BIM技术在施工场布优化中的应用

文｜夏夕虹

当前施工企业应用BIM技术主要体现在投标、施工、竣工结算三大阶段。投标阶段中，BIM价值点主要体现为清单核量、不平衡报价、视觉展示辅助投标、BIM技术标的应用等；施工阶段包括图纸问题净高检查、施工场布、材料管理、成本管理、质量安全协同管理等；竣工结算中，BIM则可以进行结算配合，减少少量漏算、竣工资料档案管理等。各阶段的BIM技术应用时有交叉，BIM可以简单的形容为模型+信息，通过正确的方法从模型中不同角度提取对应的信息，即形成了BIM技术的各个应用点。

不论项目的类别如何区分，施工单位在项目最初都会进行施工场地的布置。传统的做法是二维平面图布置，通过图纸进行尺寸标注，依据现场施工人员的经验进行排布，由此引发了在空间的排布中不能做到万无一失、设备与操作区域等之间的布置时有运行交叉等一系列现象。基于BIM模型及理念，运用BIM技术三维反映施工场地布置，可以协助施工场地布置方案的优化。对施工现场的邻舍、各生产操作区域、大型设备安装，通过3D模型以动态的方式进行合理布局，最终选择分析最佳方案；通过虚拟交底使员工对施工现场的准备及施工各区域有切身了解；运用BIM技术对生产性施工设施和生活性施工设施以及建设项目施工必备的安全、防火和环境保护设施，在进场前得到更佳的布置方案且得到事先预演。运用BIM技术进行三维场布，为后续施工奠定基础，提高施工效率及质量，从而做到绿色施工、节能减排。

模型的建立

市面上应用于BIM技术的建模软件很多，各个领域、专业应用的均不同，国外知名的有REVIT、MagiCAD、XSteel、iTWO等，随着国内BIM技术的推广，鲁班和广联达两家公司都有相应的软件推出。从操作人员角度出发，各类建模软件类似，基本的原理大同小异，本文以Revit软件为建模工具，介绍三维施工场布BIM模型的建立方式。

BIM模型中最关键的在于族的建立，巧妇难为无米之炊，模型中的族就好比工地上应用的浇筑好的钢构件，将构件从工厂中加工好直接运到现场安装而不是现场加工，同样的，根据整体项目建模的需要，将门卫室、板房等每一个单体或组合事先定义为族，这种方法对于建立利用率较高且变化范围不大的构件模型来说，可以很大的提高建模效率。

系统族建模。Revit软件中有简易的预制族库，提供了对应的建模功能。以建筑专业为例，软件中提供了墙、门、窗、柱、屋顶等基本类别构件的绘制方式，实际应用时，对应的类别中有预制族。项目中建立的模型，每个构件都会有自身的属性，可以通过编辑属性及类型，赋予构件对应的材质等信息，使得模型达到期望效果。

模型的建立过程与现实中房屋的建立流程是一致的，在放置构件之前需要进行基准的确定，主要包含标高和轴网。在此基础上导入对应的二维设计图纸，相应标高上放置构件族。三维施工场布中轴网的绘制可以以平面图中道路、围栏等为基准绘制，方便后期构件族的放置。在场布模型的建立过程中，仅仅依靠Revit软件内置的族文件远远达不到要求，主要应用软件中内置的族文件进行地形表面的绘制，如场内外、道路、草地各区域的拆分或子面域的形成。

图1 构件赋材质

图2 体量建模

图3 板房族建模

基本模型的建立过程因人而异，同一个构件族的建立可以有多种方法。以场布中最常见的板房建模为例，可以在项目中进行模型的建立，通过软件项目模板中的墙、窗、屋顶等族构件进行建模，也可以通过建立体量模型，建立体量楼层后通过赋给各个面定义好类型的“面墙”“面屋顶”“面楼板”，放置门窗等构件完成模型，如图2所示。

可载入族的建立。Revit模型中有三种族文件，分别为可载入族、系统族以及内建组。系统族只能在项目中定义创建和修改，不能作为外部文件载入或创建；内建族的作用范围只限定于定义的项目内，不能载入其他项目中，因此，实际应用中所说的族模型的建立均为可载入族，本文中涉及的族模型建立默认为可载入族。

实际建模操作时，经常会涉及到项目中通用的族文件，彼此间相同或者只是尺寸不同需要调整，可以将这些构件定制为族文件方便项目建模。下面仍以建立板房为例，介绍包含门窗、屋顶、走廊、楼梯等构件的板房族建立过程。

在构建族模型的过程中需要仔细思考，族包括的构件种类以及各自的建模方法。通过合理应用嵌套族，添加族参数，锁定模型位置，通过参数进行嵌套族控制，绑定族参数等方法将绘制的各部分关联起来，注意在过程中应用公式进行判断、计算等操作以满足族变化的要求。如图3中所示，板房族建立过程中设置了几类族参数，在“材质和装饰”中可以修改定义的屋顶及板房材质，在“其他”族类型中可以设定楼梯的左右以及板房的间数参数。图中右上角展示的即为将板房设定为三间以及楼梯左右变化的情况，这些改变仅仅需要修改建模过程中设定的族参数即可，很大程度上提高了项目建模的效率。

Revit软件提供了很多种族样板文件（公制常规模型、公制窗、公制门等），在新建族文件时，根据建立的族的特点选择对应的样板，若无特定要求，选择公制常规模型样板即可。以围墙为例，项目中提供了栏杆的族文件，可以通过调整杆件类型、参数等实现。三维场布项目中的围墙较之而言简单不少，可以通过新建族文件达到想要的效果，图4展示了自定义的由柱和墙构成的围墙族，载入项目中绘制围墙模型时设定围墙所在位置线即可。

项目建模。三维场布项目中的模型大致分为生活区、施工区与办公区。生活区及办公区的大部分构件都可制作载入族后进行重复利用，如板房、洗漱池、消防设备等；施工区则根据场地规划进行基坑、脚手架、围栏等构件的绘制；整体的地面可以在项目中“体量和场地”面板中的“地形表面”进行设置。在系统族及可载入族建立的基础上，根据场地布置要求，整合族模型即完成项目的建模工作。

模型应用

三维场布区别于传统二维场布最直接的特点即立体化展示，随之而来的模型应用也更为丰富，本文将从碰撞检查、虚拟漫游、技术交底几个方面进行介绍。

施工空间碰撞检查。三维场布模型阶段的碰撞检查主要应用于施工方案模拟，即根据施工图纸及现场各项施工方案通过建模软件创建模型，并包含各环节工序不同施工时间的定义。施工前在软件中将各方案进行三维动态虚拟建造并对比，力求事前发现问题、及时处理，避免在正式施工中发现重大问题，免去了因设计错误造成工期延误及施工成本等问题的增加。

Revit软件提供了简单地碰撞检查功能，“协作”面板中提供了“碰撞检查”按钮，相对而言，Navisworks软件碰撞检测更为专业、快捷。Navisworks软件提供了“Clash Detective”功能，用户可以通过定义碰撞检测的规则，选择模型中需要进行碰撞的模型部分进行检测，软件会自动运行出检测结果，根据用户需求形成可调整内容的报告文件。

图4 围墙模型

图5 场布项目整体建模

图6 场地漫游展示

将传统的现场施工方案与BIM技术相结合，通过三维模型对施工方案的模拟，使各项方案得到一个直观的表达，可以让施工管理人员掌握各项施工方案是否能达到施工要求，并及时发现问题作出调整。通过施工方案的模拟，选择最优方案，这样就进一步的明确施工要求及施工标准，保证了工程质量，也为安全文明施工提供了保证。

虚拟现实、自由漫游。BIM技术最大的特点为可视化，通过二维至三维模型的转换将建筑施工过程从图纸上立起来。根据目前的模型应用状况，从远处浏览模型或者说渲染几张效果图并不能为用户带来实质效果，应用BIM技术让用户身临其境地在模型中感受效果，根据现实中的活动范围查找场布中的不合理及需要调整的部位。

图7 项目场布模型展示

图 8 场布精细化设计

德国CRYTEK公司出品的Cryengine3游戏引擎可以很好地满足BIM模型自由漫游的要求，实现用户与模型之间的互动功能。将Revit软件制作好的场布模型导入到该软件中，根据场景需要进行环境及光源的设置，为方便用户操作可将项目进行打包，用户直接安装程序即可，减少了专业软件安装及电脑配置的要求，方便项目现场使用。

为更好地提供用户体验，在CE3游戏引擎程序中设置时可以添加系统设置，方便用户从天气、时刻等不同设置状态下体验场地布置。

空间布置技术交底。作为施工过程中必备的项目，传统的技术交底面临着施工人员接受能力参差不齐、交底人表述不清等问题，随着现代建筑的要求越来越高，施工工艺越来越复杂，BIM技术在技术交底应用上将成为闪光点。

运用BIM技术对现场的交底部位模型进行细化，将交底工艺过程进行图片、视频展示，配以文字或语音，标注尺寸及施工过程中应注意事项。项目现场设置大屏幕，对现阶段的施工方法进行不间断循环展示，规范施工人员操作。

在三维场布阶段，可以运用BIM模型以动态的方式展现设备吊装过程，直至吊装模拟圆满为止，技术人员可依此模拟路径和吊装设备完善吊装方案及选用吊装设备，同时合理布置起重机械和各项施工设施，科学规划施工道路。通过BIM技术对施工现场各生产区域进行前期的合理布局，且可通过虚拟交底使员工对施工现场的准备及施工各区域有切身了解，达成共识，为后续施工奠定基础。对生产性施工设施和生活性施工设施以及建设项目施工必备的安全、防火和环境保护设施运用BIM技术，在进场前得到更佳的布置方案且得到事先预演。

实施效果

三维场布模型的建立，最主要的过程即为模型建立，施工部署，精细化设计等，通过科技手段将原先存在不可预知状况的施工场布标准化，让施工现场人员做到胸有成竹，避免二次返工。

近几年BIM技术传播速度加快，应用范围不断扩大。随着近期各地主管部门发文强力推广BIM技术，国内建筑业已认同这个新技术，并且已经形成了一个不可逆转的快速发展趋势，BIM技术发展已进入了新阶段。

从了解到应用，BIM技术逐渐成熟，其应用贯穿于规划、设计、施工和运营的建筑全生命周期。本文从三维场布这个施工阶段很小的方向概述BIM技术应用点，见微知著，可以预见一系列优于传统施工方法实现的效果，如可以提高现场机械设备的覆盖率，降低运输费用及材料二次搬运成本；提升管理人员对施工现场各施工区域的了解，确保施工进度；提升对现场合理布局，增强了绿色施工、节能减排，确保项目目标得以实现；直观形象地提供建设相关单位施工现场安排，提高沟通效率。以小见大，BIM技术将全面支持项目企业管理各条线的工作，项目管理和企业管理的很多工作可以在基于BIM平台上完成，作为建筑业的核心技术，BIM将成为建筑业的“操作系统”。