BIM技术在某高品质绿色建筑工程项目全过程咨询应用研究

夏忠卫 XIA Zhong-wei；田秋红 TIAN Qiu-hong；潘正伟 PAN Zheng-wei；潘莉 PAN Li；范小峰 FAN Xiao-feng；钱久乐 QIAN Jiu-le

（①江苏博智工程咨询有限公司，徐州221000；②徐州开放大学，徐州 221000）

0 引言

在绿色建筑取得迅速推广的同时，国内现有的建设管理方法与技术并不能很好地服务于高品质绿色建筑建设全过程。BIM技术应用打破了传统建设管理过程中各信息技术及各参建方相互孤立的现状，可以从全寿命周期、各参建方及信息技术的维度对绿色建筑的参建要素进行集成，更好地服务于高品质绿色建筑的建设[1]。

结合工程实践案例徐州某高品质绿色工程项目，研究BIM技术在高品质绿色建筑项目管理全过程中的应用，并构建该工程绿色BIM项目管理模型。

1 工程概况

徐州某高品质绿色工程项目（5#楼、13#楼）位于徐州高新技术产业开发区，毗邻铜山区、新城区，位于徐州市城市发展的重点方向之一。项目规划用地面积为63242.99m2，共包含四栋8层洋房、十栋高层（15~27层）、商业及幼儿园，总建筑面积约217913.19m2，项目采取工程总承包（EPC）模式，立足于“以人为本”的设计理念，运用新型工业化建造方式，深度融合绿色健康、装配式组合结构、科技智慧等集成技术，打造绿色三星、健康三星、高品位、高质量、高舒适度的时尚人文国际社区。

其中，本次申报的5#楼建筑面积为5337.50m2，13#楼建筑面积为5108.62m2，5#楼和13#楼建筑高度均为24.40m，地上八层，地下一层，其中地上为住宅，地下为非机动车库和机动车库及其设备用房。建筑设计使用年限为50年，主要结构类型为装配式混凝土剪力墙，地上建筑耐火等级为二级，地下建筑耐火等级为一级。项目100%采用精装修，其中5#楼户内采用装配化装修方式。

2 工程重难点分析

①本工程复杂节点较多、超高层、设计复杂、BIM模型量大。②本工程工期紧，工程体量大，在施工部署上难度较大。③参加单位多、多专业交叉施工，协调难度大。

3 BIM技术在某高品质绿色工程项目案例全过程工程咨询策划与实施

该项目以BIM信息化技术为核心，实现设计、制造、施工、运维一体化。从设计到施工均贯穿了BIM信息化技术，有效地优化工程设计和管线排布方案，极大提高了设计和施工的自动化程度和安装的精度，完美还原了建筑的细节效果。同时各阶段的大容量工程数据在信息平台上集成分流和实时共享，有效地架起了设计和运营沟通的桥梁，实现了工程的增值服务价值。

3.1 实施总体目标

对业主方：减少少算漏算；内部运营：从施工技术和管理技术入手减少资源浪费、降低建设管理成本，提升精细化管理水平。

3.2 高品质绿色建筑项目案例BIM关键技术应用分析及团队管理机制

BIM最直观的特点在于三维可视化，降低识图误差，本项目利用BIM的三维技术进行碰撞检查，直观解决空间关系冲突，优化工程设计，优化管线排布方案，减少在建筑施工阶段可能存在的错误和返工。施工人员可利用碰撞优化后的方案，进行施工交底、施工模拟，提高施工质量以及与业主沟通的能力。

①建模标准及拆分要求。

流程、编号及色彩搭配按照《建筑工程设计信息模型制图标准》JGJT448-2018执行。本项目的模型依据三大基础专业进行拆分：土建、结构、机电。模型拆分之处应确立统一的文件坐标，朝向，项目基点，应用的软件文件及模型格式等。模型的拆分更注重命名，确保模型的组织性，便于拆分分包及后期整合模型。

②模型精度。

依照国际通用LOD100~LOD500模型精度标准，按照招标文件及打造绿色建筑、智慧建筑要求，本工程BIM模型精度按照LOD350高精度标准执行。

③相关软件协同设计。

在BIM应用实施过程中，相关软件的协同设计过程如图1。其中，建模软件：Revit（建筑模型、结构模型）；Magicad（给排水模型、机电模型、暖通模型）；Navisworks（碰撞管线综合）。造价软件：广联达土建（土建算量模型）、广联达钢筋/广联达下料（钢筋算量模型）、广联达安装（给排水算量模型、机电算量模型、暖通算量模型）。预制构件生产信息化管理软件：PCMES（预制构件管理）。施工管理软件：广联达BIM5D（施工项目信息化管理）。

图1 基于BIM信息化技术的设计组织结构图

④BIM+信息化技术应用。

图2 BIM+信息化技术应用

1）BIM+数字化加工：采用BIM与数字化加工集成，将BIM模型中的数据转换成数字化加工所需的数字模型，制造设备可根据该模型进行数字化加工。目前，主要应用在预制混凝土板生产、管线预制加工和钢结构加工3个方面。

2）BIM+VR模拟：BIM与虚拟现实技术集成应用，可提高模拟工作中的可交互性。在虚拟的三维场景中，可以实时地切换不同的施工方案，在同一个观察点或同一个观察序列中感受不同的施工过程，有助于比较不同施工方案的优势与不足，以确定最佳施工方案。

3）BIM+现场协同：BIM可以与协同平台进行配合，通过协同平台将施工和模型进行关联，每完成一个区域或者每完成一个建筑构件的一个阶段，都可以通过协同平台上传照片，和同位置的BIM模型进行关联，这样就能在模型上实时查看，同时可以明确责任人，包括后面的楼板施工区域等难以界定的部分，可以通过这种关联方式来满足后期的结算和找寻负责人的需求，方便后面产生实用性资料。确保施工每一寸，都能明确责任。

4）BIM+施工模拟指导：本工程施工情况复杂，重点应当是让施工工人完全领会设计意图，明确施工方法，达到施工质量要求。所以BIM模型制作的施工模拟动画就是必不可少的一环，应当根据工况排班有组织的让工人观看施工模拟动画，学习如何规范化施工，利用科学方式施工，而不是凭借经验面对崭新的项目，利用施工动画可以让工人对于如何安装，施工标准有了明确的认知。

5）智慧工地平台：项目拟按智慧工地标准建设，应用人脸识别、劳务实名制管理、车辆未冲洗抓拍、临边防护报警、高危大工程预警等设施，实现对工地现场设备、人员、3D指导、环境等要素全面监测、管理。（图3）

图3 智慧工地平台看板

⑤BIM管理机制。

项目专门成立BIM中心，6人常驻现场确保BIM信息化全过程应用的顺利进行，主要负责：BIM模型的创建、维护，确保设计和深化设计图清楚、形象地展现在模型里，及时发现图纸问题并解决；清晰地表现出结构施工流程及施工工艺等，优化施工方案和工作计划；进行模拟施工，进而优化工程施工进度计划。（表1）

表1 项目管理团队整体有关BIM工作的职责表

3.3 BIM服务分阶段实施计划及成果交付

3.3.1 规划设计阶段BIM应用

本项目BIM信息化技术在规划设计阶段，构建建筑、结构、暖通、给排水和电气专业的信息化模型，然后将各专业模型整合到一起构成完整的建筑模型，再将整体模型导入计算机分析工具中检测碰撞冲突的类型及位置并生成报告[2]。可以直观地发现图纸中存在的“错、漏、碰、缺”等问题，及时反馈给设计院并在施工前指导设计单位加以解决，检验设计的可施工性，指导项目图纸会审。这种方法可以优化工程设计及管线排布方案，减少在建筑施工阶段可能存在的错误和返工。

3.3.2 BIM在设计阶段深化设计中的应用

①预制构件深化设计。

利用revit软件完成预制构件深化设计，包括构件库及连接节点设计，并提供钢筋碰撞检测报告及构件清单。

图4 标准层预制构件图

②归家动线应用。

本项目围绕客户体验感，对整个地库归家动线做了整体直观的提前呈现，车道、车位的整体校核，使净高满足2200mm的前提下尽可能提高2300mm左右，集水井、人防大门的提前核对，暴露出图纸问题。顺带本项目向后做了延伸，根据装饰装修设计资料将地下一层入户大堂，地上一层大堂建模，做了提前直观的感受，调整了管线密集处等不利于业主观感的部位。

3.3.3 施工建造阶段BIM应用

项目深化设计随工程进展绘制土建-机电-装修-景观综合图，并交BIM顾问配合形成深化设计BIM模型。项目使用BIM模型对总体施工计划、施工方案进行模拟演示，并积极利用BIM信息化技术手段指导施工管理。

①BIM技术在施工建造阶段深化设计。主要进行了车道车位优化空间提升、车位校核及地库净高方案优化、入户空间提升及管线优化、净空高度提升及碰撞检查、集水坑与车位完整性校核、梁下净高标记、图纸一致性校核、共用吊架设计等8大方面的应用。

如在共用吊架设计方面，传统机电安装方式，机电各专业管道采用分支架安装，各专业只负责自己本身的支架安装。而对于本项目，各路由相同的管段可采用公共支架敷设，既节省费用，也可使管道安装标高统一，整体美观，同样施工难度大大降低相对传统分支架安装估算，每平米可节省成本2元。本项目总面积共28394平方米，约节省5.6万元。

图5 传统桥架与优化吊架效果

②预制构件生产应用阶段。构件厂信息化应用：预制构件厂为徐州工润建筑科技有限公司。构件厂的信息化管理是基于WEB端的构件跟踪统计平台-PCMES，此平台专注于装配式建筑工厂的智能信息化管理，为工厂提供基于云端、数据驱动、灵活可配置的多平台实时协同系统，通过一物一码、生产溯源、移动协同、堆场管控、自动报表，用轻量高效的方式帮助工厂提高生产效率、降低制造成本、打通信息孤岛。利用PCMES数字管理平台完成工厂生产信息数据库，包括生产计划安排、构件生产流程管理、构件质量控制管理等。建立构件生产信息数据库，对构件进行智能化标识，实现建设全过程的控制和管理。详见图6。

图6 预制构件信息化管理示意图

③项目现场施工应用阶段。在项目的施工过程中采用了数字化的控制技术，对施工数据进行处理，实现安装精确放线，从而快速吊装和快速定位。通过BIM模型的创建、维护，确保设计和深化设计图清楚地、形象地展现在模型里，可以更好地发现图纸问题并及时解决；可以表现出结构施工流程，各种施工工艺等，更好地优化施工方案和工作计划；进行模拟施工，进而优化工程施工进度计划。

BIM 5D平台：以BIM平台为核心，集成土建、机电、钢构等专业模型，并以集成模型为载体，关联施工过程中的进度、质量、安全、物料等信息，为项目进度、成本管控、物料管理等提供数据支撑，协助管理人员有效决策和精细管理，从而达到减少施工变更、缩短工期、控制成本、提升质量的目的。BIM 5D平台主要包括生产进度管理看板、技术管理看板、质量管理看板、安全管理看板。

智慧工地建设：拟按智慧工地标准建设，应用人脸识别、劳务实名制管理、车辆未冲洗抓拍、临边防护报警、高危大工程预警等设施，实现对工地现场设备、人员、物资、环境等要素全面监测、管理。

项目利用BIM信息化技术，对建筑空间几何信息、建筑空间功能信息、建筑使用材料信息及相关设备信息等各专业数据信息进行集成与一体化管理，为绿色建筑设计相关测算提供必要的分析依据；利用三维数据信息可视化技术，对规划方案进行分析与优化。从室外环境、建筑能耗、建筑水资源利用、材料资源利用、室内环境等多角度分析以实现合理利用土地、水资源与材料，降低能源消耗[3]。

施工重难点模拟与交底：与普通住宅相比，本项目重难点在于预制装配率高，且外墙为预制夹心保温墙板，普通住宅为砌筑墙体+保温板，为了保证吊装工艺与步骤的准确，基于BIM技术的模拟性制作了吊装模拟动画，从根本上解决施工质量与进度问题。

3.3.4 运维管理阶段BIM应用

项目建设后期拟设专业的BIM运维管理部，将设计、施工中BIM信息集成至运维管理系统中，通过与智能化、消防平台数据对接，开发真实、高效、智慧、可视化BIM运维管理系统，将BIM信息化技术落地到本项目。

①设备集成管理。

利用BIM模型可以整合各系统在三维模型中直观展示，同时实现快速的查询和调取。通过竣工模型提供的资料，可以设置设备养护和更换自动提醒，把安全隐患控制在萌芽状态。

②突发事件应急处理。

维护阶段对于突发事件的处置在于准确和快速，例如疏导人员的撤离，设备紧急关闭或更换，重要领导来访的安保等。通过BIM模型可以很好地解决目前存在的问题。

③公共安全管理。

1）视频监控：通过配备监控大屏幕可以对整个广场的视频监控系统进行操作。所有监控设备均定位于模型中。点击对应部位即可查看改点监控视频，代替传统按照编号查看，极易查询错误。2）可疑人员的定位：利用视频识别及跟踪系统，对不良人员、非法人员，甚至恐怖分子等进行标识，利用视频识别软件使摄像头自动跟踪及互相切换，对目标进行锁定。3）火灾消防管理：基于BIM信息化技术的管理系统可以通过喷淋感应器感应信息，迅速确定火灾第一发生点。

3.3.5 资料管理

徐州某项目中咨询单位基于BIM技术的业主方档案资料构建了绿色建筑项目协同管理平台，将施工管理中、项目竣工和运维阶段需要的资料档案（包括验收单、合格证、检验报告、工作清单、设计变更单等）等列入BIM模型中，实现高效管理与协同。针对联系单、签证单、方案申报等需签字审批的文件，均可在BIM平台中实现在线审批，所有记录均留痕记录在BIM系统中。

4 应用实施效益

高品质绿色建筑实践项目的创建进一步推动了江苏省绿色建筑规模化发展。该高品质绿色建筑实践项目的经济效益可以分为宏观和微观两个层面。在宏观层面，从全寿命的角度出发，将绿色建筑设计所涉及的经济问题整合到从建材生产、设计、施工、运行、资源利用、垃圾处理、拆除直至自然资源再循环的整个过程。

经分析，本项目每年节约费用可达到约108.3万元，实现节电量约171.9万kWh，标煤节约量约为68.76万吨，CO2的减排量高达171.4万吨。在微观的层面，该项目建筑面积共计10446.12m2，项目增量成本为614.6万元，单位面积增量成本约为588.3元。

5 结语

本工程在规划设计阶段、施工建造阶段充分利用了BIM技术，在前期进行碰撞检查，直观解决空间关系冲突，优化工程设计以及管线排布方案，减少在建筑调整的迫切需要；是按照减量化、再利用、资源化的原则，促进资源综合利用，建设节约型社会，发展循环经济的必然要求；是坚持走生产发展、生活富裕、生态良好的文明发展道路的重要体现；是节约能源，保障国家能源安全的关键环节；是探索解决建设行业高投入、高消耗、高污染、低效益的根本途径；是改造和提升传统的建筑业、建材业，实现建设事业健康、协调、可持续发展的重大战略性工作；是助力江苏省早日实现“碳中和”和“碳达峰”愿景的强大推力。