BIM技术在智能绿色建筑中的应用分析

鞠杰， 樊磊

（河南应用技术职业学院）

1 引言

BIM 技术能够应用于工程规划、勘察、设计、制造、施工及运营维护等各阶段，实现建筑全生命期各参与方和环节的关键数据共享及协同，是实现建筑业转型升级、促进智能建筑与绿色建筑的发展、提高建筑业信息化水平和推进智慧城市建设的基础性技术[1]。BIM 技术可实现对工程环境、能耗、经济、质量、安全等性能方面的分析、检查和模拟，为项目全过程方案优化、科学决策、虚拟建造和协同提供技术支撑，为建设工程的提质增效、节能环保创造条件，实现建筑业可持续发展。BIM 的深入应用和发展，将有利于整合设计、生产、施工、运维等整个产业链，有利于建筑业生产组织模式创新，有利于市场资源合理配置，有利于推动行业创新变革[2]。

2 工程概况

河南省医药创新转化基地高端人才楼，位于郑州市高新区郑州大学东门，用地北临翠竹街，西临春藤路，南临枫杨街，东临石楠路，总用地面积75457.61m2。总建筑面积123723.47m2。

项目设计标准为二星智能绿色建筑，建造方式为装配式，结构形式为框架剪力墙及装配式，整个工程由12个主楼，3个配套用房及地下两层停车库，其中5层～18层为装配式构件层。

3 BIM在项目管理中的应用模式

BIM 技术在工程项目管理中的应用，可分为三种模式：

1）单一业务应用

应用BIM 模型，解决单一的业务问题，如：建筑曲面外形设计、工程量计算、建筑环境分析、施工技术交底、物料追踪等。

2）多业务集成应用

结合不同的业务应用的需求，需要通过兼容数据标准的协同平台、借助于不同的软件进行多项业务的应用。

3）与项目管理的集成应用

其体现在应用BIM技术信息协同有效解决项目管理中生产协同和数据协同的难题，如：通过协同平台实现。文件管理、信息协同、设计管理、成本管理、质量管理、进度管理、安全管理等。本项目工程量大，施工周期短，管线布置错综复杂，是河南地区首个大体量混凝土装配式PC 结构项目。为充分展示工程特色，克服工程难点，保证施工质量，业主要求各专业施工阶段应用BIM 技术，BIM 咨询方提供应用平台，业主方、监理方、施工方共同运用一套BIM管理模式，多家施工单位在同一个平台运作，是BIM技术在项目管理集成应用模式的实例体现。

4 BIM技术在设计阶段的应用

4.1 施工图会审

根据设计图纸，利用BIM 软件创建本项目各专业模型，通过可视化成果展示，检验是否具备施工性，检查图纸中存在相互矛盾、无数据信息、数据错误等方面的问题，出具《图纸综合分析报告》，确保图纸错误得到修订、无遗漏。

4.2 场地规划，三维现场布置

建立施工场地的布置模型，包括临时设施、生产加工区、材料堆场、道路及办公区域设置是否合理，通过动态调整进行合理布局，选择最佳方案，提高工作效率及质量，做到绿色施工、降噪节能减排。

4.3 智能绿色建筑分析

BIM技术在智能绿色建筑设计中的应用大致有两种途径，一是在BIM模型中增加相应信息，通过统计功能判定是否达到《绿色建筑评价标准》相应条文的要求，二是借助第三方模拟分析软件，根据计算分析结果判定是否满足《绿色建筑评价标准》相应条文的要求（见图1）。

图1 9#楼2层绿色建筑分析

5 BIM技术在施工阶段的应用

5.1 三维可视化样板

通过使用BIM 技术搭建三维虚拟样板，建设和完善施工工艺库，形成标准化工艺流程，既方便现场技术人员对施工情况的理解，也能强化现场工人的操作流程，使工作方法标准化，从而达到提升施工水平与成本管控，同时在达到样板引路的前提下，不仅节约了材料和空间，还可以实现三维模型的重复使用[3]。

5.2 虚拟施工，可视化技术交底

BIM技术在项目建造阶段的应用主要体现在模拟施工过程，检验施工工序，确保施工安全、质量和进度。对于工程的关键部位，施工方案三维可视化技术交底对于施工单位提高工程质量和保障施工安全及工期方面起到了重要作用。

5.3 工程进度模拟与控制

应用BIM 技术进行工程进度模拟，将施工计划与实际施工进度进行对比，分析差异原因，调配资源、降低风险和控制成本[4]。

5.4 工程精算

项目使用鲁班BE系统对工程项目建模取量，根据工程实际需要，提供对应材料工程量，以便按需提供材料、设备等进场。

6 PC装配式施工

本项目5 层～18 层为装配式构件层，结合工程特点和装配式施工流程，运用BIM技术解决PC装配式施工中的重难点问题。

6.1 PC装配式施工流程

6.1.1 装配式构件拆分优化

根据施工方提供的施工需求及构件加工厂生产、运输能力形成可供构件加工生产的最终加工图。

6.1.2 施工管理前期策划

大型机械的合理化选型及定位、吊装作业平面布置、PC 构件上涉及施工机械外架等预留预埋、机电预留预埋、施工进度要求。

6.1.3 构件加工生产

根据最终版加工图及施工进度要求进行模具加工及构件生产。

6.1.4 构件吊装施工

根据施工进度要求组织构件进场验收及现场吊装施工，并保证装配式建筑施工各项质量要求。

6.2 PC装配式施工重难点问题及BIM解决方案

PC装配式施工，在设计阶段，完成标准化设计、成品房策划、构件一次拆分，深化设计阶段，完成构件二次拆分、管线综合深化及现场支护深化，生成运输阶段，采取二维码应用、完成模具设计、进行质量管理，施工现场管理阶段，进行构件安装、场部构件堆场、塔吊选位、流水施工作业等，运营维护阶段，进行物业管理、档案管理和运行维护等。

6.3 PC拆分设计

拆分设计将建筑方案设计、结构设计、构件制作、施工安装、构配件采购供应等集于一体的技术。构件一次拆分深化主要针对构件标准化、生产加工工艺。装配式建筑构件标准化对于项目降低成本有着至关重要影响，本项目原设计预制构件72 种191个，经过BIM设计标准化后预制构件种类归并至33种93个。成品房设计对精装点位、开关插座等细节进行深化，包括布局、电气点位设计、预埋水电管线等。

6.4 二次深化设计

二次深化设计从构件合并、外挂架设计模拟、模板加固、碰撞检查、标准外防护架安装及技术交底、塔吊选型布置、人货电梯深化设计、构件深化加工出图、水电管线预埋、流水施工组织设计等方面进行考虑。

外挂架设置充分考虑竖向钢筋，灌浆套筒，模板对拉螺栓，及水电预留孔洞等因素对施工的影响制定加固方案，利用BIM 技术辅助标准外防护架方案编制建立标准外防护架模型，通过模型精确反映受力钢筋，模板对拉螺栓，水电预留孔洞斜支撑预埋件、预埋吊钉的位置关系，确定最终标准外防护架在预制墙板上的预留预埋，如图2所示。

图2 基于BIM外挂架设置分析

通过建立BIM 模型辅助标准外防护架设计、生产加工及现场安装，通过标准外防护架安装模拟对工人进行交底。利用BIM模型辅助装配式施工模板设计，可合理布置加固措施避免与内部斜支撑、外部标准外防护架等施工措施碰撞，保障施工顺利进行。

通过建立BIM 模型，发现阳台位置斜支撑空间不够，楼梯间两侧预制墙体无法斜支撑加固等情况。采取侧向固定阳台和制作非标斜支撑固定至休息平台、两侧墙体对拉的方式来解决。

基于BIM模型，确定塔吊选型、定位和构件二次拆分，在本项目中，通过BIM 模型统计YWQ1 重65.2kN，距塔吊约28m，力矩为1820kN·m，超过TC7030 吊28m 起重能力1120kN·m，则构件需二次拆分。

基于BIM 模型，设置漫游路径，三维可视状态下，沉浸式进行模型检查，对不同专业间模型发生的直接碰撞、图纸数据标注不全、尺寸不合理等各类问题，通过设计单位及时沟通有效解决，优化管线排布，提高机电安装质量，减少现场返工。

7 结语

在建筑业不断实现技术创新、转型升级的过程中，BIM 技术起到了至关重要的推动作用。基于BIM 智慧数字平台的应用，使智能绿色建筑施工过程中的空间管理、资产管理、材料管理、安全管理、运维管理等信息共享、协同合作效率得到大大提升。基于新技术、跨领域、多学科的技术交互和数字孪生的应用，将大力提升BIM 技术在智能绿色建筑工程管理中的重要作用，有效提高了生产效率和产品质量，确保了该项目的顺利实施。