公共建筑在工程施工中BIM技术的应用实践

2017-10-19王杰钦

建筑与装饰 2017年2期

王杰钦

摘要本文介绍在福州海峡图书馆这一公共建筑的工程施工中综合应用BIM技术在施工重点部位和重要环节进行实践的工程经验，特别是总结了本工程在施工总平面BIM三维管控，施工全过程有关建筑、安装、生产、进度和成本等BIM5D的应用以及采用BIM技术指导钢结构吊装的重大危险源管控等方面均取得比较良好的效果，有力地支持了本工程控制进度，控制费用，减少返工，创造绿色环保低碳施工的绿色建筑施工理念。

关键词公共建筑；工程施工；BIM技术；应用实践

引言

随着现代技术文明的高度发展，在追求低能耗、低污染、可持续发展的大背景下，工程建设信息化已经成为时代发展的必然方向。 BIM技术作为一种新一代创新性的计算机辅助设计工具和生产方式，已经成为建设信息化技术在建筑业应用的最重要代表之一，特别是公共建筑在工程施工中得到优先推广应用，也已经初见成效。

BIM（building information model）是建筑信息模型的简称，是以建筑工程项目的各项信息为基础，建立起来的三维建筑模型。BIM技术不仅是通常理解的一种或者一类软件，也不局限于建筑模型的建立。BIM技术是贯穿于整个建设项目生命周期的信息集合，是一种有别于传统的工作模式和协同管理模式，是将传统粗放型的建筑行业向精细、高效、统一转变的一场技术革命，这次技术革命被称为是建筑行业继20世纪甩掉手工绘图板向CAD技术转变后的又一次重大的技术变革。

1 工程概况

福州海峡图书馆项目位于福州市台江区江滨路北侧CBD中央商务区内，建筑类别为公共建筑—图书馆，建筑高度65.7m，总建筑面积58005㎡，其中地上建筑面积49032㎡、地下室建筑面积8973㎡，建筑层数为地上11层、地下室1层，设计机动停车位112个。本工程工程造价2.2亿元，结构体系为框架剪力墙结构，屋面机房层为钢结构，抗震设防烈度为7度，框架结构抗震等级为一级，由福建六建集团有限公司总承包施工[1]。

2 建立BIM施工模型及优化工作

建立BIM施工模型是施工阶段BIM技术应用的首要任务和先决条用，是利用 BIM 软件，建立施工三维几何实体模型，进一步细化、完善、优化和协调土建、安装等专业在设计阶段的三维模型，具体技术要求如下：

2.1 建立土建工程BIM施工模型及优化工作

（1）三维展示图纸上所含的建筑及結构构件信息，并与二维设计图纸的信息相符。

（2）提交的土建模型，建模顺序为：A结构柱-B结构板-C结构梁-D墙-E建筑板-F其他构件。

（3）土建模型建模分地下部分与地上部分，地下部分分楼层、分区和后浇带，地上部分分楼栋，分楼层，各部分的建模均要符合文件夹和模型文件的命名规则。

（4）土建模型全面反映图纸轴线标注信息和模型定位及项目基准点的设置。

（5）钢结构需要添加结构属性信息，建模时在软件的属性设置中进行设置。

（6）混凝土结构需要正确反映混凝土平面、混凝土构件类型、混凝土强度等级和截面尺寸等信息，对典型及复杂的结构节点要进行三维深化。

（7）二次隔墙墙体随工程进度及现场建筑图纸更新及时更新模型。

（8）根据施工图及深化图纸在项目的不同阶段及时更新防火门及防火卷帘信息，完整体现其构造及空间尺寸，同时将门窗表、材料作法表与模型进行关联。

（9）检查建筑关键节点防水完整性，检查追踪屋面、挑檐的排水坡度，并清晰标识出坡度小于1%的汇水范围[2]。

2.2 建立安装工程BIM施工模型及优化工作

（1）建模范围是安装工程全专业，包括：空调、采暖、给排水、雨水、消防、强电、弱电等。

（2）管线建模精度要求：直径大于等于15 mm的各安装专业管线、设备机房内的管线、阀门、管道支吊架、管线的坡度、管道的保温，对各种管线、管井、吊装孔等竖向空间贯通性进行核查。

（3）各系统专业模型属性全面反映图纸信息，包括二维设计图纸的基本信息，以及电气、给排水、暖通、消防系统图纸及设计说明中所涉及的信息，如几何信息、对象名称、系统信息、型号信息等。

（4）安装工程建模包括给排水系统、消防系统、暖通系统以及电气系统，主要包括管道、风管、管件、管路附件及设备等，各系统的建模范围如下：

（A）给排水系统包括各子系统（生活给水、绿化给水、生活污水、废水、雨水、中水给水、中水回水等）

（B）消防系统包括各子系统（消防栓、消防喷淋、大空间灭火、气体灭火、火灾报警等）

（C）暖通系统包括各子系统（空调通风系统、消防排烟系统、循环冷却水系统、循环水系统、冷凝水系统等）

（D）电气系统包括各子系统（电气系统包括低压配电系统、柴油发电机系统、动力配电系统、照明配电系统、应急照明系统、消防报警及广播系统、弱电系统等）

3 施工项目总平面布置三维策划工作

本工程采用BIM技术进行施工项目总平面布置三维策划工作，能快速精准表达施工空间冲突指标，能进一步完善场地布局方案评估模型，具体内容如下：

3.1 施工场容场貌

本工程施工现场通過BIM技术结合企业CI策划进行统一规划大门和围墙及工人实名制登记的门禁体系，同时入口处的五牌二图、施工五小设施和现场临时用地内的贴宣传标语及所有机械设备统一标识均在BIM图上进行策划，并做到实图相符及每周更新的要求。

3.2 施工临时道路及设施

本工程通过BIM技术规划设计和漫游临时施工道路，实现3个施工阶段的三维立体直观管理，分别是地下室施工阶段、主体施工阶段和装饰装修施工阶段，形成良好的场内环型道路，保证了场地内道路畅通并避免了材料的二次搬运。同时，所有临时设施也均采用BIM场布软件进行三维设计，包括作业区、办公区和生活区，通过设计实现临设区域合理整洁、场地硬化、绿化、美化。

3.3 垂直及水平运输

本工程通过BIM技术结合相关技术管理软件确定本工程采用施工现场共布置2台QTZ80型塔吊和2台SC200/200施工电梯，并进行准确定位和指导安装工作。

3.4 施工临時用电

本工程利用BIM技术绘制本工程施工临时用电三维图，电按三级配电，三级保护形式布置，整个施工现场供电系统采用绝缘电缆埋地敷设，建筑物内部竖向沿井道明敷，实现施工临时用电的全方位和全周期的安全用电目标。

3.5 施工临时用水

本工程利用BIM技术绘制本工程施工临时用水三维图，包括平面给水、立面给水和排水等系统，实现施工场地内外生活、生产正常和应急用水的需求以及合理合规的排水排污系统[3]。

4 施工过程BIM5D管理技术

施工进度拖延，安全、质量问题频发、返工率高、施工成本超支等已成为现有建筑工程项目的通病。公共建筑尤其严重，BIM5D管理技术的应用在本工程的应用取得均好的效果，具体如下：

4.1 施工方法可视化及过程验证

本工程采用BIM5D进行虚拟施工，先确定相关信息包括设计和现场施工环境的五维模型、根据构件选择施工机械及机械的运行方式、施工的方式和顺序、所需临时设施及安装位置等；接着对施工过程进行可视化的模拟包括施工方案设计、现场环境和资源使用状况等；最后一旦发现问题，采用基于BIN5D模型提出新的方法，并对新的方法进行模拟来验证其是否可行，即施工试误过程，有效的识别和解决了工程施工前绝大多数的施工风险和问题。施工方法的可视化及过程验证使是本工程所有参建人员在施工前就能清楚地知道所有施工内容以及自己的工作职责，也促进施工过程中的有效交流。

4.2 进度控制

本工程利用BIM技术对施工的重点或难点部分进行可见性模拟，按网络时标进行施工方案的分析和优化，提高计划的可执行性。同时利用BIM技术结合施工组织设计进行电脑预演，提高复杂建筑体系的可施工性。还借助BIM技术对施工组织设计进行模拟，直观地展示了间隔施工过程的时间节点和关键工序情况，清晰的把握在施工过程中的难点和要点，也进一步实现对施工方案的优化完善，整体提高了施工效率和施工方案的安全性。

4.3 参建人员有效的交流工具

本工程通过BIM技术在施工过程的可视化，使BIM模型成为一个便于本工程施工参建设各方交流的沟通平台。通过这种可视化的模拟缩短了现场工作人员熟悉项目施工内容、方法的时间，减少了现场人员在工程施工初期犯错误的时间和成本。还加快、加深对工程参与人员培训的速度及深度，真正做到质量、安全、进度、成本管理和控制的人人参与。

4.4 安装工程BIM5D应用

本工程水、电、暖、消防等设备系统复杂，在施工前先根据所要施工的图纸利用BIM技术进行图纸“预装配”，通过典型的截面图及三维模拟可以直观地把设计图纸上的问题全部暴露出来，尤其是在施工中各专业之间的位置冲突和标高“打架”问题。而且在采用BIM技术的项目优化后，除了消除管线碰撞现象，而且也是有效的解决复杂设备系统净空可利用率的重要措施，为本程的各楼层及地下室净高的控制和提高创造了条件。

4.5 成本造价控制

以往施工决算的时候都是拿着图纸在计算，有了模型以后，数据是完全自动生成，做决算、预算的准确性提高了。因此，本工程在建模的同时，各类的构建就被赋予了尺寸、型号、材料等的约束参数，提高了导出的材料设备的数据精确度，应用BIM模型导出的数据也直接应用到工程预算中，为造价控制、施工决算提供了有利的依据。

5 监控屋面钢结构吊装的重大危险源BIM管理技术

本工程的钢结构主要由4层小屋盖钢结构与11层主屋盖构成钢结构，钢结构钢材均采用Q345B，对接剖口焊缝质量为一级焊缝，其他为二级焊缝，钢柱为劲性钢柱的H型钢柱结构，型钢梁为H型钢梁。整个钢结构的制作与吊装均采用BIM技术进行管理，具体如下：

5.1 钢结构屋盖的BIM建模及节点深化设计符合BIM建模的各项指标和规范要求。

5.2 根据BIM建模分解和制作钢结构各节点和各杆件的三维加工详图，并提供设计确认和厂家制作加工。

5.3 利用BIM建模確定钢结构各节点和各杆件的重量和重心，选择吊装设备为1台500吨履带吊，2台200吨履带吊，2台塔吊进行钢结构施工吊装及1台70吨汽车吊进行现场拼装。

5.4 利用BIM建模确定按4个区域进行高空吊装的方案和场地内环型闭合的行车路线。

5.5 通过BIM技术对钢结构进行预拼装模拟，实现可视化交底，识别重大危险源，有效地消除吊装中的安全隐患。

5.6 通过BIM技术，找到本工程钢结构的四个角的悬挑桁架外挑15米为整个钢结构吊装的重点控制部位，因此悬挑桁架采用地面拼装和整体吊装的方案，用1台70吨汽车吊在地面搭设胎架拼装，因桁架过大，上下搭设25#槽钢临时固定，吊装完成后，安装相关的内部钢梁及悬挑钢梁与支架。

5.7 通过BIM技术寻找高空吊装作业危险点，发明国家新型专利新型挂蓝式操作平台和钢结构高空作业安全绳结构等防护措施。

6 结束语