BIM技术在房建工程施工中的应用

曾朝斌

(中国水利水电第三工程局有限公司,西安 710024)

近年来，应经济发展需要，房屋建筑工程项目对施工技术提出了更高要求。由于房建工程自身的特点，其设计复杂、构件繁多，仅依靠传统的二维图纸很难提前检测或发现设计中存在的冲突问题，许多设计问题通常在施工阶段才能发现，从而影响了施工进度、成本和安全。为了解决出现的工程设计与施工问题，不得不配置更多的人员，由此管理成本也大幅度增加。建筑信息模型(BIM)作为一种管理理念，目前在欧美等发达国家的建筑业已得到不错的推广与应用，近年来在中国也得到一定的应用，特别是在建筑工程项目中取得了一定的成效[1-2]。一方面，为建设项目的设计与施工提供了有效的支持；另一方面，为项目的各个参与方提供了一个有效的协同工作与交流平台。从而减少了施工返工，提高了工程质量，并节约了建造成本与工期。因此，将BIM技术应用在房建工程中以保证施工的高效进行是十分重要的[3-6]。

1 工程概况

汉中兴元新区东翼安置区项目由1-9号主楼和裙楼组成，主要功能为住宅和商业。主楼采用剪力墙结构，商业裙楼采用框架结构，地下一层采用框架结构。对项目地块Ⅲ1号楼(建筑面积14 548.58 m2)、3号楼(建筑面积8 410.82 m2)、11号楼(建筑面积3 954.76 m2)进行施工阶段全专业施工图[包含：一二次结构、建筑、给排水(含设备)、电气(含设备)、暖通(含设备)、消防(含设备)、室外道路、园林景观及绿化]BIM模型搭建并建立项目族库，完成全专业深化、出图、统计工程量的工作，为工程施工提供支撑。

预期目标：提升项目精细化管理水平，提高专业服务水平及项目团队技能，辅助进行项目管理工作，提升项目品质；培养出公司自己的BIM技术人员。

预期效益：节约施工成本2%～5%，缩短工期3%～5%，减少60%返工，排除图纸错误80%；培养出1～3名BIM技术人员。

2 实施方案

根据前期策划在总图工作制度的前提下(见图1)，制定相应的制度标准、工作流程和任务划分(见图2)。

图1 总图工作制度图

3 应用情况

3.1 BIM建模

3.1.1 系统建模

项目BIM 团队对项目主楼地下室、11号楼建筑结构和机电系统同时进行了建模，为了保证模型与现场实际的高度一致，同时有利于机电系统精准地排布和预留预埋件，建筑结构建模完成后与各土建单位协同配合进行了多次模型的准确性校核[7-10]。

机电建模完成后，采用三维审核软件对建筑结构模型进行校准，通过前期拟定的项目原点和统一的输入、输出文件格式来保证不同软件的模型充分兼容，并保证模型信息完整。

3.1.2 重点部位精确考虑空间管理

机电系统建模过程中，任何细小的失误都可能导致后期模型维护的工作量加大，并影响相关系统的准确性，因此前期建模过程中即融入综合排布的思想，对重点部位进行细化，将模型维护过程中容易出现的问题提前进行消化。

通过精确建模，提前规避工程质量创优容易出现的问题，保证工程质量创优顺利实施，尽量保证模型构件与实际产品的一致性，在充分考虑综合排布的基础上进行了维修空间的测算和模拟，从而保证模型样板化。

图2 BIM 操作实施应用流程图

建模过程中即融入空间管理的概念，在地下室建模的时候，区域标高受限，机电系统管道个别点位与梁碰撞，经与设计院、甲方沟通，在不改原设计意图的情况下，建模过程中直接将与梁碰撞部分进行优化排布，从而保证了净空标高。

1号楼地下室电梯前室及合用前室位置在最上层贴梁底敷设自喷水管，管道中心标高为5.0 m；市政给水管、加压给水管及消火栓管道在中层敷设，管道中心标高为4.8 m；加压送风管道最下层敷设，风管底标高为3.9 m；管道交叉处遵循“小管让大管”原则。

车库管线进1号楼处位置(1-3轴/Q-S轴)车库与1号楼存在1.7 m高差，机电管线从车库进入1号楼内均需上翻；自喷管道由3.0 m标高90°垂直上翻至5.0 m标高；加压送风管管底标高由2.25 m标高90°上翻至4.05 m，风管弯头采用外角内弧型；给水、消防管道由2.9 m标高上翻至4.8 m标高；桥架底标高由2.85 m上翻至3.65 m。

车库通道内(R-S轴/2-5轴)给水、自喷、桥架及排烟风管分层上下错开安装，最上层自喷管道贴梁底安装，管道标高为3.0 m，喷头统一距结构板底10 cm；中层为电气桥架、给水、消防管道，管道中心标高2.9 m，电气桥架底标高为2.8 m；下层为排烟风管，风管底标高为2.3 m。

3.2 应用实施

3.2.1 进度模拟

在11号楼施工过程中，按周节点将模型打印上墙，每个节点的模型效果配以文字说明，对施工的要求、完成后达到的标准、相关负责人进行明确。并对整个11号楼进度进行三维动态可视化模拟，通过对分节点的控制，确保总时间节点的完成。

3.2.2 三维可视化交底

相对于传统纸质交底，项目对相关分包和施工班组采用了重点位置三维可视化交底，表达更加直观，施工班组更容易理解，平均每次节约交底时间40%，提高了施工效率。

3.2.3 技术质量难点解决

在机电安装范围内有许多技术质量难点需要解决，其中包括精装修区域末端的安装、竖井内管线安装等，由专业工程师组织相关单位通过三维模拟并结合现场进行技术论证。

3.2.4 关键技术模拟

根据工程实际和样板引路工作方案制作实物质量样板，配上反映相应工序等方面的BIM模型照片、文字说明，使技术交底和岗前培训内容比较直观、清晰，易于了解掌握，同时也提供了直观的质量检查和质量验收的判定尺度，从而有利于消除工程质量通病，有效地促进提高整体工程施工质量水平。经模拟成功后再进行现场施工，保证工程质量一次成优。

3.2.5 精确下料安装

基于精确的三维信息模型，对1号楼的风管铁皮严格按照模型尺寸进行下料，然后现场加工、制作。通过现场空间位置提前模拟，然后按照模型的尺寸进行现场安装，保证了材料节约、工程质量优良、空间位置合理、模型与现场实体一致，同时也便于后期追综检查。

3.2.6 辅助材料采购

BIM 技术辅助管理材料采购时，既能校验标准成品构件的数量，如桥架弯头、漏斗等，又能将需要制作加工的非标准构件通过精确的模型信息表达来进行外加工，精确控制采购数量，减少不必要的浪费，并提高加工构件的精度。

3.2.7 绿色建筑与节能降废

合理利用 BIM 技术可以很好地节约成本，相对于传统施工，使用BIM 技术深化以及施工指导节省材料将近 40%。以11号楼镀锌铁皮为例，计算材料废料如表1。

表1 材料耗用节约率明细表

3.3 应用效果

通过BIM深化和施工模拟，已完成的部分工程项目几乎达到零签证，年度节点工期提前 20 d。可视化动态模拟增强了技术人员在安装前的空间印象，为安装质量和效率提供了强有力的保障。通过施工工艺模拟，精细化预留孔洞、综合支吊架、减少材料废料等，取得良好的经济效益，从而很好地控制了项目成本。

4 总 结

4.1 创新点

4.1.1 降低 BIM 自身运行成本的思考和实施

在 BIM 建模和应用阶段投入合理的人力和物力，建立起能满足 BIM 技术在项目上运行和管理、保障功能满足、专业齐全、工作量合理、管理体制优化的团队，最终达到降低管理成本的目的。

4.1.2 机电安装工程优化创新

针对多专业、多单位、大跨度的机电安装工程，进行多单位协同管理，最终在业主管理框架下进行科学性功能重组，同时满足总承包单位、各兄弟单位之间空间管理最优，实施成本最低。

4.1.3 BIM 管理下多单位间的协作沟通

“云技术”辅助下现场多单位审图、会签，解决跨组织、跨专业、跨地域的多方协作问题，方便施工方、设计方和业主多方交流，提升沟通效率，节省沟通成本。

4.1.4 机电综合路由优化提升经济效益

施工单位在绘制三维模型时，总是注重空间管理和排布，而路由优化是在满足功能需求、观感良好的基础上充分考虑经济合理性、安装便捷等方面对管线的优先级进行评定，这是一个经验积累的过程。

4.1.5 资源计划及成本管理提质增效

根据形象进度，利用5D模型自动计算完成工程量，向业主报量，并进行分包核算，提高计量工作效率。在施工过程中，周期性地进行分包结算、材料消耗、机械结算等实际支出统计，进行实际成本统计和归集，与预算成本、合同收入进行三算对比分析，获得项目超支和盈亏情况，对于超支的成本找出原因，采取针对性的成本控制措施将成本控制在计划成本内，有效实现成本动态分析控制。

4.1.6 图纸及文档管理及时完整

通过BIM平台，将不同专业的设计图纸、二次深化设计、变更、合同、文档资料等信息与模型进行关联，实现查询或自动汇总任意时间点的模型状态及对应的图纸和变更信息、以及各个施工阶段的文档资料，保证图纸和文档资料的及时性和完整性[11-12]。

4.2 经验教训

(1) 本项目通过BIM协同模式进行BIM技术应用，从管理方法、技术理念、思维模式等方面将施工阶段BIM技术应用提升到一个新的高度。积累大量的技术经验和数据库，取得了良好的经济效益和社会效益，但是在 BIM 应用的深度方面还有很大的发掘潜力和价值提升空间。

(2) 作为施工单位，在项目BIM应用过程中，必须在前期策划阶段从组织者的角度出发，充分考虑相关各方如何更加轻量化的协同与配合，否则很难在后期的BIM应用中取得良好的效果。

(3) 吸取本项目的经验和教训，将在后续房建工程中进行BIM深度应用示范，并在集团公司项目中大力推广 BIM 技术应用。同时还将利用 BIM 技术为企业提升品牌价值，使其作为落实品牌战略的一个有效载体，能够充分展示企业的技术水平，准确表达企业服务的特色，为企业赢得更多的客户和市场[13-15]。