基于BIM技術(shù)的大型改復(fù)建項(xiàng)目智能建造管理

隨著信息化技術(shù)的發(fā)展，建筑信息模型（BIM）因其可視化、動(dòng)態(tài)化、協(xié)調(diào)性、模擬性等優(yōu)點(diǎn)，已被工程項(xiàng)目建設(shè)人員所接受，BIM技術(shù)的應(yīng)用價(jià)值也逐漸引起建筑行業(yè)的重視。本文以華東勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“華東院”）三墩基地改復(fù)建項(xiàng)目為背景，探討如何在實(shí)際工程中系統(tǒng)地應(yīng)用基于BIM的智能建造管理技術(shù)。1、工程概況華東院三墩基地改復(fù)建項(xiàng)目是建設(shè)滿(mǎn)足高效、宜人且具有一定文化底蘊(yùn)要求的科研設(shè)計(jì)辦公類(lèi)綜合建筑，項(xiàng)目占地總面積19?820.70?㎡，總建筑面積90?536?㎡，其中地上建筑面積54?630?㎡，地下建筑面積35?906?㎡，主要功能為設(shè)計(jì)辦公和科研實(shí)驗(yàn)等建筑及會(huì)議室、報(bào)告廳、職工食堂、宿舍等各類(lèi)配套設(shè)施用房。該工程區(qū)地處杭州市三墩鎮(zhèn)，屬亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，四季交替明顯，雨量充沛，日照充足，屬東南季風(fēng)劇烈活動(dòng)地帶，全年有兩個(gè)明顯的降水期，場(chǎng)地屬湖沼積平原地貌單元，地塊東鄰自然景觀(guān)河道、北鄰已建成住宅區(qū)、南、西兩側(cè)為在建住宅小區(qū)（圖1）。圖1場(chǎng)地道路及周邊概況2、基于BIM的智能建造管理技術(shù)應(yīng)用關(guān)鍵點(diǎn)2.1施工重點(diǎn)與難點(diǎn)本項(xiàng)目體量大，工期緊，風(fēng)險(xiǎn)源多，安全隱患大，協(xié)調(diào)管理難度大，質(zhì)量安全文明標(biāo)準(zhǔn)高，在質(zhì)量控制和安全管理方面的難點(diǎn)如下。（1）工程體量大，地下室為地下2層（局部3層），基礎(chǔ)施工工期長(zhǎng)；受季節(jié)施工影響工期管理難度大，受疫情對(duì)施工的影響工程進(jìn)度壓力陡增。（2）受群塔作業(yè)、交叉作業(yè)、高支模施工等風(fēng)險(xiǎn)源影響，施工安全隱患大，如何應(yīng)用新技術(shù)解決以上問(wèn)題是本工程的重點(diǎn)。（3）周邊環(huán)境復(fù)雜，施工場(chǎng)地狹小，參建單位和人員多，交叉作業(yè)面廣，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)物資管理和平面協(xié)調(diào)要求高，傳統(tǒng)管理手段難以滿(mǎn)足組織規(guī)劃與管理要求。（4）本項(xiàng)目在企業(yè)層面有較高影響力和關(guān)注度，檢查及考察量大，質(zhì)量安全文明要求高，增加了項(xiàng)目質(zhì)量控制和安全管理難度。2.2基于BIM技術(shù)的智能建造管理技術(shù)應(yīng)用關(guān)鍵點(diǎn)針對(duì)上述難點(diǎn)，結(jié)合以物聯(lián)網(wǎng)為主的現(xiàn)代信息化技術(shù)，應(yīng)用基于BIM技術(shù)的智能建造管理技術(shù)，具體的關(guān)鍵點(diǎn)如圖2所示。圖2智能建造管理技術(shù)應(yīng)用流程圖2中智能施工管理主要進(jìn)行三維施工場(chǎng)地布置、四維施工進(jìn)度模擬，以及基于BIM技術(shù)的可視化交底。智能安全管理主要包括BIM+RFID的材料安全管理、BIM+物聯(lián)網(wǎng)的人員安全管理和針對(duì)群塔作業(yè)、高支模施工的風(fēng)險(xiǎn)源控制。基于BIM、物聯(lián)網(wǎng)和云計(jì)算技術(shù)搭建智慧管理平臺(tái)用于項(xiàng)目質(zhì)量控制、安全管理和綠色施工管理的全過(guò)程。3、基于BIM技術(shù)的智能施工管理3.1BIM技術(shù)三維施工場(chǎng)地布置本項(xiàng)目具有場(chǎng)地狹小，參建單位和人數(shù)多，交叉施工面廣、大型機(jī)械設(shè)施多、材料種類(lèi)多、數(shù)量大、集中使用、周邊環(huán)境復(fù)雜等特點(diǎn)，合理布設(shè)施工道路、臨時(shí)水電、大型機(jī)械作業(yè)區(qū)、材料堆放及加工場(chǎng)地、庫(kù)房、試驗(yàn)間、安全文明標(biāo)牌難度大。為此，應(yīng)用BIM模型技術(shù)和施工過(guò)程模擬技術(shù)制作三維場(chǎng)地布置模型和動(dòng)畫(huà)，將各功能區(qū)場(chǎng)地范圍精確地布設(shè)在BIM模型中（圖3），根據(jù)不同施工階段的場(chǎng)地需求及場(chǎng)外環(huán)境變化，綜合統(tǒng)籌合理布置，充分合理利用場(chǎng)地空間，以減少不必要的拆改。因每個(gè)構(gòu)件均為仿真建立的高清或矢量模型，施工現(xiàn)場(chǎng)布置圖顯得美觀(guān)且有真實(shí)感。將構(gòu)件放入三維施工場(chǎng)地可直接觀(guān)察到是否會(huì)與周?chē)呐R時(shí)設(shè)施發(fā)生位置沖突。對(duì)臨時(shí)水電管道網(wǎng)的三維布設(shè)，也可以降低管理人員的工作難度，節(jié)省人力物力。施工過(guò)程中將BIM技術(shù)三維施工場(chǎng)地布置圖和二維碼相結(jié)合，運(yùn)送材料的司機(jī)掃描場(chǎng)區(qū)入口處的二維碼即可顯示各種材料的堆放區(qū)位置及進(jìn)出場(chǎng)路線(xiàn)，避免材料亂堆亂卸、散亂無(wú)序現(xiàn)象。應(yīng)用BIM技術(shù)可減少拆改量，有利于道路人車(chē)分流，料場(chǎng)整潔，節(jié)能環(huán)保，實(shí)現(xiàn)安全綠色文明施工。圖3BIM三維場(chǎng)地布置（計(jì)算機(jī)截圖）3.2基于BIM的施工進(jìn)度管控本工程體量大，工期緊，傳統(tǒng)施工管理方法往往存在管理混亂、計(jì)劃銜接不當(dāng)、溝通困難等問(wèn)題，加大施工進(jìn)度管理的難度，需采用科學(xué)先進(jìn)的方法實(shí)現(xiàn)施工進(jìn)度管控。應(yīng)用基于BIM的四維施工模擬技術(shù)，可優(yōu)化流水段劃分和工序穿插，滿(mǎn)足不同專(zhuān)業(yè)交叉作業(yè)需求；根據(jù)工程量計(jì)算人、機(jī)、料數(shù)量，實(shí)現(xiàn)機(jī)具設(shè)備材料、人員的高效周轉(zhuǎn)。該技術(shù)是指應(yīng)用Navisworks施工動(dòng)態(tài)模擬軟件，將項(xiàng)目施工進(jìn)度計(jì)劃和BIM模型相結(jié)合，在三維可視化施工模擬的基礎(chǔ)上添加時(shí)空進(jìn)度信息，將模型實(shí)體與時(shí)間軸相關(guān)聯(lián)建立四維模型，并對(duì)建設(shè)全過(guò)程中的施工進(jìn)度及施工工藝展開(kāi)模擬（圖4）。四維施工模擬可預(yù)先得知設(shè)計(jì)中尚存的缺陷及不足，降低開(kāi)工后的方案改動(dòng)或工程返工的可能性。圖4四維施工模擬（計(jì)算機(jī)截圖）應(yīng)用BIM技術(shù)對(duì)比當(dāng)前進(jìn)度和計(jì)劃進(jìn)度，能實(shí)時(shí)了解材料、人力、資金等多方面的對(duì)比情況，從而對(duì)施工進(jìn)度計(jì)劃進(jìn)行及時(shí)、科學(xué)、準(zhǔn)確的更新或改動(dòng)。3.3基于BIM技術(shù)的可視化交底傳統(tǒng)施工現(xiàn)場(chǎng)采用二維平面圖進(jìn)行交底，無(wú)法對(duì)施工作業(yè)做出全面、立體的表達(dá)，本項(xiàng)目使用基于BIM的三維可視化交底技術(shù)改善了這一不足。例如若用CAD繪制腳手架各桿件時(shí)，用文字描述各桿件間的間距易使搭設(shè)人員看錯(cuò)數(shù)據(jù)造成桿件間距錯(cuò)誤，而應(yīng)用BIM繪制立體腳手架模型，并將施工方案生成二維碼用于安全技術(shù)交底，施工人員可從任意角度查看桿件所處位置和桿件間的距離，借助掃描二維碼可隨時(shí)查看方案和4D模擬動(dòng)畫(huà)，保證桿件搭設(shè)工作高質(zhì)量完成。隨著科技的快速發(fā)展，虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）技術(shù)給施工管理帶來(lái)了更多可能。BIM與VR技術(shù)相結(jié)合在工程中的應(yīng)用，主要是借助虛擬現(xiàn)實(shí)引擎來(lái)承載BIM模型中所有的信息，利用VR技術(shù)來(lái)呈現(xiàn)BIM的模型效果，使兩種技術(shù)的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)和相互融合。應(yīng)用這一技術(shù)，施工人員可親身體驗(yàn)交底內(nèi)容，明確操作步驟，提高施工交底質(zhì)量。本項(xiàng)目在鋼筋綁扎、設(shè)備進(jìn)場(chǎng)及安裝、混凝土灌注等方面也使用了VR技術(shù)可視化交底的方法。BIM+VR技術(shù)的可視化交底方法升級(jí)了原有的口述或文字形式的安全技術(shù)交底方式，能更精準(zhǔn)地表達(dá)各項(xiàng)施工的具體要求，使作業(yè)人員對(duì)整個(gè)施工工藝流程和質(zhì)量要求有直觀(guān)的視覺(jué)理解。通過(guò)可視化技術(shù)的運(yùn)用，本項(xiàng)目共完成三維可視化交底16次，在保證施工質(zhì)量的同時(shí)提高了管理效率。4、基于BIM的智能安全管理4.1基于BIM和RFID技術(shù)的材料安全管理材料安全管理是施工質(zhì)量控制的第一步，其質(zhì)量對(duì)項(xiàng)目整體質(zhì)量有著直接影響，加強(qiáng)材料管理是建筑工程中質(zhì)量控制的重要途徑?；贐IM技術(shù)的智能建造管理，將BIM技術(shù)和以RFID技術(shù)為主的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)相結(jié)合，打破了數(shù)據(jù)和實(shí)體及現(xiàn)實(shí)和虛擬之間的壁壘，完成了現(xiàn)場(chǎng)材料管理工作。RFID技術(shù)即無(wú)線(xiàn)射頻識(shí)別，又稱(chēng)電子標(biāo)簽，是一種無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)，具有采集數(shù)據(jù)時(shí)不需光學(xué)接觸、數(shù)據(jù)讀取范圍長(zhǎng)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)容量大等優(yōu)點(diǎn)。RFID技術(shù)可在動(dòng)態(tài)和非受控環(huán)境中自動(dòng)跟蹤組件或材料，且憑借其優(yōu)越的存儲(chǔ)能力將與組件或材料相關(guān)的信息提供給使用者。依照約定協(xié)議，使用RFID技術(shù)、全球定位系統(tǒng)和紅外感應(yīng)等信息技術(shù)手段，可將任意物品連接互聯(lián)網(wǎng)，進(jìn)而通過(guò)實(shí)時(shí)通訊和信息交流，實(shí)現(xiàn)智能識(shí)別、監(jiān)控、定位和管理。在本項(xiàng)目材料安全管理中，廠(chǎng)家生產(chǎn)時(shí)已在材料中植入RFID芯片并加密，以確保其來(lái)源唯一性，在芯片中輸入材料的生產(chǎn)時(shí)間、成分、重量、加工信息、注意事項(xiàng)等內(nèi)容，交給施工單位可明確材料來(lái)源，防止因材料被更換導(dǎo)致以次充好的現(xiàn)象。使用以RFID為主的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，對(duì)材料的運(yùn)輸、驗(yàn)收、儲(chǔ)存、發(fā)放進(jìn)行全程監(jiān)控，可嚴(yán)密管控物資運(yùn)轉(zhuǎn)，提高對(duì)材料的精細(xì)化管理水平，節(jié)約勞動(dòng)成本，實(shí)現(xiàn)材料安全管理。4.2基于BIM和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的人員安全管理本項(xiàng)目施工現(xiàn)場(chǎng)人員密集，多工種多單位同時(shí)進(jìn)行交叉作業(yè)，運(yùn)用信息化手段實(shí)現(xiàn)高效的人員管理是安全管理工作的重點(diǎn)內(nèi)容。4.2.1人員管理實(shí)名制為對(duì)進(jìn)場(chǎng)人員形成有效監(jiān)管，施工現(xiàn)場(chǎng)采取封閉式管理措施?，F(xiàn)場(chǎng)出入口設(shè)置門(mén)禁，建立作業(yè)人員安全教育信息庫(kù)和違規(guī)行為記錄數(shù)據(jù)庫(kù)。結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)前端攝像頭人臉識(shí)別，對(duì)列入黑名單的作業(yè)人員或未接受安全教育的人員限制進(jìn)入。4.2.2VR技術(shù)安全教育除了VR技術(shù)可視化交底外，VR技術(shù)還可用于施工人員的安全教育，本項(xiàng)目通過(guò)BIM+VR技術(shù)將實(shí)際施工場(chǎng)地轉(zhuǎn)化為虛擬環(huán)境，使施工人員沉浸于VR技術(shù)的虛擬世界，感受高空墜落、塌方、施工觸電、火災(zāi)等“真實(shí)”事故場(chǎng)景，使施工人員意識(shí)到不規(guī)范操作可能引發(fā)安全事故，認(rèn)識(shí)到規(guī)范施工的重要性，提高其安全防范意識(shí)。4.3基于BIM技術(shù)的風(fēng)險(xiǎn)源控制傳統(tǒng)施工中危險(xiǎn)源的辨識(shí)往往依賴(lài)管理人員的個(gè)人經(jīng)驗(yàn)和主觀(guān)感受，無(wú)法準(zhǔn)確識(shí)別危險(xiǎn)源的類(lèi)型和危險(xiǎn)程度。本項(xiàng)目通過(guò)BIM技術(shù)動(dòng)態(tài)施工模擬全面呈現(xiàn)施工流程，讓安全管理人員直面施工環(huán)境，準(zhǔn)確把握危險(xiǎn)源，充分了解各施工階段中可能發(fā)生的危險(xiǎn)情況，提前對(duì)導(dǎo)致危險(xiǎn)的不利因素加以管理和控制。通過(guò)識(shí)別，本項(xiàng)目施工過(guò)程中風(fēng)險(xiǎn)源主要為群塔作業(yè)、高支模施工和交叉作業(yè)等，運(yùn)用BIM技術(shù)對(duì)上述風(fēng)險(xiǎn)因素實(shí)現(xiàn)了高效管控。（1）施工前應(yīng)用BIM技術(shù)三維場(chǎng)地布置技術(shù)模擬現(xiàn)場(chǎng)塔式起重機(jī)的位置、臂長(zhǎng)、高度和吊運(yùn)最不利情況，通過(guò)直觀(guān)顯示其回轉(zhuǎn)半徑和運(yùn)行軌跡，可判斷塔式起重機(jī)布置是否合理。應(yīng)用群塔可視化防碰撞系統(tǒng)，自動(dòng)監(jiān)測(cè)塔式起重機(jī)頂升過(guò)程中是否會(huì)與其他塔式起重機(jī)或周邊建筑物發(fā)生碰撞。通過(guò)全新智能化塔式起重機(jī)的監(jiān)測(cè)和預(yù)警技術(shù)，可視化防碰撞系統(tǒng)不僅能全面保證包括塔式起重機(jī)防碰撞、防傾翻、塔機(jī)超載、安全防護(hù)及吊鉤可視化在內(nèi)各種功能的安全運(yùn)行，且可對(duì)塔式起重機(jī)的不安全運(yùn)行狀態(tài)發(fā)出預(yù)警，必要時(shí)會(huì)進(jìn)行自動(dòng)制動(dòng)。（2）本項(xiàng)目1號(hào)、2號(hào)、3號(hào)樓門(mén)廳大堂為高支模區(qū)域，施工難度大，屬施工重大危險(xiǎn)源。通過(guò)建立BIM高支模模型解決了其計(jì)算難、算量難、施工交底難、效率低等問(wèn)題。借助BIM模型，使施工人員了解高支模施工的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，預(yù)知隱患部位提前應(yīng)對(duì)。通過(guò)Navisworks形成4D動(dòng)畫(huà)展示高支模施工過(guò)程和技術(shù)交底，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)漫游和碰撞檢測(cè)，防止高支模支撐體系與柱子或墻體發(fā)生碰撞，提高了其施工質(zhì)量和安全性。5、智慧管理平臺(tái)應(yīng)用5.1施工智慧管理平臺(tái)整體架構(gòu)針對(duì)項(xiàng)目特點(diǎn)及對(duì)質(zhì)量控制和安全管理的要求，基于BIM技術(shù)和信息集成技術(shù)，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)智能硬件實(shí)時(shí)采集相關(guān)數(shù)據(jù)信息，按物理感知層→網(wǎng)絡(luò)層→數(shù)據(jù)層→算法層→平臺(tái)層→功能層的順序搭建服務(wù)于施工過(guò)程的智慧管理平臺(tái)，對(duì)施工進(jìn)度、質(zhì)量、安全進(jìn)行智慧管理，踐行綠色施工的理念，達(dá)成協(xié)同互聯(lián)、智慧監(jiān)測(cè)、科學(xué)決策的高效管理模式。智慧管理平臺(tái)架構(gòu)如圖5所示。

圖5智慧管理平臺(tái)的架構(gòu)5.2平臺(tái)功能設(shè)計(jì)智慧管理平臺(tái)包括基本信息、智能監(jiān)控、可視化監(jiān)測(cè)和項(xiàng)目管理4個(gè)模塊，共18個(gè)功能，各模塊功能如圖6所示。圖6智慧管理平臺(tái)的功能作為智慧管理平臺(tái)的核心，項(xiàng)目管理模塊基于平臺(tái)的基本信息、智能監(jiān)控和可視化監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)工程質(zhì)量、進(jìn)度、安全、勞務(wù)、材料和綠色施工的科學(xué)、智能、高效管理。6、結(jié)束語(yǔ)（1）華東院三墩基地改復(fù)建項(xiàng)目施工中，借助BIM技術(shù)進(jìn)行三維施工場(chǎng)地布置和四維可視