BIM技术在昆明官渡医院工程建设中的应用研究

刘富海

(中铁十六局集团置业投资有限公司 北京 100018)

1 引言

当今信息技术的发展进步，大量的辅助软件随之涌现，在工程建设中的每一阶段都会有相关的软件辅助参与工作，这些软件提高了工作效率，但也面临一些需要解决的问题[1]。由于各专业各环节都独自运用软件，存在专业壁垒，缺乏信息共享和协同工作[2－3]。信息传递和交换不及时、不准确将会使工程设计、施工与运行维护产生诸多人力物力的浪费，甚至造成经济损失和法律风险[4]。BIM技术的基本作用之一就是将不同专业不同环节的信息联系起来，实现规划、设计、建造以及运维全过程的建筑项目信息共享、快捷传递，从而在建筑全生命期得到合理、有效的管理[5]。在BIM模型中，所有的项目参与方都可以从中获取信息、传递信息以及对信息的管理和使用，实现在线协同办公的目的。另一方面，在传统的建造方式中，建筑设计和施工的联系不够紧密，但BIM技术对设计与施工一体化提供了有力支持，减少了错误漏碰的发生，促进了建筑业生产方式的改变，能够带来巨大的经济和社会效益[6－7]。

Autodesk公司于2002年率先发布BIM技术，伴随着其强大的功能，BIM技术已在全世界范围内认可[8]。尽管BIM技术在我国发展十余年，但更深层的研究和更为广泛的推广应用仍然面对诸多挑战，这主要受到建筑企业与项目管理模式、水平的限制。因此，众多的学者对BIM技术在房屋建筑施工中的应用展开了较多的研究，比如张跟柱[9]、黄秋亮[10]等人，这些研究都表明我国建筑施工BIM技术多为琐碎的碎片化模式，需要积累更多的BIM实际工程应用案例，集成整合可行的BIM工作流程，才能催化国内BIM技术应用逐渐走向成熟。

依托云南省昆明市官渡区人民医院迁建项目，采用BIM技术实现建造过程，研究多专业综合碰撞及优化、工程场地布置和规划、建筑施工模拟与技术交底、终端协同管理4个关键方面的应用情况，以丰富BIM技术在施工中的应用经验，为施工管理模式和方法提供技术支撑，达到促进其推广应用的目的。

2 工程概况

官渡区人民医院迁建项目位于原巫家坝机场北侧、关上街道地块，地块四周均为规划城市道路，东南侧和西南侧为规划40 m宽的城市快速路，西北侧和东北侧分别为规划30 m宽、20 m宽的城市次干道。本项目总用地面积61 680 m2，总建筑面积198 322 m2，其中地上面积 122 252 m2，地下面积76 070 m2，主体结构形式为框架＋剪力墙结构及框架结构，总工期为600自然日。项目效果图如图1所示。

图1 项目效果图

3 BIM技术在项目中的关键应用

3.1 多专业综合碰撞及优化

传统的平面设计图纸为按专业分类展开绘制，一般为结构、给排水、暖通等专业设计图纸汇总后，由项目总工带领技术部门人员进行审图和协调，人为失误难以避免，图纸中专业相互冲突的地方难以发现，加上实际施工过程中，各专业施工队伍对彼此专业的施工工序、施工工艺不清晰，甚至无视，导致图纸变成现实后，才发现管线碰撞、施工空间不足、建筑限界侵入等问题，造成大量变更、返工，以致于工期滞后，成本流失[11]。

在官渡区人民医院迁建项目中，综合管线功能丰富、涵盖专业多、系统复杂，管线密集、排布难度大，涉及暖通、给排水、通风、网络、电信、监控等专业管线。传统的平面管线综合设计仅仅是将多个专业的管线在水平或竖直方向进行简单地叠加，然后依据一定的判定原则去确定管线的具体位置。总的来说，传统的管线综合设计方法存在以下几个方面的欠缺:

(1)在纵横管线出现管线交叉的地方，仅依靠肉眼，难以达到全方位观察，导致交叉处或者机电设计复杂部位出现碰撞也无法显现出来。

(2)管线冲突现象的出现一般较为集中，对它的处理也只是局限在管线冲突位置，但未出现碰撞处的管线又受到冲突位置管线的影响，这样很可能会出现解决了这处，另一处又会出现新的管线碰撞问题，产生顾此失彼的现象。

(3)在出现管线冲突的时候，传统的CAD管线综合设计采取的处理策略显得粗暴，仅仅是将各专业管线进行叠加，导致设计图纸显得复杂，不够直观，加剧了问题的积累。

官渡区人民医院迁建项目采用广联达BIM审图软件，依靠其三维管线碰撞检查功能，可以检查出集成后各专业管线模型的问题，并依靠其视点、红线功能进行碰撞点的标识、预警和记录，以备工程人员做后续的沟通和优化，如图2所示。BIM技术的可视化碰撞检查可一目了然地发现专业图纸间的冲突和碰撞，具有直观性和精确性等特点。

图2 BIM模型中多专业协同和碰撞检查

如图3所示，在项目施工前，利用BIM软件强大的多专业协同及碰撞检测功能，能够及时准确、全面地发现设计图纸是否存在错误、遗漏、碰撞和冲突等，提前发现和消防规范、施工规范等规范冲突的问题等，并且BIM软件具有“一处改处处改”的图纸修改功能，从而降低了现场施工阶段可能存在的错误损失和返工，达到节约成本、缩短工期、保证建筑质量的目的，同时减少建筑材料、水、电等资源的消耗及带来的环境问题。

3.2 工程场地布置和规划

为保障施工进程的顺利推进，满足各工序各流水作业间平顺过渡，施工现场必须提前规划施工场地布置。传统的做法是采用平面CAD软件进行绘制，方案的展示主要依靠文字与二维图纸相结合来完成，工程设计和管理人员仅能依靠工程经验判断现场布置是否满足施工要求和存在不合理现象，设计图纸的平面化，导致无法动态实时地提供工程量统计，以致于工程结算缺少依据[12]。

官渡区人民医院迁建项目采用广联达施工现场三维布置GSL产品，基于BIM技术快速建立施工现场布置，具备简单、直观、智能、合理的特点。建模时，可直接利用软件内置的各种参数化构件，也可以自创BIM模型构件，导入施工场地布置模型中，帮助设计者快速地建立施工现场的三维模型，同时实现所见即所得；另一方面，可实现智能自动计算临建工程量，为临设成本控制、分包结算提供参考依据。

3.3 建筑施工模拟与技术交底

目前，大多数建筑工程的项目管理使用横道图或者网络图来表示施工进度计划，这些图表具有较强专业性、可视化程度低的劣势，对于复杂的工序或者分部分项工程，其难于描述施工的动态过程，让现场工程人员难于理解建造过程。依靠BIM技术施工模拟，技术人员和管理人员可以动画漫游的方式观看施工整体工序和关键、复杂节点的施工过程，并对施工现场的道路、设备、材料的布置与进度安排进行理解、优化和修改。依据确定的施工现场布置，施工管理人员可以按施工进度安排资金、材料和劳动力供应。

(1)运用BIM 4D(3D＋time)技术将工程与时间信息整合在一个可视化的4D模型中，实现计划进度模拟、实际进度与计划进度对比模拟、施工场地布置及机械措施模拟、资金模拟、物质耗量模拟，不仅可以直观、精确地反映建筑的流水作业全过程，而且使用者可以对工程施工最新状态进行掌握，分析影响进度的因素，对各专业进行协调，制定相应的进度控制措施，从而达到缩短工期、降低成本、提高质量的作用。

(2)采用了BIM＋无人机技术，设立了官渡医院微信公众平台，利用无人机制作施工现场全景视图，航拍全景图片并更新，直观地反映现场进度情况，虚拟展示模拟施工进程。技术人员通过微信扫模型二维码即可远程掌握现场进度情况，进而对比计划完工量。

(3)通过4D施工模拟可以直接应用于工程技术交底，让施工工人直观地了解工作范围及技术要求，管理人员可以打印出模型图纸，从而方便现场管理人员拿图纸进行施工指导和现场管理，真正做到前期指导施工、过程把控施工、结果校核施工，达到施工全过程智能化、数字化的目的，如图4所示。

3.4 终端协同管理

现场资料的收集是工程管理的基础，现场人员在施工现场巡视中采集的进度、质量、安全等方面的图文资料，只有及时上传和共享，才能使其他参与方进行浏览和分析处理。BIM强大的资料分享、管理功能，可将官渡医院迁建项目施工现场巡视的各类文件储存在云端，并与模型进行关联，项目参建人员可以通过WEB端、移动端对资料进行浏览，实现工程资料的分类、定位和管理，从而减少参建方因沟通和衔接不当带来的问题。

(1)基于云技术的移动端数据共享管理方案，在移动终端实现了驻场工程师现场巡视时通过手机分享进度、质量、安全等方面的照片、录音和文字记录，并关联模型，如图5所示；另一方面，移动端(手持设备、手机等)上传的数据可以实时同步至电脑端，生产和管理人员可以通过文档调用的方式，在模型中进行浏览和指导施工，实现远程控制，如图6所示。

图5 基于BIM移动应用记录现场质量安全等问题图

图6 质量安全问题跟踪与处理

(2)基于云技术的WEB端数据共享管理方案，提供质量、安全问题分析热力图、形象进度看板、进度照片墙、模型及属性信息浏览、成本分析穿透报表等，公司的管理层领导能够在任意时间、任意地点获取项目的最新动态。

3.5 工程资料管理

与传统建造中的人工整理项目资料不同，BIM技术具有兼容多种类型的数据信息的能力，提供海量的建筑资料，建立数字信息模型，达到数据的四维化，有效地管理、利用工程质量和数据，服务于项目的全生命周期。

(1)在施工准备阶段，资料信息主要包括由业主提供的勘察设计文件、招投标及承包合同文件等。此阶段运用BIM技术将传统工程图纸转化为可视化信息模型，设置参数，将相关资料信息输入模型，进行资料的有效管理。

(2)在施工阶段，施工过程将产生大量的单据、图表、验收凭证、工程变更等资料。应用BIM技术可以将这些海量的数据、文件、图片、音频和视频等资料与模型相关联，达到空间信息与时间信息的统一，使用者可以从BIM模型中访问、检索、调阅、利用、共享资料，实现施工过程的大数据化，真正做到数据服务项目的目的，如图7所示。

图7 BIM模型与海量工程资料相关联

(3)在竣工验收阶段，根据BIM信息模型以及前期完整的资料信息，可以对工程竣工报告、竣工验收报告、竣工图等需求信息进行快速导出，实现信息的共享传递。

在官渡区人民医院迁建项目施工过程中，将各种格式的电子版工程资料上传到BIM模型中，并与模型进行关联，实现工程资料的分类、定位管理。在应用中可方便快捷地查看到所需的工程资料，如图8所示。

图8 工程资料与模型关联

4 结论

依托BIM技术在云南省昆明市官渡区人民医院迁建项目中的应用，研究其在施工过程中的应用情况，得出以下结论:

(1)传统的综合管线平面设计图纸，不可避免地存在错误、遗漏、碰撞和冲突等问题，BIM具有强大的三维管线碰撞检查功能，针对各专业管线碰撞和冲突的地方，可通过软件的视点、红线功能，进行提示、预警和记录，具有直观性和精确性等特点。

(2)基于BIM软件中内嵌参数化模型或者自创构件模型，导入施工场地布置平面图中，快速地建立施工现场的三维模型；此外，软件可实现自动出工程量统计表的能力，将其与造价定额相互关联，进而计算临建费用，达到成本控制和分包结算的目的。

(3)在BIM三维模型的基础上，集合时间信息形成一个可视化的4D模型，实现计划进度模拟、实际进度与计划进度对比模拟、施工场地布置及机械措施模拟、资金模拟、物质耗量模拟。

(4)BIM可通过WEB端、移动端对资料上传、浏览、分类、定位和管理，BIM技术能融合不同类型的数据信息，达到工程资料的管理，从而减少因沟通和衔接不当带来的问题。