BIM技术在结构预留洞口施工中的应用

罗 灿 肖映灼 龙春莲 殷 莹

(中国核工业二四建设有限公司，四川 绵阳 621000)

建筑工程包含建筑结构实体和与其配套的管道设备安装专业，施工中需要对各专业进行统筹考虑，在结构施工时应该为后续安装专业预留尺寸、位置合适的洞口，待安装施工完成再封堵。随着社会发展对建筑功能需求的提高，建筑工程趋向于复杂化，在施工中遇到各专业冲突的问题更加频发，经常造成施工返工、物料浪费、进度拖延。

建筑信息模型(Building Information Modeling)简称BIM，是应用在工程领域的数字化技术，具有可视化、协调性、模拟性、优化性、可出图性五大特点，它的出现为施工难点问题的解决打开了新的大门。

1 BIM技术在结构预留洞口施工应用的必要性

纵观结构预留洞口施工的痛点在于设计阶段很难做到各专业协调，无论是结构还是管线，都是独立进行设计，设计师在进行管线的排布时，只能通过多张图纸套叠结构和各类管线的平面位置进行协调，没有根据现场实际开展工作，这样设计出来的方案难免存在一定的问题[1]，于是施工阶段仍会发现众多管线与预留洞口位置错开现象。导致承重结构施工完成后安装专业施工时需要对错误设置的预留洞口进行补洞并重新在结构上临时凿开洞口。而非承重结构通常是根据情况先将墙体砌筑到一定高度，在管线安装完毕后再砌筑预留的上部墙体，但是这样的方式也无法完全避免。施工现场对预留洞口处模板、砌体原材料切割的随意性较大，普遍存在浪费、损耗高。此问题会造成施工成本增加，施工进度延后以及工程质量下降。利用BIM技术模拟性和协调性的优势，通过碰撞检测，深化设计方案及综合布局，可以减少返工与变更，将冲突问题解决在施工前，提高工程效率[2]。

传统的设计通过二维线条来创建平面图、立面图和剖面图，用以表达结构与安装管道之间空间关系的方式，在指导施工时存在很大局限性，需要施工人员具有良好的工作经验、识图能力和空间想象能力。如今建筑越来越复杂的情况下，无疑提高了施工人员的门槛，而在建筑业对青壮年吸引力下降，施工人员老龄化加重的现状下，结构预留洞口施工的准确性很难保证。而且土建与安装各分包专注于自身专业的图纸，沟通不畅，责任难以厘清，容易发生纠纷。利用BIM技术可视化的优势，对重要的施工部位提供视觉上的参考，将建筑空间与各个专业系统之间的关系明确，可以提高工程参与方的直观度和识图能力，方便所有人员之间的沟通和交流，减少工程中各种纠纷的发生[3]。

2 BIM技术在结构预留洞口施工中的应用

2.1 项目概况

某项目地下室分2层，建筑面积70 766.79m2，高度7.4或8.6m,框架剪力墙结构，抗震设防烈度8度，水、电、通风专业种类多，管线密集，对结构预留洞口设置的精度要求高，迫切需要解决管线与结构冲突问题，因此在本项目结构预留洞口施工中进行BIM技术的应用实践。

2.2 模型创建

BIM模型集成了建筑物的几何信息、物理信息、规则信息等数据，模型创建属于基础数据采集工作，后续的应用都是基于模型开展的，因此要重视建模工作，确保模型的精准性。工程项目存在分子项、分专业、分系统、分施工节点等层次，大型工程整体的海量数据又对软硬件造成庞大压力，在建模过程中普遍采用灵活的拆解为多个子模型同步开展创建工作的方式。此时应注意运用标准化管理统一单位精度、命名规则、轴网标高定位，避免子模型拼装时降低准确性。完成模型后，在投入应用前应针对构件的完整性、构件的属性参数、图纸的变更进行详细检查，避免数据误用。模型建立也需注意时效性，一般在实体施工前1个月完成该阶段模型创建。

在地下结构施工45d前，启动BIM技术实施，按照原版设计图纸信息，运用Revit软件按照建筑结构专业、给排水专业、电气专业及暖通专业在统一的轴网、标高定位分别创建深化模型文件(见图1)，各专业系统管道用不同颜色进行区分。在建模过程中通过图纸绘审也能提前发现漏标、错标的尺寸、坐标、标高、编号等浅层设计问题。共发现117项土建专业疑问和91项安装专业疑问，组织项目各参与方举行答疑会议，由设计针对疑问澄清回复并及时修改图纸。通过基于BIM技术的图纸绘审应用，提前发现图纸问题并及时解决，可以大幅降低后期施工过程中进行设计变更带来的工期拖延、成本增加风险。

图1 管线综合模型

2.3 碰撞检测

各专业的模型创建完成后，将各模型纳入一个总装模型开展碰撞检测。碰撞检测即对模型中的建筑专业、结构专业、水暖电安装专业等进行检验，以确定它们之间是否发生冲突而导致项目无法施工的现象，主要体现在构件互相重叠的硬碰撞、构件之间未满足必须空间间距的软碰撞以及构件施工顺序无法协调的工作流冲突。其中预留洞口的碰撞检测，主要以检验水暖电管线与结构构件间的硬碰撞。

为避免因格式转换可能存在的数据丢失情况，采用与模型创建软件属于同平台的Navisworks软件进行碰撞检测。将各专业模型导入Navisworks软件进行总装整合，利用Clash Detective工具设置合理的碰撞检测规则，主要是运用强大的数据分析能力对建筑结构与安装管线相互之间在空间关系上的位置重叠、冲突等物理接触、交叉硬碰撞而进行的检查与校验。对分属不同集的结构专业和安装专业进行碰撞检测，核查管线穿过剪力墙、楼板、二次结构时是否留洞，洞口位置、尺寸是否符合要求。运算结果显示存在的冲突点共533处，结合实际情况排除重复计算，调整、分析后梳理出82处，附上冲突位置、专业以及截取的图纸生成碰撞检测报告。

2.4 设计优化

通过BIM技术碰撞检测等方式进行验证分析，能够更深层、全面的发现工程项目设计方案中可能存在的一些问题和缺陷。同时能够从三维的角度进行漫游查看，更为直观地对比模型调整前以及调整后的状态，对于这些问题进行有效改进，优化其设计水平，最终减少工程项目后续施工中可能出现的一些问题及干扰因素。

由项目部组织业主和各专业分包召开讨论会，利用BIM技术可视化特点，通过三维模型配合碰撞检测报告直观的展示存在的预留洞口偏差问题，针对问题讨论形成问题清单纪录。将预留洞口问题提交设计，由设计给出优化。设计经过复核对82处冲突分别给出澄清和洞口位置变更意见。设计复核给出30项洞口位置变更，如按原图施工则结构施工完成后续还需开洞56处，补洞39处(见表1)。

表1 洞口变更统计

2.5 智能排布

将施工中需要按照一定规格参数进行罗列排布的材料，通过软件对BIM模型进行三维模拟计算，并通过采集模型上的数据进行快速统计。能够代替人工，高效率、高质量的完成繁琐工作，在洞口处更合理的排布，一定程度上减少材料消耗。

在包含洞口的承重砌体结构施工前，采用BIM模板脚手架设计软件智能配模,根据需求设置架体参数，进行危大构件识别、安全验算，可以快速精确计算所需模板、钢管、扣件等材料总量且可按规格尺寸、构件、阶段,随时提取所需数据。精确控制模板、钢管、扣件等材料进场量，确保模架所需材料满足施工要求的同时降低场地内材料的积压，根据洞口精细加工模板减少损耗。

在包含洞口的填充墙、隔墙、女儿墙等非承重砌体结构施工前，通过BIM智能排砖精确定位预留洞口，自适应调整墙体的砌体规格尺寸，导出各施工段的砌体需用量及详细规格，由物资管理人员依据报表进行提料，严格控制现场的砌块总量。施工现场各砌筑作业面张贴砌块排布图，按图领料，在严格把控现场砌块损耗率的基础上，提高二次结构的施工质量。

2.6 施工交底

在施工前，需要对相关管理人员和施工操作工人进行技术交底，使施工人员对工程特点、技术质量要求、施工方法与措施及安全等方面有一个较详细的了解，以便于科学地组织施工，避免技术质量等事故的发生。Revit软件可以在模型文件中快速创建平面、立面、剖面及构件节点大样图，当模型修改时，所有创建的图纸联动实时更新，提高出图效率及准确性。还能够运用BIM模型进行可视化技术交底，相比拿着多张相关部位的二维图纸交底，利用移动端打开模型，能够使受交底人从立体直观的任意视角，详细了解预留洞口的位置、尺寸，按照变更优化的预留洞口精确施工。

3 应用效果

3.1 可视化强沟通

BIM模型可以直观立体的展现结构预留洞口和安装管线之间的位置关系，还集成了各专业尺寸、型号、材料等相关的构件数据信息，能够自由的浏览与漫游，方便协调设计根据碰撞修正优化图纸，加强施工前技术交底效果，能够在问题协商解决过程中大幅提高沟通协调效率。

3.2 降成本提效益

精确设置结构预留洞口，减少因预留冲突而在已完成的结构上重新为管道通过在洞口剔凿和对错开的多余洞口进行填补而产生的材料、人工成本。避免后期开洞56处，洞口面积10.76m2，节省成本4.7万元，避免后期补洞39处，洞口面积5.54m2，节省成本3.1万元。BIM智能配模，对预留洞口处模板提前放样，集中批量化加工模板，降低材料切割浪费的损耗32%。BIM智能排砖，避免预留洞口处砌体施工材料损耗，减少了4.28%的材料用量。加上过程中延误的工期，产生的成本更是每天以十万计。BIM技术应用为施工带来切实的经济效益。

3.3 减返工保进度

运用BIM技术碰撞检测能提前发现解决问题，有效减少承重结构预留洞口返工，非承重结构无需与管线穿插施工，施工逻辑更优化，避免安装专业因冲突而暂停等待结构重新开洞，支模、砌筑施工更顺畅，在项目实践中可节约工期22d。

3.4 强技术保质量

传统方式下，承重结构洞口加强钢筋设置困难，反复开补洞，造成已设置的钢筋需切割，未设置的需补加，非承重结构无法一次完成施工，安全性、整体性较差，对工程质量有较大影响，通过BIM技术提前解决问题，能够较好的保护结构完整性，提高结构的寿命，保证工程质量。

4 实践经验

BIM技术应用前期投入人力、物力较大，要求合适易用的软件、配置较高的硬件设备和具备技术经验与BIM应用能力的复合型人才，同时合理安排时间提前启动实施，才能保证模型的质量以及充分发挥BIM应用效果。所以，需要做好BIM技术的宣贯推广工作，也要平衡好前期投入与后期收益的关系，根据工程项目实际需求来开展实施。

5 结 语

基于BIM技术的结构预留洞口施工，可以提高预留洞口的精确度，与传统结构预留洞口施工相比，能够减少返工，节省材料人工费，科学合理节约工期，保证工程质量。在体量较大，结构、管线复杂，对预留洞口要求高的工程中展现出良好效益和广阔前景，具有良好的推广应用价值。