基于BIM技术的数字化虚拟样板应用探索

文/中国建筑第四工程局有限公司 谭 斌 严煌辉 余开清

谭 斌，中国建筑第四工程局有限公司玉林万达广场项目部BIM负责人，助理工程师

严煌辉，中国建筑第四工程局有限公司玉林万达广场项目部总工程师，工程师

余开清，中国建筑第四工程局有限公司玉林万达广场项目部技术部部长，工程师

0 引言

在工程施工过程中，样板引路是施工质量控制及工程创优的一项重要管理手段，其不仅使施工人员更清晰地了解施工要点和质量标准，还可使管理人员更易掌握施工管控关键点及验收标准。然而在实践过程中，每个工程都需根据自身特点建立样板区，耗费大量资金。样板区仅作为展示、观摩使用，项目完成后还需拆除运输，既浪费材料又产生建筑垃圾。BIM技术可视化、模拟性、优化性等特性可对现有施工样板进行优化，甚至可利用数字化、可视化的三维模型代替传统实体样板，弥补现有技术不足。

1 工程概况

玉林万达广场项目位于广西玉林市玉东新区金玉路与胜利路交汇处，地上4层（局部5层）、地下1层，地上部分为购物中心与商铺，地下部分为超市及设备用房。总建筑面积11.14万m2，地上建筑面积9.07万m2，地下建筑面积2.07万m2，规划用地面积6.07万m2。项目为万达集团首批采用BIM总发包模式的项目之一，建设全过程采用BIM技术进行施工管理。

2 传统施工样板区与BIM数字化虚拟样板区对比

工程项目因建设规模、质量标准等差异需建立不同样板区，给施工技术难度低、工程量小的项目增加成本，达不到节约及绿色施工效果。因此，施工样板引路通常局限于精品工程、“三新”工程及重大关键技术工程等。传统实体施工样板区存在以下劣势。

1）选址受限、浪费场地 实体施工样板区设置于施工现场，对施工现场布置有较高要求。由于样板区占地面积较大，易造成施工场地浪费，影响施工现场部署。

2）灵活性差 传统实体施工样板区无法移动，拆除后无法回收利用，产生大量建筑垃圾，且多采用通用、常规标准做法，对于复杂且具有严格施工工艺标准的节点区域无法准确、细致表达。

3）经济性差 实体施工样板区需耗费较多人力、物力和财力，增加成本支出。1个实体施工工艺样板区投入少则几万元，多则几十万元。我司在广西南宁江南万达广场项目中建造的施工工艺样板区花费40多万元，给施工单位增加了较大成本负担。

针对传统实体样板区的不足，应用BIM技术建立施工样板区，突破传统施工样板区固化的展示方式，优势明显。

1）优化工艺，降低成本 在BIM技术的可视化处理下，设计意图更直观，有助于施工单位提早发现图纸的不足之处，对设计进行完善，避免因设计不合理造成返工。减少传统施工样板区建设及维护支出，降低工程成本，保证施工质量及进度。

2）多视角观察，技术性指导 基于BIM技术的数字化虚拟样板，通过计算机端及移动端对模型进行360o全方位观察，避免经验不足的施工人员仅靠传统二维图纸较难完成复杂节点样板或具有严格施工工艺要求样板的局面，其三维可视化模型可使施工人员对内部结构一目了然，解决了对二维平面图纸缺乏想象的障碍。

3）方便交流，协作畅通 对于关键工序和部位，基于BIM施工样板区模型，使用二维码或打印三维图片的方式加以展现。相较于传统模式，BIM样板可提高施工效率，有利于工人及现场管理人员理解图纸，及时发现问题并提出解决方案，排除隐患，减少损失。

4）节约场地，重复利用 可缓解施工现场规划用地紧张的压力。对于工程量较小、技术难度低的项目，通过已建立的样板库，针对具体项目修改对应参数，建立可视化3D模型，避免了建立实体样板区的繁琐工序。对于施工场地狭小又需要展示施工工艺的项目，基于BIM技术的数字化虚拟样板优势明显。

3 基于BIM技术的数字化虚拟样板研究

3.1 实施步骤

在数字化虚拟样板实施过程中，首先根据收集的项目资料，制定经济合理的项目实施计划及实施策划书；再根据实施策划建立相应的样板区模型及节点做法模型，并对模型进行模拟分析优化、渲染展示；最后进行归档、展示。主要流程如图1所示。

图1 实施流程

3.2 实施内容

项目数字化虚拟样板计划采用整套样板区+复杂节点样板的模式，其中整套样板区模型包含主体工程、二次结构工程、装饰及安装工程、屋面工程4阶段22道工艺做法；复杂节点样板主要为本工程复杂节点或具有严格施工工艺要求的典型节点提供展示。

3.3 样板区及节点样板模型建立

根据样板区图纸，使用Revit软件建立4个样板区模型，赋予各构件准确的材质及外观，对需要展示质量标准做法的位置进行切割预留展示；针对本工程设计图纸及相关安全文明施工标准做法，对项目复杂节点及安全文明施工措施建立局部模型或节点模型，直观展示该部位做法及质量标准要求（见图2～5）。

图2 主体结构样板

图3 楼梯及二次结构样板

3.4 样板区优化

传统样板区一般直接在场地内硬化地坪上施工，且各工序样板分开展示，占地面积较大，不仅增加施工成本，更影响现场部署及工期。样板区在施工后期直接拆除，产生大量建筑垃圾，违背了绿色施工、精细化施工理念。

针对以上问题，本工程采用可移动式托盘底座作为样板区基础，底座做法如下（见图6）。

1）托盘主龙骨采用150mm×150mm×4mm方通，次龙骨采用80mm×80mm×4mm方通，采用L63×4进行加固并焊接连接。

2）吊环与底座采用双面满焊连接，焊接长度L≥100mm。

3）金刚砂混凝土地坪内配Φ8@100单层钢筋网，金刚砂掺入量≥5kg/m2。

针对传统样板区样板展示分散、占地面积大等问题，本工程利用BIM技术将样板缩小至2.5m×3.0m的底座上，将相关展示内容进行整合、精简，使大量工序展示集中到1个整体样板上，布置更合理，节省大量空间。如传统的砌体样板、装饰样板、楼梯样板及构造柱样板等均分开单独设置，并将几个样板结合在一起（见图7，8）。

3.5 渲染出图、效果展示及交底

传统技术交底通常以文字描述+口头讲述为主，存在较大弊端，不同人员对同一道工序的理解不同，施工工人在理解时存在较大困难，尤其对于抽象的技术术语，交流过程中易出现理解错误。

图4 安全文明施工做法

图5 节点做法

图6 可移动式托盘底座

图7 整合后的二次结构、楼梯及装饰做法

图8 可移动底座样板

本工程关键部位及复杂工艺工序均采用BIM技术建模，对模型进行模拟优化、渲染图片，利用三维可视化、渲染图片对工人进行技术交底，并把渲染图片或对应模型的二维码打印成展示板，粘贴在工序施工位置，便于工人随时对照（见图9）。

应用BIM技术对复杂节点进行施工工序优化，模拟并指导现场施工意义重大。模型优化完成后，组织各施工段工长和现场施工人员召开交底会议，通过可视化模拟演示对工人进行技术交底，便于工人理解，交底内容也更彻底。从现场实施情况看，效果良好，既保证了工程质量，又避免了施工过程中引发问题而导致的返工和窝工情况。

4 效益分析

4.1 经济效益

基于BIM技术的数字化虚拟样板几乎不产生材料、机械及人工等成本，利用BIM技术对实体样板进行优化可减少样板区数量及空间大小，节约材料，节省施工与维护费用及工期，为工程带来可观的经济效益。经估算并结合以往项目经验，建设传统样板区的直接成本投入为30～40万元，且后期维护仍存在大量成本投入，而基于BIM技术的数字化虚拟样板仅需修改模型，整个过程不产生额外费用。

4.2 社会效益

基于BIM技术的数字化虚拟样板节省了样板区施工时间，减少了人力、物力和财力消耗，有效解决了样板区占用大量施工场地的问题。基于BIM技术的数字化虚拟样板不仅可节约工期、成本，还可减少材料的使用和建筑垃圾的产生，实现绿色、精细化施工。

5 结语

基于BIM技术的数字化虚拟样板将信息技术与建筑业相结合，实现了基于点线面的二维表达向三维可视化模型转变的革命，突破传统施工工艺固定的样板区展示方式，实现建筑信息数据集成化。基于BIM技术的数字化虚拟样板可多视角观察，实现技术性指导，优化施工工艺，降低施工成本，节约临时设施场地，克服传统施工工艺样板区选址受限、灵活性差、经济性不高等缺陷，可促进工程信息交流，有利于推动BIM 技术在施工阶段的应用。

图9 虚拟样板节点