BIM技术在大型公共建筑工程施工管理中的综合应用

钟巍健

（上海建工集团股份有限公司，上海 200080）

1 引言

世界各地的许多城市都建造了各种复杂的大型构筑物，这类型建筑项目存在着不确定性，主要是由于其巨大的规模和复杂性。因此，需要在最初的施工阶段优化工作计划，确保整个施工进度不会受到阻碍。为了尽量减少结构框架的不确定性，有必要初步预测项目风险，并利用信息技术解决这些问题。

作为支持整个建筑项目生命周期中设计、施工以及信息管理的审查和决策的工具，建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）已经在全球范围内被应用于设计和施工阶段。借助BIM 技术的3D 可视化图解能力，可以有效突破2D 图纸的诸多限制。因而，BIM 技术具有改变设计和施工工作方式并促进行业创新的潜力[1]。

BIM 的概念由Charles M.Eastman 教授于1970 年引入[2-3]。自2000 年以来，BIM 技术因其实现性能提升和高质量施工的潜力和能力而受到学术界和建筑业的广泛关注，并逐渐应用于世界各地的大型建筑项目中。研究表明[4-5]，BIM 技术提高了整个建筑供应链的透明度、生产力和产品质量。

本文以BIM 技术在海口新海港综合交通枢纽（GTC）及配套设施项目为例进行相关介绍。

2 工程概况

新海港综合交通枢纽（GTC）及配套设施建设工程项目位于海南省海口港新海港区，粤海铁路轮渡南港码头北侧，新海中路西侧。拟建建筑物GTC 与正在建设的新海客运综合枢纽站一期相连接；西侧为新海港码头，东侧为中建一局正在施工的免税城项目；免税城与GTC 之间由长80 m 的中免通道连接（见图1）。本项目GTC 单体分为地上3 层、地下2 层，建筑高度34 m，地上建筑面积39 666.23 m2，地下建筑面积31 863.3 m2，总建筑面积71 534.5 m2。

图1 项目效果图

3 BIM技术在项目施工管理中的应用

3.1 项目BIM体现

根据项目实际情况制定BIM 相关建模标准、出图标准等作为BIM 实施阶段的指导。制订项目BIM 实施方案不仅可作为整个项目BIM 工作的大纲和指导，还能为后续BIM 人才的培养给予BIM 建模体系参考。

根据项目实施总进度计划制订BIM 进度计划。采用每周例会的形式，实时跟踪机电、土建、钢结构、幕墙、精装修等专业的进度计划完成情况，及时掌握其中的重点难点，制订并完善合理的进度计划。其中，模型审核节点的时间均提前于现场一个月左右，从而保证BIM 指导施工。

每周召开例会汇报模型进展情况以及遇到的问题，并及时处理相关问题，给出解决方案。同时，分享BIM 建模以及BIM 工作各方面的经验和技巧，形成相关例会会议纪要及BIM 工作日报。用作评估依据的BIM 工作日报是BIM 任务和活动的记录，描述BIM 技术实施过程中产生的问题和解决方案。管理BIM 工作日报不仅可用于项目的记录和审查，而且可衡量BIM 技术价值并证明BIM 技术的投资的合理性。

3.2 图纸会审及台账管理

在建模过程中，需要汇总设计图纸中存在的问题，根据已发现问题建立问题台账，建立对应的问题报告并每周定期发送给设计方，跟踪每个问题的回复情况，以缩短校验时长。同时，追踪问题报告涉及变更的下发情况，及时将设计变更单中内容修改到模型中并形成变更报告储存于档案中。定期检查模型中的问题是否仍然存在，以免出现整合难度大甚至返工问题，进而造成工期延误等损失。

3.3 基于BIM的土方算量

土方平衡的计算是本项目的重点，项目场地内包含混凝土、岩石、土、淤泥等材料，算量过于复杂。通过无人机倾斜摄影技术，制作出实景模型，提取点数据，随后导入点数据到Civil 3D 中形成原始面（见图2），根据所需边界及标高做出完成面，两者相差即是土方量。根据地连墙和格构柱岩顶标高可得到一个曲面，在Revit 中与基坑底模型相交，即得到岩石分布图（见图3）。在Civil 3D 中可得到岩石量。利用制作的实景模型直线命令可推算出泥浆池中水量，最后可得出详细的列表清单。

图2 基于BIM的土方建模

图3 基于BIM的岩石分布图

3.4 基于BIM的机电管线预先设计

如何实现项目的建造快速且高效，其关键在于能否将设计存在的问题在施工前的准备阶段予以解决，以便为后续的施工预留充足的时间。BIM 技术可将各专业（建筑、结构、机电等）模型进行整合，再通过碰撞检查将管线设备进行优化调整，实现合理布置[6]。本项目中机电管线多而复杂，机房种类多，设备多，给机电的深化设计及管线的综合排布增加了难度。因此，将BIM 技术应用于施工准备阶段，发挥BIM 技术的优势进行预先设计和模拟。对项目全专业的施工图进行搭建，并基于搭建模型进行机电管线的优化设计。

3.4.1 碰撞检测及深化

将项目机电专业模型与土建专业模型导入Navisworks 软件中，进行不同专业的模型碰撞检测。生成碰撞检测分析报告，以报告显示为依据，针对碰撞处进行深化。经碰撞检测，调整前产生碰撞487 处，调整后仅剩34 处。

3.4.2 净高分析及优化

经过碰撞检测并初步深化后的模型，利用BIM 二次开发插件自动化完成建筑空间内特定的最低点，最终以色块的形式展现。通过对有净高控制要求区域进行净高分析，提前发现设计不满足要求位置并召开净高分析会，提出改变建议，以净高分析报告的形式发给设计单位，以此来进行净高优化，避免后期变更所造成的造成工期和成本增加。

3.4.3 孔洞预留

依据机电模型进一步深化结构的预留洞位置，生成预留洞图纸，避免现场因考虑不周造成的返工，从而最大程度上节省材料开支，并提高施工质量，加快施工进度。

3.4.4 各专业机电出图

BIM 出图可将所建三维模型转化为二维CAD 图纸，为现场施工提供现场指导。因此，本项目根据机电各专业综合管线深化结果，机电完成出图，包含机电综合管线图、给排水专业图、暖通水专业出图、暖通风专业出图、电气专业出图及复杂节点剖面图。

3.5 基于BIM的钢结构专业模型深化

劲性柱施工是本工程项目中的重难点，本项目BIM 运用Tekla 软件进行劲性柱建模以及深化（见图4）。深化的成果经设计院确认后出具深化加工图，移交工厂进行预制化施工，最终运输现场进行安装，有效地保证了施工的质量和进度，做到真正提升质量的前提下进行降本增效。

图4 钢结构专业模型深化流程

3.6 基于BIM与虚拟现实技术相结合的可视化协同设计及应用

BIM 技术主要用于建筑模型构建与信息储存，而虚拟现实技术（Virtual Reality，VR）则侧重于虚拟现实体验。在创建虚拟环境时，VR 技术的模型及信息可由BIM 技术提供；VR技术则解决了困扰BIM 技术的“所见非所得”难题[7]。

3.6.1 可视化安全教育系统

将BIM 技术与虚拟现实技术VR 技术结合，构建可视化的安全教育系统（见图5），如电焊作业触电、塔吊作业危险源、挖机作业危险源、移动式脚手架倾覆等。针对上述危险性且复杂性较大的施工操作进行提前演练，可有效规避安全隐患，保障施工时的安全性，同时也使得安全教育不再是单纯地动态漫游、图像演示，而是能够实现真实可视化的沉浸式体验，可提高安全教育的质量，缩短施工时的时间及节约培训投入成本，有利于安全管理。

图5 BIM+VR结合的可视化安全教育系统

3.6.2 可视化临设设计

临设施工前，先根据已有设计图纸建立对应的BIM 模型，再通过与VR 的结合，可直观形象地展示临设建成后的全貌，实现沉浸式观览及展示（见图6）。决策人可将需要调整的意见反馈给BIM 人员，通过进一步的修改，最终实现临设的优化设计，形成最终的临设样板，为后续的施工起到一个样板引路的作用。

图6 临设三维效果图及建成实景图

4 BIM技术应用效果

BIM 技术可以防止施工人员之间的纠纷，正确管理每个工作的人员数量，降低施工成本并避免项目延误。本项目在方案优化、深化设计等方面均应用了BIM 技术，总共为现场施工节省工期约95 d，节省劳动力约30 人，如表1 所示。

表1 BIM施工效益分析

由表1 可以看出，所有应用都在提高质量，同时，减少了重复工作，提升了效率。这表明每个落地化应用都对提高工程质量和保证施工顺利进行有重要意义。

BIM 技术的成功应用除了体现在施工效益方面，还在经济效益方面有所展现，统计结果如表2 所示。

表2 BIM经济效益分析

由表2 可以看出，相较于传统工作方法，BIM 技术的应用能有效节约项目成本，经济效益显著。

5 结语

基于BIM 技术的新海港综合交通枢纽及配套设施建设工程项目，解决了工程中出现的工期短，电管线多而复杂，机房种类多，设备多等问题。同时，采用BIM+VR 技术，消除了后期施工阶段的成本超支并避免了施工安全问题，控制了工程成本并提升了工程的安全性。