郭毅敏 晋浩 郑礼刚

BIM 技术具有模拟性、协调化、可视化、可出图性、优化性等特点，在建筑行业的各个领域得到了广泛的运用[1]。通过BIM技术，可以实现工程建设的可视化，以直观、方便的视角看到施工模拟动画，及时发现设计、施工方案中的不合理之处，及时修改和完善，能够有效缩短建设工期，提高工程质量，具有显著的经济效益和社会效益[2]。近年来，国家和地方政府大力发展BIM 技术在规划、勘察、设计、建设和运营维护的全过程、全流程、全专业运用，出台了运用BIM 技术的各项利好政策，提高了勘察、设计、施工、运维单位的效率。BIM 技术将继续引领建筑领域的技术升级，持续推动建筑行业的更好更快发展[3]。

装配式钢结构建筑以工业化的方式建造房屋，对建筑构件标准化设计、工厂化生产、装配化施工、一体化装修、信息化管理、智能化应用，推动建造方式的创新升级。装配式建筑在工厂中预制生产，将预制构件运输到施工现场进行装配安装。相比现浇结构而言，装配式结构具有生产效率高、节省人工、构件质量好、环保节约等优点。随着国家对装配式建筑的大力推动，装配式建筑的应用越来越普遍[4]。

建筑产业是国民经济的重要组成部分，国家一直推动建筑产业的变革，变革的重点是促进我国建筑产业的工业化和信息化[5]。装配式建筑节能降耗，缩短工期，能够有效提升建筑业的工业化水平。BIM 技术是设计与施工的革新，能够显著提升生产效率，促进我国建筑业信息化发展。BIM 技术和装配式建筑是信息化和工业化的深度融合，有助于建筑设计及建造的可持续发展[6]。

1.项目概况

本项目为山西某单位办公生活区，包含综合办公楼、食堂、宿舍楼1 和宿舍楼2，总建筑面积为41059.91m2。本文以综合办公楼为例进行说明。

综合办公楼基底面积为2401.33m2，总建筑面积为23622.94m2，其中地上建筑面积为15419.6m2，地下建筑面积8203.34m2。建筑层数地上7层，地下1层，建筑高度为33m，主要功能为办公、研发，装配率为3A，效果图如下图1 所示。建筑结构形式为钢框架结构，柱子为矩形钢管混凝土柱，梁采用H 型钢梁，楼板为钢筋桁架混凝土现浇板，设计使用年限为50 年，抗震设防烈度为8 度。防火设计的建筑分类为一类，耐火等级为地上一级，地下一级。办公楼采用VRV 变制冷剂流量多联分体式空调加新风系统；通风防排烟系统均按相关规范进行设计；各房间及卫生间采用低温热水地板辐射采暖系统；给排水系统包括生活给水系统、污废水系统、雨水系统、消火栓系统、自动喷水灭火系统等；室外管线、化粪池等区内统一考虑，由管线综合设计。

图1 综合办公楼效果图

2.BIM 技术在装配式钢结构建筑中的应用

BIM 技术在该工程中实现了全生命周期全专业应用，包括建筑、结构、机电、装饰装修、场地布置等。其中建筑、机电、装饰装修、场地布置采用Revit 软件设计深化，结构部分采用Tekla 软件进行三维建模，并且利用Navisworks 软件进行了全专业的碰撞校核、施工进度模拟和漫游动画，在Lumion 软件中进行了效果渲染。本文从设计、生产、施工、运维四个方面对BIM 技术在本工程中的应用进行具体介绍。

2.1 BIM 技术在装配式钢结构建筑设计阶段的应用

2.1.1 建筑结构机电BIM 模型搭建

在本项目中，BIM 技术团队通过BIM 协同平台，开展BIM 协同工作。各专业深化人员利用设计图纸和设计标准，建立本专业的三维模型。BIM 所建立的协同平台将各个专业所需的数据全部纳入同一个模型之中，运用共通的语言和可视化的展现效果，提高了工作品质和工作效率。各专业所搭建的三维模型如图2～图7 所示。

图2 建筑BIM 模型

图3 建筑实地效果

图4 结构BIM 模型

图5 钢结构现场安装

图6 机电BIM 模型

图7 机电现场安装

图8 桩基础承台BIM 模型

图9 独立杯口桩基础

2.1.2 桩基础BIM 应用

根据工程桩设计图纸钢筋节点大样进行工程桩绘制，利用建模后现场的布置情况及精确后的工程桩长度、混凝土量、钢筋的预估量等信息，判断人工、机械等的投入，同时反馈回模型中，使项目整体策划能力大大提升。

2.1.3 基坑开挖BIM 应用

通过创建BIM 基坑模型，在基坑设计与施工之间搭起桥梁，直观地体现项目全貌，实现多方无障碍信息共享。通过三维可视化沟通，既提高工作效率，也节约了投资。BIM 技术将二维转化成三维，体现了数字化工地发展阶段的质的飞跃。不仅降低了各方沟通的难度，而且节约了投资，降低试错成本。

图10 基坑开挖

2.1.4 小市政BIM 模型搭建

本项目的小市政管网BIM 模型，包括供暖、消火栓、自动喷淋、污水、雨水、电气、燃气等多个专业。通过BIM 的三维管线综合，在图纸设计阶段很好地解决了管线之间的交叉碰撞，为后续施工过程提供了便利，同时为业主节省成本。

图11 小市政BIM 模型

在装配式钢结构建筑的深化设计阶段，BIM 技术的有效运用为各部门搭建了一个高度共享的设计信息交流平台。在设计过程中，各个专业技术人员通过网络设计信息共享平台可以上传并获取本专业的设计信息、设计标准及设计情况，从而实现了装配式钢结构设计的同步性和共享性[7]。

图12 厂区绿化模型

2.1.5 园区绿化BIM 应用

草图大师定位就是建模工具，符合景观园林方案阶段的需求。通过导入CAD 总图底图，对于植物绿化这一块，可以用图形进行乔灌木的种植位置，为后续种树的定位提供了方便。景观竖向设计需要对景观各个完成面的标高进行准确核对以及确保台阶踏步的准确性。

2.1.6 管线综合与碰撞检查

在BIM 三维模型的基础上，进行全专业的深化设计，随着工程进展绘制土建—机电—装修综合图，通过各专业三维图叠加、综合，做到三维可视化，利用Revit 软件中的碰撞检查功能或Navisworks软件进行碰撞检测，通过碰撞检测报告中找到在视觉上难以直接发现的碰撞、干涉等问题，并加以修正。及时发现综合图中各专业之间的错、漏、碰、缺等问题，进行解决，以实现图纸设计零冲突、零碰撞，避免施工过程中的返工、停工等现象发生，减少设计变更，确保施工进度。

图13 暖通与给排水专业碰撞报告

图14 暖通与电气专业碰撞报告

图15 管线碰撞情况

图16 管线综合排布和优化设计

2.1.7 优化净高

通过碰撞检查和管线综合后，各种机电管线得到合理的优化和排布，将能利用的空间充分利用，能够有效提高管线排布高度，提升室内净高。山西潇河建筑产业有限公司综合楼通过管综后，吊顶高度提高300mm。

图17 综合楼吊顶标高信息

2.1.8 Lumion 软件渲染

使用BIM 软件建模完成后，将建好的模型导入Lumion 软件中进行三维渲染，用于效果宣传展示，提高了三维渲染效果的精度和效率。

图18 Lumion 渲染效果图

2.1.9 漫游动画

综合办公楼通过在Lumion 和Navisworks 软件中进行漫游模拟，可以直观看到建筑、结构、机电的三维效果，及时发现项目成果存在的问题与不足予以修正。

图19 综合楼漫游动画

2.1.10 出图

完成了综合管线的碰撞检测与修正，确保整体模型的合理性和可行性后，各专业设计人员按照本专业修正后的模型完成深化施工平面图，详细标注专业管线的标高与详细标注各专业管线的位置，用于指导具体施工。综合办公楼还通过绘制施工详图和大样图，反映设备与管路的连接方式，设备基础做法，设备固定方法，细部做法等。

2.2 BIM 技术在装配式钢结构建筑生产阶段的应用

2.2.1 “BIM 集成制造管理平台”应用

项目采用了山西潇河建筑产业有限公司独自开发的“钢结构建筑BIM 集成制造管理平台”。该平台包含的功能模块有：设计、工艺、深化设计、项目计划、资料管理、订单管理、物料管理、车间管理、质量检验、出入库管理、现场管理、条码管理、进度管理、产能分析、构件追踪等。可以在线查看模型，优化了企业软件资源的配置，非设计类技术人员、管理者在不配置设计软件时也可随时阅读模型，获取需要信息，极大地提高了工作效率。它将公司生产、质量、安全等信息管理系统的业务数据、经营数据集成整合，并运用大数据手段进行数据处理分析，以图表等形式展示项目各类业务的指标，深入挖掘项目管控中隐藏的风险点，实现可视化管控，为项目管控提供帮助。

该平台科学地避免了钢结构制造中“造数字”式统计所带来的数据不及时、不全面以及进度把控难、构件追溯难等问题，并以模型为核心，以二维码为手段，打造基于BIM 的钢结构集成制造管理平台，形成钢结构制造企业从项目中到完工的全产业链一站式管理，进一步改变传统钢结构企业落后的生产管理方式，对钢结构生产加工技术进行改造提升，实现钢结构加工的智能化、信息化、数字化管理，进而有效指导钢结构的生产。

图20 BIM 集成制造管理平台

图21 钢结构构件二维码

2.2.2 “Tekla 智能下料系统”应用

“Tekla 智能下料系统”主要控制车间内的相关钢板下料设备联动工作，实现下料的无人操作。该系统可对零件信息进行跟踪，可读取Tekla 生成的DSTV 信息，并可实时了解零件的下料过程，随时查询托盘中每一个零件的零件号和流水号。智能下料系统还可与生产管理系统无缝对接。通过智能下料系统，可以合理调度下料资源，对材料调度顺序、喷码任务、切割任务、分拣任务统一规划、代码自动下发，使下料任务安排更合理，更智能。该系统能做到对零件下料情况及时反馈，对已割零件、在割零件、待割零件一目了然，从而有利于后道工序的生产规划，充分利用套料软件，提升材料利用率，提升切割效率，最终，在高效、节约的原则下实现设备管理及生产管理信息化、自动化。

图22 TekIa 智能下料系统

2.2.3 “智能焊接云管理系统”应用

图23 智能焊接云管理系统

基于Tekla 钢结构模型，“智能焊接云管理系统”实现了焊接全过程跟踪管理。系统主要分为设备监控、设备管理、工艺管理、生产管理四大模块，通过这些模块实现了焊接工艺标准的远程下发、焊机的远程监控以及作业者的绩效管理等功能。

图24 TekIa 钢结构模型开孔图

图25 生产阶段现场开孔

2.2.4 钢结构构件开孔

BIM 模型深化完成后，管线如需在梁上开孔，通过Tekla 软件在钢结构模型中实行开孔操作，采取加固措施进行加固。在钢结构工厂生产阶段，基于BIM三维模型，提前预留孔洞，做好预埋件，实现标准化设计，工厂化生产。

2.3 BIM 技术在装配式钢结构建筑施工阶段的应用

2.3.1 三维图纸会审

本项目在施工准备阶段，已经完成了全专业（建筑、结构、机电）的建模工作。采用BIM 模型进行三维图纸会审，有着不可忽视的优势。首先，基于BIM 的施工图会审可以发现传统二维图纸会审所难以发现的许多问题，传统的施工图会审都是在二维图纸中进行图纸审查，难以发现空间上的问题，基于BIM 的施工图会审是在三维模型中进行的，各工程构件之间的空间关系一目了然，通过软件的碰撞检查功能进行检查，可以很直观地发现图纸不合理的地方。其次，基于BIM 的施工图会审通过在三维模型中进行漫游检查，以第三人的视角对BIM模型内部进行查看，发现净空设置等问题以及设备、管道、管配件的安装、操作、维修所必需空间的预留问题。

图26 图纸会审交流

图27 场地布置BIM 模型

图28 场地布置现场效果

2.3.2 场地布置

建模反映施工现场场地布置，检验施工场地布置的合理性，对施工现场中的临设、各生产操作区域、大型设备安装，通过动态的方式进行合理布局，最终分析选择最佳方案，提高施工效率和质量，做到绿色施工、节能减排。

2.3.3 工程量统计

本项目的材料设备均采用Revit 软件的明细表功能进行统计，包括卫浴装置、喷水装置、机械设备、管件、管道附件、风管、风管附件等，实现对项目所需材料设备的精准采购。在项目施工BIM 应用过程中，利用BIM 技术就施工BIM 模型辅助工程计算和造价控制，能大大加快工程量计算的速度。

图29 综合楼工程量统计汇总表

图30 综合楼喷淋头统计汇总表

2.3.4 预留洞口

机电各专业深化平面施工图确定后，根据管线的走向需要穿越建筑和结构的时候，必须确定管线在建筑结构上的预留预埋洞口位置，在图纸上标识出预留洞口的位置、尺寸及标高。

图31 蒸压加气混凝土（ALC）墙板预留洞口

2.3.5 施工进度模拟

本项目将整个施工过程、现场布置、现场施工调度在Navisworks 软件中进行进度模拟，能够及时把握项目的进度信息，了解项目进度的滞后及提前情况，发现并解决施工中的隐蔽问题，有利于减少施工成本，节约施工工期。使用BIM 技术能直观便捷地展示项目进度与时间计划之间的关系，从而对进度计划进行可视化验证。

2.3.6 施工方案模拟

综合管线排布、土方开挖、地下室钢筋排布等施工方案进行三维模拟，确保目标的实现。综合办公楼通过多维技术的渲染，以动画形式将施工步骤、施工要点等进行了演示，减少了平面图分析与实践之间的差距。

图32 施工进度计划

图33 Navisworks 施工进度模拟

图34 在场机械作业模拟

图35 重难点施工方案模拟

2.3.7 三维现场交底

iPad 三维现场交底可以形象逼真地展示方案或者节点的动态施工过程，替代传统的文字、表格的表达形式，不仅显著提高了方案交底交流效率，还能作为材料的采购依据。对于施工质量的提高起到了促进作用，形成了公司自己的节点库，推广至其他项目进行应用。

图36 iPad 三维现场交底

2.3.8 BIM5D 管理平台应用

该项目运用了广联达BIM5D 集成平台，该平台通过三维模型数据接口，集成土建、钢构、机电、幕墙等多个专业模型，并以BIM 集成模型为载体，将施工过程中的进度、合同、成本、工艺、质量、安全、材料、劳动力等信息集成在同一平台，利用BIM 模型的形象直观、可计算分析的特性，为施工过程中的进度管理、现场协调、合同成本管理、材料管理等关键过程提供准确的构件几何位置、工程量、资源量、计划时间等，能够帮助管理人员进行有效决策和精细管理，减少施工变更、缩短项目工期、控制项目成本、提升质量。

图37 BIM5D 集成管理平台

2.3.9 无人机航拍与现场监控管理

为了更精细地管理工作面，在天气允许的情况下，每天利用无人机进行现场照片与视频摄制，对现场进度、质量、人员、机械设备进行例行的信息采集和留存，上传至平台进行每日进度记录，移动端App 能随时进行调取。

使用无人机进行低空飞行的地毯式扫描后，进行内业处理就能得到一个与施工现场100%吻合的实景三维模型。利用航测技术，显著提高了项目部对施工进度、工作面周边环境的管理能力。

图38 航测无人机

图39 航测画面

2.4 BIM 技术在装配式钢结构建筑运维阶段的应用

本项目拟将BIM 技术与物联网技术结合，运用BIM 技术与建筑物相关联，在三维空间中对设备管线进行定位，对周边环境和状况进行系统考虑；运用物联网技术形成一个统一高效的管理平台。基于BIM 核心的物联网技术运用，可以为建筑物实现三维可视化的信息模型管理提供帮助，还可以为建筑物的所有组件和设备赋予感知能力和生命力，从而将建筑物的运行维护提升到智慧建筑的全新高度。

3.BIM 技术应用总结

BIM 技术为项目带来了丰富的应用价值，包括技术能力的提升、管理效率的提升、精细化管理能力的提升、更流畅的协同共享等。但是，BIM 在实施过程中还是遇到了很多障碍，有待进一步提升和改进。

3.1 BIM 应用问题

3.1.1 BIM 进度滞后

在施工阶段，施工单位实施的模型深化、施工方案模拟、进度模拟等工作缓慢，模型搭建进度控制不力，分阶段交付时间提前量不够，或只能勉强跟着现场进度，甚至滞后于施工进度。

3.1.2 BIM 应用与施工脱节

各参建方的组织机构不合理，BIM管理人员与现场管理人员两套班子，施工单位的BIM 实施方案与专项施工方案分头编制，实施过程中的BIM 运行专题会议与工地例会分头召开，模型搭建与现场施工脱节，BIM 工作指导施工效果不理想。

3.1.3 五维应用受限

BIM 模型结合进度控制、工程量统计的五维应用，因为模型深度不够、配套软件局限性等原因，基本上停留在部分主要材料的工程量统计上，以施工单位内部成本控制应用为主，未从项目整体角度考虑，在质量、进度、投资、安全管理上创造合理的应用价值。

3.2 改进方案及措施

3.2.1 尽早启动

建议委托熟悉项目管理流程及特点、BIM 管理经验成熟、业绩类型丰富的咨询服务企业。采用BIM 咨询服务、BIM技术服务、BIM 监理等形式介入现场的BIM 应用工作。BIM 理念介入越早，BIM工作启动越及时，BIM 与项目的整合就越科学，后期应用效果越显著。

3.2.2 准确定位

BIM 管理单位应协助建设单位根据项目实际情况，对BIM 有相对准确的定位，预先根据后期施工中对质量、进度、投资等方面的要求及运维期的需求，进行应用点分析。

3.2.3 保证投入

BIM 应用有了明确的定位后，对项目的投入也就有了相对明确的预算。BIM的投入包括了硬件（包括网络服务器、工作站等）、软件（包括建模软件、运行平台、运维软件等、BIM 管理及技术人员配备等方面）。

3.2.4 明确责任界定

在项目招投标阶段，应结合招标文件编制、咨询答疑、合同签订等环节，充分与设计、总包、分包沟通既定的BIM 实施目标，明确实施过程中的各方责任，保证BIM 应用贯穿建设全周期。特别应事先约定各参建单位之间BIM 工作的衔接、合同内容的界面、奖惩措施等方面的内容，避免出现BIM 工作责任不清，模型迟迟不能顺利移交，因没有统一标准导致的重复建模，BIM 里程碑节点滞缓无法满足实施要求等情况发生。

3.2.5 过程管控

各参建方在项目前期充分沟通，搭建与实体施工匹配的BIM管理组织架构，制定BIM 应用管理制度，包括模型移交流程和标准、实施标准、质量管控标准、协同工作标准等，并结合工作实际持续完善。特别应重视BIM 工作和施工组织的结合、会议制度、月报制度等纳入BIM 工作内容及与现场管理的衔接，明确对接的管理人员及职责。