BIM技术在施工过程中的应用

GXF360 2017-06-22

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BIM技术在施工过程中的应用

□文/刘月军刘钫崔岩刘晓铮

【摘要】：以天津陈塘科技商务区1-2号地块工程为例，采用BIM技术进行图纸审核和施工方案模拟优化。结合现场工程实际，利用鲁班软件建立BIM建筑模型，对工程图纸进行各专业交互模拟分析，模拟复杂节点施工，解决复杂节点施工难度大和工程损耗多的问题；通过管线综合布局和碰撞检查，达到预留洞口精确定位的目的；通过采用BIM技术，实现了二次砌墙的标准化，保证工程的工期和工程质量。

【关键词】：BIM；施工管理；节点碰撞；管线优化；预留洞口

1 工程概况

天津陈塘科技商务区1-2号地块工程总建筑面积10万m2：其中地下部分建筑面积3.89万m2，地上部分建筑面积6.10万m2。地上部分由办公楼、商务客房及酒店组成。办公楼框剪结构，地上11层，总高度54.3 m；商务客房框架结构，地上6层，总高度35.9 m；酒店框筒结构地上15层，总高度72 m。楼座均设有两层地下室，与地下车库连为一体，见图1。

图1 工程模型

2 采用BIM技术的必要性和前期准备

2.1 采用BIM技术的必要性

BIM技术能够解决专业配合不到位、设计考虑不彻底、图纸优化参差不齐及施工配合不理想、施工工期有偏差、管理有缺陷、安装无优化等问题，避免图纸频繁变更、工程工期延后、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，以减少返工和整改，达到节约工程成本的目的[1～3]。

利用鲁班软件建立BIM建筑模型，解决设计图纸中的问题，进行可视化的交底、生成标准化模板、进行成本的精细化管理。同时，利用移动终端（智能手机、平板电脑）采集现场数据，建立现场质量控制点、安全风险、文明施工等数据资料，与BIM模型即时关联，方便施工中、竣工后的质量管理等数据的统计管理。

2.2 前期准备

为更好落实BIM技术，在工程开工前便成立BIM小组并对小组内部进行了详细的工作分工，明确各方职责，提高工作效率，为实现施工管理阶段的精细化管理提供保障。

3 BIM技术在施工过程中的应用及其效益

根据工程特点，以设计提供的二维施工图为基准，重点研究施工管理阶段的BIM体系建立、现场总平面布置、碰撞检查等，以实现基于BIM技术的精细化管理。

3.1 对二维施工图纸进行审查

在BIM技术建模前，应会同各方对前期技术文件进行合理的分类，确定统一的工程样板、建模标准和其他规则等，要求参与专业采用统一模板、统一标准进行建模。在建模过程中，将发现的图纸错误和偏差进行分类汇总，及时与工程人员和设计人员沟通协商，以缩短校验时间；定期对BIM进行整合，检查模型偏差并及时进行修改，以免造成难以整合甚至返工，导致误工等损失。

该工程共审核发现检查图纸问题30处，发现图纸问题后，与设计沟通，根据设计回复，及时优化BIM模型，利用BIM模型提供的精确BIM数据，对现场的量项进行控制，对施工班组进行用料考核。

3.2 优化施工总平面图布置

通过采用BIM三维模型体现现场临建的位置与空间变化。通过对施工临建布置、塔式起重机运行空间分析、重型起重机等设备行走路线的优化、钢筋、模板等材料的临时堆放区布置、现场人员安全行走路线布置等，合理安排施工总平面，为各参建单位协同工作提供必要条件，充分考虑绿色施工和降低成本的要求。

3.3 优化钢筋排布形式-型钢梁与型钢柱的钢筋碰撞检查

在型钢梁和型钢柱的交接位置，钢筋的排布较为密集，见图2。

图2 型钢梁与型钢柱节点

主要有以下3个问题：

1）型钢梁主筋易与型钢柱翼缘板和腹板位置发生碰撞；

2）当梁主筋与型钢柱翼缘板碰撞时，要求型钢柱翼缘板不可开洞；

3）当梁主筋与型钢柱腹板碰撞时，型钢梁腹板可以开洞，但是需在钢结构加工时预留孔洞，现场不得加工。

通过BIM的可视化效果，清晰的列出相应节点碰撞情况，见图3，包括每一个节点具体有多少根钢筋可以穿腹板、多少根钢筋需要焊接、多少根钢筋需要绕过、相应的钢筋长度多少和标高多少等问题。

图3 可视化效果

例如：本工程2#楼3层某节点处主筋需穿孔28根、遇型钢焊接接头14处，通过BIM模型，对该复杂节点进行了深化方案模拟，清晰的列出相应节点碰撞情况并进行节点位置钢筋排布优化。明确了需要在型钢柱腹板处为梁主筋开孔加工数量及位置，钢筋需要焊接数量及位置，使梁、柱的主筋、箍筋及型钢柱共存的复杂节点立体化，合理排布空间立体层次，确定最优排布方案。根据最优排布方案，提前规划型钢柱腹板的预留孔洞，避免进行二次加工，节省工期2 d。

通过BIM的可视化分析，确定节点处钢筋最优排布方案，以合理的施工顺序和精细化的材料加工，保证了节点部位工程质量，进而提高整个工程质量，同时节省工期5～6 d，节约耗材。

3.4 二次砌筑标准化

在前期的二维施工图纸中没有明确二次砌筑部分构造柱和圈梁等的具体位置，在进行标准层的施工时，存在标准层每层构造柱位置不同的问题，而且后期与建设单位核对工程量的时候，没有统一标准及理解问题，容易造成核对算量偏差，导致成本损失。

利用BIM技术，通过规范要求制作构造柱建筑模型，明确构造柱位置，构造柱钢筋及混凝土使用量；同时结合预留洞口位置，防止预留洞口与构造柱冲突，影响结构安全，在规范允许情况下对构造柱及预留洞口进行调整；在确定构造柱及预留洞口位置后，对二次结构进行砌体排布，确定端头与交接部位二次结构砌体具体尺寸，根据排布的砌体材料尺寸，在加工厂进行定制加工，降低砌体材料在工程中的损耗。

3.5 专业水电安装管线综合排布方案模拟

管线综合优化不仅是单纯的主管线之间的调整，还可以是指构件的详细信息，比如水管道的流量，风道的风量，同时还可以设置设备所需的参数，除了自身的参数，如空调机柜的最大功率，额定电流等，还可以对其进行详细的标注具体的型号、制造商、部件代码等。由于BIM模型已集成了各种设备管线的信息数据，因此还可以对设备管线进行精确地列表统计，部分替代设备的算量工作。

以最重要的机电管线举例，机电涉及专业多并且还要考虑结构避让或者预留孔洞等情况。以往工程经常出现机电各专业之间碰撞以及机电与结构的碰撞，往往需要拆除进行返工影响施工进度。另外，管线排布不合理也会影响室内净空高度。

在施工阶段时，先结合结构BIM模型（梁、柱、板等）与机电系统（风管、水管、桥架等）在BIM系统中进行碰撞检查，快速找对碰撞点并形成相应的碰撞报告，注明碰撞位置以及碰撞的管线规格型号等。同时，针对碰撞结果对管线进行优化排布工作，模拟出建筑模型方案，确定综合管线走向、入户标高及位置，明确全管线综合支架的位置、数量、重量、刷漆面积等数据。施工中，按照事先制定的模型进行统一样式的材料加工及安装工作。

经过管线综合优化与砌体碰撞后，发现预留洞口共计880个，无标注洞口197个；洞口标注过小333个，洞口标注过大275个；洞口标高不对75个。共计节省费用8万元。通过虚拟施工，本工程在管线碰撞得到了一个很高的提升，也使后面施工的管线更加美观，见图4。