BIM技术在绿心公园建设工程中的应用

张继薇 敖仪斌 倪 婷 王麒淞 韩 洋 周 荣 尹 蓬 李 龙 刘 燕

(1.成都理工大学 环境与土木工程学院工程管理系，成都 610059；2.中铁建大桥工程局集团第二工程有限公司，深圳 518000；3.成都建工第七建筑工程有限公司，成都 610059；4.成都惟尚建筑设计有限公司，成都， 610041；5.双流区住房建设和交通局，成都 610200；6.浙江交工集团股份有限公司地下工程分公司，杭州 310051；7.电子科技大学 公共管理学院，成都 610054)

前言

BIM指的是建筑信息模型，是一种三维虚拟化数字技术。在以前的建筑施工中，相关工作人员均是通过二维平面图纸进行施工作业。但是平面图纸很难展示建筑物的立体效果，相关工作人员易忽视建筑物的某些重要特征[1]。借助BIM模型可视化的特点，建筑物能够被立体化展出，相关工作人员可以更准确地掌握建筑物的特点与结构，从而更有效地实施项目建设工作。例如BIM技术在云南阜外医院项目的应用，在设计建模和项目管理阶段应用BIM技术，为该项目提供了项目设计施工图出图、各专项设计可建性分析及项目建设期的建筑信息服务，但该项目的BIM应用各阶段信息却并不流通，没有很好发挥出应有价值[2]。BIM技术可在建筑工程项目的全寿命周期不同阶段提供不同的技术支撑，解决工程绿色化过程中存在的问题[3]。

我国建筑行业在BIM技术应用过程之中，多将BIM技术分割使用，没有将其与建筑项目融合起来[4]。在现在的环境下，虽然已经有较多的先行者开始BIM的应用，但绝大多数的应用范围都是初步建模、设计展示、碰撞检查等简单应用。总体来说，国内建筑行业对BIM技术在不同项目上的应用效果缺乏深入总结。通过实际项目的全过程应用才能够检验各应用点的价值，本文便以BIM技术在绿心公园地下停车库及配套商业用房建设工程项目中的应用为例，分析BIM技术在项目全寿命周期的不同阶段的应用及应用效果，清晰各个应用点的实际使用价值，为BIM技术更有效的应用提供实际的案例依据。

1 工程概况

项目名称为“绿心公园地下停车库及配套商业用房建设工程项目”，本项目为扩建工程。项目分地上、地下两部分； 地面为多层建筑：四合院仿古商业用房、“品”字仿古商业用房； 地下室共2层，为汽车库、设备用房。地上商业用房建筑面积为2 680.62m2； 地下室建筑面积为9 436.93m2，总建筑面积为12 117.55m2。地理位置如图1。

图2 实施框架

图1 绿心公园工程地理位置图

本工程道路临近绿心路，交通便利，属于市区休闲地点，地势平坦，水资源丰富，周边市政基础设施未完善，基坑外可用场地较宽敞，但工期紧、交叉作业多，施工平面布置直接影响到整个工程的进行，施工总平面的布置是否合理，将直接关系到后面施工进度的速度。现场由甲方提供用水驳点1个，场地周边市政排污管道暂未完善； 提供施工用电驳点1个，设置500KVA变压器一台。

2 BIM 组织与应用环境

2.1 BIM应用目标

基于选择的绿心公园建筑工程，初步拟定BIM设计的目标包括：

(1)通过BIM建模，使BIM模型信息在项目的各阶段能够统一应用，成为协调各方的数字化工具。

(2)招标人根据BIM模型所提供的有效信息编制准确的工程量清单，达到清单工程量完整、快速算量、结果精准的效果。

(3)施工组织设计解决施工阶段中的模板脚手架验算工作量大、繁琐的问题，合理编制进度计划，优化进度计划。

(4)以BIM平台为核心，将施工过程中的有用信息载入各专业模型，利用BIM模型的三维可视、可计算分析的特点，为项目管理提供数据支撑，使管理人员更有效地进行决策以及精细化管理。

2.2 实施方案

首先建造出BIM模型，将施工工艺中的重点模拟，并对主体工程施工方案等进行优化。将 BIM 应用软件与平台软件相结合，实现施工过程管理[5]。建模过程中遵循相关标准，并结合本建筑工程项目的特点进行细化及延伸，形成了设计建模、投标报价、施工组织设计几个阶段。如图2所示。

2.3 团队组织

本项目以项目经理为主管领导，下设土建、机电、财务、商务和经营五大部分，每个部分对应一位负责人。

2.4 软件配置

针对各软件的特点，结合已有研究和相关工程的经验，选择合适软件，各场景中应用软件如表1所示。

表1 项目使用软件汇总

图3 参数化族成果界面

3 BIM 应用

3.1 模型参数化、信息化设计

在应用Revit软件建造模型时，可以利用族模型设计各种构件，并给它们汇入数字信息，当修改族某一个数字信息，将会同步到整个详图中[6]。例如门窗，可以利用族样板文件绘制参数化族成果界面各种尺寸的门窗实体，参数化窗族的建立如图3。通过建立参数化族等方式可以快速布置相同类型的门窗构件，本工程中楼梯也是通过建立相应的参数化族加以实现。后期若需对构件的相关信息(结构、材质等)进行修改，只用把族文件中的样例进行编辑，此族文件对应的所有构件将全部会自动更新。

3.2 模型可视化

BIM技术针对项目建立的数据库借助于数字化信息技术等可以构建建筑项目的环境模型，并将相关信息表现出来，使得相关人员能够更直观地了解项目信息[7-8]。在Revit中，建筑模型以三维立体的效果对设计图纸进行全方位展示(图4)。

图4 项目真实效果图

图5 土建碰撞报告

图6 土建碰撞报告

可以利用三维模型检查施工图中存在的问题(设计不合理、画错图等问题)，不仅可以在平面图中修改信息，也可以在三维视图中直接修改。在三维视图中可以更直观地看构件直接的连接与否，并且可以给每一个构件赋予不同的属性。利用3D可视化模型可以更加直观地进行施工交流，对于一些复杂构件，不会拘谨于2D的信息交流，可以利用3D模型信息进行交流，细致到每一个构件信息，尤其对于一些复杂节点部位在进行技术交底时，在用文字与图纸无法达到交底目的时利用3D可视化模型可以更细致地做好交底工作。Revit中的智能渲染功能，可以创建建筑模型的三维真实图像。做完一系列建筑模型后，可以用漫游功能创建模型的动画三维漫游。

3.3 碰撞检查

碰撞在工程项目中无论是设计，还是施工，乃至后期的运维都是不可避免的问题。对于这样一座规模不小的建筑工程，其设计并不简单，为了满足现实中结构的需要，需涉及大量的构件，特别是构件的连接处，施工单位在施工前进行这些检查，可以避免后面的返工，省时省费用[9-10]。在传统平面图纸时代，因为可视化的有限，建筑师和施工人员不能看到建筑的三维具体形态，只能靠自己的想象力以及经验进行设计和施工，这样就容易造成设计的不合理，有时甚至会导致施工无法继续进行。房屋的三维BIM模型，其组成的各个构件都具有相应的工程参数，可以使用各种参数来驱动三维模型。根据项目特点，该项目进行了土建碰撞检查和机电碰撞检查。本项目根据有关原则出具相应的土建碰撞报告，指导施工图会审，个例碰撞报告如图5～6。

3.4 砌体排砖

软件根据构件位置，以及砌体大小、灰缝厚度等判断条件，智能生成砌体优化排布图，指导施工现场精确采购材料，同时指导施工，减少材料浪费，降低施工成本。例如现场排砖问题，砌筑工艺为：主体材料为蒸压加气混凝土块，规格为600*200*200； 塞缝砖材料粘土砖，规格为240*115*53； 导墙高200，蒸压砂加气混凝土块； 灰缝宽度为10mm，灰缝调整值正负2。在满足设计要求的前提下，准确估计砖墙中砖的皮数避免了二次结构施工时，砖供应过多导致无处堆放，造成施工浪费，或者供应过少造成工期延误。

3.5 管综调整

优先采用平面布排方式错开管道； 其次考虑竖向错开方式，但须遵照下列避让原则[11]：

(1)小管让大管；

(2)有压管让无压管；

(3)各专业管道做上翻下绕处理时，其管件转折点尽量布置在结构梁窝内； 风管贴结构主梁布置，底平； 桥架顺梁布置时，距梁边距离不小于300mm； 排水管敷设在给水管下方；

(4)控制成本较高管件(或阀门扣件)数量或长度；

(5)考虑综合吊支架，大型风管设下喷后，保证综合管道底平；

(6)考虑管道保温、支吊架、风管下喷头，地下室车道处净高不小于2.40m。

管综优化原则剖面图表示如图7。

图7 地下室二层管综原则图

3.6 布局管理

本工程周边市政基础设施未完善，基坑外可用场地较宽敞，但工期紧、交叉作业多，施工平面布置直接影响到整个工程的进行，施工总平面的布置是否合理，将直接影响到施工进度的速度。在完成建筑模型及施工现场模型的构建后，可以依据具体的施工平面布置原则创建资源模型，对施工现场布局进行模拟，利用颜色来区分施工区域，从而为项目的施工组织设计和场地布置提供可视化方案。如何在有限的空间内合理划分办公、生活区，加工区、堆放区、仓库位置，以减少二次搬运。首先需要确定塔吊的型号及位置，其次计算临时设施占地面积，然后需要计算临时用水用电，最后需要考虑安全文明施工等问题。主体阶段场地布置如图8。此外，将工程周边及现场环境的实际情况，通过数据信息的形式输入到模型中，构建三维现场场地平面布置，依照施工进度计划，对现场在不同阶段的具体情况进行直观模拟，保证现场总体布局的合理性。

图8 主体阶段场地布置图

3.7 成本管理

传统成本管理弊端：成本信息量大； 各部门沟通不及时； 对应分解困难； 消耗量和资金支付情况复杂[12]。BIM技术在处理实际成本核算问题中有着很大的优势。基于BIM建立工程5D关系数据库，可以建立与成本相关数据的多维度关系，使实际成本数据可以高效处理分析[12]。本项目成本管理方案是首先创建实际成本数据库，然后及时将实际成本数据导入数据库，最后数据库对数据进行多维度分析。软件强大的统计分析能力，轻松解决了传统成本管理中工作量大、效率低的难题。该案例工程的资金及资源进度曲线分别如图9-10所示。

图9 绿心公园资金曲线计划实际对比图

图10 绿心公园资源曲线计划实际对比图

4 应用效果

本项目的实施框架明确，软件应用条件成熟。本项目分为四个阶段：模型创建阶段、投标报价阶段、施工组织阶段、施工项目管理阶段。框架清晰，具有可操作性。同时由广联达为我们提供BIM相关软件。本项目基于BIM的施工管理价值优越。与传统模式相比，BIM技术在绿心公园项目中实现了项目管理信息化，达到了提升施工效率、降低成本、缩短工期、提高建筑质量的目的。

5 总结

绿心公园项目对于BIM技术的综合应用，覆盖项目全寿命周期的各个阶段。通过BIM模型进行模型参数化信息化设计、碰撞检查、管综调整及布局管理等，真实的三维模型与准确具体的空间位置信息提高了项目方案论证的效率和结果的准确性。BIM 技术在绿心公园项目的综合应用是一次功能尝试，取得了较好的效果，为BIM技术在实际工程中的应用积累了宝贵的经验。BIM技术在不断地发展，也在不停地创新，如何更有效地将理论运用在实际项目中，还需要多加实践与总结。