与现实施工的失真。这便对软件功能提出进一步的要求。

6 总结

济南西客站项目BIM 应用从内容上来说比较少，应用的层次也不是很深，但总体上还是给项目带来了比较大的收益，体现了其应用价值，得到了业主及其它参建方的认可。它不仅提高了设计效率和出图质量，缩短工期，节约成本，还改变了项目管理模式和施工模式，使绝大多数的设计错误在施工前得到改正，避免了施工过程中出现大量变更处理。我国的BIM 应用还在探索阶段，如何让BIM 为我国城市化建设展现其强大的能力，这需要我们不断的努力与刻苦的钻研。

［1］何关培.商业地产和BIM.中国商业地产BIM 应用研究报告2010.

［2］杨远丰.三维管线综合设计实践与技术探讨［J］.建筑技艺，2011(Z1):154-159.

［3］王广斌，张洋等.基于BIM 的工程项目成本核算理论及实现方法研究［J］.科技进步与对策，2009(11):47-49.

［4］吴吉明.建筑信息模型系统(BIM)的本土化策略研究［J］.土木建筑工程信息技术，2011，3(3):45-52.

［5］黄亚斌.企业级BIM 应用实施步骤(二)［J］.土木建筑工程信息技术，2011，3(4):42-50.

［6］赵灵敏，岳广飞.山东省文化中心项目BIM 应用实践［J］.土木建筑工程信息技术，2011，3(4):51-57.

［7］马洪娟，姚守俨，戈祥林等.BIM 技术在南宁规划展示馆项目施工中应用体会［J］.土木建筑工程信息技术，2011，3(4):82-86.

［8］何关培.BIM 和BIM 相关软件［J］.土木建筑工程信息技术，2010，2(4):110-117.

［9］何关培BIM 博客:http://blog.sina.com.cn/heguanpei

［10］张学斌.BIM 技术在杭州奥体中心主体育场项目设计中的应用［J］.土木建筑工程信息技术，2010，2(4):50-54.