基于BIM技术的建设项目智能建造应用研究

吴瑜灵

（1、广东省建设工程质量安全检测总站有限公司 广州 510500；2、广东建科创新技术研究院有限公司 广州 510500）

0 引言

建筑业是我国的经济支柱产业，在国家建设中具有重要作用。一直以来，建筑生产技术和施工方式粗放、落后、建造效率低［1］。为了提升建筑业信息化、数字化应用水平，促进建筑业数字化转型发展，近年来，国家及相关部委、地方出台了多项指导文件，推动智能建造在工程建设各环节应用，提升工程质量安全、效益和品质。2022年11月9日，国家住房和城乡建设部发布《关于公布智能建造试点城市的通知》，将广州、深圳、佛山等24个城市列为智能建造试点城市。

在政策文件的推动下，众多建设项目积极展开智能建造应用研究。李仲等人［2］针对项目智能建造管理，将BIM 技术和信息化管理方式与EPC 模式充分融合，促进设计深化全过程智能化管理；张艳平等人［3］在东莞某大型综合体项目中结合BIM、VR、无人机测绘等，探索智能建造技术应用新场景，提高建造效率和质量。但是，既有的项目应用和研究大都是针对单个应用场景展开分析［1］，缺少各智能建造应用之间的数据组织、传递、协同研究。

随着智能建造技术发展和BIM 应用的深入，如何基于BIM 技术打破建造过程中的信息孤岛，整合各阶段业务流程，建立智能建造技术应用体系是亟需解决的问题。

本文依托某项目，研究基于BIM 的智能建造技术以及在项目中的应用体系和应用场景，为建设项目智能建造技术实施提供借鉴。

1 工程概况

某项目用地红线面积约8 万m2，总建筑面积为31.2万m2，地下面积约2.6万m2，地上面积约28.6万m2。

建设内容包括4 栋单体和和一层地下室，包括厂房、地下机动车停车库、设备用房及其他配套用房等。项目结构类型采用剪力墙结构（塔楼）及框架结构（多层）。结构形式为钢筋混凝土剪力墙结构，基础形式拟采用桩基础。项目整体效果如图1所示。

图1 项目整体效果Fig.1 Overall Effect of the Project

1.1 项目重难点

1.1.1 施工工期紧张项目施工工期短，需要建立高效的组织管理体系，优化资源配置和施工进度计划，从而保障项目工期。

1.1.2 专业工程交叉多

项目室内外空间管线布局复杂，系统繁多（包含通风空调、给排水、供电等系统），专业接口关系复杂，预留预埋多，设备安装精度要求高。

1.1.3 安全生产管理难度大

项目施工场区内大型机械设备较多，存在多专业多设备的交叉作业，给现场安全生产管理工作带来了挑战。

1.1.4 总包管理难度大

工程规模大、单体建筑多，现场大规模、多单位、多专业、多工种、交叉施工作业，施工过程难以把控，突发事件此起彼伏，人员、物资、机械设备调控频繁，施工生产实现动态管控难度大。

1.2 技术路线

以BIM 模型为核心，建立智能建造全过程数据传递链，通过项目公共数据环境（Common Data Environment，CDE）实现多源信息的集成、传递、协同，实现智能建造应用的规范化实施。技术路线如图2所示。

图2 技术流程Fig.2 Technical Flow Chart

2 智能建造技术

2.1 BIM精细化设计

通过BIM 技术进行设计方案的深化、优化，建立高精细度的BIM 模型，为智能建造应用提供可靠数据基础。

2.1.1 BIM模型创建

依据施工图设计和其他设计资料创建符合智能建造应用需求的BIM 模型，包括建筑模型、结构模型、机电模型等。结合施工建造方案、进度计划等对BIM模型进行深化、优化，补充施工深化信息，创建施工BIM模型。

2.1.2 错漏碰缺核查

目前，建设项目规模越来越大、建筑设计越来越复杂，给设计深化带来了巨大的工作量［4］。利用BIM技术进行设计审查，以智能检查工具代替设计人员的大量重复劳动，提升工作效率和质量，是实现智能建造的重要一步。

在建造阶段，通过各专业BIM 模型对设计图纸进行错漏碰缺检查，发现设计图纸存在的问题，审查图纸的缺漏项，提出合理化建议。基于创建好的初始BIM 模型（见图3），利用碰撞检查软件、BIM 规则审查软件等工具，对设计规范要求、软硬碰撞情况等进行自动核查，汇编成校审成果报告。

图3 硬碰撞检查Fig.3 Hard Collision Check

针对模型核查汇总的各项问题，以BIM 模型为主体进行问题跟踪、协同，实现设计-施工协同工作，高效解决设计中的错漏碰缺问题。

2.1.3 管综优化深化

管线深化设计是建造阶段的重难点工作。通过BIM 等数字化技术辅助管综深化设计、下料加工等，促进管线精细化施工。通过整合各专业BIM 模型，依据管线安装规范、管线布置主要原则和净高控制要求进行管线优化调整。

在管线优化前，初始设计方案中管线存在众多交叉碰撞、路径曲折环绕不清晰、总体空间不雅观、不满足净高要求、施工现场调整难度大等问题。经过管线优化，解决管线交叉碰撞问题，优化管线排布路径和空间分布，保证各区域的净高满足设计和使用要求，如图4所示。

图4 管综优化与净高分析Fig.4 Pipe Optimisation and Clear Height Analysis

2.1.4 BIM出图

基于BIM 模型的正向设计与出图是实现数字化智能建造的必由之路［5］。

在BIM 模型创建之前，根据各专业出图规范和要求，建立支持快速出图的Revit 构件库以及出图样板文件。完成BIM 模型施工深化优化后，对模型进行标注标识，完成从三维模型到二维图纸的无缝衔接。

2.2 数字化智能建造［6］

2.2.1 基于BIM的施工方案优化

依据高支模架体专项施工方案建立BIM 模型，通过BIM 的可视化以模型漫游等方式辅助专家论证会审工作，对方案提出合理化建议，最后形成施工优化方案，如图5所示。

图5 基于BIM的高支模方案深化Fig.5 BIM-based Deepening of the High Support Mould Scheme

2.2.2 节点数字化加工

针对本项目复杂的钢筋节点，比如主次梁交汇处，建立BIM 模型并进行深化，对规格相同的构件形成样板，并进行三维技术交底，辅助现场施工，保证现场施工作业的可操作性，如图6所示。

图6 建造节点BIM深化Fig.6 BIM Deepening of Construction Nodes

3 项目示范应用

3.1 管综深化

为了保障管线施工安装质量和效率，减少后期返工，对机房间、过道等管线布置复杂、空间警告要求高的区域，采用BIM 技术进行管线深化设计。在建造安装过程中，基于深化后的BIM 模型指导管线下料、安装，实现按模施工、图模一致的高质量建造。

对特殊区域形成多种管线排布方案，以三维可视化的形式展示不同方案的优缺点，如图7 所示。在满足工艺要求和降低施工成本中寻找平衡点，确定最优方案，节约成本，提高施工效率。

图7 硬碰撞检查Fig.7 Hard Collision Check （mm）

3.2 二结构精细化施工

砌体工程作为结构工程和机电安装工程、装饰装修工程的衔接点，在施工过程中存在大量的专业穿插和配合工作［7］。传统的施工砌筑方式存在过多依赖于砌筑工人的经验、砌块切割随意性大、材料浪费、损耗严重等问题，从而给项目的成本、质量管理带来很大的压力［8］。

3.2.1 砌块智能化排布

基于BIM 模型对砌体进行排布，根据现场用料规格，提前优化好砖的类型及尺寸，统一排版，提高砌筑的观感质量，减少浪费。同时，按照深化砌体图辅助材料计划，精准控制用量，减少楼层间材料周转。

自动化进行二结构BIM 深化，手动对个别位置排砖进行调整，如图8所示。完成后的模型，直接导出砌体结构排布图和砌块用料表。根据砌块用料表（见表1）出具下料单，进行不同规格砌块的精准下料。

表1 二结构排砖用料Tab.1 Material for Substructure Rows of Bricks

图8 二结构智能排砖Fig.8 Intelligent Bricklaying in Two Structures

3.2.2 预留预埋数字化管理

在砌体结构的孔洞预留布置中，在二结构BIM 模型中参考机电管线深化BIM 模型进行墙体自动开洞，洞口自动标注等。

以深化后的洞口布置BIM 模型作为主体，配合CAD 图纸供各专业单位对预留孔洞进行确认（见图9），保证各专业管线、设备能合理安装，减少后期凿洞、重新砌筑等返工对成本、质量、进度造成的影响。

图9 管综预留孔洞Fig.9 Pipe Complex Pre-drilled Holes （mm）

3.3 现场进度数字化管理

随着建筑业规模的持续扩大，项目超工期的现象普遍存在，这对进度管理提出了更高的要求，迫切需要一种更有效的进度管理方法来改善这些行业现状［9］。

本项目通过对BIM 模型与施工进度计划相结合，对施工关键节点进行虚拟建造，及时找出进度偏差，如图10 所示，查找原因并作出相应施工部署，实现对项目进度的动态管控。

图10 现场进度数字化管理Fig.10 Digital Management of Site Progress

4 总结

本文对BIM 技术在智能建造中的典型应用场景进行应用研究。基于BIM 技术实现从建设项目设计深化、数字化加工到施工等建设全过程智能建造应用。经过项目实践，充分证明了BIM 技术在智能建造体系中的关键作用：

⑴基于BIM 技术的设计施工一体化，将设计和现场结合起来，能实时反馈现场设计细节并预留运营管理接口。

⑵基于BIM 技术的结构排砖和孔洞预留预埋的现场施工难度大大降低，BIM 技术辅助精细化施工具有显著信息优势。

⑶BIM 技术通过将模型与进度计划相结合，用于制定详细的施工进度计划，并进行资源管理，可更好地预测施工过程中可能出现的问题。

受限于项目体量和特征，本文较少对智能建造领域其他专业技术如数字测绘、智能机器人等的分析和应用进行探讨。未来的研究应该着眼于如何将BIM技术与其他数字化技术紧密结合，实现一模多用、多源数据高效集成应用，以实现全过程高效的数字化智能建造。