建筑工程BIM信息化管理研究與應(yīng)用
一、立項(xiàng)原因
BIM是建筑信息模型的簡(jiǎn)稱，它的核心是通過(guò)建立虛擬三維模型，利用數(shù)字化技術(shù)將工程項(xiàng)目進(jìn)行可視化的呈現(xiàn)，將原來(lái)的二維圖紙升級(jí)成為5D模型，通過(guò)優(yōu)化施工過(guò)程，做到多效協(xié)調(diào)管控，達(dá)到為項(xiàng)目增值的目的。
BIM技術(shù)具有可視化，協(xié)調(diào)性，模擬性，優(yōu)化性和可出圖性五大特點(diǎn)，它可以運(yùn)用于施工場(chǎng)地分析、建筑策劃、方案論證、性能化分析、工程量統(tǒng)計(jì)、管線綜合、施工進(jìn)度模擬、施工組織模擬、建筑系統(tǒng)分析等施工全生命周期的各個(gè)階段。建筑工程中應(yīng)用BIM技術(shù)，打造智慧化工地，有助于提高設(shè)計(jì)和施工人員的工作質(zhì)量以及工作效率，也項(xiàng)目各方的溝通提供了可靠的依據(jù)。
應(yīng)用BIM技術(shù)進(jìn)行工程項(xiàng)目的信息化管理，構(gòu)建工程信息模型,發(fā)揮其在項(xiàng)目策劃、設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)維等方面的重要作用，在推動(dòng)建筑行業(yè)的科學(xué)發(fā)展上起著至關(guān)重要的作用。
二、研究?jī)?nèi)容及創(chuàng)新點(diǎn)
我們以“同弘朗庭”、“同錦世家”、“雙創(chuàng)中心”三個(gè)項(xiàng)目為例，通過(guò)BIM技術(shù)分別創(chuàng)建建筑、結(jié)構(gòu)、機(jī)電MEP模型，并對(duì)三者進(jìn)行關(guān)聯(lián)組合，發(fā)現(xiàn)建筑同建筑、建筑同結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)同機(jī)電相互之間的沖突關(guān)系，從而優(yōu)化實(shí)施方案，主要通過(guò)以下幾個(gè)方面進(jìn)行實(shí)施：
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BIM三維場(chǎng)地布置
通過(guò)運(yùn)用廣聯(lián)達(dá)場(chǎng)布軟件創(chuàng)建了建筑模型以及場(chǎng)地模型，并將工程周邊及現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際環(huán)境信息放到模型中，建立直觀的三維施工場(chǎng)地平面布置模型。參照工程進(jìn)度計(jì)劃，形象直觀地模擬各個(gè)階段的現(xiàn)場(chǎng)情況，靈活地進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)平面布置，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)平面布置合理、高效。通過(guò)將施工現(xiàn)場(chǎng)中的臨設(shè)、生產(chǎn)操作區(qū)域、辦公生活區(qū)、材料堆放區(qū)等以動(dòng)態(tài)的方式進(jìn)行合理布局，優(yōu)化施工場(chǎng)地布置方案，模擬大型機(jī)械的安裝使用覆蓋范圍，提高現(xiàn)場(chǎng)機(jī)械設(shè)備的覆蓋率，降低運(yùn)輸費(fèi)用及材料二次搬運(yùn)成本。
BIM施工場(chǎng)地布置
BIM施工場(chǎng)地布置
施工區(qū)域布置
施工場(chǎng)地整體布置
（2）BIM施工資源管理
通過(guò)將BIM與施工進(jìn)度計(jì)劃相鏈接，將空間信息與實(shí)踐信息整合在模型中，可以直觀、精確地反映整個(gè)建筑的施工過(guò)程和虛擬形象進(jìn)度，對(duì)項(xiàng)目施工進(jìn)行精確計(jì)劃、跟蹤和控制，動(dòng)態(tài)地分配各種施工資源和場(chǎng)地，實(shí)時(shí)跟蹤工程項(xiàng)目的實(shí)際進(jìn)度，并通過(guò)計(jì)劃進(jìn)度與實(shí)際進(jìn)度進(jìn)行比較，隨時(shí)隨地三維可視化監(jiān)控進(jìn)度進(jìn)展，對(duì)于施工進(jìn)度提前或者延誤的地方用不同顏色高亮顯示，做到及時(shí)預(yù)警，及時(shí)分析偏差對(duì)工期的影響程度以及產(chǎn)生的原因，采取有效措施，實(shí)現(xiàn)對(duì)項(xiàng)目進(jìn)度的控制，保證項(xiàng)目能按時(shí)竣工。優(yōu)化使用施工資源以及科學(xué)的進(jìn)行場(chǎng)地布置，對(duì)整個(gè)工程的施工進(jìn)度、資源和質(zhì)量進(jìn)行統(tǒng)一管理和控制，以縮短工期、降低成本、提高質(zhì)量。
通過(guò)該模型，計(jì)算、模擬和優(yōu)化對(duì)應(yīng)于項(xiàng)目各施工階段的勞務(wù)、材料、設(shè)備等的需用量，從而建立勞動(dòng)力計(jì)劃、材料需求計(jì)劃和機(jī)械計(jì)劃等，在此基礎(chǔ)上形成項(xiàng)目的計(jì)劃成本，其中材料需求計(jì)劃的準(zhǔn)確性、及時(shí)性對(duì)于實(shí)現(xiàn)精細(xì)化成本管理和控制至關(guān)重要，并以此為依據(jù)指導(dǎo)采購(gòu)，避免材料資源堆積和超支。
根據(jù)形象進(jìn)度，利用BIM模型自動(dòng)計(jì)算完成的工程量并向業(yè)主報(bào)量，與分包核算，提高計(jì)量工作效率，方便根據(jù)總包收入控制支出進(jìn)行。
在施工過(guò)程中，及時(shí)將分包結(jié)算、材料消耗、機(jī)械結(jié)算在施工過(guò)程中周期地對(duì)施工實(shí)際支出進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，將實(shí)際成本及時(shí)統(tǒng)計(jì)和歸集，與預(yù)算成本、合同收入進(jìn)行三算對(duì)比分析，獲得項(xiàng)目超支和盈虧情況，對(duì)于超支的成本找出原因，采取針對(duì)性的成本控制措施將成本控制在計(jì)劃成本內(nèi)，有效實(shí)現(xiàn)成本動(dòng)態(tài)分析控制。
同弘朗庭主體結(jié)構(gòu)施工模擬
同弘朗庭進(jìn)度款支付統(tǒng)計(jì)
（3）BIM管線優(yōu)化布置
通過(guò)創(chuàng)建建筑、結(jié)構(gòu)、機(jī)電模型，將三者進(jìn)行協(xié)同，便可發(fā)現(xiàn)建筑與建筑之間，建筑與結(jié)構(gòu)之間，結(jié)構(gòu)與機(jī)電工程之間存在的碰撞問(wèn)題，結(jié)合施工進(jìn)度計(jì)劃，并能發(fā)現(xiàn)各個(gè)施工班組之間的交叉作業(yè)、節(jié)拍施工錯(cuò)誤等問(wèn)題，并及時(shí)進(jìn)行綜合調(diào)整。
在同煤雙創(chuàng)中心項(xiàng)目中，我們應(yīng)用了BIM管線綜合布置技術(shù)，由于綜合實(shí)驗(yàn)樓地下車庫(kù)主體結(jié)構(gòu)梁與送回風(fēng)管尺寸較大，按照二維圖紙排布后只能壓縮地庫(kù)凈高，導(dǎo)致地庫(kù)車輛無(wú)法出入，浪費(fèi)地庫(kù)使用空間，我們通過(guò)制作地庫(kù)三維機(jī)電模型，將地庫(kù)主、次梁與風(fēng)管放在同一維度空間內(nèi)進(jìn)行數(shù)據(jù)測(cè)量。原地庫(kù)風(fēng)管走向大多通過(guò)地庫(kù)主梁（600*1600、600*1500），經(jīng)過(guò)調(diào)整后，將原有主梁下風(fēng)管移至次梁中間，整個(gè)地庫(kù)遵循依次避讓原則，盡可能使梁下空間得到充分利用，避免管道穿過(guò)主體結(jié)構(gòu)，對(duì)主體結(jié)構(gòu)進(jìn)行開洞。應(yīng)用BIM技術(shù)后，成功將地庫(kù)凈高控制在2.8m的位置，在 BIM 模型中可以直觀的看到地下各專業(yè)管線之間空間走向和布置，綜合考慮各類專業(yè)管線大小和空間位置預(yù)留，合理的利用有限的地下空間，達(dá)到設(shè)計(jì)要求。
我們按照BIM模型將地庫(kù)管道碰撞的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行適當(dāng)?shù)姆瓘澨幚?，并參考給排水、消防、電氣、通風(fēng)等專業(yè)規(guī)范，將各專業(yè)管道有序排列并留有一定的檢修空間，形成最終施工模型，再將三維模型轉(zhuǎn)化為不同專業(yè)的二維圖紙，將圖紙分發(fā)到各施工單位手中，施工單位按圖施工，既可以明確自己的施工位置，又可以提前掌握下料長(zhǎng)度，這樣既節(jié)省了工期，又提高了施工效率。
利用BIM技術(shù)進(jìn)行3D協(xié)調(diào)
同煤雙創(chuàng)中心管線碰撞檢查
同煤雙創(chuàng)中心實(shí)際施工管線
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BIM砌體排磚應(yīng)用
利用BIM技術(shù)于施工前將所有砌塊、圈梁、構(gòu)造柱、導(dǎo)墻、頂磚、門窗洞口及過(guò)梁的空間位置預(yù)先做好定位及統(tǒng)計(jì)，同時(shí)，將非標(biāo)準(zhǔn)砌塊、非標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件提前由工廠加工好，并將所需構(gòu)件、材料有針對(duì)性的提前運(yùn)輸至相應(yīng)區(qū)域，以達(dá)到對(duì)項(xiàng)目施工實(shí)現(xiàn)精細(xì)化管理，節(jié)約施工材料耗損率、降低施工成本等目的。
利用BIM三維模型，直觀展示砌體排布方案，并出具排磚圖，嚴(yán)格要求按圖砌筑，使墻體錯(cuò)縫更加工整、美觀，避免因技術(shù)方案交底不清造成的損失。
采用Revit軟件建立BIM模型
排磚圖（CAD格式）
同弘朗庭施工現(xiàn)場(chǎng)排磚圖
（5）BIM場(chǎng)景渲染技術(shù)
利用BIM場(chǎng)景渲染技術(shù)，模擬了“同弘朗庭”小區(qū)建成后的場(chǎng)景，合理地設(shè)計(jì)了小區(qū)的景觀布置，自動(dòng)將BIM模型數(shù)據(jù)導(dǎo)入到分析軟件進(jìn)行綠色建筑分析、風(fēng)環(huán)境分析、日照分析以及耗能分析等，通過(guò)這種方式能夠快速地進(jìn)行各種分析和實(shí)際情景模擬。
BIM場(chǎng)景渲染技術(shù)可用于建筑規(guī)劃和設(shè)計(jì)等方面，通過(guò)在電腦上創(chuàng)建虛擬現(xiàn)實(shí)，傳遞現(xiàn)場(chǎng)演示，達(dá)到建筑可視化效果。
同弘朗庭北立面全景
同弘朗庭小區(qū)大門
同弘朗庭小區(qū)夜景俯視
同弘朗庭地下車庫(kù)效果
雙創(chuàng)中心外立面效果
雙創(chuàng)中心大廳導(dǎo)臺(tái)效果
三、應(yīng)用情況及經(jīng)濟(jì)效益分析
我公司將該項(xiàng)新技術(shù)成功地應(yīng)用在了“同弘朗庭”項(xiàng)目、“同錦世家”項(xiàng)目和“雙創(chuàng)中心”項(xiàng)目中，為項(xiàng)目的順利開展提供了有效保障。
以“同錦世家”項(xiàng)目為例，通過(guò)BIM三維場(chǎng)地布置，在施工前項(xiàng)目部進(jìn)行了合理的場(chǎng)地布置規(guī)劃，節(jié)省人工費(fèi)5000元，材料費(fèi)10000余元。
以“雙創(chuàng)中心”項(xiàng)目為例，通過(guò)BIM優(yōu)化管線布置，機(jī)電施工的損耗率（ 結(jié)合定額測(cè)算后損耗率為5%）
同煤雙創(chuàng)中心地庫(kù)全專業(yè)安裝工程造價(jià)約700萬(wàn)；
材料損耗金額=7000000*5%=350000元；
BIM管線綜合節(jié)省90%損耗，節(jié)約工期7天；
BIM管線綜合最終實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益=350000*90%=315000元。
以“同弘朗庭”通過(guò)BIM施工資源優(yōu)化，本工程縮短工期25天，每棟樓的費(fèi)用降低1%。按照每棟樓的土建成本1500元/㎡計(jì)算，本項(xiàng)目地上地下建筑面積共8.8萬(wàn)㎡，僅土建部分就可節(jié)約成本132萬(wàn)。
采用BIM技術(shù)排磚后，和以往傳統(tǒng)模式相比，砌塊損耗減少3%，全樓按預(yù)算需使用砌塊1231方，按以往經(jīng)驗(yàn)需多購(gòu)入5%的砌塊，采用BIM技術(shù)排磚后砌塊只多購(gòu)入2%。比以往節(jié)約砌塊約37方。砌塊價(jià)格為180元/m3，共計(jì)節(jié)省材料費(fèi)6600元。二次倒運(yùn)每層減少人工2個(gè)。1#樓共27層，節(jié)省人工27 ×2=54個(gè)人工，每個(gè)工260元，共計(jì)14040元。
同弘朗庭住宅小區(qū)項(xiàng)目1#樓的二次結(jié)構(gòu)共計(jì)節(jié)省成本14040+6600=20640元，同弘朗庭共4棟樓，BIM排磚共計(jì)節(jié)約8萬(wàn)余元。
通過(guò)BIM場(chǎng)景渲染技術(shù)增強(qiáng)了施工的可視化操作和實(shí)施效果檢查，為工程項(xiàng)目增添了科技感。
綜上所述，2019年我公司運(yùn)用BIM技術(shù)進(jìn)行項(xiàng)目管理，共計(jì)節(jié)約資金170余萬(wàn)元，縮短工期近30天。
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總體性能指標(biāo)與國(guó)內(nèi)外、集團(tuán)公司內(nèi)其他單位技術(shù)的比較
目前BIM技術(shù)在大同市建筑行業(yè)中屬于一項(xiàng)熱門技術(shù)，但能夠開展該項(xiàng)技術(shù)的單位并不多，在集團(tuán)公司內(nèi)更是獨(dú)樹一幟。我公司為積極拓展新技術(shù)的應(yīng)用，專門建立了BIM技術(shù)攻關(guān)小組，日后將對(duì)各項(xiàng)土建工程，乃至礦井機(jī)電建設(shè)中的施工方案作出有效指導(dǎo)。
五、存在的問(wèn)題及成果推廣應(yīng)用前景
我公司將繼續(xù)對(duì)該項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行深入研究，結(jié)合目前的主流應(yīng)用，拓展BIM+二維碼技術(shù)交底模式和BIM+無(wú)人機(jī)監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)模式，通過(guò)二維碼三維動(dòng)畫交底，動(dòng)態(tài)演示關(guān)鍵工序施工過(guò)程，實(shí)現(xiàn)施工項(xiàng)目的質(zhì)量、安全、進(jìn)度、資料等管理均可在手機(jī)端進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控、全程跟蹤。
在投標(biāo)時(shí)：協(xié)助業(yè)主快速做出三維策劃圖，快速獲取評(píng)標(biāo)專家的好感，如果有BIM加分項(xiàng)還能獲得額外加分，如果有述標(biāo)環(huán)節(jié)還能制作路線漫游和航拍視頻，給述標(biāo)環(huán)節(jié)增加亮點(diǎn)。
在策劃階段：協(xié)助業(yè)主進(jìn)行可視化的策劃設(shè)計(jì)，所見即所得的策劃，有效規(guī)避策劃問(wèn)題帶來(lái)的不必要的損失，便于我們策劃階段從技術(shù)和經(jīng)濟(jì)兩個(gè)緯度的合理性進(jìn)行實(shí)時(shí)的分析。
施工階段：通過(guò)虛擬施工，航拍視頻以及視點(diǎn)保存及增加備注的方式，形象的向領(lǐng)導(dǎo)或甲方匯報(bào)當(dāng)前的施工情況。采用三維可視化三維模型進(jìn)行交底，可以讓施工人員更容易理解施工節(jié)點(diǎn)做法，有利于確保工程質(zhì)量。在施工前，利用三維模型，對(duì)關(guān)鍵工序進(jìn)行施工模擬，進(jìn)行工程施工流程的預(yù)先建造仿真，采用虛擬建造平臺(tái)，確保了施工過(guò)程中的可靠性和準(zhǔn)確性。
運(yùn)營(yíng)階段：協(xié)助物業(yè)單位對(duì)建筑信息進(jìn)行運(yùn)營(yíng)維護(hù)管理，針對(duì)建筑物原始信息記錄、建筑使用情況或性能、入住人員與容量，機(jī)械通風(fēng)系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、水力平衡系統(tǒng)、電梯系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)等，物業(yè)管理人員可以通過(guò)3D平臺(tái)更直觀、清晰的了解樓宇信息、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)等相關(guān)節(jié)能情況，通過(guò)BIM運(yùn)維管理平臺(tái)進(jìn)行高效的運(yùn)營(yíng)管理。
晉能控股煤業(yè)集團(tuán)宏遠(yuǎn)工程建設(shè)有限責(zé)任公司
2021年8月17日
