来源丨南通职业大学学报
作者丨郭金宏，张延龙，徐海洋
为缓解一线城市人口密度过高与土地资源不足这一矛盾，超高层建筑成为未来城市建筑发展的重要方向[1]。超高层项目技术难度大，造价成本高，涉及专业多，施工管理复杂[2-3]。BIM（建筑信息模型）技术的应用成为解决这一系列难题的关键[4]。目前，BIM技术在我国的理论研究和实践应用尚处于起步阶段，且主要集中在建筑设计方面，在施工领域的理论研究和实践应用相对较少。本文以北京奥体南区二号地B座商业办公楼项目为例，拟探讨BIM技术在超高层工程项目施工管理中的应用点，并实现Revit软件与鲁班软件的对接，获得了预期效果，积累了一定经验。
1 工程概况及难点
奥体南区2号地B座办公楼为一栋超高层大型综合性商务建筑，总建筑面积为122151.1㎡，建筑总高度为147.15m。工程地上31层为商务办公写字楼和配套商业用房，地下5层为商场、后勤、设备用房、车库和机房等，其中地下4层、5层为人防工程。
该工程结构形式为钢管混凝土柱框架-钢筋混凝土核心筒结构体系，主楼采用钢筋混凝土后压浆钻孔灌注桩基础；地下室部分采用平板式桩筏基础。工程具有以下几方面的难点：
（1）施工难度大
建筑物紧临红线，钢构构件较大，场地狭小，超高层结构节点复杂，钢管柱砼、静性钢柱，桁架楼层板等大构件施工难度大，安全立体交叉防护难度大。
（2）施工要求高
项目质量要求高，要争创国优、国家“AAA”级文明安全标化工地，争获鲁班奖、美国LEED认证金奖、国家绿色施工工地等国家级奖项。
（3）施工资料多
施工图、深化图、变更图众多，版本更新快，图纸查找困难，节点图不详尽，土建、结构、机电、钢结构、幕墙等专业图纸冲突多。
（4）施工管理复杂
工期短，涉及专业多，进度控制难。协调管理难，质量安全问题汇总难。内外变更、签证多、收入支出对比困难，资金流量难以确定。变更索赔时效性强、变更计量工作量巨大。
2 BIM技术的应用流程设计
为攻克上述工程难点，本项目开工前，由项目经理牵头，项目总工及BIM负责人协调策划BIM的应用过程和实施方案，构建组织结构如图1，实施技术流程如图2。
图1 BIM技术组织应用架构
图2 BIM技术应用流程设计
3 BIM技术的主要应用点
针对本工程难点，主要采用Revit、鲁班BIM，Navisworks三款软件，从10个方面实施施工管理。
3.1 现场布置
施工场地狭小，出地面结构多，可利用场地比实际小。钢管柱尺寸长12m，直径1.4m，一次进场4根以上，另有劲性柱12根，每层钢梁73根。现场布置难度很大。采用Revit搭建模型，通过模型漫游、动画演示，各专业人员直接讨论方案的可行性，综合布置施工现场，减少二次搬运。利用设计模型，预先设计标准化构件，提高工作效率。经策划布置后充分利用了场地，布置如图3，其中主体施工区域2656.30㎡、办公区503.79㎡、主通道1 109.23㎡、钢构材料堆放区848.05㎡、水电仓库117.61㎡、钢筋加工区1 176.86㎡、安全通道183.21㎡、临时停车场450.45㎡，厕所76.67㎡，布置后三维效果如图4。
图3 现场平面布置
图4 现场三维布置图
3.2 碰撞检测
设计院图纸各专业都是单独设计，难免出现碰撞问题，人工核算很难考虑到三维的碰撞，且工作量巨大，优化的难度更大。但通过BIM建模可利用计算机快速计算出碰撞点。如机电设备管件较大，需工厂定型加工，一旦出现问题会带来较大损失，通过碰撞检测可提前发现，加以优化，减少损失，保证施工顺利进行。BIM还可用于钢构与主体、钢构与钢筋，主体钢筋间的碰撞检测。奥体项目采用Navisworks中的碰撞检测功能对BIM模型进行检测。通过机电与主体结构，机电与水暖间进行碰撞检测共发现碰撞点1376处，碰撞报告如图5。综合考虑，共节省成本23.5401万元，节约工期10天。
图5 碰撞报告
3.3 图纸审查，技术交底
目前的图纸是多专业分开绘制，有时要对照多份图纸，才能找到要查找的某一节点图，施工经验不足的管理人员看图纸要花费大量精力，若将这部分工作交由BIM团队来完成，通过BIM建模，将各专业图纸融合到一起，形成三维模型后，管理人员看到三维图形，对工程有一个直观了解，即可指导施工[5-6]。奥体BIM组在建模过程中发现图纸不明确或错误44处，建筑结构图纸冲突、不合理、缺少构件等共计72处。
3.4 安全防护
对建筑物进行整体建模后，可发现高危点，如图6、7所示塔吊的覆盖范围、临边洞口等存在较大安全风险处，需及时进行防护。奥体项目共发现临边洞口等需防护部位786处，针对这些部位，定型化设计防护构件34个。
图6 塔吊覆盖范围安全通道防护
图7 临边位置防护
3.5 施工指导模拟
超高层结构复杂，施工中可能遇到很多问题，若不能及时发现会带来较大的经济与时间损失。应用BIM技术，可在未开始施工时，通过计算机不限次地模拟施工过程，来对作业人员进行技术交底，指导施工以减少损失。图8为钢管柱吊装模拟。
图8 钢管柱吊装模拟
3.6 质量、安全协调管理
BIM技术在质量安全方面的优势，还体现在管理方法的变革上。从传统的人与人面对面交流，变为服务器上传问题，终端下载解决的方式。传统的方式，浪费时间，对出现的问题也不能及时汇总，有时问题多了，还会遗忘。BIM的应用可减少沟通难度，节约时间；通过拍照上传，对问题形成资料如图9；通过定位查找，可针对问题及时修改，并可对比改正前后的效果。将这些资料收集起来，还可进行统计分析，制定措施，明确下一步施工时哪些方面需要改进，并作出调整。
图9 质量资料图
3.7 进度计划
将进度计划与目前的工程结合，可将静态的进度变为动态的过程模拟如图10所示，根据模拟情况来控制或调整施工进度。若加入工程成本，还可对各阶段的现金流需求有一个动态的体现。
图10 进度计划模拟图
3.8 工程成本控制
在造价方面，可采用两种方法：一种是Revit提取明细表，其优点是工程量准确，但在构件间重叠部分的扣减不符合国内标准，故需在建模过程中进行调整并在后期二次开发插件；另一种是用Revit模型导入鲁班或者在鲁班软件中直接算量。本项目采用的是鲁班算量，由于按照模型施工，故不存在单纯算量时的漏算问题。且由于模型的信息准确，可随时获知施工段材料用量并限额领料，并通过材料消耗，推算进度。还可通过软件将现场施工实际工程量与模型计算工程量进行对比，对于超出模型工程量的地方，进行调查，找出产生差异的原因，推断是由于造价提量不准，导致现场施工浪费，还是由于技术问题造成材料浪费，从而加以改善，以达到控制成本的目的。
3.9 结算审计配合
在施工过程中产生的洽商、变更等经济文件都可随模型建立过程进行对应，并作为最后结算审计的依据。
3.10 资料数据库
数据分结构化与非结构化两种，只有结构化的数据才能被查询利用。资料数据库包括施工技术资料、施工管理资料以及机电管线等构配件的采购地址、规格型号、造价等信息，方便后期查找、追溯。
4 BIM技术的应用效果
4.1 经济效益
对奥体项目BIM应用的经济效益进行量化分析，结果如表1。
4.2 社会效益
奥体项目BIM应用成果参加由中国建筑业协会质量分会组织举办的“第二届中国工程建设BIM 应用大赛”获得“推广应用奖”，参加由北京市建筑业联合会组织举办的“2014年北京市工程建设BIM应用成果大赛”获得三等奖，参加由上海市建筑施工行业协会组织举办的“上海建筑施工行业首届BIM技术应用大赛”获得二等奖。奥体项目BIM技术应用，得到了业内同行的高度认可，吸引了北京京汉邦信置业有限公司、北京天润置地集团、江苏信拓建设（集团）股份有限公司等多家业主单位、兄弟单位超过800人次的参观交流，提升了承建单位的品牌影响力。奥体工程项目的BIM应用与探索为企业BIM技术的应用培育了人才，奥体项目的BIM小组已可以用鲁班软件进行建模应用，更好地推动BIM技术的发展，为后续进行更深层次的BIM技术应用打下了坚实的基础。
5 结语
目前BIM的技术应用已达百种，已取得了一定成效，但还存在很多问题，如不同软件对接时数据的丢失、设计模型与施工模型的对接使用、特殊构件的归类等，有待进一步解决；如何将BIM技术与现阶段的施工管理相结合，如何与机械化、智能化、大数据的应用相结合，还有待进一步的研发。
参考文献：
[1] 吴荻.论BIM 技术及其在工程成果控制中的应用[J].现代装饰（理论），2012（5）：175-177.
[2] Chuck Eastman，Paul Teicholz，Rafael Sacks， et al.BIM Handbook:A Guide to Building Information Modeling for Owners，Managers，Designers Engineers and Contractors [M].Second Edition. Hoboken，New Jersey，American & Canada:John Wiley & Sons Inc，2011.
[3] Dana K.Smitn.Building Information Modeling -A Strategic Implementation.Guide for Architects，Engineers，Constructors and Real Estate Asset Managers [M].New York：John Wiley & Sons Inc，2009.
[4] 清华大学BIM 课题组. 中国建筑信息模型标准框架研究[M].中国建筑工业出版社，2011：3.
[5] 陈延敏，李锦华. 国内外建筑信息模型BIM 理论与实践研究综述[J]. 城市，2013（10）：72-75.
[6] 杨东旭.基于BIM 技术的施工可视化应用研究[D].广州：华南理工大学，2013.
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