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稱，它的核心是通過建立虛擬三維模型，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)，將原來的二維圖紙升級成為5D模型，通過優(yōu)化施工過程，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)用于施工場地分析、建筑策劃、方案論證、性能化分析、工程量統(tǒng)計、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、施工、運(yùn)維等方面的重要作用，在推動建筑行業(yè)的科學(xué)發(fā)展上起著至關(guān)重要的作用。
二、研究內(nèi)容及創(chuàng)新點(diǎn)
我們以“同弘朗庭”、“同錦世家”、“雙創(chuàng)中心”三個項(xiàng)目為例，通過BIM技術(shù)分別創(chuàng)建建筑、結(jié)構(gòu)、機(jī)電MEP模型，并對三者進(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，主要通過以下幾個方面進(jìn)行實(shí)施：
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BIM三維場地布置
通過運(yùn)用廣聯(lián)達(dá)場布軟件創(chuàng)建了建筑模型以及場地模型，并將工程周邊及現(xiàn)場的實(shí)際環(huán)境信息放到模型中，建立直觀的三維施工場地平面布置模型。參照工程進(jìn)度計劃，形象直觀地模擬各個階段的現(xiàn)場情況，靈活地進(jìn)行現(xiàn)場平面布置，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場平面布置合理、高效。通過將施工現(xiàn)場中的臨設(shè)、生產(chǎn)操作區(qū)域、辦公生活區(qū)、材料堆放區(qū)等以動態(tài)的方式進(jìn)行合理布局，優(yōu)化施工場地布置方案，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施工場地布置
BIM施工場地布置
施工區(qū)域布置
施工場地整體布置
（2）BIM施工資源管理
通過將BIM與施工進(jìn)度計劃相鏈接，將空間信息與實(shí)踐信息整合在模型中，可以直觀、精確地反映整個建筑的施工過程和虛擬形象進(jìn)度，對項(xiàng)目施工進(jìn)行精確計劃、跟蹤和控制，動態(tài)地分配各種施工資源和場地，實(shí)時跟蹤工程項(xiàng)目的實(shí)際進(jìn)度，并通過計劃進(jìn)度與實(shí)際進(jìn)度進(jìn)行比較，隨時隨地三維可視化監(jiān)控進(jìn)度進(jìn)展，對于施工進(jìn)度提前或者延誤的地方用不同顏色高亮顯示，做到及時預(yù)警，及時分析偏差對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)對項(xiàng)目進(jìn)度的控制，保證項(xiàng)目能按時竣工。優(yōu)化使用施工資源以及科學(xué)的進(jìn)行場地布置，對整個工程的施工進(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。
通過該模型，計算、模擬和優(yōu)化對應(yīng)于項(xiàng)目各施工階段的勞務(wù)、材料、設(shè)備等的需用量，從而建立勞動力計劃、材料需求計劃和機(jī)械計劃等，在此基礎(chǔ)上形成項(xiàng)目的計劃成本，其中材料需求計劃的準(zhǔn)確性、及時性對于實(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，避免材料資源堆積和超支。
根據(jù)形象進(jìn)度，利用BIM模型自動計算完成的工程量并向業(yè)主報量，與分包核算，提高計量工作效率，方便根據(jù)總包收入控制支出進(jìn)行。
在施工過程中，及時將分包結(jié)算、材料消耗、機(jī)械結(jié)算在施工過程中周期地對施工實(shí)際支出進(jìn)行統(tǒng)計，將實(shí)際成本及時統(tǒng)計和歸集，與預(yù)算成本、合同收入進(jìn)行三算對比分析，獲得項(xiàng)目超支和盈虧情況，對于超支的成本找出原因，采取針對性的成本控制措施將成本控制在計劃成本內(nèi)，有效實(shí)現(xiàn)成本動態(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
（3）BIM管線優(yōu)化布置
通過創(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題，結(jié)合施工進(jìn)度計劃，并能發(fā)現(xiàn)各個施工班組之間的交叉作業(yè)、節(jié)拍施工錯誤等問題，并及時進(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凈高，導(dǎo)致地庫車輛無法出入，浪費(fèi)地庫使用空間，我們通過制作地庫三維機(jī)電模型，將地庫主、次梁與風(fēng)管放在同一維度空間內(nèi)進(jìn)行數(shù)據(jù)測量。原地庫風(fēng)管走向大多通過地庫主梁（600*1600、600*1500），經(jīng)過調(diào)整后，將原有主梁下風(fēng)管移至次梁中間，整個地庫遵循依次避讓原則，盡可能使梁下空間得到充分利用，避免管道穿過主體結(jié)構(gòu)，對主體結(jié)構(gòu)進(jìn)行開洞。應(yīng)用BIM技術(shù)后，成功將地庫凈高控制在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)計要求。
我們按照BIM模型將地庫管道碰撞的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行適當(dāng)?shù)姆瓘澨幚恚⒖冀o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、門窗洞口及過梁的空間位置預(yù)先做好定位及統(tǒng)計，同時，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、材料有針對性的提前運(yùn)輸至相應(yīng)區(qū)域，以達(dá)到對項(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)場排磚圖
（5）BIM場景渲染技術(shù)
利用BIM場景渲染技術(shù)，模擬了“同弘朗庭”小區(qū)建成后的場景，合理地設(shè)計了小區(qū)的景觀布置，自動將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場景渲染技術(shù)可用于建筑規(guī)劃和設(shè)計等方面，通過在電腦上創(chuàng)建虛擬現(xiàn)實(shí)，傳遞現(xiàn)場演示，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
同弘朗庭地下車庫效果
雙創(chuàng)中心外立面效果
雙創(chuàng)中心大廳導(dǎo)臺效果
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BIM三維場地布置，在施工前項(xiàng)目部進(jìn)行了合理的場地布置規(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BIM優(yōu)化管線布置，機(jī)電施工的損耗率（ 結(jié)合定額測算后損耗率為5%）
同煤雙創(chuàng)中心地庫全專業(yè)安裝工程造價約700萬；
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/㎡計算，本項(xiàng)目地上地下建筑面積共8.8萬㎡，僅土建部分就可節(jié)約成本132萬。
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)需多購入5%的砌塊，采用BIM技術(shù)排磚后砌塊只多購入2%。比以往節(jié)約砌塊約37方。砌塊價格為180元/m3，共計節(jié)省材料費(fèi)6600元。二次倒運(yùn)每層減少人工2個。1#樓共27層，節(jié)省人工27 ×2=54個人工，每個工260元，共計14040元。
同弘朗庭住宅小區(qū)項(xiàng)目1#樓的二次結(jié)構(gòu)共計節(jié)省成本14040+6600=20640元，同弘朗庭共4棟樓，BIM排磚共計節(jié)約8萬余元。
通過BIM場景渲染技術(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，共計節(jié)約資金170余萬元，縮短工期近30天。
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總體性能指標(biāo)與國內(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、存在的問題及成果推廣應(yīng)用前景
我公司將繼續(xù)對該項(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+無人機(jī)監(jiān)控現(xiàn)場模式，通過二維碼三維動畫交底，動態(tài)演示關(guān)鍵工序施工過程，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)時監(jiān)控、全程跟蹤。
在投標(biāo)時：協(xié)助業(yè)主快速做出三維策劃圖，快速獲取評標(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，所見即所得的策劃，有效規(guī)避策劃問題帶來的不必要的損失，便于我們策劃階段從技術(shù)和經(jīng)濟(jì)兩個緯度的合理性進(jìn)行實(shí)時的分析。
施工階段：通過虛擬施工，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，確保了施工過程中的可靠性和準(zhǔn)確性。
運(yùn)營階段：協(xié)助物業(yè)單位對建筑信息進(jìn)行運(yùn)營維護(hù)管理，針對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3D平臺更直觀、清晰的了解樓宇信息、實(shí)時數(shù)據(jù)等相關(guān)節(jié)能情況，通過BIM運(yùn)維管理平臺進(jìn)行高效的運(yùn)營管理。
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
