基于BIM的施工管理及深化应用

张 裕，刘俊杰，王俊鹏，刘占省，杨 伟，谷端宇

(1.中铁建工集团有限公司，北京 100160； 2.北京工业大学，北京 100124)

1 工程概况

中国人民大学通州校区位于北京市通州区潞城镇，北京城市副中心核心区域，毗邻北京行政办公区，南至明德街、西至畅和西路、北侧为校园内部道路、东侧紧邻校园中轴线。该校南区学部楼1期项目包含南区学部楼1期、公共教学楼1期、西区食堂，总建筑面积30 540m2，其中地上建筑面积15 540m2，地下建筑面积15 000m2。

2 项目重难点

1)参建单位多 工程参与方众多，包括建设单位、项目公司、设计单位、勘察单位、总承包单位、监理单位、跟踪审计单位、材料供应商及各子工程承包单位等。协同工作与沟通困难，需以高效的方式协调各参与方，以保证项目有效运转。

2)建筑体量大、配套工程繁杂 工程总建筑面积较大，结构施工整体要求较高，且配备地下室及配套设施等，涉及不同功能性建筑和大体积混凝土施工，建筑体量大、配套工程繁杂。

3)结构形式不统一 本工程并不是单一的剪力墙结构或者框架结构，上部主体为剪力墙结构，而地下室与裙房等都是框架结构。因此，由于结构不统一必然导致施工与管理困难，如何解决各部分的施工统一与协调成为难点。

4)工期紧、质量要求高 工期紧、任务重，受疫情影响，加之冬季施工，给施工进度安排带来较大挑战。其次，工程致力于追求长城杯等奖项，对结构质量要求更严格。

5)智能化与绿色化施工要求高 为响应国家对建筑业的升级转型号召，实现智能化与绿色化施工，需要创新性的施工方案与技术，增加施工难点。

3 BIM在施工中的基础应用

本项目中BIM技术的基础应用集中在临建施工与基础施工部分，BIM在施工中的基础应用包括建筑物BIM模型搭建，提前安排规划施工区域、总体布局，进行图纸深化设计，完成临建设施施工模拟演练，优化并辅助施工部署。

3.1 施工区域布置及总体布局安排

应用BIM可提前划分施工区域、布置总体平面，提前发现施工区域划分不合理等问题，以指导施工，避免因不合理的设计和方案浪费成本。利用BIM模型综合布设不同施工阶段场区内的大型机械设备、加工场区、施工道路、绿色文明施工设备、标识标牌等，以确定最优场地布置方案，提高场地利用率、减少拆改。不同阶段场地布置如图1所示。

图1 不同阶段场地布置

3.2 BIM模型三维可视化

通过BIM构建学部楼三维可视化模型，如图2所示，可明确施工区域、生活区、办公区界限，避免闲杂人等闯入施工现场，造成安全施工问题。通过三维可视化模型可让工作人员通过移动终端实现漫游，提前了解场地布置，同时指导施工并加强安全教育。

图2 学部楼三维可视化模型

3.3 临建设施工模拟演练

通过BIM构建临建设施三维模型，包括洗车池、班前讲平台、太阳能路灯、二级配电箱、雾炮机、地磅及磅房、塔式起重机、成品式围挡、人车分离护栏、钢筋加工棚及小型设备。通过构建模型可进行周围临建设施模拟演练，优化并辅助施工部署。

3.4 管线综合布置

该项目地下2,3层为车库，其中大量机电管线汇聚于地下2层，各专业管线在宽仅2.4m的狭长走廊内交错，管线综合排布、空间净高压力极大。利用BIM综合设计管道，可优化整个管道布置，在满足设计规范及施工可行性的同时，减少不必要的返工，同时使整个空间简洁美观。管道BIM模型如图3所示。

图3 管道BIM模型

3.5 图纸深化设计

1)结构深化 钢筋混凝土结构中经常出现主次梁与梁柱节点碰撞、梁纵筋净距不足等问题，通过BIM技术可直观体现构件中钢筋排布的三维空间情况，通过BIM进行深化设计，可使钢筋排布更加合理，从而减少施工错误率和施工过程中的设计变更。主次梁保护层厚度修正后如图4所示。

图4 主次梁保护层厚度进行修正

结构深化设计包括二次结构设计、预留孔洞设计、预埋件设计等。创建预埋件BIM模型与相关专业模型进行协调，可提高预埋件位置的正确性，避免错、漏等问题。施工前，利用BIM建模提前确定型钢悬挑脚手架与预留孔洞位置，可避免施工中发生错误、返工、碰撞问题。洞口预留如图5所示。

图5 洞口预留

2)碰撞检查 通过整合土建、结构、机电专业模型，可全面检验专业问题，如专业间的冲突、构件标高偏差、建模失误或图纸中隐含的设计问题等，并生成图纸检查报告。整合各专业模型后，使用Navisworks进行碰撞检查，并在模型中对碰撞位置进行调整，再根据图框标准绘制预留洞口图，以指导现场施工。如图6所示，可利用BIM技术，提前发现管道碰撞或净高不合理的位置，并做出相应安排。

图6 管道调整前后对比

4 BIM在项目中的综合应用

为充分发挥BIM优势，响应国家对建筑业升级转型的要求，在BIM应用上有如下创新。

4.1 BIM在土方工程中的应用

1)通过BIM建立场地基础结构施工模型，可直观展示各构件的组成，以指导施工。

构建桩基模型后进行施工模拟，可导出各桩基算量明细表，以计算模型量，再提取工程量，通过组价完成工程造价，减少算量误差、提高工作效率。

2)通过构建基坑边坡支护三维参数化模型，可在设计阶段提前发现不合理的支护方案，指导施工、进行技术交底。通过导出的模型参数可计算土钉墙与锚杆工程量，作为造价预算的参考。边坡支护模型如图7所示。

图7 边坡支护模型

应用BIM构建深浅基坑开挖模型，对基坑1,2层土方开挖、土方回填进行施工模拟，便于及时发现不合理的施工顺序，及时优化机械车辆施工位置与进出路径，避免开挖过程中扰动基坑，影响地基承载力。同时，通过三维参数化模型可导出挖方与填方工程量，有助于掌控开挖平衡，避免土方浪费，把控成本。深浅基坑开挖模型如图8所示。

图8 深浅基坑开挖模型

4.2 BIM在绿色施工中的应用

应用BIM技术进行建筑垃圾处理与资源再生利用，可实现太阳能利用、抑制建筑灰尘、控制噪声，实时监控评价绿色施工体系。

结合BIM与现代设备可实时监测施工现场，建立BIM平面布置模型分区域储存，可分类处理建筑垃圾。结合BIM与Ecotect Analysis软件可分析施工现场光热条件，充分利用太阳能等新型能源。通过在现场安装粉尘检测和噪声检测设备，可将现场情况实时传输到BIM信息管理平台，便于及时采取处理措施。通过三维扫描技术、AI图形分析技术，将绿色施工成果转化为可视化模型，经过BIM模型比对，进行实时调整与改正，形成绿色施工监测评价体系。

4.3 BIM在安全管理中的应用

传统安全管理中，对危险点的判定和保护措施的布置都依赖于施工管理人员个人经验，因此，各施工区域的危险源较模糊。施工总承包单位在安全管理实施过程中，通过创建三维模型，使施工人员提前感知、预测危险点，可快速在危险区域布置防护设施模型，将安全死角进行可视化呈现。

由于部分施工人员难以准确识别分部工程危险源，严重情况下会引发安全事故，本项目利用Lumion软件仿真模拟施工人员行走路线，并将危险源信息标注在建筑模型上，通过辨认，施工人员能清晰判断每道施工工序存在的安全风险，进而采取预防措施，消除安全隐患。

4.4 BIM在进度安排中的应用

总承包单位根据BIM进度安排控制整个工程进度。在设计过程中，通过三维可视化和信息协作辅助分析、优化计划进度，若进度拖后，可进行合理调整，以保证按计划进度开展。同时，进度计划跟踪需在进度计划软件中输入进度信息与成本管控内容，输入数据并同步到施工进度仿真中，动态显示进度方案实施状况。通过 BIM 4D平台和Navisworks软件模拟施工进度，并对比计划进度与实际进度。基于BIM的施工进度控制流程如图9所示。

图9 施工进度流程

5 结语

本文开始总结了BIM技术在项目施工中的应用，然后以中国人民大学通州校区学部楼为案例详细论述了BIM技术在公用建筑中的基础应用与创新应用，得出以下成果。

1)目前，BIM在住宅建筑中应用广泛，也取得较高的工程价值，但在创新应用、智慧工地应用方面缺乏研究与实践。

2)在该项目中应用BIM技术，提高了施工管理效率，严格把控了施工成本。

3)通过BIM在该项目中的创新应用，为实现绿色施工、构建智慧工地提供宝贵经验。