BIM技术在大型地库施工全过程精细化管理中的应用*

陈 光，赵谦宸，李小戍，郭世林，尹秀连

（1.江苏建筑职业技术学院建筑管理学院，江苏 徐州 221116；2.昆士兰科技大学建筑环境与工程学院，澳大利亚 昆士兰 布里斯班 4059；3.空客中国企业家管理公司，北京 101318）

随着我国城市化的高速发展，城市土地资源日益紧张，地下空间合理开发利用已成为必然趋势。地下空间不仅仅只是交通、市政、军事设施，还包括地下商场、地下停车库和人防地下室。地下空间除了增大建筑面积，还具有防震抗灾的优势。

大型地库自身特点决定了其施工的复杂性，随着建筑信息模型 (Building Information Modeling，BIM）技术应用的不断深入，结合信息化技术的合理利用，建设地下空间渐渐成为城市立体建设的不二选择[1]。

笔者将三维数字信息为基础的BIM 技术引入其中，以大型地库施工全过程为主线，可将施工全过程中各个环节链接关联，建成标准化的项目信息模型，并应用于项目的图纸审核、虚拟施工、碰撞检查、模拟逃生路线等方面，大大增加项目的节能效益，减少工程施工变更和班组返工，提高项目的精细化管理程度。

1 BIM 在大型地库施工中的应用分析

1.1 大型地库施工的特点

伴随着高层建筑的数量和高度不断增加，大型地库日益增多，大型地库的施工有以下3 个明显的特点。

1）地库中管线复杂、施工难度大。大型地库机电设备管线众多，每一个作业分区都包含给排水、热水、中水、雨水系统；消防栓系统，消防自动喷淋系统；空调系统，采暖系统；防烟消防系统，消防自动报警系统与联动系统，动力、防雷、照明系统、智能化系统等，给大型地库施工大大增加了难度。

2）消防工程和防火设计要求等级高。大型地库每层使用面积较大，人流量较多，因此高要求、高标准的防火设计非常必要。

3）基坑作业面大，地下施工条件复杂，需全过程模拟。大型地库庞大的基坑开挖工程需要进行多方面考查、全过程模拟，尤其要考虑不同的地质条件，需反反复复地验证得出可靠的施工方案。

1.2 BIM 在大型地库施工全过程管理的应用对象

由于施工全过程管理涉及到设计院、承包方、供应商、业主方、招标代理公司、监理方等多个利益方，因此在施工全过程管理中会产生庞大的数据流，繁杂的信息交互必然会带来一些负面的影响，所以确立以业主方为核心的应用对象并对其进行需求分析是十分必要的。

1.2.1 面向业主方

BIM 5D 技术是一款基于BIM 的施工过程管理工具，更多的是可以有效控制成本和投资。5D 模型引入精确化的造价算量，能快速提供投资数据，分析成本曲线和材料曲线，减少工程项目各个阶段的造价漏洞。另外通过减少返工和变更，可以减少成本。

1.2.2 面向承包方

BIM 5D 技术带来的直接影响是减少工期损失，加快进度，仅此一项带来的投资回报率就非常高。另外，BIM 技术还能有效地提升质量与安全管理水平，通过虚拟建造进行方案模拟，对质量安全危险点进行监督控制管理，这方面有很多案例实证。在大型地库的前期施工阶段，对图纸模型的碰撞检查，能有效避免不需要的变更，对工程施工的流畅性和预见性是一个强有力的保障。

1.3 BIM 在大型地库施工中的应用要求

1.3.1 模型信息具有完备性

除了3D 模型中的几何信息描述，还需包含4D及5D 模型中的施工工序、施工进度、成本、质量，还有人工、材料、机械等施工信息，以及工程安全信息、设备运维信息等维护信息。

1.3.2 模型信息的一致性

在工程的任何阶段模型信息都需要一致，这体现了BIM 未来发展的模式更偏向于集成产品开发（Integrated Product Development，IPD）模式进行管理，信息模型会自动演化，无需重复创建，从而一定程度上避免了信息不一致带来的错误。

1.3.3 模型信息的动态关联性

信息模型中的各个对象相互都具有关联性。如果某个信息发生变化，那么与之关联的所有信息都会自动变化，以保证模型整体的完整性。

2 BIM 在大型地库的应用流程路线

2.1 标准化建模

由于 《建筑工程信息模型应用统一标准》还未实行，因此考虑对项目的实用性尝试拟定BIM 标准，从而可以避免因工程项目BIM 技术应用标准的空白而导致的不利因素，加快工程项目建设各阶段BIM 技术的发展步伐。

对整个行业而言，规范化的技术管理能帮助企业实现从粗放式的管理走向精细化的管理，提高项目的信息传递效率，降低工程建设的成本，提高工程质量[2]。

为了保证运行流畅，根据工作站的平均配置，将模型文件进行拆分。在建模之前，按统一的项目样板、命名格式以及多细节层次 （Levels Of Detail，LOD）建模标准进行建模工作，各专业采用相同的模板。

按照专业划分，对建筑、结构、管线综合 （细分为电气、给排水、暖通）分别采用LOD300 标准进行建模。通过对二维图纸的翻模，用Revit 软件和Magicad 软件完成近1.8 万m2两层地库的多专业标准化建模。之后运用土建算量软件GCL，钢筋抽样软件GGJ，安装算量软件GQI 完成投标阶段工作，再使用三维场布，项目管理软件Project 和模板脚手架完成施工组织设计，最后将信息导入BIM 5D，完成整个项目的5D 模拟。在建模的同时，也是对二维图纸的审核，将图纸中标注不清楚及标注有误的错误信息分专业反馈给各单位。并且，为了保持建模的精度和模型的实用性，需要确定节点时间对各专业模型进行整合纠错，以免建模最后阶段模型无法整合甚至返工，造成工期延误等损失。

LOD300 的精度是在传统施工图基础上深化的施工图。这类精度的模型已经可以用于项目成本管理以及多专业协同施工 （包括碰撞检查），施工进度管理以及项目建设可视化。也可以表达一些大体量构件的相关参数信息。以建筑专业为例，墙构件需要包含详细面层信息，材质附节点图。建筑柱带参数信息，门窗有大样图和详图，屋顶、楼梯和电梯等带详图，楼板分层，洞口全部进行标注，以此来协助施工单位盖建建筑物。

2.2 BIM 技术应用流程路线

根据实际施工需求，在施工全过程管理前期应按照LOD 标准完成详细的实体建模，对比施工图确定构件的详细尺寸，也可在施工现场从移动端查看模型完成施工。施工管理人员不仅要熟悉每个构件的几何尺寸、材质、产品信息等信息，还应熟悉相应的施工管理信息，并为之后的竣工验收阶段以及运维阶段提供需要的工艺设备参数、产品说明等信息，此阶段由施工单位主要负责，由其他单位协同完成。

根据施工全过程管理的特点以及项目实际需求，严格遵守LOD300 标准建模，尽力达到一模多用的效果，制订了一系列BIM 应用流程路线，如4D 模型施工进度检查流程 （见第55 页图1-a），5D模型资金曲线检查流程等 （见第55 页图1-b）[3]。

3 某大型地库施工全过程BIM 应用方案

3.1 工程概况

以徐州市凯旋门大型地库项目为例，该处位于徐州鼓楼区铜沛路旁，建筑层数为二层 （地下），地库地下一层3.3 m，地下二层3.4 m，建筑总面积为14 704.42 m2（其中人防建筑面积为13 830 m2，人防防护区面积为11 581.7 m2），防火分类为Ⅰ类，耐火等级为一级，防护等级为甲类核6 级，核6B级，防水等级为二级，使用功能：平时为汽车库、设备房间及丙二类储藏室，设计使用年限为50 年（见图2）。

图1 BIM 应用流程路线图

图2 大型地库模型示意图

3.2 三维场地布置

运用广联达BIM 三维场地布置软件建立基础、施工和装饰装修3 个阶段的场地模型，为施工技术人员提供可视化、模拟化的途径，以解决大型机械进出场、库房设置、材料堆放等问题。通过BIM技术模拟施工平面布置，提高各单位各专业的协同工作，为绿色节能施工和降低运输成本提供便利，也可以为临时设施调整和施工，空间合理利用提供一定的依据。

3.3 模板脚手架优化布置

根据模板脚手架专项工程方案设计，对架体进行建模。将模型应用于材料用量计算、施工交底等各个技术环节，为现场施工提供指导。同时可以根据实际施工阶段精确计算模板、脚手架需用量，为招投标阶段措施费竞争和施工过程材料管控提供依据 （见图3）。

图3 模板脚手架软件模拟图

3.4 碰撞检查及管线优化布置

利用Revit 软件和Magicad 软件完成土建、安装专业建模后，通过导入Navisworks 碰撞检查系统，检查土建专业柱、梁、板和安装专业风管、电缆桥架和各种管道之间的碰撞，自动生成碰撞检测报告 （见图4、图5）。凯旋门大型地库碰撞点如下：地下室 1 层 89 处，2 层 102 处，共有 191 个碰撞点；发现预留洞口的问题33 处，其中地下室1 层14 个，2 层19 个。碰撞检查报告生成之后，与项目部施工人员逐一核对结果，再与设计单位相关人员进行沟通，在尽可能满足各方需求的前提下，进行更变设计。

图4 碰撞检查图

图5 碰撞检查报告单

根据图纸、施工组织总设计、现场施工条件和模型深度优化，拟定问题严重性等级表 （见表1），并对各个等级进行定义，计划制订相应的解决措施，从而可以有条不紊地进行管线优化布置作业。

表1 问题严重性等级表

优化布置完之后更新相关的专业模型，将原先碰撞处快速扣弯，使管线布置更加美观。利用BIM技术解决大型地库施工全过程管理中的管线碰撞问题，避免由于返工引发拖延工期的问题，可降低劳动强度，大大提高管理效率。

3.5 火灾逃生路线模拟

因为地下空间的建筑面积较大，如遇到突发意外尤其是火灾时，人员安全疏散存在一定的问题，所以在大型地库项目中模拟火灾逃生路线并在施工中采取相应措施尤为必要。

通过对完工的BIM 模型进行简化处理，导入逃生疏散模拟软件中可以参考和浏览的模型。通过简化手段达到在疏散模拟分析软件中便于参照和直观浏览的目的，最终得出的模拟路线可对人员的疏散演习过程一目了然（见图6）。

图6 火灾逃生路线模拟

通过路线模拟，不但可以清晰地看到建筑内不同时刻的人员逃生疏散情况和人员的疏散轨迹，而且能够清晰了解引起人员逃生拥挤的出口以及相对不拥挤的出口，最终将路线模拟直观反馈给工程师进行设计优化作业[4]。

3.6 虚拟施工及质量安全问题跟踪

通过BIM 技术建立的模型在施工全过程管理前期应对设计方案进行检测、对施工方案进行模拟，优化现有的施工方案尤其是地下工程项目中深基坑作业，通过软件虚拟施工，不断更改施工方案，直至最优化，再利用Autodesk 3DMAX 制作复杂部分或关键工艺的动画，将动画发送至信息交流平台，通过可视化的手段达到各专业协同的目的，减少干扰施工的不利因素 （见图7）。

图7 基坑开挖方案模拟

在施工全过程管理中要参考变更不断对模型进行维护，保证随时随地查看浏览模型，作为检查、改进和责任追溯的依据。

通过多维度的BIM 模型，再借助BIM 5D 软件平台标记施工全过程中存在的质量安全问题，并及时传递至项目部，派遣相应施工人员进行弥补作业，再将作业成果以文字、图片和视频的方式反馈至平台管理人员，以提高效率，避免质量安全事故发生 （见图8）[5]。

图8 BIM5D 质量安全监控

3.7 4D 进度管理及5D 造价管理

将前期拟定的施工进度计划和流水段划分表导入BIM 5D 平台进行关联，通过广联达计价算量软件生成的报价清单导入管理，可在软件平台上随时查看任意时段所对应的进度快慢及工程量，清楚地展现出资金曲线、盈利情况，可有效进行4D 进度管理及5D 造价管理 （见图9）。

图9 BIM5D 操作平台

根据施工进度，利用各专业的模型，从施工段下分至构件提取各专业工程量，如提取钢筋专业每个构件根数、规格、箍筋量等，从而在施工全过程管理中对各班组进行限额领料管理和作业进度管理，以避免资源浪费。

4 结束语

BIM 技术是促进建筑行业结合信息化升级，为工程参与各方打破信息交流隔阂争取最大化交流的一种重要的技术手段。

BIM 技术在建筑工程项目全寿命周期的规划、设计、施工和运维阶段的应用已是大势所趋，但我国BIM 技术在地下空间项目的施工全过程管理中应用还处在较为基础的阶段，目前需在以下3 个方面加大研究力度。

1）研究BIM 技术在地下空间项目全寿命周期各个阶段的信息化实现，从而合理规划、优化设计流程、提高工程施工质量、简化运营管理。目前由于BIM 技术在地下空间的很多项目都处于初步阶段，应用点还不够成熟，程度还未深入。相信随着越来越多的学者专家深入研究，BIM 技术在地下空间的应用会更加广泛，从而在地下空间项目中实现更大的价值。

2）研究IPD 交付模式，推动IPD 模式的落实。IPD 可以让建设单位、施工单位、设计单位等全过程都参与其中[6]。通过弥补IPD 标准合同示范文本的空白和健全IPD 模式下群体利益分享机制，从而推动IPD 的落地实施，扫除IPD 的实施阻碍因素，为IPD 工程交付模式全面推广奠定坚实基础。

3）研究基于BIM 的统一标准和规范。根据国外BIM 的应用发展情况以及国内BIM 技术在工程全寿命周期的发展趋势，可以预见BIM 技术未来必将是深入应用于各类工程，因此有必要研究基于BIM 信息模型的标准化建立和表达格式，并且对BIM 模型的信息交互方式进行统一规范，达到促进中国BIM 技术在建筑行业顺利发展的目的。