BIM技术在某项目施工深化中的应用与管理

张 军（上海黄浦江大桥建设有限公司，上海 200090）

0 引言

施工图深化是项目施工前的必要技术准备，有利于合理安排施工工序，指导现场施工作业。此外，深化施工图也是施工方、监理方及相关监督方检查和控制施工质量的重要依据，对工程的进度、成本和质量控制影响巨大。因此，施工图深化成果的质量对工程实施、管理与控制具有重要意义。

建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）技术是以三维数字技术为基础，集成项目各类信息的工程数据模型；是对工程项目设施实体和功能特性的数字化表达，是当前建筑业信息化及转型升级的重要手段[1]。基于BIM技术的施工深化可在施工前有效解决各专业间的碰撞冲突，实现虚拟建造，有利于大幅减少施工阶段的拆装、返工及浪费，有利于整个项目进度、成本和质量的管理与控制。

本研究基于国家某大科学装置项目（以下简称“该项目”），将重点探讨BIM技术先行、预先进行虚拟建造条件下施工深化的模式化、流程化方法及应用成果，以期为BIM技术辅助施工深化设计应用提供借鉴。

1 工程概况

该项目是国内迄今为止投资数额最大的科技基础设施项目，是上海建设张江综合性国家科学中心的核心内容和重大项目，已于2018年4月27日开工建设，计划2025年建成。该项目的落成将为物理、生命科学和能源科学等多学科提供尖端研究手段，为我国基础科学的前沿发展带来前所未有的前景。

该项目科学装置长度约为3110 m、隧道埋深为29 m，主要包括一台能量8 GeV的超导直线加速器，可以覆盖0.4 keV ～25 keV光子能量范围的3条波荡器线、3条光学束线及首批10个实验站（如图1所示）。具体建设内容还包括五个工作井及公用设施等配套工程[2]，涉及供电、给排水、消防、弱电、火灾报警、通风与空调、工艺冷却水、公用设施自动控制、防辐射监控和压缩空气等多个专业系统。项目周边辐射有上海轨道交通13号线隧道、水管、办公设施、其他科学装置等。工作井基坑最大开挖深度及TRD止水帷幕深度均为上海在建正式工程之最。由此可见，该项目的建设施工环境复杂、挑战巨大。

图1 项目概览示意图

2 BIM施工深化的必要性分析

为满足业主的使用需求，该项目在实施初期有两个单体工程需要尽快竣工并投入使用。然而，由于该项目属于国家重大科学设施项目，多个施工环境指标都是中国乃至世界工程建设之最，在建设过程中，除考虑常规项目的协调内容外，还要综合考虑科学家团队的实验需求；所有的建设过程都服务于该科学装置及其实验环境，对工程质量提出了更高要求。同时，紧张的工期又进一步加剧了项目建设环境的复杂性。因此，在上述两个单体工程的建设过程中，难免会出现施工现场与各专业施工图存在差异的现象，造成了较多不必要的拆装、返工与浪费。

此外，该项目涉及专业众多，建设单位项目管理团队设置了五大专业总体，分别负责土建施工、机电管线安装以及科学装置建设、安装与调试等工作。可见，该项目存在较多的交叉工作界面，管理与协调难度较大。

鉴于该项目前期建设及管理现状，为保证项目的顺利推进，项目管理部组建了专业的BIM管理团队，确定了BIM技术实施应用先行的方向。在BIM环境下进行三维可视化虚拟建造，将各有关专业总体的管线及设备进行深化整合，辅助施工深化图出图，在项目施工前解决现场可能存在的错、漏、碰、缺问题；优化各总体设计方案，减少因设计错误造成的返工误工，提高项目整体的设计质量，进而提高现场施工质量及效率，保障项目建设的工期、成本和质量管理的可控性。

3 BIM施工深化的组织与实施

3.1 BIM施工深化的组织

在该项目施工深化阶段，BIM施工深化的组织工作主要由建设单位督促、BIM管理团队为总牵头，由土建及机电总包单位施工深化责任人将在深化过程中发现的建安工程与科学装置工艺系统相关的优化问题统一转交建设单位BIM管理团队。经建设单位BIM管理团队与各工艺总体负责人对接协调后，召开BIM深化协调会，落实相关问题并形成会纪要。

3.2 BIM施工深化的实施内容及工作流程

在该项目施工深化阶段，BIM施工深化主要涉及一次结构、二次结构、设备基础和机电等内容。由于一次结构及二次结构深化过程中需要考虑设备基础及机电后续施工问题，因此，本节主要以一次结构和二次结构施工深化为例，研究BIM施工深化的实施内容及工作流程。

3.2.1 一次结构深化内容及工作流程

根据该项目特点及施工深化设计需求，该项目施工阶段运用BIM技术辅助施工深化的内容主要包括梁、板、柱等一次结构土建及预留预埋孔洞深化。

首先，根据各总体需求提资，由设计院进行施工图设计，将各总体需求转换为三维模型，并进行初步的碰撞检查以完善三维模型，校核设计图纸。其次，设计院将三维BIM模型流转至土建、机电总包单位BIM负责人，分别进行一次结构土建深化和预留预埋孔洞深化。土建深化主要是在设计BIM模型的基础上，依据施工规范进行梁、板和柱等一次结构的施工深化；预留预埋孔洞深化主要是在土建深化模型的基础上，进行机电管线布置深化及支吊架、空间布局优化等，明确需要预留预埋的孔洞，并出具一次结构深化施工图。具体应用流程，如图2所示。

图2 一次结构深化工作流程

3.2.2 二次结构深化内容及工作流程

二次结构施工深化是在一次结构深化的基础上，根据该项目特点、施工深化设计需求及施工规范，运用BIM技术辅助进行的施工阶段二次结构的深化。其深化内容主要包括二次结构圈梁、构造柱布置及预留孔洞的深化等。

首先，依据一次结构深化成果，土建总包单位根据深化原则对二次结构构造柱进行平面布置，并将平面图流转至机电总包单位深化负责人。其次，机电总包单位深化责任人根据土建二次结构圈梁标高、构造柱点位布置平面图及各总体提资，整合机电管线深化BIM模型，规避各专业机电管线与二次结构圈梁、构造柱等的碰撞，梳理二次结构预留孔洞，导出二次结构预留孔洞深化设计图、管线综合图及孔洞明细表，并由设计单位相关专业设计人员进行二次结构预留孔洞深化设计图的确认。最后，土建单位深化责任人在整合二次结构深化平面布置图、孔洞深化图的基础上，对二次结构立面进一步深化，并出具二次结构施工深化图，指导施工现场二次结构的施工。具体应用流程，如图3所示。

图3 二次结构深化工作流程

4 BIM施工深化的原则

4.1 土建深化原则

基于施工图设计图纸，结合施工方案及有关设计规范，该项目土建施工深化主要侧重对构造柱、圈梁、过梁、填充墙和隔墙等非承重结构体系的深化。

主要深化原则如下：

（1）在墙端及其交叉处布置构造柱；

（2）楼层层高较高时应布置圈梁；

（3）在门、窗及机电预留洞口上部应布置过梁[3]。

4.2 孔洞深化原则

孔洞深化主要涉及两个阶段，分别为一次结构孔洞预留预埋深化和二次结构孔洞预留深化。在进行孔洞深化的过程中，需要进行机电管线综合排布与优化，进而明确需要预留或预埋的孔洞具体位置、标高和尺寸等。此外，一次结构孔洞深化和二次结构孔洞深化过程中进行的管线综合排布，是后续机电管线出图的基础。微调后的机电管线出图可直接指导现场机电施工。

管线综合排布与优化的主要原则如下。

（1）占用空间较大的暖通空调通风、排烟等大管径管线，应优先布置。

（2）生活污水、雨水等依赖重力排水的无压管道与有压管道交叉时，应优先布置无压管道。

（3）电气管线应尽量布置在水管上方、热力管道下方。

（4）特殊管线如主干线及低温、高温、不可弯曲、附件多的管线应优先布置。此外，针对有附件的管线，应根据规范预留安装和维修的空间。

（5）当各类专业管线布置在同一位置时，在满足规范要求的情况下，应尽量合理利用空间，做到美观布置、紧凑安装[4]。

5 案例分析

基于上述施工深化工作流程及土建、孔洞深化原则，本节主要通过案例，对BIM辅助一次结构、二次结构的施工深化及出图成果进行展示与分析。

5.1 机电管线综合

机电管线综合是BIM施工深化的关键环节。在上述孔洞深化、管线综合排布及优化原则的基础上，该项目主要采用Revit软件并结合工程实际，对暖通、强弱电和消防等常规机电的各专业管线及科学装置用工艺管线进行了深化整合和调整优化。与常规的管线综合不同的是，该项目在施工深化阶段，除考虑常规机电管线的排布及优化外，还要考虑工艺管线的排布。由于项目的特殊性，工艺管线排布需要经过科学家的反复推敲后，才能正式进行工艺管线与常规机电管线的综合布置。为不影响现场工程进度，该项目采用优先排布常规机电管线的方式；待工艺管线布置稳定后，将二者整合；若存在冲突，再对常规机电管线进行微调（如图4所示）。该方式可在满足工艺管线排布要求的条件下实现常规机电管线的合理排布。

图4 工艺管线与常规机电管线的整合与排布

5.2 一次结构深化与出图

通过一次结构深化过程，对BIM模型搭建及机电管线综合优化工作进行深化，项目技术部及BIM管理团队协调解决暴露的问题，可实现一次结构土建及预留预埋孔洞的综合优化。通过深化出图将BIM模型中的深化成果反馈到CAD中，并出具一次结构孔洞深化图纸和孔洞明细表。孔洞明细表，如表1所示。

表1 孔洞明细表

图纸中除落实孔洞位置、标高和尺寸外，还应对预留预埋孔洞进行编号，标明预留洞口或套管的尺寸及所属专业和使用方等。该项目使用方细分为多个总体，因此在孔洞深化阶段进行了特别标注，以便后续的对接及确认工作的顺利开展。

5.3 二次结构深化与出图

与一次结构深化类似，二次结构深化同样离不开深化BIM模型的搭建及管线的综合优化，所不同的是：二次结构深化是在一次结构深化的基础上进行的，且土建深化与孔洞深化交叉协调进行，其工作流程与一次结构深化相比略有调整。为了防止孔洞深化造成的构造柱等二次结构的过度调整，避免不必要的重复工作，经各单位深化责任人商议，对该项目二次结构深化流程进行了优化：首先，土建单位责任人进行了构造柱的平面布置；其次，机电单位责任人进行孔洞深化，并尽量避开构造柱；最后，土建单位责任人在考虑构造柱及孔洞情况的基础上，对圈梁、填充墙等进行了立面深化。

在遵循本文第3章和第4章的深化流程及原则的基础上，该项目二次结构深化还要求构造柱、圈梁布置的间距不得大于4 m。此外，在不影响管线排布的情况下，洞口的布置尽量靠近圈梁，可由圈梁替代过梁。因施工便利造成的微调可提请设计确认，并作为深化原则的补充原则进行落实。二次结构深化出具的图纸包括构造柱平面布置图、孔洞图及立面深化图。

综上所述，施工前的充分深化，有利于调动各总体的积极性和提高项目建设的参与度，是施工现场顺利施工的前提和保障。基于机电管线综合的一次结构、二次结构施工深化成果一脉相承，能提前暴露土建总包与机电总包的交叉施工界面，有利于及时明确交叉施工的内容及次序。不仅可以直接指导施工现场的土建施工，还可以指导后期的机电安装施工，有效避免在施工过程中造成的不必要的返工、拆装及浪费和工期延误。

6 结语

本文在分析国家某大科学装置项目前期施工问题的基础上，阐述了采用BIM技术辅助施工深化的必要性，明确了建设单位的重视和BIM管理团队对BIM施工深化的组织有着重要的促进作用。此外，施工深化实施流程及原则应充分考虑项目实际，并且随着项目的实施与推进不断进行微调，以保证深化工作的顺利开展。实践表明，施工深化BIM模型搭建及管线综合是BIM辅助施工深化与出图的关键所在。充分的施工深化有助于在施工前发现并解决施工现场可能存在的错、漏、碰、缺和施工次序问题，提高施工深化图纸的质量，直接指导现场施工，减少施工现场的返工与浪费。