BIM技术在江南村镇住宅翻建施工中的应用

邓鹏 赵宇飞 林桂武

摘   要： 施工阶段是建设项目的重要一环，将BIM技术应用于建设项目施工阶段，有助于增强多专业、多主体间的协同效应，提升工程建设管理水平。以江南传统村镇住宅翻建项目为研究对象，结合其产业化建设模式，在施工阶段采用项目集成化管理理念，构建了基于BIM技术的4D（3D实体+时间）虚拟施工模型，实现了虚拟施工管理。BIM技术应用后，减少了施工变更，降低了施工成本，工程共计减少施工变更13个，累计节省施工成本135.94万元，并保证了施工质量与安全。BIM技术在村镇住宅建设中具有广阔的应用前景，为村镇工程施工管理提供了管理理论和方法支撑。

关键词： 村镇住宅;产业化建设;施工管理;BIM技术;协同效应

中图分类号：TU241. 4    文献标识码：A    文章编号：2095-8412 （2020） 05-137-05

工业技术创新 URL： http：//gyjs.cbpt.cnki.net    DOI： 10.14103/j.issn.2095-8412.2020.05.025

引言

村鎮基础设施是为村镇经济、社会、文化发展及村镇居民生活提供公共服务的各种要素的综合[1]。其中，村镇房屋建设是村镇基础设施建设的重要内容，业已成为我国建筑科学的一项重要分支。同时，村镇房屋建设存在地理分散、能耗高、污染大、效率低等问题，找到一条适用于村镇地区的高质量房屋建造管理方式，已显得尤为迫切。

近些年，BIM技术在房屋施工建设中得到了应用和发展。本文首先阐述BIM技术在村镇房屋建设中应用的必要性和可行性，然后以江南传统村镇住宅翻建项目为研究对象，结合总体目标与要求，通过实例展现BIM技术在该项目施工管理中所达到的效果，以期为村镇基础设施建设模式创新提供可参考的解决方案。

1  BIM技术应用必要性和可行性分析

当前村镇住宅建设主要包括自行建设、合作建设、产业化建设（新民居建设）三种模式[2]，其中前两种模式存在土地集约化程度低、开发效能差、建设效率低等问题。产业化建设模式是一种基于标准化程序实现村镇住宅建设集约化、高效化、专业化的模式，可有效解决前两种模式存在的问题[3]。然而，产业化建设模式要求工程各专业在该模式下高效协同运作，对工程建设提出了更高的要求。同时，鉴于建筑业上下游产业链长、建设周期长、细分专业多、风险因素多等众多因素，多专业、多主体间的协同管理显得更加必要。

近年来，随着BIM技术在政策、标准、软件平台、项目应用等方面的长足发展[4]，BIM技术的应用越来越多地为多专业、多主体间的协同提供了更为便捷的平台，特别是在建设项目施工阶段，BIM技术的应用有助于提升工程建设效率，保证项目在执行过程中有效控制施工变更、减少返工、降低成本。目前，BIM技术在村镇住宅建设项目中展现了诸多可喜成果。程呈等[3]提出了融合BIM技术的、适用于村镇住宅设计的低成本、绿色建造技术体系。姜曦[5]、康鹏[6]提出了应用于新农村建设的、基于“BIM+PC”的住房设计施工流程方法。赵宇飞等[7]提出了基于“BIM+体系化设计”的住宅设计控制方法，为促进村镇住宅建设体系的变革提供了解决方案。以上论述表明，BIM技术在村镇住宅建设中具有广阔的应用前景，将BIM技术应用于此次江南村镇住宅翻建项目中是可行的。

2  工程项目概况

按照总体安排[8]，江苏省无锡市锡山区2019年全面启动了农村住房翻建、农田生态整治、农村绿化提升等工程。本项目地处无锡、常熟、苏州三地交界，村庄区位优越，内外交通出入方便，总规划面积约3.57平方千米。其中谢荡、渔垦两个自然村共有农村居民176户589人，住房问题尤为突出，普遍存在宅基地建筑占地面积小（65 m2）、住房建造年代久远（20世纪70年代末期）等问题，群众要求改善居住条件的呼声最为强烈。

本次住宅翻建项目的一项重要内容是将谢荡、渔垦两个自然村异地新建至46亩（非法定计量单位，1亩≈666.67 m2）的渔新地块，该地块目前可新建住宅153户，其中独栋房型7户，联排房型86户，叠拼房型60户。该项目依据实际情况分期改造建设，一期主要进行田园社区住宅建设，实施乡野渔趣、粉墙黛瓦、渔新印象等重要节点提升改造。下文即以一期60户叠拼房型为例，在施工阶段开展BIM技术的应用。

3  BIM技术应用

3.1  项目管理

在传统工程项目管理模式下，工程建设全寿命周期各个环节的信息会在传递过程中出现损失，从而产生信息孤岛[9]。基于BIM技术的项目集成化管理是解决信息孤岛的重要支撑[10]。BIM技术改变了传统的项目管理理念，在施工过程中，各种工程信息数据集成于BIM数据库中，实现了项目的集成化管理[11-12]。

3.2  虚拟施工管理

施工阶段是将工程蓝图转换为工程实体的阶段，是工程建设全寿命周期中耗时最长、任务最多、协同最复杂的环节，起着承上启下的关键作用。施工阶段能否对施工技术实现高效把控，直接影响工程建设全寿命周期建设效率。

虚拟施工管理是基于BIM技术的施工阶段管理方法，其流程图如图1所示。

现场施工图如图2所示。结合图1所示的流程图，本文通过商业软件Revit，以设计阶段图纸为基础，构建模型构件空间数据共计931组。在此基础上，结合该项目施工进度计划，提取进度数据，通过商业软件BIM5D，赋予每组构件施工属性，并进行进度关联，从而建立基于BIM技术的4D（3D实体+时间）虚拟施工模型。该虚拟施工模型主要包括场地布置方案、进度模拟方案、外立面装修方案及内部装修方案等，如图3所示。其中场地布置方案如图3a所示，其主要基于场地模型对施工临时建筑进行三维设计，包括施工内部道路、活动板房、机械设备、物料堆放区、现场监控等，进而可通过三维模拟对场地布置方案进行调整和优化，如对塔吊进行模拟运行碰撞检测，从而确保施工的顺利进行;进度模拟方案如图3b所示，可通过施工构件进行属性关联，对合理划分施工流水段，确定流水节拍、步距，优化资源曲线具有重要指导意义;外立面装修方案及内部装修方案分别如图3c和3d所示，可为业主带来直观的视觉感受，同时VR漫游技术可为业主提供沉浸式个性装修体验，可提前确定装修方案，减少变更，便于施工方提前确定材料，实现项目提前交付。

3.3  讨论

应用过程体现了BIM技术的巨大优势，具体如下：

一是在施工模拟过程中，可实现项目可视化。

二是在施工成本管理方面，可以与实际施工现场形成对比，并且预判施工的过程和结果，进一步减少施工变更。在应用BIM设计中，使用了可视、模拟、预测等模型管理技术，设计单位出具施工蓝图后，施工单位根据蓝图进行了BIM建模及施工模拟，与施工蓝图相比：

变更1：施工蓝图上为直接进行桩基工程，未考虑前期场地平整;

变更2、6、10、12：施工蓝图上为直接进行桩基工程，未考虑河塘清淤回填后，清淤量为10 565立方，回填量为10 565立方;

变更3、4：施工蓝图为现状污水管改道以及进出道路，未考虑新建房屋造成原别墅住户污水管破坏以及进出，新建污水管44.5米，新建道路48.61平方;

变更5、7：施工蓝图并未将前期场地清障基础挖除，共计挖除2 048立方，回填2 048立方;

变更8：施工蓝图未考虑施工便道，便道面积约2 100平方;

变更9：施工蓝图遗漏房屋定位放线;

变更11：该地块目前可新建住宅153户，其中独栋房型7户，联排房型86户，叠拼房型60户。独栋房型7户，联排房型86户已建成，未应用BIM技术，变更中同样出现上述问题;

变更13：施工蓝图未考虑房屋内部缺土回填，缺方量10 482.82立方。

以上使得该工程与原来工程比较变更中，减少施工变更13次，主要涉及前期场地平整、河塘清淤土方回填、施工便道建设等，累计节省施工成本135.94万元，占该项目总投资额的6.17%，同时加快了竣工资料准备，从而提升了全过程的协同效率。

三是在施工质量管理方面，通过BIM模型中构建的信息，可加快生产计划及采购计划编制，并与现场实际产品信息进行及时比对，实现了施工质量的动态监管。

四是在施工安全管理方面，结合场地布置方案，提前进行虚拟施工环境空间安全性分析，完善了对该地区梅雨季节及台风天气下的施工应急预案，并进一步检验了施工组织设计方案的合理性及安全技术可靠性。

五是在施工进度管理方面，运用进度关联模型，进一步优化各分部分项工程施工段数、流水节拍、流水步距等，实现了施工全过程进度动态监控。

六是在装修设计方面，由于该项目属于装修交付，因此依托BIM+VR技术，实现了传统平面户型图集向VR户型图集的转变，可进一步为业主装修设计提供智能化、个性化设计方案，同时可提前确定方案，实现由土建到装修的无缝对接，进一步提高了交付效率。

4  结束语

本文以60户叠拼房型为例，介绍了BIM技术在江南传统村镇住宅翻建项目中的应用，在施工阶段开展了虚拟施工管理，实现了项目管理可视化，在成本、质量、安全、进度等方面，根据可视化效果预判施工的过程和结果，进一步减少了施工变更，降低了施工成本，保证了施工质量与安全，从而提升了施工全寿命周期的协同效率。

总之，BIM技术在村镇住宅建设中具有广阔的应用前景，为村镇工程施工管理协同提供了理论与数据支撑，可进一步推动村镇住宅建设领域发展。

基金项目

国家自然科学基金（51368008）、广西科技大学创新团队支持计划项目、教育部产学合作协同育人项目（201802132067）

参考文献

[1] 周红梅， 匡远配. 农村基础设施建设投资问题分析[J]. 湖南农业大学学报（社会科学版）， 2007， 8（3）： 26-29.

[2] 林永锦. 村镇住宅体系化设计与建造技术初探[D]. 上海： 同济大学， 2008.

[3] 程呈， 杨维菊. BIM技术在江南村镇住宅设计中的可行性研究[J]. 中外建筑， 2014（4）： 48-50.

[4] 林佳瑞， 张建平. 我国BIM政策发展现状综述及其文本分析[J]. 施工技术， 2018， 47（6）： 73-78.

[5] 姜曦. 浅析基于BIM的PC住宅在新农村民居建设中的应用[J]. 土木建筑工程信息技术， 2016， 8（4）： 100-104.

[6] 康鹏. 基于BIM的预制装配式建筑在新农村建设中的应用研究[D]. 西安： 西安科技大学， 2017.

[7] 赵宇飞， 倪志刚， 邓鹏. 基于“田园综合体”发展模式下的江南传统村镇住宅“BIM+体系化设计”重塑研究[C]// 第五届全国BIM学术会议论文集. 2019.

[8] 无锡市农村人居环境整治提升三年行动计划[EB/OL]. http：//www.wuxi.gov.cn/doc/2018/06/06/1861682.shtml， 2018-06-06/2020-08-18.

[9] Cahill D A， Puybaraud M. Constructing the team： The Latham Report （1994） [M]// Construction Reports 1944-98. Blackwell Science Ltd.， 2003.

[10] Svensson K. Integrating facilitates management information： a process and product model approach [D]. Stockholm： The Royal Institute of Technology， 1998

[11] BIM工程技術人员专业技能培训用书编委会. BIM技术概论[M]. 北京： 中国建筑工业出版社， 2016.

[12] 杨红伟. 应用信息化和智能化提升智慧工程建设的项目管理[J]. 工业技术创新， 2019， 6（3）： 107-110.

作者简介：

邓鹏（1992—），男，硕士研究生，工程师。主要研究方向：建筑信息化应用研究。

E-mail： dengpengone@outlook.com

赵宇飞（1993—），通信作者，男，硕士研究生，工程师。主要研究方向：建筑信息化应用研究。

E-mail： zhaoyufei_2011@126.com

林桂武（1968—），男，硕士研究生，高级工程师。主要研究方向：土木工程建造与管理。

（收稿日期：2020-08-14）