BIM 技术在大型公共建筑施工中的应用研究

郭伟刚

（杨凌职业技术学院，陕西 杨凌 712100）

随着大型公建设计理念超前、表达手段丰富，要想在施工中将这些设计思想充分展示出来是离不开BIM技术支持的。目前，BIM 技术在建筑领域日趋成熟，其具备的可视化、参数化的特点是能够有效解决大型公建设计超前化所带来的一些施工难题。沈康等通过对当前深基坑工程的现状进行分析，提出BIM 技术应用在深基坑工程施工中的重要作用，并结合实际案例进一步阐述BIM 技术在实际工况中的应用，为解决深基坑施工难题提供了有效途径。杜烨以具体项目为例对所研究的基于BIM 的工程质量管理流程进行了分析。在施工建造阶段，在业主SPV 公司的组织下，协调总包方、设计方、监理方以及咨询方对本项目的施工质量进行全过程的信息化管理，最终将所取得的成果和效益进行分析。杨嘉欣重点关注了建筑安全管理，通过构建BIM 信息模型、无人机和倾斜摄影技术优化场地、基于BIM 与RFID 技术的安全监控预警、基于BIM 与VR 技术的动态施工模拟及安全教育培训的具体应用和应用效果评价，验证此安全系统的可行性。

本文将对BIM 技术在相关施工中的应用进行探索分析，这对于改善施工的质量、成本、进度具有十分重要的作用。

1 BIM 技术概述及特点

1.1 概述

BIM 技术是一种数据化管理工具，主要用于工程设计、建设、管理等各个领域，其通过建立虚拟建筑工程的三维模型在应用过程中其起到了信息共享和传递的作用，将建设过程中所产生的数据、信息、决策等进行共享和传递，使参与者能够准确了解建造信息，并及时作出应对，提高了生产效率，节约了成本。

1.2 特点

1.2.1 信息的关联性与完备性

BIM 模型中的信息图元与参数是相互联动的，操作平台可以随时对模型构建所富含的信息进行实时计算更新，并生成对应的数据与图标。随着BIM 模型中的图元模块信息量的不断增加，与之相关联的其他构建信息与图元将发生对应的更新与反馈。信息的完备性是指BIM 技术除可以对建筑施工项目进行三维表现外，还可以对其他非几何图元信息进行表达，这样就形成了一个比较完整的表达形式。

1.2.2 信息的一致性和可视化

在建筑项目寿命周期的各个阶段，构件与之相对应的模型所包含的信息数据是一致的，不存在信息滞后或重叠的现象。并且模型信息是随着时间的推移与构件保持着一种联动状态，对于不同阶段的构件可以了解其信息，根据情况进行主动维护与更新，可以防患于未然。所见即所得是BIM 模型最鲜明的特点，由于整个过程都处于可视化的状态，不仅可以进行建筑设计、施工，在后期对其进行全寿命周期管理也能以此数据进行，避免因二维图纸与经验施工而导致的误差与变更。

1.2.3 可出图性与协调性

从建设项目的前期到实施阶段再到后期的运维阶段，各个参与方之间密切协调与管理，协调与管理的效率决定着整个建设项目的效率。在建设前期，BIM 技术可以对各专业之间的碰撞节点与盲点预测优化设计方案也可对实施阶段的现场施工进行预测，从而节省工期，提高效率。当然其协调性不仅仅体现在解决碰撞问题，还可以解决项目在前期无法预测到的一些问题，如：特殊施工节点与其他专业之间的深化协调、防火分区与其他设计之间的关系协调等问题。因其三维可视化的特点，BIM 模型可随意进行各个角度的剖切，以形成相应的图纸。这些图纸都是随着BIM 模型图元信息实时更新。可以随时由模型导出图纸，通过图纸对建筑物进行分析与协调。

1.2.4 优化性和模拟性

随着科学技术的发展，BIM 技术在建设项目中的应用也在不断地进行着优化。现代建筑的规模和复杂程度远远超过传统图纸表现能力的极限，而BIM 模型基本上承载了建筑全寿命周期的所有信息，这种强大的功能为复杂项目的建设成功提供了可能性。依据基础的BIM 模型可以随时添加各种参数信息，对其进行事前模拟与演练，然后再分析研究，为建筑方案的不断优化完善奠定了扎实基础。在建设前期，BIM 技术可以对方案的设计、优化提供支持，如：进行建筑能耗分析、日照分析、防火分析等；在建设实施阶段可根据施工组织设计导入BIM 模型进行仿真模拟，特别是对一些危险性较大的分部分项工程可以事先模拟从而为实际施工提供理论指导，达到进度目标。不仅如此，还可以通过BIM 技术对建筑物的建造及后期的运行及管理实行动态分析与控制。

2 公共建筑特点与施工难点

2.1 建筑风格多样

公共建筑作为人类从事社会活动的载体，其风格和造型不仅反映了一个时期的城市风貌，同时也是一个时代物质文明和精神文明的象征。在经济全球化与市场主体多元化的浪潮下，建筑的设计风格也呈现多样化。尤其在各种思潮、流派的影响下，建筑的设计需要考虑人们与日俱增的需求，高科技、现代、后现代、古典主义及各种地域文化，彰显着不同的时代气息，也正是这些思潮流行使得建筑风格多样化。总体来说，建筑的风格是朝着现代化的方向在发展。

2.2 结构复杂，专业性强

公共建筑需要综合考虑不同使用要求，为了满足不同功能的需求，常用的结构形式有：①混合结构，以砖石承重或混凝土承重，因其受到跨度上的约束故其承重墙的布置多以矩形为主，生活中最常见的建筑大多如此，如学校宿舍楼、办公楼等。②框架结构，这种结构形式的承重系统与非承重系统分工明确。因而室内空间可以根据需求自由组合，封闭、半封闭、开敞式均可，分割空间的形式也是多样的，轻质隔墙、砌块，可以是直线分割也可曲线分割，空间使用极其灵活。③空间结构，常见的空间结构包括拱结构、空间薄壁结构和网架结构。拱结构比行架结构具有鲜明的力学特点，解决水平推力是其主要特征。如秦始皇陵兵马俑一号坑展厅就是典型的拱结构。空间薄壁结构的刚度不像其他结构那样随着跨度增加要增大结构断面，因此所需材料消耗量低，厚度很薄。另外，其壳体有骨架和围护结构的双重作用。网架结构，由多根杆件按照一定形式通过节点连接而形成的空间结构。常见于体育馆、机库、展览厅等对空间要求较大的建筑物。

2.3 功能要求复杂

人们的主要活动空间在建筑中，而在众多建筑类别中又数公共建筑数量多。这就对公共建筑的设计、施工提出了较高要求。其人流集散的性质复杂、容量需求大。因此，不同类型的公共建筑也常因其使用性质的不同，在功能关系与空间组合上的表现更为复杂。

2.4 交通流线复杂

由于公共建筑人流具有连续性、集中性等特点，这就决定了公共建筑的交通流线组织必然是复杂的。针对这一特点，公共建筑在设计时也采取了多种解决方案，常见的交通流线组织方式有：①平面的组织方式，其适用于中小型建筑，人流组织较为简单，在同一平面解决交通流线问题，避免不必要的上下活动，达到使用方便的目的。②立体的组织方式，适用于大中型公共建筑，由于这类建筑功能复杂，仅靠平面无法解决交通流线问题，因此采用了立体的组织方式。③综合的组织方式，适用于大型且功能复杂的公共建筑，就是将平面组织与立体组织相结合，这种组织方式适应性强，可以满足各种不同形式的公共建筑。

2.5 机电安装复杂

大多数公共建筑的功能、施工工艺、管线系统都要比普通建筑物复杂。面对这些情况，其建筑、结构、机电等系统需要快速整合难度是非常大的，并且在后期也需要更多的维护。

2.6 施工中分包多，总承包管理任务量大

根据大型公共建筑的特点，除了普通的土建施工外，还可能涉及装饰装修等高精度施工、安装工程、室外工程、市政和水暖等各专业，施工交叉作业多、机电、材料、设备采购量大，因此，对总包的管理提出了较大的挑战，必须要有行之有效的方法来实现安全、质量、进度和成本等目标。

3 BIM 模型维护

3.1 模型检查

在模型建立完成后，对照各专业的CAD 图纸，并请项目总工审查该模型的正确性，再对各专业模型进行整合，开展碰撞和净高控制检查，确保模型准确无误，指导现场施工。

3.2 模型更新与维护

BIM 工作小组要与设计院保持密切联系，第一时间将收到的设计变更在BIM 模型中及时更新，并与其他专业模型再次进行协调检查，确保无误后应用于现场施工。对于变更较大或需各专业统一协调修改的部位，可进行三维模型的变更交底，相关专业需配合参加。分包专业的变更需及时对模型作出修改，并先进行自我核对确保无误后通知总包BIM 小组人员修改部位，总包将模型再次进行专业之间的核查。各专业模型应在本地备份，并对模型版本进行管理，将不同版本的模型进行分类管理。

3.3 使用和管理要求

模型必须由BIM 小组成员使用。各专业的BIM模型在完成之后由各专业的BIM 负责人备份管理，在核对无误后上交总承包单位BIM 负责人，总承包单位BIM 负责人对各专业的模型进行备份并注明日期。当因为变更等需要对模型进行修改时，由各专业BIM 负责人与小组成员对模型进行更新，更新完成后，各专业BIM 负责人对更新后的模型进行核对，核对无误后注明日期及更新缘由后上交总承包单位，总承包单位BIM 负责人对模型核对无误后对模型进行备份。

4 BIM 技术在公共建筑施工中的应用

4.1 临建布置策划

BIM 技术提供场地施工组织三维模型图，对现场的机械布置、加工区、物料堆放、车辆进出、生活区、办公区临建搭建、临水、临电及排污等市政设施等进行可视化展现。场布规划的实施主要以BIM 软件出图为依据进行指导布置。

4.2 土建深化设计

检测建筑与结构板标高的位置是否存在问题。检测型钢混凝土设计是否存在问题。对结构钢筋与钢构、复杂混凝土柱、梁交差节点进行重点可视化优化和分析。对施工过程中出现的问题和复杂施工节点利用BIM 模型进行讨论和交流。对楼梯间、坡道的空间进行检测。检查相应区域的门、窗能否正常开启，安装、开启方向是否正确，开启时与其他构筑物是否有碰撞。通过深化模型的建立，发现图纸中不合理的地方，整理形成碰撞报告，并与甲方、设计院提前商议解决问题。深化设计流程如图1 所示。

图1 土建深化设计流程

4.3 机电深化设计

在大型公共建筑中，地下室人防部分空间布局复杂、系统繁多，对设备管线的布置要求高，设备管线之间或管线与结构构件之间容易发生碰撞，给施工造成困难，无法满足建筑室内净高，造成二次施工，增加项目成本。因此，通过与土建模型整合后的深化设计，对设备和管线进行综合排布，对地下室的净高进行优化，并对其中的碰撞问题予以解决，输出优化后的管综排布图纸和留洞图，从而指导现场的施工。深化设计流程如图2 所示。

图2 机电深化设计流程

4.4 标准层精装修

在大型公共建筑中，对标准层的装修方案进行深化设计，以三维可视化的方式进行装修方案的比选，并对重点部位的做法和料单进行展示和提取，以此推进BIM 技术在装饰装修阶段的应用。

4.5 施工方案模拟

通过BIM 技术进行施工方案的模拟，结合人、材、机的有效利用，使施工方案更加符合现场实际情况，避免返工及耽误工期，从而提高管理效率，节约项目成本。在确保方案的合理后以动画的形式交付专业工长进行现场实施。

4.6 进度计划的模拟

在工程施工中，运用软件对施工进度进行模拟，利用3D 模型和施工进度计划挂接，进行可视化的进度展示，并可对施工进度计划进行优化，使项目管理人员很快了解进度计划的重要节点。

同时，与现场的施工进度进行对比，发现进度管理中的问题，及时采取措施，进行纠偏调整，确保项目的整体进度。

4.7 工程量的提取

BIM 模型创建完成后可以对施工所用钢筋、混凝土等各种材料的用量进行提取，指导现场的施工，减少现场资源的浪费，并为每月的成本分析提供数据支撑，辅助项目的成本管理。

5 结束语

综上，大型公共建筑项目的组织管理、施工、各专业的优化协调都有着一定的特殊性，相对于普通工程，其要求更高，难度更大，需要在过程管理中进行更多协调。在建筑施工中应用BIM 技术，对于解决施工组织、管线系统、施工工艺等一系列问题，实现项目的全过程管理具有较高应用的价值。