基于BIM的数字样板技术在工程实践中的应用

冯 雷 李龙飞

苏州二建建筑集团有限公司 江苏 苏州 215000

目前国内项目建设普遍将“样板引路”制度作为优化项目施工工艺及质量保证的重要方法，现场实物样板的建立能够展现重要节点施工工艺、明确质量验收标准，有效防止质量通病，避免返工、保证施工质量和进度。但是传统实物样板也存在一些劣势：限于技术、成本、场地等因素，往往实物样板制作数量有限；场地相对固定，参观学习人员数量有限；实物样板属于最终成品的静态展示，较难展示施工过程，往往不能达到样板引路的效果；现场制作的实物样板，周转性差，二次拆除污染环境，增加费用；成品定制样板无法体现实际作业班组技术水平，项目设计特征匹配性不佳，不能调整、更改；制作费用高昂，增加项目成本。

笔者结合多年BIM实践经验以及项目需求，通过探索基于BIM的数字样板技术及应用方式，发现数字样板以其制作方便、三维可视、展示方式灵活等特点，且与实物样板相互结合、互相补充的方案，对解决传统样板存在的问题，实现样板引路有着积极的作用[1-4]。

1 数字样板技术原理

1.1 技术原理

基于BIM的数字样板技术是采用信息技术将实物样板、建筑结构构造做法、复杂节点等（以下简称“传统样板”）数字化形成模型，同时利用BIM的可视化、模拟性、优化性及参数化等特性，对传统样板进行优化、静态或动态模拟、拓展关联内容等，并通过线上、线下途径进行传播，形成对传统样板的补充或替代。

1.2 技术特点

2）信息拓展、功能强：数据化的样板，可以将施工工艺要求、操作流程、质量验收标准集成至数字样板中，在查看样板三维模型的同时可以了解相关的质量、工艺等信息。

3）展示灵活、途径多：传统实物成品样板仅能反映最终完成状态，数字样板能够反映从第一道工序直至最后一道工序（如施工连环画或工艺动画），整个施工流程一目了然；使用场景亦不再局限于实物样板展示区，相关人员可随时通过手机查看学习，提高了样板查看的频率。

4）节约场地、占地小：数字样板主要通过展板、二维码、交底卡、图册等方式进行展示，相对于传统实物样板而言大大减少场地占用面积。

5）易保存、易积累：数字样板均是电子文档，方便存储、容易积累，便于后续调用。

6）绿色环保：数字样板不直接使用建筑材料，也不存在后期拆除等问题，不产生建筑垃圾，绿色环保。

2 数字样板应用方式

对数字样板应用方式的探索主要集中在现场样板制作、现场交底、技术方案或投标方案等方面。

2.1 轻量化移动App/二维码

通过将数字样板模型上传至BIM协同平台等轻量化软件处理后，形成轻量化的三维数字样板及其关联的交底信息。通过分享生成的二维码，既可在移动App里查看，也可通过手机扫二维码直接查看，并可对模型进行旋转、剖切、构件隐藏隔离、查看关联信息等操作（图1）。

图1 通过二维码查看轻量化模型

2.2 施工部位粘贴数字样板彩图

将数字样板打印成单张图片或连环画粘贴至对应施工部位，以此告知施工作业人员当前位置面层或基层的构造做法、质量标准、施工流程等（图2），作为施工交底的一部分，以更直观的展现方式，减少或避免一些因施工错误而造成的返工。

长期以来，文化建设都是按照文化涉及的具体要素来做计划和安排的，包括场馆建设、院团建设、经费投入、队伍建设、项目落实等等，因而文化建设总是被看作是文化部门自己的事情，文化的发展也仅仅是文化要素的改进和提升。在文化建设的创新实践中，广州逐步认识到文化建设不能囿于狭义的文化理解来开展，而要从城市发展所需要的文化功能提升来作系统考量和整体布局。进入21世纪尤其为了举办第十届亚运会和首届亚残运会，广州文化建设开始进入以提升城市文化形象为核心的全面布局和系统推进新阶段。

图2 施工部位贴图

2.3 施工连环画/交底卡

将三维截图、工艺分解图及工艺标准、操作要点等信息制作成书面交底卡（图3），直接发放至操作工人手中并进行交底说明，以一页纸图文并茂的方式，使交底信息直接传达到操作工人手中，提升交底的效果，不再使技术交底流于形式。

图3 施工连环画

2.4 制作数字样板展墙，补充现场实物样板

将三维彩图、二维码做成展板，设置在样板展示区，作为实物样板的补充（图4）。同时在实物样板制作前，也可先通过数字样板进行策划，指导现场实物样板制作，避免现场返工，减少材料和人工的浪费。

图4 数字样板展墙

2.5 VR浸入式体验

借助BIM软件，可将多个数字样板模型按一定规则整合在一个模型内，形成数字样板基地；然后将整合后的模型导出至VR软件形成虚拟样板展区（图5），借助VR设备（如安全体验馆内的VR设备等）实现对数字样板沉浸式、近距离、多角度的查看，犹如真人走到实物样板 展区。

图5 VR方式查看数字样板

2.6 技术方案/投标方案

将数字样板做成配图加入技术方案或技术标内（图6），改变原本文字较多的方案描述方式，增加直观性。

2.7 工艺动画交底

将重、难点或标准工艺的数字样板模型加工成视频动画，展现其施工流程等，进行质量技术交底，突破传统实物样板仅能反映最终完成状态的不足。

图6 数字样板用于技术方案/投标方案

3 工程案例

3.1 项目背景

苏地2017-WG-85号地块土建及水电安装总包工程项目在实施“样板引路”工作时，前期计划购买厂家定制的成品样板，但因厂家成品样板与项目设计特征匹配性不佳、现场指导效果差及成本高等缺点，未得到业主和项目部的认可，经对比分析决定采用数字样板＋现场制作实物样板的方案。在数字样板创建过程中，建设单位给予大力支持，提供企业内部标准作为支持文件。

本项目结合实际需求，制作18个数字样板（图7）。由于BIM模型自带几何尺寸信息，在制作前已经考虑了数字样板的规格尺寸，其中6个直接用于指导现场实物样板的制作，另外12个作为实物样板的补充。

图7 数字样板

3.2 社会效益分析

1）通过数字样板的运用，项目交底工作变得更加形象直观，降低了识图错误的概率。

2）通过灵活多变的传播和使用模式，使查看、学习工艺样板不再局限于现场样板展示区，样板的使用和查看频率相较传统样板和技术交底有所提高，传播效果与交底效果得到提升。

3）使用数字样板替代部分实物样板，减少建筑材料的使用及垃圾的产生，践行绿色施工理念。

4）在项目的实践中，使用效果逐渐凸显，得到多方的认可。

3.3 经济效益分析

本次经济效益的计算仅考虑其中的12个数字样板替代对应实物样板节约的制作费用，未考虑其余6个实物样板产生的较难量化的费用；经济效益的计算方法是：分别计算制作数字样板产生的费用（费用A）及完成对应实物样板所需要的费用（费用B），并计算两者差值。

费用A的估算方式：简化计算制作数字样板所需的人工费，经计算总额为4 125元。

费用B的估算方式：每个样板所使用材料的工程量与其对应综合单价的乘积之和，再乘以系数1.2（考虑实物样板工作量小、要求高的因素），经计算总额为75 787.7元。

经过差值的计算，本项目通过制作数字样板比实物样板节约费用71 662.7元。

4 结语

数字样板技术的探索与推广，其用途主要是对实物样板进行有效补充和交底、指导施工。在实物样板制作数量有限，甚至非观摩工地取消实物样板，但对不能现场制作的节点，对工艺质量标准仍有交底需求的情形下，数字样板都可作为补充方案实现样板的部分意义。数字样板用于交底、指导施工，通过制作数字样板墙、施工部位贴图、施工连环画或交底卡等方式让一线施工人员更容易理解交底内容，提升现场质量管控水平。

不足之处是，目前BIM技术在项目层的普及还有待提高，项目部还未能完成二维向三维的转变，不少技术人员不能自主完成节点模型的创建。另外，由于数字样板本身是电子文件，具有虚拟的特性，也无法体现实际作业班组的技术水平，仅能作为实物样板的一种补充。

在企业层面，数字样板可以在施工工艺的标准化方面进一步挖掘，通过数字样板的建立与累积，关联施工工艺、质量验收标准等信息，对其进行不同的属性标签的定义与分类，逐步搭建企业基于BIM的建筑工程质量工艺三维知识库，并打通企业信息化平台，构成企业知识库的一部分，具有较强的实际操作意义，但相应的投入会变得更大。

总之，当下我国建筑业高污染、高能耗、低效率，信息化、数字化仍在低位运行的现象依然存在，利用数字化和信息化手段改变原有落后的生产方式和管理模式的数字化转型升级势在必行。以BIM为核心的数字建筑正在逐步渗透到建筑的各个环节，逐步走向数字建造的趋势已然形成，未来像数字样板这样将传统生产内容或要素数字化的案例将会越来越多，项目基层岗位、工作的数字化也将越来越高。