BIM技术在房屋建筑工程中的实践应用

2022-01-21李锋张希龙

铁路技术创新 2021年5期

李锋，张希龙

（中交三公局第六工程有限公司工程管理部，北京 101100）

0 引言

BIM（Building Information Modeling）即建筑信息模型，通俗讲，可将其理解为可视化、数字化的建筑三维几何模型，建筑物在设计和建造过程中，创建和使用“可计算数字化信息”，而这些信息能够被程式系统自动管理，使得经过这些信息计算出来的各种文件自动地具有彼此吻合、一致的特性［1］。此外，模型中具有建筑或工程的数据，这些数据能够为程式系统计算提供充分依据，使其根据各构件的数据自动计算出使用者所需要的准确信息，而这些信息具有多元化的表达形式，诸如建筑立面图、平面图、透视图、剖面图、明细表或房间自然采光照明效果的计算等。

1 概述

1.1 应用现状

1.1.1 国外应用现状

BIM技术于20世纪70年代由美国乔治亚理工大学的查克·伊士曼博士提出，后逐步完善并明确了BIM的命名［2］。目前，美国国家BIM标准（NBIMS）对BIM技术的有关描述相对较为全面，表述为：BIM是建筑数字化表达，是一个可共享的信息库，为建筑全生命周期各阶段提供技术支撑和管理依据；信息库在不同阶段可提取、修改、更新，实现协同作业。

英国政府明确要求在2016年前建筑企业实现3D-BIM的全面协同［2］。

美国自2003年起，实行国家级3D-4D-BIM计划，规定所有重点项目自2007年起通过BIM进行空间规划［2］。

韩国政府计划2016年前实现公共工程的BIM应用［2］。

挪威、丹麦、瑞典和芬兰等北欧国家，已孕育了Tekla、Solibri等主要的建筑业信息技术软件厂商［2］。

由此看来，国外在BIM技术应用方面注重长期发展，行业市场化、专业化、标准化、规范化程度高，项目规划有成熟环境和机制，一旦启动，很少变动，本身体现出一以贯之的BIM作风。此外，国外业主会成立专业的BIM咨询团队，一对一对接设计团队，且对项目启动全过程的软件类型、数据接口、信息规范等细节严格规定。

1.1.2 国内应用现状

2016年8月23日，中华人民共和国住房和城乡建设部发布《关于印发2016—2020年建筑业信息化发展纲要的通知》，其中明确指出：建筑业信息化是建筑业发展战略的重要组成部分，也是建筑业转变发展方式、提质增效、节能减排的必然要求，对建筑业绿色发展、提高人民生活品质具有重要意义；施工类企业普及项目管理信息系统，开展施工阶段的BIM基础应用，有条件的企业应研究BIM应用条件下的施工管理模式和协同工作机制，建立基于BIM的项目管理信息系统。

BIM技术在我国起步较晚，发展速度并非超前，很多企业在BIM技术推广应用阶段会遇到诸多问题，发展过程坎坷多变，BIM技术的创新还有待提高。发展伊始，主要以设计单位为主导，随着BIM技术日益成熟，许多施工、勘察类企业才纷纷重视起来［3］，同政府联合各建筑协会同高校举办了很多比赛，开办了国有知识产权的BIM技术培训交流，为BIM市场培养更多技术人才，促进社会的科技进步。

目前我国应用比较成功的工程项目有：中国第一高楼——上海中心、北京第一高楼——中国尊、华中第一高楼——武汉中心等。其中，中国博览会会展综合体工程证明，通过BIM技术的应用可以排除90%的图纸错误，减少60%返工，缩短10%工期，提高项目管理及成本效益。

1.2 应用方法

1.2.1 施工进度管理

通过Project软件进行施工进度计划编制，通过品茗智绘进度计划软件进行双代号时标网络图绘制，以横道图和网络图表示施工现场的施工进度计划以及和实际进度相比较，再通过Navisworks软件进行施工进度模拟，制作施工进度模拟视频，可以很直观实现工程施工进度的4D动态管理。

1.2.2 技术质量管理

（1）前期策划时，用Revit软件进行场区临建三维，并输出为二维图纸，指导临建标准化、精细化施工；

（2）施工图未全部下发阶段，以既有部分图纸为基础，进行主楼结构模型创建，提取混凝土工程量，为项目材料预算提供数据支持；

（3）创建地下车库结构模型，进行梁底净高分析，有助于图纸会审工作顺利进行；

（4）创建质量样板，并指导样板制作，保证施工质量标准化；

（5）以漫游及动画的方式，进行关键节点可视化安全技术交底，譬如：塔式起重机安拆、全钢式提升脚手架安拆、砌体工程、大体积混凝土施工、井道曳引式施工升降机安拆等。

1.3 应用意义

传统的房屋建筑工程施工图纸为二维图纸，可视化程度低，且需要技术人员有极强的三维构图能力，对人员要求较高，严重阻碍工程建设各方有效沟通［4］。且建设工程施工是一项综合性工程，有效且迅速的处理和利用其中的信息显得尤为重要。

通过结合BIM技术在实际房屋建筑工程施工过程中的应用，致力于解决一些房建工程施工中存在的问题，阐述BIM技术应用的意义及前景，对房建工程施工管理具有较为重要的意义。其主要表现为：

（1）可视化。BIM技术凭借其数字化、可视化的特点，将传统的二维施工图纸转换为三维的视觉对象，对房建工程施工管理有很大指导意义；

（2）模拟性。将模型文件导入Lumion、Navisworks等模拟软件，制作模拟动画及漫游，对房建工程施工进度管理具有重要意义；

（3）创新性。BIM技术在房屋建筑工程施工中的应用，反映出建筑工程施工技术的创新和与时俱进，更反映出生产方式的科学化发展，有利于建筑行业长远发展［5］。

2 临建阶段的应用

临建是房建工程施工前提的一部分，合理有序的进行临建布置、施工，可有效地从源头减少质量安全隐患，一定程度地降低成本、提高项目效益。

2.1 工程概况

案例工程规划总用地面积约77 083.46 m2，总建筑面积229 062.00 m2，共包含12栋主楼（3栋29层、6栋7层、2栋26层、1栋22层）、1栋3层幼儿园及1栋3层综合服务用房。

2.2 BIM技术应用

该工程建筑面积较大、工期紧、施工场地狭窄、各工序交叉作业多，项目考虑在场区东北侧建筑红线外征地作为项目驻地，施工区不考虑占用红线外土地。为节约土地及资金成本，前期施工准备阶段采用Revit进行项目驻地临建三维布置模拟［6］，将模型导出至720云平台全景模拟（见图1），保证在既有土地的前提下合理布置临建建筑物（见图2），保证施工正常进行，提高管理水平。

图1 项目驻地模型

图2 实际建筑

3 质量管理中的应用

建筑工程的质量问题关乎所有人的生命安全，随着生产技术的不断提高，建筑材料和机具设备也在不断进步和创新，但新产生的问题传统管理方法难以有效解决［7］，借助信息化管理的BIM技术可以实现对某些问题的高效解决。

3.1 工程量提取

借助Revit软件进行项目楼结构模型创建，将基础、柱、墙、梁、板混凝土按不同等级和不同部位生成明细表［8］，然后将明细表导入Excel进行整理，统计出各等级混凝土数量，也可按照不同部位进行混凝土数量统计，如标准层混凝土数量统计（见图3），对后期现场商用混凝土数量管控具有指导意义。

图3 墙明细表界面

3.2 梁底净高分析

一般净高分析多指设计阶段，通过BIM模拟建造，对空间狭小、净高要求高或管线密集的区域进行分析，事先发现不满足净高要求和美观需求的部位，避免后期施工更改，从而达到缩短工期、节约成本的效果。鉴于项目车库负一层北侧区域为人防区，施工要求及建筑内部空间要求高，故采用BIM技术进行人防区车库结构模型创建，在图纸会审阶段进行净高分析，尽早发现问题，最大限度地优化净高，帮助图纸会审工作顺利进行。具体应用如下：

（1）利用Revit软件进行梁全部标记，对照CAD图纸进行梁对照检查（见图4）；

图4 Revit与CAD梁图纸对照

（2）生成梁明细表（见图5），包含参数有类型、长度、体积、底部高程及顶部高程；

图5 结构梁明细表界面

（3）添加梁底净高参数，并筛选出梁底净高≤3 000 mm的梁，高亮显示（见图6—图9）；

图6 按梁底净高筛选

图7 筛选出梁高亮显示

图8 梁在模型中高亮显示

图9 梁底净高模拟检查

（4）将模型文件导入Fuzor软件，以人物控制模式，模拟真实场景［9］进行梁底净高不满足要求的梁检查。

3.3 质量样板建立

利用Revit（HiBIM）软件进行质量样板模型创建，模型中不同部位、不同材质采用不同的颜色进行展示，避免后期渲染时出现相互干扰的问题。将创建好的模型文件导入Lumion软件进行渲染，并导出为适用于720云平台的全景图片（或采用PTGui软件制作图片）。将全景照片导入720云平台进行全景模拟，其中也可增加相应的解说、细部构造和施工工艺等，部分样板模型见图10。

图10 部分样板模型展示图

以完成的样板模型为指导，现场制作相应的实体质量样板，作为实物进行质量技术交底，有利于提高项目参与人员的质量意识。

3.4 可视化技术交底

应用BIM技术进行可视化施工安全技术交底，主要步骤为：根据设计图纸进行BIM三维模型创建—动画或视频制作—通过LED屏幕进行三维交底。

具体为，先对交底内容总体策划，编写交底文案，收集资料，模型创建及动画制作（采用Navisworks等软件），然后将动画与文案录音初步合成，进行项目复检，最后保存输出为交底文件。

通过三维可视化技术交底，将施工技术中涉及到的施工方案、施工工艺、质量要求、工程进度及安全目标等对施工人员及相关技术人员进行更为直观的交底，通过三维软件建模有针对性地还原作业面仿真现场，加大被交底人对现场环境的感知，进一步加深其感官印象。案例工程采用的可视化技术交底的部分内容展示见图11。

图11 可视化技术交底的部分内容展示图

4 施工进度控制方面的应用

利用BIM技术模拟出的施工过程，加入技术人员的科学计算，进一步提高模拟结果的精确性和科学性，确保每个施工细节的准确性。以此为基础，工程施工人员按照这个模拟进度施工，保证其实际进度和模拟结果一致，尽量减少不必要的误差，并及时对施工进度纠偏处理以避免损失。

4.1 施工进度管理问题及主要原因

（1）设计图纸缺陷——CAD图纸形象化较差。传统的二维CAD图纸要求技术人员具有较高的三维构图能力，但这种能力需经过专业培训或长期锻炼。建筑施工图涉及的领域和专业较多，由不同的专家参与设计，因时间有限且知识面不同，可能会造成图纸设计及审查过程中存在矛盾及错误，这对技术人员是另外一个挑战，若不能在早期发现，将有可能严重影响施工进度。

（2）施工进度与计划编制不匹配——计划图难以理解且执行性不强。施工进度计划编制过程难免存在误差，且网络进度计划图本身具有一定的局限性：包含复杂的计算、内容概括性强、逻辑关系强等，所有的计划制定都需要依靠决策者的主观经验，因此在实际执行过程中难免出现问题，造成进度与计划不匹配，进而延误工期。

（3）各方沟通及衔接不良——专业之间沟通协调受限。各专业在施工过程中需要充分沟通和衔接，但施工人员因为专业背景和素质高低不一，如不能有效沟通和协调，很可能导致工序混乱最终导致工程进度缓慢。

4.2 BIM技术应用

4.2.1 施工进度计划编制

首先应用Project和品茗智绘进度计划软件进行施工进度计划安排，部分计划安排见图12、图13。

图12 施工进度横道图

图13 双代号网络时标图

Autodesk Navisworks manage作为BIM平台里面一个强大的4D模拟集成平台，不仅可实现碰撞检测、分析，还支持将Sketchup等建模软件以及Microsoft Project等进度计划编制软件的成果进行格式交换与集成，实现构件与进度计划的一一对应与链接。工程应用具体做法为：将Revit模型导出为.nwc格式文件，将3D模型文件载入到Navisworks平台，在Navisworks平台中，各个构件按楼层进行划分，然后根据族、类型的层次关系依次细分，总体呈树状结构。其中Timeliner工具可以将.mmp格式的进度计划文件和.nwc格式的模型文件一并导入，然后采用附着方式将各构件与进度计划关联，最终通过进度计划的时间轴为主线，依次生成模型构件，实现施工模拟，生成.nwf格式的4D模型文件（见图14）［10］。

图14 施工进度模拟

4.2.2 过程控制及调整

在Project进度编制软件中完成初步计划编制，在BIM软件Navisworks中链接好构建组和进度项之后，通过在时间维度中检查模型，能够更直观地发现进度计划中的问题。根据初步进度计划安排，施工顺序为先车库后主楼，通过进度模拟发现，以后浇带为界，将主楼相邻车库部分与主楼同时施工，与其他部分车库分属于独立的施工区段，互不干扰，可同时进行施工，故以此对关键线路进行调整，达到节省工期、节约成本之效。