BIM技术在建设工程施工管理应用研究

文｜广州工程总承包集团有限公司 庄智严

在国家的“十四五”规划中，明确提出将重点推动建筑信息化发展，助力建筑业转型升级。应用BIM 技术加强建设工程施工管理，能够通过建立三维可视化模型实现建筑全生命周期管理，提升工程的施工效率和质量，推动建筑向着数字化、智能化等方向发展。因此应加强BIM 技术在工程施工管理方面的应用研究，做到有效运用先进技术提高工程管理水平。

1.工程概况

广州市国家档案馆新馆二期工程位于广州市番禺区广州大学城档案馆路33 号，总建筑面积约4.75 万m2。工程为单体建筑物，长112m，宽65m，高36.8m，采用框架结构，沿着南北走向分布。建筑物地上6层，3～6 层为档案库房，其余为展览厅、技术用房和办公区，地下2 层，包含停车库和人防工程，集档案存储、展览、办公等功能为一体，属于大型综合性现代档案馆。在工程建设期间，需要完成主体结构、建筑机电安装、幕墙、给排水、装饰装修等多个分部分项系统工程施工，具有一定复杂性。为保证工程施工质量和效率，引入BIM 技术提高工程施工管理技术水平。

2.工程施工管理

2.1 施工难点

从工程设计情况来看，首先主体结构的错层较多，建筑整个板面呈现出高低错落的特点，在施工过程中要求加强标高控制。受结构特殊性影响，需要完成不同施工区域的立体规划，给结构施工带来一定难度。其次，工程采用了大量的高支模，最高能够达到27.1m，最大梁截面达到1400×2000mm，施工危险性较大，如未能有效管理施工过程将引发安全事故，给施工进度、成本等各方面带来影响。再者，工程外立面采用了玻璃幕墙、石材幕墙、铝板幕墙等各种饰面，以充分体现建筑的文化特色。但在工程施工期间，各种饰面采取的材料、施工工艺等存在较大差异，节点处理难度较大，容易引发质量问题。此外，作为现代化的档案馆，配备了大量的机电设备、智能化设施等，造成机电管线密集，现场排布错综复杂，也增加了工程施工难度。

2.2 管理重点

2.2.1 主体结构施工

在建筑主体结构施工期间，考虑到不同部位的板面存在较大空间落差，通过输入相关设计参数建立结构模型，然后利用Midas 有限元软件按照结构成型步骤对施工过程进行模拟分析。利用模型对关键部位的坐标点进行提取，可以在施工期间采用全站仪进行全程跟踪，对照模型参数及时发现超差问题，通过实时纠正加强各部分结构标高控制[1]。在施工实践中，可以使用三维激光扫描方式获得结构点云数据，与建立的结构模型进行比较，做到有效进行结构参数校正。

建筑在各楼板连接位置，采用了较多钢筋与混凝土组合的骨柱，需要结合不同结构工况状态对各阶段结构受力情况展开分析，为现场施工提供指导。通过分析发现，建筑外立面折线柱从地面向结构外倾斜，但在二层楼面则向内倾斜，呈现出33°夹角。在钢柱分段多、倾斜角度不同的情况下，通过预变形分析能够确认结构整体位形能否达到高精度成型要求。为做到精准测量定位，在柱底设置四条定位线，确认与下节结构柱保持对齐。建筑档案库采用双墙施工工艺，为实现构造柱精准定位和位置优化，需要进行施工过程模拟。根据模拟分析结果，对砌体连接等位置进行优化，保证结构施工取得理想效果。

对照模型显示信息进行施工管理时，需要在柱顶位置的中心和牛腿脚位置设置三个测量控制点，利用模型分析得到空间坐标，然后利用全站仪测量[2]。各节柱应将地面控制线当成是基准线上引定位轴线，在精准定位后一旦发现构件倾斜，需要及时校正。此外，工程分布大量墙柱，在施工时需要采取不同的混凝土等级，在精准定位的基础上还应在模型上用颜色进行区分，如图1所示，为加强现场施工管理提供支持。

图1 结构墙柱三维模型

2.2.2 高支模施工

在高支模施工期间，为加强支撑系统监控，需要提前完成三维模型制作，如图2所示。高支模施工需要使用塔吊等大型机械，安全风险较高。根据模型进行技术交底，能够加强施工细节把控，有效预防安全事故发生。利用REVIT 软件创建场地规划模拟图，做好塔吊、运行路线等区域布置，可以对现场环境进行模拟，确认机械作业面和停放位置是否存在碰撞冲突，完成各区域作业时间的动态规划。将模型导入到Navisworks 软件中，生成动画对施工过程进行模拟，可以从效果图中确认各时段施工进度。针对高支模建模，包含轴网、扣件族、钢管族、顶托族等，需要根据搭设参数确认各构件位置的逻辑关系[3]。通过输入支模面积等参数，可以自动识别高支模施工区域，然后根据建筑跨度、外形等因素配置模板，确认架体的搭接顺序，直观显示杆件搭设距离。为保证支撑体系和模板符合实际情况，需要利用BIM 对体系受力情况进行验算，根据结果手动调整钢管、立杆等构件参数，包含模板下料尺寸、钢管长、连接件位置等等，可以强化项目安全管理。在高支模施工期间，可能因前期未能充分考虑构件空间信息，导致后期出现墙柱与支撑件发生冲突的情况。应用BIM 技术建立体系模型，然后对构件进行漫游、虚拟检查，可以在模型中将冲突杆件删除，重新对结构受力情况进行验算。通过对支撑体系的安全检查过程进行模拟，可以保证制定的高支模施工方案准确、可靠，有效降低工程施工的安全风险。

图2 工程高支模样板模型

2.2.3 幕墙施工

工程采用的幕墙结构较为复杂，利用BIM 技术在立体空间中对结构支撑框架展开分析，还应完成不同区域结构参数分析，导出材料数量、安装角度等参数为工程施工管理提供指导。如在石材幕墙施工期间，利用钢支托进行幕墙连接，内、外层保持800mm 间距，内部设置检修道和LED 照明。在各展开面交接位置，需要采用异形板材施工，在板材大小和切角等存在差异的情况下还应利用BIM 模型深化设计，将施工图当成是基准，利用Rhino+GH 软件深化设计，生成高精度深化模型，如图3所示。从中对各构件坐标点进行提取，可以加强幕墙放线定位，为龙骨位置复核、变形检测等作业开展提供指导。在各种幕墙结构施工期间，工程提取了上万个坐标点，在加强各类型构件数量统计的同时，生成了预制加工模型，能够为龙骨、铝板等各种材料的下料提供依据，做到准确控制幕墙施工工程量。根据模型信息进行现场放线和幕墙安装，能够在施工时导出构件数量、安装角度等参数，在材料进场后通过及时与模型反馈信息进行比对，能够保证使用的幕墙构件型号、规格等各项参数符合要求。通过强化幕墙施工过程管理，可以确保幕墙安装施工质量和效果，使建筑外立面保持美观。

图3 异形石材BIM 模型

2.2.4 机电施工

在工程机电施工期间，从全局出发合理进行电力、给排水、消防、采暖等各种管道的综合排布，应用BIM 技术实现机电管线的深化设计，保障各种设备得到科学安装的同时，为后期加强设备运行和维护管理提供足够空间支持。为此，要求建立的BIM 模型中容纳各专业提交的设备型号、安装日期等相关数据信息，并做到对管线预留孔洞进行精准定位。通过开展碰撞检查，可以确认各专业间是否存在管线位置冲突，加强专业间协调沟通，为优化管线排布提供有效支持。在BIM 技术应用实践中，发现风管尺寸较大，在穿越桁架时容易与周围构件发生碰撞，因此需要通过深化设计做到合理拆分风管，确认风量达到设计要求。将模型导入到Fabrication软件中，可以输入法兰等结构件参数，生成预加工模型进行结构分段、拼装等过程检查，确认能否达到设计要求。在完成风管施工调节后，利用BIM 技术重新生成综合排布图，确认各专业管线是否存在干涉，并在满足控高等要求的基础上紧凑布置管线，确保后续设备检修可以获得足够空间。在反复确认机电管线排布合理后，生成总体排布图和各专业的接线图，明确罗列预留的孔洞位置、大小等信息，为现场施工管理提供指导，以免后续因管线问题发生返工情况，达到有效控制工程施工质量的目标。

3.效益分析

通过强化施工过程管理，工程得以如期交付，于2018年6月投入使用。在工程施工期间，通过应用BIM 技术能够加强项目施工成本控制，以钢筋和混凝土工程量为例，如表1所示，在BIM 技术支撑下可以明显减少材料用量。从工程总体建设情况来看，通过加强施工管理约节省350 万元成本费用，能够为工程带来显著经济效益。而应用BIM 加强施工质量管理，使工程一次性通过了质量验收，获得了2020～2021年度国家优质工程奖、2019年度广州市建设工程优质奖等诸多奖项，成为了广州市安全生产文明施工样板工地和建筑业新技术应用示范工程，为工程树立了良好品质形象，带来了一定社会效益。

表1 引进BIM 技术前后楼板工程钢筋混凝土材料用量比较

4.结论

把握档案馆结构施工难点明确管理重点，引入BIM 技术对施工过程进行模拟分析，能够根据实际工况建立模型对不同施工阶段结构内力及变形情况展开分析，做到科学进行各部分结构施工，保证工程施工质量。在工程采用高支模较多的情况下，借助BIM 可视化功能强化施工过程监管，做好施工组织设计，严格落实施工方案，有效预防安全事故发生。在机电工程和幕墙工程等分项工程施工阶段，应用BIM 技术深化设计和加强放线定位等操作，可以消除施工图疏漏错误，提供施工指导，提高工程施工效率。从总体来看，在大型建设工程项目中应用BIM 技术，能够带来显著效益。