基于BIM技术的建筑施工场地布置及优化分析

文｜湖南城市学院 赵曼莉｜五矿二十三冶建设集团有限公司 高明

0 引言

编制施工场地布置方案是施工组织设计中至关重要的一环，该方案不仅要契合现场物资使用计划和总体施工进度计划，结合实地勘查情况，还要严格遵守文明施工、安全生产的要求。随着我国建筑工程规模不断扩大，建筑结构和造型愈加复杂，施工组织的编制难度持续升级，高度集成化、信息化的施工场地布置方案已得到业内广泛的认可。目前传统的二维场地布置设计模式无法满足实际施工需求，已逐渐成为制约项目精细化管理与可持续发展的主要因素。

BIM（Building Information Modeling）技术的出现与完善，改变了传统的设计方法，为施工场地布置的革新带来了新的契机。施工场地布置方案汇集了众多不同专业的信息流，BIM技术既可以通过可视化技术将信息流直观地展现出来，同时其本身也是一个强大的信息集成包平台。通过这个平台实现信息的交互、更新及共享，模拟施工各阶段场地的动态变化，实现场地方案的最优布置。

1 BIM技术在施工场地布置方案中的应用

1.1 施工场地布置概念及原则

施工场地布置是将场地内各种构筑物、建筑物、道路、管线、机械、绿化、料场等施工要素，依据项目使用要求和相关规定进行空间分布安排。其布置原则是在相关规定、规章框架内充分、有效地利用场地空间，既要合理处理各临建设施、永久性建筑及拟建建筑间的空间关系，又要方便后续方案修改及优化，减少生产活动变更产生的成本，为场地内各要素间的协调运转提供基础和保障。

1.2 施工场地布置方案要点

（1）施工场地道路布置

道路布置不仅包含场地内临时道路，还应考虑场外交通接驳方式。临时道路布置应在满足施工要求的前提下，尽量减少成本，其线路走向宜与后期永久道路重合。场外交通接驳方式除了最常见的道路交通之外，还包括铁路运输、水路运输。当采取这些运输方式时，应在场地布置方案中纳入这些交通方式的引入方案。

（2）施工场地临时设施

场地内临时设施主要包括储存设施、加工设施、生活办公设施及其他功能性设施。储存设施主要用于临时储存施工所需的材料和设备，如各种材料堆场、设备仓库等。加工设施则是用于对建筑原材料进行加工，并直接用于现场施工，如钢筋加工棚、木工加工棚等。储存设施和加工设施的布置主要考虑总体运距以方便运输，并满足消防安全要求。办公生活设施的布置则要遵循经济实用及减小安全风险的原则。

其他功能性设施中，临水、临电的布置是场地总体布置方案中的重点。施工现场用水主要来自管道供水和天然水源。当采用供水管道时，布设方案应尽量使管道的布设距离最短，并优先采用暗管布设；当采用天然水源供水时，需对水质进行测定和处理，使其满足生活卫生要求或者施工标准要求。面对建筑工业化、建筑信息化的新态势，临电线路的合理布置已成为施工现场保证安全生产时举足轻重的一环，因此临电线路应避免与其他管道同侧，同时要综合考虑现场的总用电量，从而合理布设变压器和配电箱。

（3）场地内大型机械布置

建筑工程的大型机械主要为塔吊。塔吊位置的选择需要综合考虑各施工建筑的需求、储存设施和加工设施的位置、塔吊间的避让距离以及与周边高层建筑的水平安全距离，保证塔吊覆盖主要的施工区、加工区和堆料区，同时安装时避开结构主梁及重要结构部位。塔吊应尽量满足不同施工阶段下的吊装需求，避免二次拆装。

1.3 BIM技术在施工场地布置中的应用

BIM技术经过多年的发展，已有多款实用软件得到广泛的应用。这些BIM软件各有侧重，需要对其进行适用性分析，选择最契合的软件进行施工场地布置方案的编制及优化。

目前，较为常用的BIM软件包括：Revit、Navisworks、SketchUp及广联达系列软件，表1中详列了上述软件的适用范围及其优劣势。

BIM技术对建筑工程的推动作用不仅是视觉上的提升，更关键在于信息集成。软件在信息集成上的优势，体现在进行施工场地布置时可将时间进度对场地各要素的影响变化考虑在内。综合上述各大主要BIM软件的对比分析可以看出，广联达BIM施工现场布置软件和BIM5D软件在施工现场信息集成方面更优，可用于经济效益分析，且兼容性高、接口多，易于不同项目施工实际操作。

不同的BIM软件各有优劣，若要找到一款放之四海皆准的BIM软件应用于建筑施工场地布置，是不合理且很难实现的。因此在进行施工组织设计时，应根据现场的实际情况和现实需求选择最适用的BIM软件，或利用多款软件，综合运用其兼容性接口实现优势互补，编制最佳的施工场地方案。

2 基于BIM技术的施工场地方案优化

2.1 BIM技术应用于施工场地布置的过程

利用BIM技术进行施工场地布置，首先要进行三维模型构建，使用BIM软件自身的构建库可以实现快速建模。利用BIM软件进行模型构建主要包括以下要素：施工现场的地形、施工现场周边的已有道路和建筑、施工生产以及生活所需设施、施工现场施工及运输路线、施工场地大门等。布置顺序流程为：首先确定塔吊的位置，之后依次布置材料堆场、加工场地、运输道路，最后布置办公管理和生活用临时房屋。在完成上述设施布置后，即可根据现场布置进行水电管网的布设。

施工生产是一个动态变化的过程，包括实物的变化和信息的变化，因此施工现场的布置会随着工程进度的变化而改变。为减少重复拆装、二次搬运等造成的成本增加，应首先对整体施工阶段进行划分，详列出不同施工阶段所需的设施，利用BIM技术建立三维信息模型关联施工进度计划，并通过施工动态模拟及施工场地的三维漫游，对布置方案进行检查，排除潜在风险，保证方案在施工全过程的流畅、高效及节约。同时可将施工3D模型与施工资源、安全质量等信息关联，实现施工信息动态集成管理。

2.2 基于BIM技术的场地方案优化

传统的二维施工场地布置无法形象直观地反映施工现场的布置情况，加之施工过程具有动态性，使得许多潜在问题无法被发现。利用BIM技术可以有效规避二维场地布置方案的局限性，利用3D模型进行直观的“预施工”，预知施工难点，从而更大程度地消除施工的不确定性和不可预见性。利用BIM技术进行施工场地布置，还能有效实现各施工要素专业信息流的集成整合。汇集不同专业的施工要素，通过BIM模型和软件平台展示出来，并共享给各专业的管理人员，最终实现施工现场的最优布置。

3 BIM技术在施工场地布置中的案例分析

3.1 工程概况

某棚户改造回迁房项目总建筑面积约24万平方米，建筑物地上28层，地下4层，结构形式为框架剪力墙结构，基础形式为筏板基础，基坑长190米，宽132米，开挖深度为13米～13.3米。该项目属于重大民生工程，工期紧张，需严格控制工期及项目成本。因此，本项目改变了传统的CAD二维场布方案，采用BIM技术对施工场地的总体布置进行详尽的建模分析。

3.2 建立轴网

本项目使用BIM技术对施工现场进行全过程控制。为方便后续模型的持续导入，先将工程模型的轴网导入场地模型中。为了使模型更具通适性，采用Revit软件进行模型构建。

表1 BIM软件在建筑施工场地布置中适用性分析

3.3 地形建模

将现场测量点通过txt或csv文件导入模型中，完成对工程所在地形的创建，如图1所示。当项目没有适用的坐标写入格式时，可通过CAD文件导入。

3.4 临时设施建模

图1 现场地形模型

图2 现场公告牌实物与模型图

图3 土方开挖模型

图4 堆料场布置管理

项目的临时办公区为彩钢活动板房，采用软件内自带族库完成建模。在建模过程中，需通过坐标对比及对齐原点确认临时设施与其他建筑构物的相对位置关系，尽可能减少误差，以免影响后续模型的建立和碰撞检测。现场的临时构件，如公告牌、警示牌、消防器材、场地围挡等可通过族模型建模，如图2所示。

3.5 施工场地模拟

在模型与进度、成本、质量、材料等多种信息的关联整合度方面，广联达BIM5D优势更凸显，因此通过将Revit模型转化为ifc格式文件导入广联达BIM5D中，进行后续模拟分析。同时，将Project软件中的施工进度计划导入，以实现模型模拟过程与进度信息的匹配。

根据现场基坑图纸，采用Revit软件进行土方建模；根据流水段编制Project施工进度，并将Revit模型和Project文件导入广联达BIM5D中进行关联并生成施工动画，按照施工计划模拟场地开挖。通过动画显示和数据流水优化场地布置和施工安排，排除风险和冲突点，如图3所示。

3.6 物资管理及工程量统计

图5 现场光照模拟

表2 房间照明计算表

在广联达BIM5D软件中，通过大规模构件族的使用，能更为便捷地统计现场构件和材料，并自动生成材料明细表。预制构件还可通过物联网进行管理，实现料场实存物资与模型物资的同步更新，如图4所示。管理人员可通过模型显示，直接了解现场物资储备情况，降低人员工作量，提高管理效率。

3.7 施工临建光照模拟

BIM技术可通过在模型中设置光源或光带进行光照模拟，达到优化施工光照、排除夜间施工光照不足或者节约办公室光照强度的作用，如图5。

通过软件可以测得各房间光照强度，与规范照明要求进行对比，进行光照的优化，见表2所示。

4 总结

本文通过对BIM技术在施工场地的可视化布置和优化进行研究分析，总结了BIM在施工场地布置中相对于传统二维技术无法比拟的优势。通过对比不同BIM软件在施工场布中的优缺点，明确提出需要协同使用不同BIM软件，才能编制出最佳的场布方案。最后通过一个在建工程案例，阐述了BIM技术在实际工程中的应用及优化。随着BIM技术的进一步发展与完善，BIM技术的建筑施工场地布置及优化技术也将更加成熟。在未来，BIM技术将会不断拓展建筑工程的应用领域，以信息化、精细化、智能化高效辅助全过程施工管理，推动工业建造向工业建造的精益管理方向发展。