基于BIM技术信息转换对建筑施工的编排优化及成本控制

阳 芬， 罗迎社， 欧阳春生， 涂 宇， 卢 迎， 肖 敏， 王 威， 邓宇龙， 丁 科

(1.湖南交通工程学院 交通运输工程学院， 湖南 衡阳 421001； 2.广州市第一市政工程有限公司， 广州 510060；3.湖南建工集团装饰工程有限公司， 长沙 410004； 4.中南林业科技大学 工程流变学湖南省重点实验室， 长沙 410004；5.中南林业科技大学 土木工程学院， 长沙 410004)

在智能化的今天，绿色、碳中和以及高质量发展等环保理念已经深入人心。这就要求在建筑工程项目的建设过程中结合实际情况，做到在保质保量的同时，还要通过智能化、信息化的手段将环保理念灌输进建筑工程的各个环节中去，进而做到施工方案合理以及成本控制恰当[1-3]。

目前建筑工程项目施工计划主要是结合项目部以往施工经验，再结合建筑工程项目负责人的工作经验，依托现有施工设计模板，制备前期二维设计图纸、施工成本、施工步骤等资料。采用这种古板、陈旧的方法制定的建筑工程施工计划无法满足现有建筑工程施工要求，进而无法做到信息互换、信息集成的高效统一，更无法结合施工过程中出现的问题进行信息统计，做到及时、快速、高效的方案调整，做到进度计划与设计模型动态连接、计划和模型之间的信息互通。

基于BIM技术其固有的优异性能，诸如信息集成度高、施工编排逻辑性强等优点，通过对建筑工程施工现场的信息进行动态监测并收集，通过二次开发，对数据进行快速处理，做到施工方案与施工现场情况始终保持动态平衡，进而做到建筑工程施工进度优化，打破建筑工程施工的传统模式，推动建筑施工管理改革，提高建筑施工管理水平。

杨磊等[4]以绿地丝路全球文化中心项目为例，结合新型快速施工技术(钢管混凝土侧抛免振浇筑、钢筋桁架楼承板临时支撑和后浇带对称水平传力构件等快速施工技术)，对超高层建筑施工过程中，存在体量大、工序多、专业性强、工作空间窄、工作环境危险性高等问题进行处理，在确保施工工期的同时，用新型施工技术改良施工进度措施，确保工程按时按质完成。但是杨磊等的对于施工的改进主要是采用新型施工技术，对与建筑工程项目各个环节之间的串联，没有做到信息集成与统一。

刘占省等[5]针对超高层建筑结构复杂、施工周期长、检测困难等问题，结合某超高层结构，研究了多源信息融合方法、建筑信息模型(building information modelling, BIM)技术在结构监测方案制定、三维可视化施工模拟指导传感器安装及可视化智能监测系统搭建等方面的具体应用，进而解决了建筑结构施工监测过程中，由于施工过程复杂等导致的在施工管理中未能及时完成监测等问题，进而提升了管理人员对施工管理策略制定以及实施的合理性。

可以看出，结合信息技术对建筑工程施工规范化、标准化、集成化是建筑工程发展的趋势之一。

1 BIM技术量化、分解施工活动

建筑工程项目施工计划本质上是对建筑工程项目施工活动的具体化、步骤化，以及结合逻辑性、空间等一系列串联。因此，对建筑工程项目施工活动的量化、分解是编辑施工的必要前提，而具体项目施工活动的量化分解主要是通过之前的施工经验以及施工体系，而不是通过建设项目信息分类标准[6-8]。

目前，国内建筑工程项目缺乏对建筑工程信息集成和信息互通(信息转换)，且应用目的、信息标准不一，不足以支持精准匹配建筑工程施工现场的施工计划[9-10]。而基于BIM技术和国外建设项目信息分类体系，可以参数化建筑施工过程中各个阶段的工作量、工程量清单、工程定额等，并结合二次开发，参考建设项目信息分类标准(IFC国际标准)和建筑信息模型交付准则[11-12]，首先对建筑工程项目施工活动的量化、分解，并通过BIM技术强大信息集成能力，对有变化的信息进行处理，并对变化信息影响区域进行重新设计，进而减少建筑施工设计乃至施工过程中出现的重复工作。基于BIM技术及相关辅助手段的建筑施工计划进度生成流程如图1所示。

图1 基于BIM技术及相关辅助手段的建筑施工计划进度生成流程

为此，本文根据施工进度计划编排的实际需求，参考现有信息分类体系[13-15]，提出了适用于建筑工程施工现场的施工计划。具体如下：①通过对建筑施工所涉及的专业分类。其中内容包括地基与基础、建筑主体结构、装饰工程、屋面工程、管道工程等。由于不同专业检测信息标准不一，进而导致建筑施工各环节信息交互不足，影响施工进度。②按建筑施工活动分段。因受施工环境、所处地域以及季节气候的影响，做到高效益的成本控制的同时，贯彻绿色、碳中和以及高质量发展理念，采用分段、分时的建筑施工。③针对建筑施工现场条件以及现有施工技术，对不同区域、不同层次采用适宜的施工工艺、施工顺序、施工方法以及施工主旨[16-18]。建筑工程项目的施工活动分解结构示意图如图2所示，基于BIM技术的成本控制示意图如图3所示。

2 BIM技术二次开发信息互通

通过BIM技术强大的信息集成能力，结合GIS或无人机等辅助手段对建筑工程施工前、施工进行中乃至施工后进行数据收集并整理[19-23]。但是GIS或无人机等辅助手段采集的数据标准不一，无法直接用于BIM模型。而BIM模型自带的数据转换插件，无法快速、高效地识别并转换数据。基于此，采用Java语言对BIM软件进行二次开发。部分信息转换二次开发Java开发代码如图4所示。

图2 建筑工程项目的施工活动分解结构示意图

图3 基于BIM技术的成本控制示意图

通过检测，并结合建筑工程实际情况，通过信息转换对构建的BIM建筑模型调整，从而生成最新的设计图、动态匹配且适宜的施工计划以及相关资料，减少了调整施工的重复性的同时，增加沟通效率，提升管理质量。数据精度分类见表1。

表1 数据精度分类

图4 部分信息转换二次开发Java开发代码

3 案例分析

本文以某建筑工程的装饰阶段的施工为例，通过BIM技术自动生成初步的装饰施工进度计划以及成本控制策略。工程材料根据装饰工程的要求采用仿古釉面墙砖、白色乳胶漆、进口深啡石材、高分子晶体板和浅色桦木板，其设计图如图5所示。

采用图5所设计的平面设计图在装饰施工过程中发现相关设计图与装饰施工存在较多不合理之处，设计参数以及设计形式过于简单。为了结合装饰施工的要求，通过建筑工程的设计图(图5)，在BIM软件中选取图5边界、构建原始BIM模型[24-26]。但是目前关于装饰工程的建筑信息标准不一，且装饰工程涉及专业较广，通过JAVA语言以及IFC信息标准，并结合Dynamo参数化装饰施工各类指标，对初始建筑装饰BIM模型进行调整，进而生成立体的3D渲染图(图6)和施工计划与成本控制表(表2)。

图5 建筑工程平面设计图

表2 装饰工程定额及工日/工时转化及成本控制(一户)

图6 基于BIM技术的建筑工程部分装饰施工3D渲染效果图

4 结论

基于BIM技术，采用Java技术对其进行二次开发，加速BIM模型与具体建筑工程项目之间的信息转换，进而优化建筑工程施工计划，数字化建筑工程施工过程各环节的各项指标、改良施工顺序，进而生成恰当的建筑工程施工的进度计划，精准匹配各种施工环境下的状况，进而提高资源利用，增强成本管控。