BIM技术在减少砌筑结构与机电留洞冲突中的应用

中国建筑股份第八工程局有限公司上海分公司 上海 200433

0 引言

BIM作为一种三维可视化信息模型，对于建设单位的直接延伸作用有以下6个方面，分别是三维碰撞技术、虚拟施工规划、成本及工程造价管理、预制加工、可视化文档管理、地域跟踪及管理[1-3]。

借助BIM的应用，施工总包单位可以在虚拟施工阶段消除图纸阶段和施工阶段所有的设计弊端，将问题解决在施工前期，提高了施工质量，加快施工进度，减少浪费，节约成本。

1 工程概况

中海油大厦（上海）位于上海市长宁区临空经济园区，总建筑面积为1.58×106m2。地上9层，建筑面积为9.6×104m2；地下2层，建筑面积为6.2×104m2，建筑限高40 m，有多功能会议室、实验室、档案室等。机电安装工程较为复杂，为综合性功能办公楼。

本项目砌体结构为填充墙砌体，总量约12 100 m3，材料采用蒸压混凝土加气砌块。构造柱布置原则：隔墙端部未与主体结构连接或隔墙长度大于3 m时，应在隔墙端部及不超过3 m处设置构造柱；所有不小于2.1 m的门窗洞口两侧均加构造柱；大于300 mm的门窗洞口、机电预留洞口均设置过梁。因此预留洞口较复杂。

2 BIM技术概念

建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）作为一种全新的理念和技术，正受到国内外学者和业界的普遍关注。美国国家BIM标准（National Building Information Modeling Standard，NBIMS）给出的BIM定义为：BIM是设施物理和功能特性的数字表达；是一个共享的知识资源，是一个分享有关这个设施的信息，为该设施从概念到拆除的全寿命周期中的所有决策提供可靠依据的过程；在项目不同阶段，不同利益相关方通过在BIM中插入、提取、更新和修改信息，以支持和反映各自职责的协同工作[4,5]。

3 BIM技术应用

3.1 施工现状及遇到的问题

本工程要创上海市建设工程“白玉兰奖”以及机电“申安杯”奖，绿色建筑LEED认证，二结构墙体留洞与机电管道安装关系最为紧密，需确保施工质量。而这一项工程在以往很多项目中往往都不给予重视，容易造成专业间的冲突（图1），最终敲砸墙体、二次打洞，不仅增加修补墙体的返工费用、浪费材料，还影响施工进度、墙体砌筑施工质量，更不符合绿色施工的要求。

因此，对最先开始施工的地下2层二结构墙体砌筑情况进行现状调查，并对调查发现的问题信息进行汇总，详见表1和图2。

现状调查结论：地下2层共有机电提资二结构留洞167处，二结构砌筑与机电洞口冲突共47处，冲突率为28.14%，在冲突项目中，构造柱与机电洞口的冲突频率最高，达80.85%。

图1 机电管道与构造柱产生冲突

表1 二结构砌筑与机电洞口冲突的频率

图2 二结构砌筑与机电洞口问题排列示意

3.2 问题产生原因分析

1）施工方案针对性不强，方案中无详细的构造柱与机电洞口的相关处理措施。

2）方案中无详细的构造柱与机电洞口的相关处理措施，深化设计管理制度中没有类似图纸深化流程。

3）没有完善的图纸审核机制，深化图上虽有各方签字，但图纸中专业冲突问题未被发现，图纸审核不严。

针对以上几点原因，可采用BIM的3D信息技术，进行系统设计、协同施工、虚拟建造的技术和管理手段，有效地解决这些问题。

3.3 BIM技术实施

3.3.1 实施一（针对施工方案不详细）

有针对性地补充构造柱与机电留洞冲突时在机电洞口下方断构造柱的处理方法。运用BIM技术对构造柱与机电留洞冲突的典型案例进行建模（图3），配合方案辅助施工交底，使方案内容形象具体，起到良好的交底效果。

3.3.2 实施二（针对二结构专业图纸深化流程）

运用BIM在规划设计、建造施工、运维过程的整个或者某个阶段中的管理手段制定二结构深化设计流程（图4）。流程分2种情形：机电留洞提资图提资及时和机电留洞提资图提资不及时。

图3 BIM技术建模

图4 二结构深化图纸审核流程（理想状态）

1）机电留洞图提资及时。这是正常情况下二结构图纸深化流程，该情形下机电留洞提资在二结构图纸深化前，二结构深化时根据机电留洞提资图调整构造柱位置（图5）。

图5 二结构深化图纸流程（情形1）

2）机电留洞图提资不及时。这是非正常情况下二结构图纸深化流程，该情形出现于二结构施工抢工阶段，二结构由于进度原因急于出砌筑深化图，而此时相应部位的机电留洞提资图不能及时提供。

此时图纸深化分2步。第1步，先确认构造柱位置与机电洞口无冲突，确保导墙与构造柱可先行浇筑；第2步，在二结构墙体砌筑前，机电专业提交机电留洞提资图，按情形1的流程进行图纸深化（图6）。

通过制定有效的深化设计流程，明确了总包技术部与机电专业的在二结构深化时的各自职责分工，特别是制定了二结构抢工阶段图纸分步深化的流程，在减少专业冲突的同时，更加速了现场施工进度，为砌筑工程按计划实施提供技术保证。

图6 二结构深化图纸流程（情形2）

3.3.3 实施三（针对没有完善的图纸审核机制）

运用BIM模型辅助审核深化图纸。图纸审核由总包技术部经理与机电安装技术负责人审核签字。运用BIM技术辅助二结构深化设计审核，充分发挥了BIM模型三维可视化功能的优势，发现问题也更快速容易，使得图纸审核人员花少量精力就能完成图纸核对工作，事半功倍。

3.4 效果检查

3.4.1 对策实施前后的现状对比

对策实施后，对地下1层的二结构砌筑与机电留洞冲突情况进行调查汇总，详见表2（汇总表中机电留洞为机电专业二结构提资留洞，不包含因设计变更增加的二结构留洞，也不包括机电提资遗漏的留洞，地下1层机电留洞提资图共计637个二结构机电留洞）。

表2 二结构砌筑与机电洞口冲突的频率

由实施前后冲突率对比（图7）看出，经过对策的实施，“构造柱与机电洞口冲突”问题频率从80.85%降低至8.10%，说明采用的改进措施有效，问题症结得到了较好地改善。

图7 构造柱与机电洞口的冲突率

3.4.2 与设定的目标进行对比

对策实施前设定的目标为：构造柱与机电洞口冲突的累计频率降低至10%。而实施后，地下1层机电二结构提资留洞共计637个，出现专业冲突的留洞共37个，冲突率为5.8%，实现了预期目标。

3.5 BIM技术总结

在二结构抢工阶段的专业图纸深化流程中运用BIM技术，利用三维可视化加速图纸审核、辅助施工交底，在加速二结构图纸深化、确保工期的同时，又降低了构造柱与机电留洞的冲突率，提高砌筑质量，得到了业主、监理以及二结构分包、机电分包的肯定。

总包技术部组织对新分包运用BIM模型进行二结构砌筑施工交底，BIM技术三维可视化功能详细展示了二结构砌筑注意事项，针对构造柱与机电留洞容易发生冲突的地方进行重点交代，使施工交底取得了良好的效果。

4 结语

BIM技术对建筑行业有非常重要的作用，它在设计过程中把有关于建筑的各部分信息都包括在模型里面，不仅提高了效率，而且在整个过程中为建筑赋予了更多生命力。 BIM技术可以将各专业的模型合并，将问题解决在施工前期，避免在施工阶段发生冲突而造成不必要的浪费，大大提高了施工质量，加快施工进度，节约成本[6-8]。

在信息技术高速发展的今天，BIM技术已经逐渐在建筑行业应用发展，越来越多的施工企业认识到BIM技术改变了传统施工方式，能够有效地提升质量、改变现有管理模式。BIM技术的本质是建筑施工信息化、标准化，它的终极发展目标应该是基于BIM技术，使施工现场管理的信息协同共享和施工管理流程的再造变得更加得心应手。