龙山三期项目施工阶段基于BIM技术应用探索与实践

李勤学 张 锋 张 勇

(湖南省第四工程有限公司，益阳 413000)

引言

龙山三期项目在建设过程中由于体量大、市场钢材价格上涨不可避免地会考虑怎么节约成本、协调各专业工作、避免返工的等情况问题。在项目施工初期，本工程就成立了BIM工作站，以项目构建的Revit模型为基础，项目在管理过程中所需的数据信息为目标，合理应用信息化技术，保证龙山三期项目建设安全与质量，提高施工效率，体现以三维表现及数据信息为支撑，指导施工管理创效理念的可行性。BIM技术的革新普及，已取代传统的施工管理模式，逐渐体现为将建筑工程的设计、建造转变为数字化的集成管理环境，使建筑工程在整个进程中显著提高效率和大量减少风险。

BIM技术具有基于可视化、参数化、协调性、优化性等方面的优势，能将复杂的专项方案进行三维虚拟表现，使施工人员快速理解工序工艺的操作要领，掌握关键技术； 再者深入运用BIM信息数据化管理理念，将各施工构件进行模型搭建，进行参数化定义，将各生产工序所需信息数据进行平台组织配备，可实现构件从现场常规分散、移动式加工方式向厂家集约化采购、加工、配送施工管理模式的转换，大大节约成本。王威等简述了BIM可视化技术在工程施工中的应用，基于BIM技术可以进行工程设计优化，可以直观的进行检查碰撞、施工模拟，大幅提高工程管理效率[1]； 曾旭东等对基于参数化智能模型技术的建筑信息模型(BIM)进行了研究，表明了参数化智能模型技术的特点和优势，对BIM信息数据化施工管理手段进行了肯定[2]； 陈中华等以埃塞俄比亚PVC项目实际案例，根据现场实际情况及工程技术难点，探索BIM在大型工业厂房钢筋翻样中的应用，有效地降低了建设项目工程中钢筋的使用量及损耗，可实现钢筋精细化管理，从而降低成本，提高施工效率及质量[3]； 贾慧宇通过对现场钢筋工程精细化管理研究分析了影响钢筋工程精细化管理的一些重要原因，提出了落实钢筋工程精细化管理的具体方案[4]。基于上述研究内容，本文以龙山县2015年棚户区改造及公租房建设项目为研究对象，对基于BIM 的三维场布、Navisworks进度管理及施工分区部署模拟、砌体工程排布与提量、基于BIM的专业深化设计与设计协调、3DMAX软件针对溶洞处理方案模拟及创新型免支模构造柱施工工法模拟等方面进行了深入研究，并对基于BIM的钢筋精细化管理对钢筋的集约化生产问题进行了探讨。运用BIM工作站为施工管理过程中存在问题提供可靠的、直观的数据及可视化的解决方案，将传统的建造模型转变为数字化集成管理环境，为公司项目推广BIM技术开创平台。

1 工程概况

龙山县2015年棚户区改造及公租房建设项目位于湖南省湘西土家苗族自治州龙山县，建设规划用地66 387m2，项目南侧为007乡道，东北侧为拟建规划道路，项目临时设施办公区位于施工现场南侧，项目西侧为流经龙山县城的果利河，本工程总建筑面积为292 372.39m2，地下室建筑面积66 387.374m2，结构形式采用框架剪力墙结构，钻孔灌注桩基础，本工程地上主体部分共计13栋，其中7#、8#、11#、12#地上24层，其余9栋地上33层，建筑高度均达108m。图1为龙山三期项目概况图。

图1 龙山三期项目工程概况图

2 项目施工难点

2.1 工程体量大，各工种交叉作业

龙山三期项目建筑面积大，工期紧，人、材、物一次性投入量大，合理精心组织是关键。施工过程运用EBIM5D平台对物资进行信息数据化管理，使项目部对物资的采购、投入做到精细化管理； 地下室施工以后浇带为界分为3个施工段，配三套具有综合能力、成建制的、专业配套的劳务队伍分别组织各施工段平行、流水施工，过程中采用Navisworks Freedom软件对施工区段的划分进行进度与施工模拟，确保方案的可行性及最大化提高生产效率，缩短工期。

2.2 钻孔灌注桩遇溶洞处理

本项目钻孔灌注桩成孔施工，轴线1-2至轴线G-5桩基施工过程中可能会遇到较多溶洞，且大小不一，保证保证桩基成孔安全是本工程桩基施工难点与重点。故针对溶洞的不同类型计划采用不同的处理方案，小溶洞采用常规回填黏土+小冲程反复冲砸护壁法，中型溶洞采用人工泥石护壁法，大型多层溶洞采用钢护筒跟进法。此时，提前保证溶洞处理方式的可靠性，预估风险也是一大难点。

2.3 钢筋精细化管理

本项目施工期间市场钢材价格大幅上涨，根据清单测算钢筋占工程造价约30%，据分析钢筋工程施工期间存在效益来源不明确，钢筋效益策划不准确； 管理缺乏精细化，管理数据不能有效联动； 料单准确性较差无法提前加工，标准化程度较低，无法体现数控加工批量化的优势，不能降低钢筋加工成本等行业困境。本工程通过在施工过程运用BIM技术，通过BIM协同翻样，EBIM5D云管理系统及钢筋集约化生产加工等信息化管理、厂家合作等措施大大提高了钢筋工程施工生产效率及成本节约。

3 BIM模型建立与组织架构

3.1 三维立体模型的建立

利用Revit软件构建的龙山三期模型(见图2)体量大，建模精度高，为各项BIM应用点的运用搭建了基础。使用Revit软件导出龙山三期建筑、结构各部位的三维设计尺寸和体积数据，可以为概算提供资料，资料的准确程度同建模成正比； 在BIM软件应用中，其它软件一般解决一个专业的问题，而Revit能解决多专业的问题； 龙山项目Revit结构、建筑模型再多个专业软件领域进行运用，如模型导入Navisworks Freedom软件可进行进度及专业碰撞检查，导入 LUMION6.0可进行渲染，生成场景动画模型(见图3)，以便向业主展示与沟通。

3.2 BIM工作站组织架构

根据本项目BIM实施方案要求，公司结合项目实际情况，成立了本项目BIM技术应用项目部，全面协调调用整合我司BIM技术资源，全力保障BIM项目顺利实施。BIM技术应用项目部下设五个工作小组，分别负责项目管理、模型建立、技术管理、技术咨询、软硬件采购等，全方位推进本项目BIM技术应用的工作，BIM技术应用管理的组织架构如图4所示。

图2 基于Revit搭建的龙山三期三维立体模型

图3 龙山三期LUMION场景动画模型

图4 BIM工作站架构图

4 BIM技术在龙山三期项目施工中的应用

4.1 施工场地布置

龙山三期施工项目，处于龙山县007主干道，西侧为流经龙山县城的果利河，为保证龙山三期项目在红线范围内实现工作面的最大化利用，保证项目在基础、主体、装饰装修阶段现场的临建设施、机械设备、材料加工棚、材料堆场、安全文明标识标牌、配电消防设施等能实行动态控制，在项目准备阶段利用企业《安全文明施工标注图集》及企业标准族库进行三维建模，全方位对基础、主体、装饰装修等阶段的平面布置进行展示，在将场布模型导入LUMION软件进行渲染及漫游，其三维表现效果可直观地展示项目每个阶段场布成果，指导施工； 图5、图6分别为龙山三期施工场地、办公区的场布模型，如图7为场布模型导入LUMION软件进行漫游动画截图。

图5 施工场地整体虚拟布置图

图6 施工场地局部虚拟布置图

4.2 砌块排布及工程量提取

图7 施工场地漫游图

图8 龙山三期砌体工程工程量提取示意图

运用BIM技术对砌体工程进行优化后，可助力施工单位做到砌体施工精细化管理，细化到每一块砖，绘制砌体排版图(见图8)，计算每层所用砌筑材料用量，下达标准层砌体成本指标。对每一面墙体，怎么砌，是否要留洞，怎么留，要用多少砖，多少水泥砂浆等等，都严格数据化。从砌体工程开始，到大规模墙体的成形，每一面墙体与排版图一致。无后期墙体大面积的剔打开槽，无“三分砖”的大量剩余，无水泥砂浆的浪费。利用BIM技术的统计功能，精确提取每层或每个流水作业段甚至每面墙的砌体材料用量，物资管理人员根据统计表进行砌块的厂内加工与进料，加强材料管理和材料的定点定量运输，避免材料的二次转运，减少运输过程中的材料损耗，为限额领料提供精确的数据支持，不仅提高施工效率和施工质量，也提高砌体工程施工的精细化管理水平。

4.3 基于BIM的深化设计与设计协调

以龙山三期机电工程的深化设计与设计协调为例，机电工程深化设计工作的重点在于根据设计单位提供的施工图纸，结合施工单位现场实际施工数据建立机电模型，对建模过程发现的图纸问题或施工过程可优化方案措施进行提交，并及时同步更新相应BIM模型，本项目深化机电模型见图9。而机电管线的设计协调工作主要从设备各专业内部管线之间的矛盾处理、设备各专业之间的管线碰撞处理、设备专业和建筑结构之间的碰撞处理等进行分析，见图10。在机电设备之间设计协调结束后出具设计协调报告及成果，将设计中的错漏予以体现并反馈，图11为项目建模过程中发现管道与墙体和梁的碰撞问题，并进行了墙体上开洞及加设套管或对管道的走向进行优化，并将发现的问题和修改建议反馈给了业主。

图9 龙山三期机电深化设计模型图

4.4 质量安全管控

在施工管理过程中，EBIM云平台提供现场信息交流、沟通、协同工作平台。业主/设计/专业分包/施工班组均可在平台中信息协同，将BIM模型价值最大化。龙山三期项目在基于EBIM5D平台中，在质检员或者安全员对施工现场进行检查时，可对发现的问题进行登录导入，并上传整改通知单； 在相关责任部门确认后可及时进行问题整改，提交审核； 如在约定整改日期内没有进行整改数据上传，则平台将未完成话题传送至项目经理只能手机端，并责任到人，如图12。

图10 龙山三期机电与结构的设计协调

图11 龙山三期机电与结构问题报告

图12 EBIM5D平台各岗位遇到施工质量 安全问题数据协同

4.5 施工重点应用

4.5.1 创新型构造柱施工工法可视化交底

本项目在砌体工程施工过程中为保证二次结构施工质量，率先开发采用免支模预制U形空心砌块构造柱施工工法，并成功申报湖南省省级工法，本项科技创新施工技术简单、操作方便、安全可靠、劳动强度小、施工速度快、工程质量容易保证，构造柱与墙体同时施工、无需支模、无扬尘污染，为绿色、环保、节能施工，见图13。利用BIM技术可视化的特点，对免支模构造柱施工顺序进行模拟，使班组可对创新型工艺进行直观深入了解，便于及时掌握关键技术及质量控制要点。图14描述了免支模构造柱施工模拟主要过程：预制U形砌块——施放砌体结构、构造柱边线——U形砌块组装砌筑——放置拉结筋——侧边同等高度填充墙砌筑——浇筑混凝土——重复预制砌块、填充墙砌筑——顶部预留PVC管孔洞灌浆——养护。

图13 龙山三期施工中免支模构造柱施工模型

图14 免支模构造柱施工模拟全过程

4.5.2 溶洞处理方案模拟

龙山三期项目所处地质情况复杂，根据初步的1-R-4(8#)桩地质勘查资料显示钻孔3个，其中2个孔揭露岩溶，见溶率66.67%，岩溶强发育主要表现为溶洞及溶蚀裂隙，溶洞出现在岩层的浅部，充填物主要为软塑黏土，溶洞高度为0.7m和0.8m，溶蚀裂隙多达16处，分布在桩基内。为此项目在桩基施工前编制了《桩基溶洞处理专项施工方案》将本项目溶洞分为溶蚀裂隙及小型溶洞(洞高0.5m以下)、一般溶洞(洞高小于4m，连通性较差的溶洞)、大型溶洞(洞高大于4m或者连通性较好的溶洞)； 拟分别采用常规回填黏土+小冲程反复冲砸护壁法、人工泥石护壁法、钢护筒跟进法等处理措施。在施工前项目部采用3DMAX软件进行模型的构建，将三种护壁模型进行动画编辑，形成动态视频，最后将原始文件与施工方案逻辑串联成完整视频，可以三维直观地了解施工顺序，复杂节点，并进行三维可视化技术交底。能很好提高施工质量、减少返工现象，达到缩短工期，节约成本的目的。

表1 三种溶洞施工方案模拟的对比

4.5.3 基于BIM的钢筋精细化管理

本项目钢筋工程加工生产均采用BIM信息数据化管理，利用BIM钢筋翻样软件、数据转换软件及钢筋BIM云管理系统等三大软件进行精细化钢筋翻样、数据组织及设备生产配备管理； BIM翻样软件可对混凝土模型、钢筋模型、钢筋断料模型、施工料单等根据建筑图纸进行建模，在BIM翻样软件生成模型后用数据转换软件进行数据组织转换，主要生成加工任务单； 通过生产的加工任务单在钢筋BIM云管理系统中根据需求与能力配备生产设备，并将数据综合形成本项目生产加工数据库配送至钢筋集约化加工中心(厂家)进行钢筋加工制作； 钢筋原材集中采购、集约化加工精细化管理流程如图15所示。在整个精细化管理流程中重点工作在于E筋翻样软件基本参数设置及钢筋精细化翻样，如图16所示E筋翻样软件基本参数设置及钢筋翻样截图； 钢筋工程进行厂家集约化生产可提高加工效率、降低材料损耗； 在过程中应注意集约化生产的核心问题，即如果同一加工批次料单多，钢筋利用率则高，后期分拣工程量大； 同一加工批次料单少，钢筋利用率则低，后期分拣工程量小； 需特别注重批量化生产平衡点的确定。本项目厂家集约生产如图17所示。

图15 钢筋原材集中采购、集约化加工精细化管理过程

图17 厂家集约化生产工厂

5 结论

论文研究BIM在龙山三期项目施工管理中的应用，以龙山县棚户区改造及建设项目作为实际案例，探索了BIM在施工场地布置中的应用，以及如何进行砌块排布及工程量提取、机电工程基于BIM技术的深化设计与协调、在钻孔灌注桩基遇溶洞的处置方法，如何运用BIM技术可视化特点进行创新工法与复杂方案的三维模拟施工，解决了钢材在市场价格上涨大环境中，通过BIM技术如何进行钢筋精细化管理从而节约成本等问题。本工程通过BIM技术的应用，大大提高了工程的管理效率，实现了钢筋工程集约化生产节约成本的可行性，体现出以数据信息为支撑进行施工管理及决策的优越性。但是，在运用BIM技术过程中同时也存在实施前没有制定具有针对性、统筹性的BIM实施方案，过程中过于依赖BIM常规应用点的实施，事后没有及时进行技术总结的问题。在今后项目运用BIM技术中，重管理，建立统筹性BIM实施理念，将BIM全生命周期与工程实施全过程相融合创效是今后应注意、重点研究的方向。