BIM技术在某工程施工管理中的应用

 马少雄1,2，李昌宁3，陈存礼1，赵  钦1，张学钢2

 （1．西安理工大学土木建筑工程学院，陕西  西安710048；2．陕西铁路工程职业技术学院科技处，陕西  渭南714099；3．中铁一局集团有限公司，陕西  西安710054）

[摘要]以石狮市宝盖镇城北小学行政综合楼项目为例，采用Revit软件建立工程BIM模型，进行图纸审核与施工方案优化。结合现场实际情况，利用BIM技术进行碰撞检查及管线综合优化，解决了管线碰撞和预留洞口精确定位问题；通过快速精确提取工程量，利用BIM技术进行限额领料，实现了材料的精细化管理；施工过程中，通过现场实际情况和BIM模型对比，实现三维交底并及时发现施工错误及时更正，保证了工程的工期和质量，取得了良好的经济效益。

[关键词]信息化；BIM；施工管理；碰撞检测；管线优化；精细化管理

[中图分类号]TU71；TU17[文章编号]1002-8498(2016)11-0126-04

1工程概况

 石狮市宝盖镇城北小学行政综合楼项目位于厦门市石狮大道北侧，占地总面积53亩，包括教学楼、行政综合楼、体育馆运动场、食堂等单体。行政综合楼为框架结构，地下1层，地上5层，地下室为设备用房及停车场，1～5层为办公室、专用教室、阶梯教室等。总建筑高度19. 05m，总建筑面积10 681. 41m2，占地面积2 043. 73 m2（见图1）。

2 BIM技术必要性及应用流程

2.1  BIM技术必要性

 BIM技术可解决工艺认识不全面、专业配合不到位、设计考虑不彻底、图纸优化参差不齐等以及施工配合不理想、施工工期有偏差、管理有缺陷、安装无优化等问题，避免图纸变更频繁、项目工期延后、投资追加等一系列后果，从而提前对施工方案进行修改完善，减少返工和整改，达到节约项目成本的目的。具体意义体现在如下方面。

 1)有效提高项目各参与方的交流和沟通  通过可视化的4D施工信息模型，可以实现施工信息的实时查询和信息拓展，便于参与各方通过可视化模型进行会议决策、技术讨论和方案比选，提高了各施工方之间的信息管理和交流效率，提高了工作质量和工作效率。

 2)合理安排进度计划，优化施工方案  本工程施工计划由MS project软件编制，以实现流水施工的合理精确安排；将施工进度计划导人MC软件，通过形象直观的模拟发现施工计划存在的问题，有效缩短工期，优化施工方案，实现既定工期和成本目标。

 3)解决项目施工图纸中存在的碰撞缺陷并进行深化设计  由于各专业相互独立，缺乏有效、精准的协调与互动，使得在常规的二维设计模式下，各专业设计交叉现象严重，工作容易反复，生产效率低下，造成施工返工较多，建造成本上升，资源浪费严重。利用土建、安装等模型进行构件和管线综合的碰撞检测，提前发现设计中存在的问题，减少设计变更，避免返工，提高了设计效率和质量。

 4)工程量统计  通过BIM软件可以快速进行工程量统计，计算材料用量，限额领料，节约资源，节省造价，有助于项目成本控制。

2.2 BIM技术应用流程

 根据模型深度要求，在施工阶段应完成详细的实体模型，确定模型各构件的具体尺寸，可根据模型进行放样施工，除明确每个构件的几何尺寸（截面大小、钢筋位置等）、材质（混凝土及钢筋强度等级）、产品信息（厂家信息、质检信息）等内容外，还应明确构件的施工信息，并应提供竣工验收阶段需要的工艺设备参数、产品说明、操作手册等信息，此阶段任务由施工单位完成。

 本项目根据工程管理的特点，制定BIM工作流程，如各专业内部碰撞检查流程、各专业间模型碰撞检查流程、4D模型施工进度检查流程、模拟施工( VDC)模型建立流程等，如图2~5所示。

3  施工管理阶段BIM应用方案

 根据城北小学行政综合楼项目特点，基于设计阶段提供的二维施工图，重点研究施工管理阶段的BIM体系建立、现场总平面布置、碰撞检查、4D进度管理、工程量精确提取等，实现基于BIM技术应用的精细化管理。在施工阶段，通过各参与单位（总承包、分包、监理、质检等）基于同一个BIM协同，达到高效沟通、减少变更、提质增效的目标。

 根据本项目实际情况，采用土建、钢筋、安装、管理驾驶舱、BIM浏览器、IBAN等软件进行BIM技术应用。针对项目技术难点，主要从场地规划管理、施工图深化设计及交底管理、各参与专业建立模型、各专业之间及专业内部碰撞检查、虚拟施工( VDC)、可视化模型展示、工程量统计以及项目协同管理等方面进行应用。

3.1  审查二维施工图问题

 在BIM技术建模之前，即对前期技术文件进行分类，确定统一的项目样板、建模标准、命名规则等，各参与专业采用同一模板，在统一的标准下建立BIM。在建模过程中，将发现的图纸错误和偏差分专业汇总，及时与工程部人员和设计院协商沟通，缩短校验时间。同时，定期进行BIM整合，检查模型偏差并及时修正，以免造成最后难以整合甚至返工，导致误工等损失（见图6）。

3.2施工总平面布置

 建立不同施工阶段的场地模型，进行施工临建布置、塔式起重机运行空间分析、重型起重机等设备行走路线优化、钢筋等材料临时堆放区布置、现场人员安全分析等，合理安排施工总平面，为总包、分包等参建单位协同创造必要条件，充分考虑绿色施工和降低成本要求，用BIM三维模型体现现场临建的位置与空间变化。

3.3  碰撞检查及综合管线优化

 确定BIM后，通过云碰撞检查系统BIM works检查土建专业中梁、柱、墙体的碰撞以及各专业管道之间的碰撞（见图7，8），自动生成碰撞检测报告。城北小学行政综合楼各楼层碰撞点如下：地下室315处，1层1 16处，2层102处，3层96处，4层102处，5层82处，总计812处碰撞点；共发现预留洞口问题96个：地下室31个，1层14个，2层19个，3层9个，4层13个，5层10个。会同工程技术人员将所有碰撞点一一审核，针对云碰撞系统检查出来的碰撞点与设计人员进行沟通，在符合设计和施工要求的前提下进行调整，以充分满足施工要求，提前解决施工难点及预留洞口与预埋套管问题。

 根据施工图、现场施工工艺、施工要求及规范对模型深度优化，以便更好地指导施工、准确提取工程量等，并且对安装专业进行管线综合优化，管线二次深化设计决定：消防管、给排水管道由3 450mm改为2 800mm，喷淋管道由3 150mm改为2 600m，电缆桥架、线槽由2 800mm改为3 000mm。将设计变更重新建模后再次深度优化，有残留碰撞处进行快速扣弯，使得管线平衡更快捷形象，各工种配合降低出错风险，提高项目精细化管理水平，

降低技术人员二次深化图纸的劳动强度，避免返工，提高劳动效率。

3.4施工图深化及3D交底

 采用三维施工图交底，在各专业模型建立和模型整合时检查各专业碰撞和接口准确性，保证施工顺利进行。通过施工图深化及3D交底，减少施工过程中沟通不畅和施工误差造成的设计变更与返工，最大限度缩短施工工期和降低成本（见图9）。

3.5  虚拟施工及4D进度管理

 根据项目部所提供的施工网络计划，利用LubanMC关联各专业施工工序与工期计划，模拟施工，直观了解每个时间段所对应的工程量及金额，清楚地展现出工程造价曲线、盈利情况，有效控制成本。同时，将工程资料进行统计分析，从承包商、合同、模型等不同角度整理工程量与工程造价信息，把相关设计资料、施工资料、验收资料等上传至Luban BE，进行文件电子化及施工过程精细化统一管理。

 另外，对施工现场实际情况和三维模型进行对比，确定现场实际情况和三维模型的不同之处，进行分析处理，并对现场施工人员和技术人员进行三维技术交底。现场发现的钢筋搭接、钢筋绑扎、钢筋锚固等问题及时解决，三维交底使得工人对细部节点处理、施工难点处理、安全隐患处一目了然，提高了施工质量和管理效率，避免安全事故发生。

3.6 BIM快速算量及精确限额领料

 根据施工进度，利用已建好的模型分楼层、分构件、分施工段提取钢筋、土建、安装各专业工程量，如分别提取钢筋专业每个构件根数、规格、箍筋，土建构建的混凝土量、模板量、装修工程量，安装专业各系统管道规格、数量及设备数量等，从而在施工过程中进行限额领料管理，避免材料浪费。

4经济效益分析

 原设计方案工期及工程量指标如下：钢筋设计量约700t，钢筋绑扎计划工期35d；混凝土用量为3 580m3；模板设计量约2万m2，计划50d完成；水电安装计划7.2万元，约300工时；安装专业施工工期60d。经综合采用BIM技术可实现如下指标。

 1)利用BIM技术限额领料，在钢筋下料及加工前期对技术人员三维交底，实际施工钢筋用量694t，节约钢筋约6t。在施工现场对施工人员在底板钢筋绑扎过程中的难点、易错点进行详尽交底，合理调整工序，避免返工，利用27d时间完成钢筋绑扎，缩短工期8d。

 2)利用BIM技术准确计算出各构件的设计量，既节省了人工也避免了混凝土浪费，节省混凝土约80m3。

 3)利用BIM提供的三维模型提前了解模板施工重点，及时解决施工难点，提高了工作效率，43d便完成了模板施工，缩短工期7d。

 4)利用BIM提供的标高及平面位置及时发现碰撞并做出调整，大大提高了水电安装效率，既节省了材料也节省了人工，节省人工约100工时。

 5)利用BIM技术管线综合优化，在安装专业施工前期已将所有管道及设备按照实际模拟施工完毕，为后期安装施工节约工期约10d。

 经综合估算，本工程应用BIM技术共缩短工期25d，直接节约成本达100万元，并有典型性和可示范性，取得了良好的经济和社会效益。

5  结语

 BIM技术是信息技术应用在建筑工程领域中产生的可以促进建筑行业升级并为建筑工程的多个参与方都带来效益的一种技术手段。BIM技术在建筑工程项目规划、设计、施工和运营各阶段及全生命期中的应用已成为必然趋势，我国BIM在施工领域的应用还处在初级阶段，目前需要在如下方面加大研究力度。

 1)深入挖掘BIM数据，设计一种适合中国标准和工程规范的基于建筑全生命周期的数据组织模式。数据是BIM的核心，是信息共享的必备条件，可保证BIM运用于规划、设计、施工和运维各阶段，实现真正的建筑工程全生命周期的管理。

 2)研究基于BIM技术工程设计的新标准、新规范。据国内外BIM应用情况及对BIM的认可和重视程度，基于三维可视化BIM技术的建筑工程设计在未来必然占据主导地位，因此有必要提前研究基于BIM软件设计的初设阶段、施工图设计阶段及跨专业协同设计阶段等各阶段的模型交付标准与表达格式等，为促进中国BIM在建设工程领域全生命周期的顺利实施铺平道路。