BIM技术在大型公建项目的应用研究

杨新旺，刘军领（.郑州中兴工程监理有限公司， 河南 郑州 450007；.机械工业第六设计研究院有限公司，河南郑州 450007）

0 引 言

BIM可解决分布式、异构工程数据之间的一致性和全局共享问题，支持建设项目生命周期中动态化的工程信息创建、管理和共享[1]。BIM同时又是一种应用于设计、建造、管理的数字化方法[2]，这种方法支持建筑工程的集成管理环境，可以使建筑工程在其整个进程中显著提高效率和大量减少风险。

1 工程概况

本项目总建筑面积为213496 m2，其中 A区总建筑面积为 134983 m2，B区总建筑面积为 78513 m2，该项目是一个综合性文化服务中心，A区包括杂技馆、群众艺术馆剧场、妇儿中心、青少年发展中心、群艺馆工作室、健康中心，B 区包括科技馆，地下室为设备用房、机动车停车库、非机动车停车库、商业用房及部分库房。

2 BIM实施重点难点分析

(1) 设计阶段重点难点分析。设计阶段主要存在各专业图纸不一致、系统不完整、管道井转换空间不足、结构净高不满足功能需求等问题。本项目在设计阶段主要审核地下车库进出口处结构标高，设备层、管道井、设备站房以及其他管线密集、有净高限制的区域处管线的排布，通过管线综合设计，对重点区域净高进行验证并对管线布置不合理的地方进行优化。

(2) 施工阶段重点难点分析。本工程机电安装各系统类别较多，BIM建模必须做到精确无误，方可保证综合管线排布的准确性。同时本工程施工过程中设计变更繁多，施工蓝图版本多，每次变更均需投入大量精力进行 BIM建模及综合排布的调整。

机电安装分包单位多，BIM建模及综合排布过程中必须时刻同各分包单位保持沟通交流。机电安装各系统设计复杂，需考虑到的细节点多，BIM建模及综合排布过程中协调工作量大。

3 BIM应用目标

通过本项目 BIM技术服务的实施，在本项目中的设计、施工、运营维护各阶段充分发挥 BIM技术的优势，并且通过切实可行的技术方案将各阶段的 BIM应用点充分落地。重点解决工程现场实际问题，减少现场签证和变更，节约成本，缩短工期，并将竣工资料录入 BIM，以方便后期物业的维护管理，实现 BIM数据在工程项目全寿命周期的传递。

4 实施内容

4.1 设计阶段BIM应用

在本阶段创建全专业的 BIM模型，在模型设计过程中对设计数据的准确性和专业间的冲突问题进行验证；对本项目机电管线的布置进行优化，并针对项目各系统主干管路部分进行管线综合模型设计与优化，在管线综合时检查出各专业之间的碰撞、干扰和冲突等问题，出具碰撞检查报告，并提出优化整改方案。结合本阶段 BIM模型辅助设计院优化图纸；针对 BIM设计模型，协助业主统计相关数据，并将设计过程中的相关资料如变更信息、会议资料等进行汇总与交付。

4.1.1 全专业协同设计

创建全专业(包括建筑、结构、机电等)的三维 BIM模型，在创建模型过程中对设计成果进行校审，检查设计与图纸缺陷，并对数据的准确性进行验证，结合本阶段BIM模型辅助设计院优化图纸。针对出现的设计问题提出了整体的优化思路：管线分层分专业敷设，并综合考虑安装顺序及第三方深化设计需求，优先保证功能，结合装饰设计图纸，尽量满足吊顶高度要求。

图1 项目施工图阶段综合模型

图3 各种类型碰撞数量

本项目在 BIM设计过程中发现的设计图纸问题分为 3大类别，共计约 52 处。各专业图纸问题所占比重如图2 所示，针对发现的问题进行分析，得出结论：由于二维设计专业间协同程度不高，专业间信息传递滞后，二维表达空间位置的局限性，导致出现较多的错、漏、碰、缺。

图2 各专业图纸问题比例

4.1.3 空间分析

根据各专业施工图设计模型及初步的综合管线排布方案，对重点区域处的结构净高、管线安装后净高进行综合分析验证，并提交相应的空间分析报告及对应的优化建议。

4.1.4 综合管线设计

依据 BIM设计碰撞检查模型，对发生的碰撞进行优化调整，按照安装方便、维修容易的总指导原则，在保持设计意图不变的基础上，依据相关专业的设计及施工验收规范进行管线综合设计。管线综合设计完成后进行共用支吊架方案确定，通过结构计算确定支吊架型钢类型及尺寸，出具综合支吊架详图。

4.1.5 孔洞预留

通过创建的套管族文件，可以快速进行孔洞预留，结合碰撞检查功能可以出具完整的预留孔洞图纸，避免后期进行开洞。

4.1.6 机电工程量统计

通过 BIM模型统计工程量，可以方便地了解项目的材料使用情况，有助于商务部门开展工作。通过工程量自动生成功能，可以进行任意管段的设备、管道、管件阀门的材质和数量的工程量统计，高效快捷地完成构件的统计。

4.1.2 碰撞检查报告

利用 BIM软件对模型进行碰撞检查，发现专业设计数据空间干涉位置 9392 处，各种碰撞类型所占问题比重如图3所示。问题主要集中在以下区域：地下室与通往车库走廊交叉处；多个专业管线集中区域，管线重叠位置严重；地上走廊内管线交叉碰撞，采暖立管与结构梁、柱碰撞。

4.2 施工建造阶段BIM应用

利用 BIM设计模型，根据施工安装需要进一步细化和完善，指导各个构件的生产以及现场施工安装；在设计模型的基础上，添加导入和处理施工信息，形成 BIM施工模型。

4.2.1 模型升级维护

建造施工过程中，根据工程变更和现场实际情况，对 BIM模型进行维护和调整，使其与现场实际施工保持一致。对于施工过程中的变更需求，及时做好变更方案的验证以及优化，减少因变更造成的工期拖延。通过模型虚拟设计变更方案，进行变更影响分析，确定其可行性，直观分析变更缘由，做好变更数据资料的传输和保存。

4.2.2 BIM应用过程管控

用移动设备配合监理单位对现场质量安全进行管理控制，对现场施工质量、安全(包括临边防护、洞口)等问题进行统一可追溯管理。利用 BIM模型的设计信息和空间位置信息，结合移动端的应用，将现场质量、进度和安全问题的检查反馈与具体 BIM模型构件与空间关联，实现进度管理可视化、质量对比可视化、问题反馈处理可视化，有助于现场问题跟踪处理和过程资料收集，形成建设项目管理大数据，并通过问题与措施的识别和聚类分析，持续改进管理控制制度，改善工程质量，加速项目建设进程。

4.2.5 BIM过程资料管理

为了保证实施过程中项目模型及资料的集中管理和数据安全，辅助现场项目管理工作，提高各参建方的沟通效率，在项目现场部署配置可视化项目管理系统，现场施工相关资料，包括试验检测报告、设计变更、验收记录等实现基于 BIM平台的协同管理，方便各参建单位及时查询与调取。

4.2.6 可视化辅助验收

采用信息化技术将 BIM施工模型上传至云端，便于对分项工程进行验收，提高验收效率。

4.3 竣工验收及运维阶段 BIM应用

4.3.1 竣工阶段模型设计

竣工模型设计阶段包括了竣工模型的完善及模型数据整理录入等工作。本阶段主要针对施工过程中的现场施工变更模型和变更图纸资料进行数据整理，在施工模型的基础上进行竣工模型设计，并保证竣工模型的空间坐标为真实的地理信息，为项目智能化运维提供可靠的空间坐标信息支撑。为便于后期运维系统的运行，对竣工模型进行轻量化和美观化处理，并录入后期运营所需要的信息数据，为运营管理阶段提供信息查询检索应用和空间定位解决方案。

4.3.2 运维平台搭建

在运维阶段协助业主搭建可视化运营管理平台，全面提升物业的运营管理水平，实现设施管理的集约化和精细化，显著降低运营成本，并为设施维护、改造和扩建提供决策支持。

5 BIM应用效果

本项目中 BIM技术为项目质量、进度、安全等管理目标的实现起到了积极的推动作用。在设计阶段提高了设计图纸的质量和出图效率；在施工阶段，通过施工模拟、过程管控、资料管理等手段提高了项目施工管理的精细化程度；在交付运维阶段，精细化的竣工模型为数字化运维奠定了基础。具体可量化的效益价值有以下几点。

(1) 通过 BIM模型的搭建预先发现和解决了大量问题。该项目碰撞检测发现的碰撞点位有 9392 处，通过三维模型将设计图纸中的错漏碰缺问题在施工前解决。

(2) 通过 BIM模型导出管线综合图纸。该项目通过 BIM模型导出平立剖三维管线综合图纸按 A0 图纸量计算约 300余张。

(3) 节约造价。通过三维管综优化设计后施工，粗略估算可以节省花费 500 万元。

(4) 节约工期。经过三维综合管线优化的设备站房及其他管线密集区域在机电安装过程中，节约工期 40 余天。

(5) 应用 BIM模型核算工程量，为管理公司、监理单位提供强有力的技术衡量手段。在统一计算规则前提下，BIM工程量与监理审核工程量的误差控制在合适的范围内。

6 结 语

本项目利用 BIM技术对项目实施进行了模拟和细致的实施控制，在颠覆了传统建筑工程工作模式的同时赋予了建筑以生命的全新理念。

本工程建立的 BIM模型严格按照预先制定的建模标准，除了用于设计阶段直观展示，还可以用于图纸会审、碰撞检测、深化设计等，此外，模型与进度计划关联还可以形成四维 BIM模型，进行更深层次的应用。

BIM与四维技术结合的集成管理：针对工程施工总承包的实际需求，综合利用 BIM与四维技术，通过四维进度、质量、资源，可视化查询及参与方协同支持等功能，有效解决了施工总包管理过程中的一系列问题，提高了工程施工管理水平和效率。

多参与方终端的综合管理：根据本工程特点和需求，制定了多参与方、多终端的综合管理模式。对不同使用情形分别采用相应的客户端、移动端等系统终端，有效地将各参与方组织起来，实现集成管理，大幅提高了管理人员对项目整体的把控能力。

参考文献：

[1]张建平，张洋，张新. 基于IFC的BIM及其数据集成平台研究[A].中国土木工程学会计算机应用分会、中国建筑学会建筑结构分会计算机应用专业委员会、浙江省土木建筑学会.第十四届全国工程设计计算机应用学术会议论文集[C].中国土木工程学会计算机应用分会、中国建筑学会建筑结构分会计算机应用专业委员会、浙江省土木建筑学会.2008：6.

[2]何关培. BIM和BIM相关软件[J]. 土木建筑工程信息技术，2010，2(04):110-117.