BIM技术在既有建筑检测加固中的应用探索

BIM技术在既有建筑检测加固中的应用探索

蒋 璐1， 2， 3 郑 昊1， 2， 3

(1．上海市建筑科学研究院(集团)有限公司，上海 200032； 2．上海建科工程改造技术有限公司，上海 200032；3.上海市工程结构安全重点实验室，上海 200032)

【摘 要】目前，BIM技术的应用研究基本还是集中于新建工程领域，对于在既有建筑鉴定加固与后期运营维护的应用研究较为缺乏。本文归纳了既有建筑与新建建筑在BIM应用需求方面的区别，并指出了BIM技术在既有建筑检测、加固设计、施工各个阶段的应用方向与需要解决的问题，供相关工程技术人员与研究人员参考。

【关键词】BIM； 既有建筑； 检测加固

【DOI】 10.16670/j.cnki.cn11-5823/tu.2016.05.05

1 引言

建筑信息模型(Building Information Modeling，以下简称BIM)技术是在计算机辅助设计(CAD)等技术基础上发展起来的多维建筑模型信息集成管理技术，是传统的二维设计建造方式向三维信息化设计建造方式转变的革命性技术，是促进绿色建筑发展、提高建筑产业信息化水平、推进智慧城市建设和实现建筑业转型升级的基础性技术。2014年07月01日，住房与城乡建设部印发了《关于推进建筑业发展和改革的若干意见》(建市[2014]92号)，明确指出要推进建筑信息模型(BIM)等信息技术在工程设计、施工和运营维护全过程中的应用。随后，为进一步实现BIM技术的推广应用，上海、山东、辽宁、广东、陕西等地方省市也相继出台并发布各项指导意见与实施办法[1-2]。推行BIM技术的应用，发挥其可视化、虚拟化、协同管理、成本和进度控制等优势，将极大地提升工程决策、规划、设计、施工和运营的管理水平，减少返工浪费，有效缩短工期，提高工程质量和投资效益。同时，将进一步增加建设工程信息的透明度和可追溯性，对规范市场秩序和预防工程建设领域腐败具有重要作用[3]。

2 BIM技术在既有建筑检测加固中的应用需求

当前BIM技术正在向深层次、全周期、协同化方向发展，未来必将应用到建筑全生命周期的各个阶段。国家标准《建筑工程信息模型应用统一标准》将建筑全寿命期阶段划分为策划与规划、勘察与设计、施工与监理、运行与维护、拆除或改造与加固五个阶段。既有建筑的检测加固作为建筑使用过程中功能改善或运营维护的重要技术支撑及参考依据，可以划分在建筑全生命周期的第五阶段[4]。然而，BIM技术目前的应用研究主要集中在新建工程的建筑设计和施工方面，对于在既有建筑检测鉴定、改造加固设计与施工领域的应用研究尚未涉及。

由于BIM技术是近几年才得以大力推广和应用的，因此绝大多数设计和建造年代稍早的既有建筑都未采用BIM技术进行一体化设计，这些既有建筑在实际使用和运维过程中也缺乏相应的BIM模型。随着国家BIM信息技术的推广应用以及智慧城市建设发展的需要，根据现场检测结果建立符合实际情况的既有建筑BIM信息模型也是不可缺少的。

另一方面，既有建筑在使用过程中的改造加固设计、施工与新建工程的设计、施工之间也存在较多区别，归其本质是工程条件的不同，主要表现在：

(1)改造加固必须考虑既有建筑的现状，包括结构构件的实际材料强度、损伤情况、力学性能、实际空间位置等；

(2)既有建筑往往位于城市中心，需要尽量减少施工过程中对项目周边居民的影响，此时根据实际的场地情况进行合理的场地规划和布局是至关重要的；

(3)改造加固项目往往设计、施工协同困难。待结构构件敲开后，设计图纸有时会根据实际情况做多次调整，同时改造加固施工可能涉及到化学植筋、粘贴碳纤维、粘钢、焊接、屈曲支撑和阻尼器等较多工艺和技术，现场管理繁杂。

此外，改造加固工程与新建工程在信息表现形式、组织构架以及应用主体和趋向等方面也有较多不同。因此，将BIM技术引入到既有建筑的检测鉴定、改造加固设计与施工领域是十分必要且具有重要意义的。

图1 既有建筑3D扫描技术

BIM技术在既有建筑中的应用主要针对规模较大的既有建筑(体量超过1 000m2)检测加固项目，特别是当前房屋加层、插层等各类改造加固项目层出不穷，利用BIM技术实现既有建筑“检测鉴定-改造加固设计-施工”的一体化，可以为改造加固项目实现方便快捷的精细化结构检测、提供符合现场实际情况的BIM模型，优化设计方案、节约施工成本、缩短施工周期、直观运营管理及后期维护等优点。

3 BIM技术在既有建筑检测加固中的具体应用

BIM技术在既有建筑检测鉴定、改造加固设计与施工中的应用，具体可以分为以下三个阶段：

(1)在检测鉴定阶段

既有建筑检测一般包括以下工作： ①对房屋建筑、结构平、立面布置进行现场测绘； ②对结构材料强度进行现场检测； ③对房屋损伤情况进行统计调查并标定记录； ④对房屋沉降情况进行测量并标定。以往上述信息是以图纸、照片及文字的形式在检测报告中呈现的，内容冗长且不直观，后续改造加固过程中设计人员还需再次对房屋结构进行一次全面的调查。若以上信息以BIM模型作为载体呈现，不仅详细直观，在后续改造加固设计中直接使用，该模型还可融入智慧城市管理平台，用于既有建筑的后期运营维护，这也可作为既有建筑检测成果的一个附加值。

对于一些平、立面布置较为简单明晰的建筑，可根据现场检测情况并结合原设计图纸直接建立全面的BIM模型。对于一些原始图纸遗失且测绘较为困难的项目，可根据现场检测情况并结合3D扫描仪扫描形成既有建筑的点云图像[5](如图1所示)，识别既有建筑的空间分布、结构变形、结构构件与围护构件的开裂损伤等情况，形成由点、线、面构成的三维模型，将其整合进入BIM模型。

(2)在改造加固设计阶段

BIM技术将既有建筑的信息进行具体化、可视化表达，将现场检测的既有建筑现状通过三维模型的方式展示出来，体现出既有建筑改造加固与新建工程的本质区别，即工程限制条件-结构形式、操作空间、构件损伤与力学性能等。在此阶段，BIM技术主要可应用于以下几个方面：

1)根据检测鉴定阶段已建立的BIM模型，快速提取结构现有信息数据，对比既有建筑改造前与改造后的建筑功能、结构形式、关键节点及构件的构造情况、力学性能等，预判可能出现的加固情况，是否会对既有建筑的建筑功能或者施工产生影响，优化设计方案。

2)根据检测鉴定阶段已建立的BIM模型，划定改造加固技术的可用操作空间，避免选定的加固方案中设备在运输、安装与使用过程中与既有建筑结构场地发生冲突。

3)当通过增加辅助构件对既有建筑进行改造加固时，利用BIM技术可以快速进行不同构件之间的碰撞检查，规避推倒重来式的浪费。此外，对既有建筑进行局部拆除工作时，BIM模型也能起到较好的指导作用，方便拆除方案的制定。

(3)在施工阶段

在改造加固工程的施工阶段，BIM技术主要可应用于以下几个方面：

1)采用BIM技术模拟施工现场，在模型中叠加既有建筑结构中新增或准备拆除的构件，指导施工，减少对原有结构的破坏；

2)BIM技术可根据实际发生的建筑加固处理结果，采用参数化(自适应)对既有建筑原有的建筑信息模型进行修改并更新，提高改造加固施工与验收效率；

3)BIM技术可以同步提供关于建筑质量、进度以及成本的信息。利用BIM技术可以实现整个施工周期的可视化模拟与可视化管理，大幅提升项目协同能力，优化场地布局(图2所示)，减轻项目管理人员工作强度[6-7]。

图2 既有建筑改造场地优化

BIM技术应用于“检测鉴定-改造加固设计-施工”一体化技术可使各个环节配合得更好，可降低图纸出错率、减少质量事故、增加项目的透明度和可控性等。从长远来看，改造加固工程竣工BIM模型，可为后期建筑物运作、维护和设施管理等方面提供很大价值，其经济效益可持久显现。随着BIM技术在建筑行业越来越广泛的应用，致力于不断满足各类改造加固工程需求，提高改造加固技术水平，最终改变行业思维，提高生产效率。

4 需突破的关键技术

将BIM技术应用于改造加固工程具有迫切的需求和广泛的应用前景，但同时也有两项关键技术需要突破[8]：

(1)基础数据的创建、分析、共享相当困难

我国既有建筑的体量巨大，随着智慧城市的建设发展需要，海量既有建筑信息化模型的基础数据库建立和全生命周期的核心数据管理将会是一项巨大而繁杂的工作，任重道远。此外，既有建筑的运营维护是一个4D关联的数据分析问题，难度高且工作量巨大，传统的处理难以应对既有建筑全生命周期管理的需求，也难以满足获取基础数据的需求。这样海量数据的及时、准确地获取和分析有巨大的挑战，维护方同样也面临海量信息处理的难题。

既有建筑的检测加固是一个很大的行业，海量基础数据库的创建现阶段只能采用人力战术。

(2)知识库建设困难

既有建筑的改造加固和后期运维需要很多知识库的支撑，如加固修复工法库、材料知识库、岗位职责知识库等。这些知识库不仅数据量大，而且根据时间的推移和技术的革新变化很快，一个有经验的项目管理人员每天仍然会遇到很多新问题。目前，传统的知识库建设方法往往是：集中式歼灭战，修订周期长，依赖专家，纸介质方式共享。这种传统知识库建设方法带来的问题是无法跟上既有建筑的需求变化和维护变化，知识库修订好时往往有需要更新了。传统方法还存在共享能力弱的问题，不方便知识随时随地在全员范围内获取。解决既有建筑运维知识库建设问题必须要创新方法论同时，用先进的信息技术来改变这一切。

5 结语

当前BIM技术在既有建筑检测加固与施工领域的应用研究较为缺乏。BIM技术的应用对于实现既有建筑检测加固和后续运维管理，促进大型公共既有建筑全面信息化和现代化管理、促进智慧城市建设发展具有重大意义和广阔的应用前景。特别是当前各类既有建筑检测加固项目层出不穷，BIM技术在既有建筑检测加固领域具有较强的工程应用价值，可以作为一个技术创新点进行研究探索。

参考文献：

[1]中华人民共和国住房和城乡建设部.2011-2015年建筑业信息化发展纲要， 2011(5)

[2]中华人民共和国住房和城乡建设部. 关于推进建筑信息模型应用的指导意见， 2015(6)

[3]张建平.工程建设BIM最新应用与发展.中国BIM门户网， 2015(7)

[4]张俊傥， 李永录．BIM技术的发展趋势及其在检测鉴定中的应用研究[C]．第四届全国工程结构安全检测鉴定与加固修复研讨会，北京， 2015

[5]李亚东， 郎灏川，吴天华．现场扫描结合BIM技术在工程实施中的应用[J].施工技术， 2012， 18:19-22.

[6]张顺宇．BIM技术在建筑改造结构设计中的应用[J]．工程建设与设计， 2014， 9:29-33.

[7]赵雅丽．三维建模技术的研究及其在楼宇结构与管网中的应用[D]．沈阳工业大学， 2007

[8]赵景学， 姜立，王会一．BIM技术在文物建筑保护中的应用可能性研究[J]．土木建筑工程信息技术， 2012， 4(1)： 43-46．

Research on Application of BIM in Inspection and Reinforcement for Existing Buildings

Jiang Lu1， 2， 3，Zheng Hao1， 2， 3

(1.Shanghai Research Institute of Building Sciences(Group)Co.， Ltd(SRIBS).， Shanghai 200032, China;2.Shanghai Jianke Engineering Reconstruction Technology Co.， Ltd.， Shanghai 200032, China； 3.Shanghai Key Laboratory of Engineering Structure Safety，SRIBS， Shanghai 200032, China)

Abstract：Presently，the application of BIM mainly focus on the construction of new projects，while lack of research on application in the inspection and reinforcement for existing buildings.This paper summarizes the different demands in BIM application between newly constructed buildings and existing buildings，and simultaneously points out the application trend and the problem which need to be solved during each stage for existing buildings in inspection，strengthen design，and construction.It could be used as a reference for engineers and scholars in the future similar studies.

Key Words：BIM； Existing Buildings；Inspection and Strengthen

【基金项目】上海市科委应用技术开发专项资金项目(编号：2014-116)

【作者简介】蒋璐(1986-)，男，博士、高级工程师。主要研究方向：结构抗震加固、消能减震。

【中图分类号】TU362；TU17

【文献标识码】A

【文章编号】1674-7461(2016)05-0026-04