BIM技术在中心城区复杂建设项目施工阶段的应用

王晓旻

上海建工五建集团有限公司 上海 200063

作为一类强调对建筑设施各阶段相关信息进行参数化表达及集成化管理的创新性技术，建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）在建筑领域的应用已引起行业内越来越广泛的关注。2017年2月，国务院发布《关于促进建筑业持续健康发展的意见》，提出加快推进BIM技术在工程建设项目全生命周期的集成应用，实现数据共享和信息化管理，为我国BIM技术的进一步发展指明方向。目前国内BIM技术应用还面临相关标准缺失、企业BIM技术人才不足、BIM应用成本较高、BIM软件缺乏互操作性等阻碍因素[1-2]，及时总结BIM技术在工程建设项目的实践经验，对促进BIM技术的发展进步具有重要意义。

1 工程背景

1.1 项目概况

某工业研发楼项目占地面积29 180 m2。项目包括1座110 kV变电站、9幢工业研发楼，地上5～9层，地下1层，建筑高度23.75～39.75 m。总建筑面积79 435.40 m2，其中，地上总建筑面积58 645.80 m2，地下总建筑面积20 789.60 m2。工程总投资额约4亿元。

1.2 工程特点与难点

1）周边环境复杂、施工控制难度大。本项目周边市政管线众多且错综复杂，给排水、煤气、天然气、电信等管线紧贴红线布置；北侧邻近地铁隧道，距基坑围护外边线最小距离为17 m；南侧与已建B地块地下室相连，需与B地块共墙处理；基坑平面不规则，距离最近的已有建筑仅6 m。

2）项目单体多，工序多样，施工总体部署难度大。工程基坑分为9块陆续施工，其间穿插进行土方、支撑和地下结构施工，工况多，制约多，前后衔接要求高；工程用地极为紧张，现场主干道路的动态调整和场内外交通组织难度大；工程单体多，形象进度各有要求，施工进度的精细化编排要求高。

3）项目建设标准高，参建单位众多，施工总包协调管理任务重。研发楼内部功能区域多样，需要在保证净高的前提下实现管线的有序排布；精装修、电梯、幕墙等多个专业工程交界面多，界面大样图要兼顾功能与施工；专业单位多，文件及图纸变更需要有序管理，信息实时协同。

2 BIM应用策划

2.1 BIM功能定位

施工现场管理是工程项目管理的核心与关键，施工现场的质量、成本、进度、安全管理是项目成功交付的重要保证[3]。依据本项目特点与难点分析，采用传统的项目管理方法和手段，难以精准识别复杂的施工环境，各参与方之间的信息沟通不畅，质量监管难度加大、安全风险上升。

本项目将BIM作为提升施工阶段技术和管理水平的关键手段，通过BIM技术与施工阶段项目管理过程深度融合，发挥BIM的信息集成与信息共享优势，将建造信息数据化、标准化、制度化、可视化，推动构建标准化、规范化的PDCA循环管理体系，全面提升施工阶段信息化、精细化管理水平。本项目以技术、进度、质量、安全为主要抓手，提出3大任务板块——设计方案优化、施工模拟、施工现场管理（图1），并细化为8项服务内容——三维建模、三维管线综合、机电管线深化设计、施工进度模拟、施工方案模拟、施工动态监测、项目质量协同管理、文档资料信息化管理，最终形成各项服务内容的功能定位。

图1 项目施工阶段BIM应用框架

1）三维建模：建立多专业三维几何模型，并通过空间漫游，进行设计方案的可视化展示。

2）三维管线综合：基于多专业整合BIM模型进行碰撞检查、净空检查，优化管线综合排布方案，满足设计规范的净空要求。

3）机电管线深化设计：基于BIM技术开展机电管线深化设计，协调与优化机电专业与建筑、结构专业的设计方案。

4）施工进度模拟：利用虚拟建造模拟和优化施工方案，强化进度管控能力，提高工程交付效率。

5）施工方案模拟：对项目整体施工、基坑施工等重大工序进行施工模拟，形成施工方案动画展示。

6）施工动态监测：对现场施工情况进行监测，通过现状模型、BIM模型比较分析，及时反馈施工风险，为后续施工制订优化方案。

7）项目质量协同管理：现场管理人员通过移动终端采集现场照片信息，上传至服务器，供相关单位实时查看、提供解决方案。

8）文档资料信息化管理：现场技术人员通过手机移动端高效管理项目技术资料，便于高效利用，实现资料集成与共享。

2.2 BIM实施规划

1）制订BIM标准。本工程BIM模型采用“顾问建模，总包整合”的管理模式，为保证整合效率，对各专业分包模型制订了项目级BIM建模标准，明确规定模型命名规则、建模深度、交付成果、软件要求、族标准；同时，制订整体BIM工作流程，包括工作分解、各参与方的角色与职责，明确BIM应用交付物所需的信息、信息的详细程度、信息来源方和接收方、信息格式等，形成BIM实施标准。

2）组建技术团队。本项目的各项BIM服务由BIM团队具体实施，BIM团队由施工总包项目部领导，为施工总包的项目管理提供BIM技术支持，并在过程中协助施工总包与各参与方开展基于BIM的协同工作与沟通。本项目实行BIM项目经理负责制（表1）。

表1 BIM团队

3）配置和研发软件。结合本项目BIM应用的实际需要，选取并配置相关BIM软件（表2），开发ISCG-CMS项目协同管理系统、绿色建造九宫格管理系统支撑项目质量协同管理、文档资料信息化管理。

4）BIM专题培训与交流。本项目结合各项BIM应用，持续推进以点带面的BIM培训。前期培训主要针对Revit、Navisworks等软件，中间穿插BIM会议、BIM沙龙等，帮助管理人员借助BIM技术深入解决各项项目管理业务问题。

3 BIM应用情况

3.1 设计方案优化

3.1.1  三维建模

本项目在施工图完成后，按照项目级建模标准所规定的建模方法、建模深度，综合应用Revit与Sketchup软件建立土建、机电等多专业的三维几何模型（图2、图3）。

图2 2号单体建筑粗装修BIM模型

图3 基坑阶段现场场地布置

在施工开工前，施工单位项目技术人员基于Revit软件对模型进行初步审核，梳理形成图纸问题报告，向设计单位反馈意见，由设计单位修改和完善设计方案，BIM团队对BIM模型跟踪调整。

3.1.2  三维管线综合

本项目单体建筑多、设计图纸数量大，机电专业之间以及机电专业与建筑结构等其他专业之间的协调任务重，利用Navisworks软件集成各专业BIM模型，对机电管线、人防设施等进行碰撞检查、净空分析，梳理形成碰撞检查报告，将设计问题及时反馈至设计单位，优化机电管线综合布置，提高设计文件质量，节约建造成本。同时，为提高计算机碰撞检查的运行效率，保证图形信息的清晰度[4]，本项目根据项目总进度计划的关键节点，制订阶段性的图纸问题报告交付节点。例如，在底板施工完成前和上部结构施工前，分别递交地下室结构和上部结构的碰撞分析与优化报告。

3.1.3  机电管线深化设计

本项目在三维管线综合，优化综合管线布置的基础上，通过整合机电专业三维几何模型与建筑结构等其他专业三维几何模型，进行快速一体化深化设计，推动机电管线全装配化施工。本阶段重点是检查和分析机电设备与建筑造型的协调程度，机电设备的运输路线，结构专业的预留板洞、预留墙洞的位置与尺寸是否满足相关设计规范和结构安全的要求，机电设备所在空间位置是否满足机电设备运行的要求以及机电管线的现场施工方案。同时，本项目5栋高层单体需要精装修，在机电深化设计阶段还要考虑与吊顶标高的配合以及预留检验口的位置、尺寸。

3.2 施工模拟

3.2.1  施工进度模拟

本项目将进度计划与BIM模型相链接，能够在不消耗各类建造资源的前提下模拟项目进展情况，发挥BIM可视化与信息集成优势，系统把控施工现场的布置情况，辅助调整和优化施工进度计划。以2号单体建筑基坑施工为例：

基坑围护边距离最近的已有建筑仅为6 m，基坑施工过程中对其沉降控制及保护要求高。项目技术人员通过应用BIM 4D进行施工进度模拟，浏览施工现场三维模型、调取相关施工测量数据，分析得出施工过程中的控制重点：明确了基坑分块开挖顺序和过渡区作法；明确了底板施工期间道路交通情况；明确了拆撑顺序；明确了降水井的开启时间；同时，在地铁50 m保护区内，禁止重型机械运行，并利用地下车库基坑出零后的场地组织交通运输。

3.2.2  施工方案模拟

为确保工程质量验收一次性通过，本项目建立起一整套涵盖质量监管办法、工序控制办法的质量管理体系，对作业人员、物资材料、施工机械的PDCA循环实施管理。同时，数据化、标准化、制度化的建造信息是实现流水线式项目管理的基础，也是实现和传承施工企业一体化集成管理的重要手段。本项目依据施工工序、管理流程对整个建造任务进行分解，制订形成22套关键施工技术方案，分别制作施工方案模拟动画，并最终形成整体施工模拟动画，对推广标准化施工方法、确保工程质量起到积极效果（图4）。

3.3 施工现场管理

3.3.1  施工动态监控

本项目综合应用BIM技术与天宝机器人测量放样系统，实时检测项目的施工进展情况。在实现施工现场快速放样和测量的同时，可比对建筑实体与BIM模型的差异，进而分析可能产生的新设计问题与施工问题。

另外，为建设安全文明施工工地，本项目还建立起一整套安全文明施工管理体系，引入扬尘噪声远程监测系统（图5），实时测量施工各阶段的现场噪声及扬尘数据，一旦超过标准值，系统终端就会发出预警通知，提示项目管理人员立即采取措施降低噪声、减少扬尘。

图4 斜抛撑施工模拟

图5 扬尘噪声远程监测系统

3.3.2  项目质量协同管理

本项目创新施工质量监管办法，通过开发ISCG-CMS项目协同管理系统以及移动端APP软件，打造基于巡检的质量协同管理模式。

3.3.3  文档资料信息化管理

为实现施工现场各类资料的有序管理，本项目通过开发和应用绿色建造九宫格管理系统（图6）、移动终端资料管理APP，能够及时收集和汇总施工现场工程资料文件，形成规范化的电子版工程资料文件，构建多维度、多层次、多专业、多部门、全过程的资料库。该系统和资料管理APP由项目技术员负责统一管理应用，设置用户权限，能够支持PC端、移动端查看，方便技术员整理、查阅、存储、检查。为保证文件编码的准确性、简洁性、实用性，项目技术员可根据项目实际需要设置文件编码。绿色建造九宫格管理系统的应用，也为施工阶段工程资料归档的过程管理提供有效的技术支撑。

图6 绿色建造九宫格管理系统

4 结语

本项目结合施工现场项目管理需求以及项目特点与难点，进行BIM功能策划，制订了一套项目级BIM应用标准，开发并应用了2个信息化系统和APP软件，解决了施工阶段的三类问题，持续推进以点带面的BIM培训。通过建立三维几何建模，进行三维管线综合、机电管线深化设计，发挥BIM可视化优势，完善设计方案，降低返工、误工的可能性；通过施工进度模拟、施工方案模拟，优化施工工序，提高技术交底效率，推动施工工艺的规范化、标准化；通过施工动态监控、基于巡检的项目质量协同管理、文档资料信息化管理，提升各参与方的协同工作水平，提高施工阶段质量、安全、进度的管控水平。

BIM技术在施工阶段的应用要以建造任务和目标为导向，以解决项目重点和难点问题为出发点，以提升施工阶段项目管理水平为目标，以实现进度、安全、质量和成本的高效精细化管理为根本落脚点。BIM技术是一项工具，应用好BIM技术需要依据项目目标、项目自身特点进行合理的BIM功能定位、制订科学可行的BIM标准与实施规划，为项目技术和管理人员所掌握，将BIM技术渗透到项目建设过程中进行辅助决策，推动技术和管理过程的数据化、标准化、集成化发展，真正发挥BIM技术信息集成与共享的优势。