BIM技术在建筑工程精细化管理中的应用——以兰大理工楼项目施工为例

金兆鑫，唐致龙，，马雯婉，安永胜

（1兰州石化职业技术学院土木工程学院，甘肃兰州 730060；2甘肃华成建筑安装工程有限责任公司，甘肃兰州 730070）

0 引言

建筑信息模型（Building Information Modeling）简称BIM，是在设计、施工、运维直至建筑全寿命周期过程中，利用数字化技术将建筑的全部真实信息整合在一个三维信息模型中。各方工程人员可以基于此模型进行协同工作，提高工作效率、缩短施工工期、节省资源、降低成本，实现现代建筑的可持续和绿色低碳发展[1-3]。自2002年Autodesk公司率先提出BIM技术至今，BIM技术逐步趋于成熟，已经在全球范围内得到业界的广泛认可。国内外许多学者以BIM技术作为研究课题，针对BIM结合工程技术应用进行了研究。国外学者Harvey Bernstein等探讨了美国建筑公司在绿色项目中如何使用BIM技术并借此提高项目成果，并对比了绿色BIM公司和非绿色BIM公司的差异[4]。Lavinia Chiara Tagliabue运用六个绿色仿真软件评估了3个不同办公空间的自然采光、可视度、电消耗量以及采暖制冷[5]。国内学者任斌等研究了BIM技术在北京大兴国际机场东航维修机库中的应用，促进了工程质量管理水平的提升，增强了工程进度监管力度[6]。和晓楠等进一步在参数化建模布置、钻孔轨迹纠偏、进度控制管理三方面进行了探索与实践，效果良好，提高了工程效率，为相关工程推广、应用BIM提供了参考[7]。宋战平等介绍了BIM技术在各阶段的作用和优点，并根据研究成果和工程实例，对BIM技术在中国隧道工程领域的发展作出了展望，为构建包括设计—施工—工后的全生命周期一体化管理提供了指导[8]。解亚龙等讨论了BIM技术在清河站建设中的应用，实现了对清河站的综合管控，最终形成了一套普适性的研究成果，为其他高铁站房管理提供了借鉴[9]。徐鹏飞等利用BIM技术，预先发现施工中可能出现的问题，提高了装配式建筑施工过程的安全性[10]。

总结和分析以上BIM研究和工程应用现状，发现BIM已经在机场、隧道、建筑、水电站、装配式等多个领域得到广泛的应用，并取得了较好的应用成果。但是，根据工程规模、施工难度及施工周期的不同，BIM技术的应用领域和效果也不尽相同。为此，本文以兰大理工楼项目为工程案例，介绍BIM技术在此工程全过程中的应用，即主要应用Revit软件建立该项目的三维建筑信息模型，依据项目施工图纸对建筑结构、机电暖通、场景布置等建立相关模型，利用建模信息中构件重叠检查管道碰撞错误和指导施工，并进行工程量算量统计，为该类工程现场施工作出指导。

1 项目概况

兰州大学理工楼项目位于兰大体育场东南侧，北侧为专家公寓楼和体育馆，南临麦积山路，东临会宁路。项目用地位于十字路口西北角，总用地面积为9985.4m2，总建筑面积为33770m2，其中地下6070m2，地上27700m2。地上二层设人防工程，平时为汽车车库，战时为核6级的二等人员掩蔽所。建筑总高度58.2m，地上14层，地下2层，主楼结构形式为框架-剪力墙结构，基础形式为筏板基础，设计使用年限50年，建筑结构安全等级为二级，地基基础设计等级二级，地下室防水等级二级，建筑物耐火等级一级，抗震设防烈度8度，主要功能为办公，其项目效果图如图1所示。

图1 兰大理工楼效果图

2 项目施工的重点和难点

2.1 施工期限短、任务重

项目于2018年4月16日取得施工许可证后正式开工建设，要求经历冬季施工，于年底主体封顶。

2.2 场地狭小、协调工作难度大

施工区域占地面积大，周边无可用场地，开挖后场内道路狭窄，施工期间场地交通协调困难。

3 BIM技术应用

3.1 BIM应用的目的

（1）优化施工周期。BIM三维动画模型模拟施工过程，可优化工期，帮助项目管理团队加强质量管理，提前检查出图纸问题、优化图纸，杜绝返工。

（2）机电安装优化管理。利用BIM技术对管线、设备进行3D综合排布，使管线、设备整体布局有序、合理、美观，最大限度提高和满足内部空间的使用效率，减少二次返工，达到降本增效的目的。

（3）施工预演。充分利用BIM技术使施工图百分百准确，指导施工。

（4）优化场地布置。由于施工场地狭小，利用Revit对现场临时设施进行合理布置，进行施工区域机械的位置确定、道路优化。

3.2 BIM实施组织框架

为了全方面实现项目BIM团队管理，以制度的形式进行规范化管理，专门成立了BIM技术团队，安排专人负责BIM总策划、总协调，并由专业的BIM技术人员对该项目进行建模。BIM实施组织框架图如图2所示。

图2 BIM实施组织框架

3.3 BIM的应用成效

3.3.1 可视化模型建立

该项目可视化建模包含建筑外观设计、建筑结构设计、机电安装部分（特别是管道量大复杂，检查碰撞）、装饰装修、场地布置等。按照传统的技术人员识图指导施工，经常会遇到各工种不能统一协调作业、结构构件和机电安装管道打架等问题，施工现场本就场地紧张，很可能会导致施工效率低下、不能按时完工交付使用的问题。为此，利用BIM可视化、数据共享的优点，按照设计图纸把各施工图纸采用参数化设计，建立可视化的BIM模型 （图3），来检查结构碰撞、机电管线碰撞问题，针对检查的问题及时进行调整，指导现场施工，为投资方节约成本和时间。

图3 BIM可视化模型

3.3.2 土建BIM应用——场地布置

项目开工时，现场临时设施的布置贯穿于整个施工组织设计中，非常重要。临时设施的合理布置关乎人员出入、材料堆放、水电供应等，合理的布置能最大限度节约人力和物力，为工程合理有序施工创造先决条件，并尽可能减少对周围环境的破坏。该项目在建设初期，结合实际项目平面布置图（包含项目现场各类设施、构件的模型创建布置），掌握场地模型创建及场地设计布置要点，以及场地中技术、安全要点，优化场地平面布置。优化后的场地布置如图4所示。

图4 BIM优化场地布置后效果图

3.3.3 土建BIM应用——砌体排砖

在进行砌筑作业时，如何降低砌块损耗率、避免材料二次专场搬运、提高砌筑质量是砌筑工程进度控制和质量控制的关键点。为了更加直观地反映砌块与梁、柱的位置和构造关系，可在BIM模型中对砌体施工砌块提前优化排布，结合现场施工情况，导出排布图及施工材料列表，进行砌体施工材料管控和施工质量监督，降低损耗率，提高工程质量，实现砌筑工程的精细化管理。对该项目四层外墙排砖模型进行砌块排布，如图5所示。所用砌块规格及工程量统计表如表1所示。

表1 四层外墙排砖材料表

图5 四层外墙排砖模型

3.3.4 机电BIM应用——碰撞检查

BIM技术在机电管线上的应用，主要体现在碰撞检查和优化设计布局上。检查出问题，及时作优化设计，重新调整管线布置，在一定程度上节约了成本，加快了施工进度。在模型搭建完成后，进行碰撞检查，共发现碰撞点204处，通过管线综合调整及支吊架布置方案优化排布，消除所有碰撞点，避免拆改，减少后期返工。应用Revit进行碰撞检查、协调设计，施工部门重新调整设计和施工方案，为业主节约20余万元。碰撞检查图如图6所示，碰撞检查结果图如图7所示。

图6 碰撞检查

图7 碰撞检查结果图

3.3.5 BIM装修应用

项目实施过程中，以BIM模型为基础，对外墙及内饰装修所需要的材料提前布置，进行比选，提前“预施工”，避免拆改返工，可以为业主提前提供装饰装修效果图，提高业主满意度。BIM装修模块可对装修方案提前排版优化，确定室内墙砖、地砖排布方案，输出材料列表，指导现场施工，BIM装修应用及效果图如图8所示。

图8 BIM装修应用及效果图

4 结论

（1）通过BIM技术应用，合理布置了施工场地，大幅度降低了由于材料二次搬运造成的成本浪费，同时提高了现场文明施工程度。

（2）通过BIM技术应用，针对砌筑工程，优化了砌块排布图，直观地反映了砌块与梁、柱的位置和构造关系，指导砌筑施工，降低损耗率，提高了工程质量，实现了砌筑工程的精细化管理。

（3）通过管线综合调整及支吊架布置方案优化排布，消除所有碰撞点204处，避免拆改，减少了后期返工，为业主节约20余万元。

（4）应用BIM技术对装饰装修工程进行方案比选，为业主提供最佳方案，提高了业主满意度。