张丁丁 李 向

（中国建筑第七工程局有限公司，河南 郑州 450000）

0 引言

在全球经济水平不断提高的势态下，我国现代化城镇建设步伐逐渐加快，建筑行业在我国国民经济中的地位变得越来越重要，迎来了许多新的发展机遇。进入2010 年以来我国建筑行业一直保持着稳健的发展趋势，生产总值占国内生产总值的10%以上，并且每年的创造均值都在逐年上升，在整个国民经济的增长中充当着必不可少的重要角色[1]。但近些年来我国建筑工程项目出现的事故越来越多，生产方式仍以传统作业为主，高成本、低效率和落后的管理模式都间接地影响着整个建筑工程的施工效果，说明传统建筑业已经无法满足当下的经济发展需求，必须改变传统的建造方式，优化施工技术，对整个建筑工程进行合理管控，以实现高质量低污染的目标。目前不少学者对工程管控方法进行了研究，例如，马聪聪建立了一个T-C-Q 综合优化数学模型，并利用改进遗传算法对工程项目进行多目标综合优化[2]；邓子龙等人分析了多目标粒子群算法在工程项目风险管控中的应用，以风险控制成本最小和风险损失最小为目标函数构建了多目标优化模型，从而完成工程风险管控[3]。但以上方法在进行建筑工程管控过程中会出现建筑施工资源价格分析不准确的现象，需要对其进行改进。

BIM 技术可以贯通建筑施工的整体，实现信息共享，为整个建筑施工行业带来了巨大的转变。目前国内外已经有无数的成功案例，认可了其技术的应用价值，能够有效解决施工难度大的问题，减小建筑成本，创造可观的效益。在这一技术中最重要的就是3D 模型的建立，由于BIM 是一个多维度模型，BIM3D 和BIM4D 技术侧重于对建筑的结构及其施工的可行性进行研究，忽略了建筑施工的最终成本，根据调查显示，工业化建筑施工的平均成本比现场浇筑每平方米要高出200～500 元。因此为了更好地在建筑施工中更好地利用BIM 技术，在阅读大量文献和论文的基础上，了解当前国内BIM 技术在建筑工业施工应用的现状，分析其技术特点和原理，在BIM 技术下构建5D 模型，优化支护结构，多层次法确定工程评价指标，动态施工跟踪施工质量安全，完成建筑施工的技术优化和工程管控，最后通过实验验证该文所述方法的效果，以期控制工业化建筑成本，减少建筑工程成本预算。

1 基于BIM5D 的建筑施工技术优化和工程管控方法

1.1 BIM 技术构建5D 模型

5D 建筑信息模型是在4D 的基础上加入了成本维度，将原有的模型和成本要素相结合，能够快速地了解整个建筑工程中每个构建的成本价，甚至是某个时间段内的项目成本，最大限度地避免出现超出预算的情况。在构建模型前需要选择一个BIM 软件，此次运用多种软件来构建5D建筑信息模型，先对工程内建筑构件的几何属性长宽高进行选择，其次选择构件结构特征以及建筑材料的物理属性。以Revit 作为核心建模软件， NaVisworks 作为进度查询软件，鲁班作为造价软件，完成建模的准备工作。选择好BIM 软件之后，构建5D 建筑信息模型，分为模型初建、检查和深化3 步完成建立。将CAD 图纸导入进BIM 软件之后，根据建筑构件的参数进行设置，此时可得到一个初步的BIM 模型。其次对构建好的模型的做全方位的检查，找到不合理之处：第一步，要求初步形成的模型在交付前建筑工期的各个参与方做协同检查，针对原图纸中和施工方向做优化处理，将没有出现或者出错的地方进行标记，进行统一修改，保证图纸设计效果。第二步，在NaviSworks软件等的帮助下对模型内部构件做碰撞检查，检查模型是否存在空间上的逻辑错误，找到各线路之间是否存在结构矛盾，线路和梁、梁和梁之间是否存在相碰现象[4]。第三步，对建筑构件做高度排查，建筑内部构件的净高度是否满足模型运行标准。最后在所有项目检查完毕后，对初步模型的性能进行分析，将所有错误进行优化，分析目前的采光、通风和抗震与节能功效，如果能够满足合同要求，即可以将模型进行深化设计，使其能够满足后期施工的各种工作。

1.2 优化支护结构

在模型建立好后，利用族构件库的族群建立和建筑施工相关的建筑族，包含桩和锚索等。根据建筑所在处的地质，在建筑模型中将所有的预制构件对应的放置区域进行重新定义，将所属空间内的构件指定给某个分区，利用空间构件来优化建筑施工中所需的支护结构。对圈定的建筑构件所在的区域相关信息进行维护，按照热负荷和冷负荷设置不同的参数值，在空间的构件按照指定顺序排列后，根据负荷值大小的变化确定负荷类型[5]。在构建的负荷类型确定完毕后对各层的三维模型进行目测，检查构件管线和梁柱之间位置关系，对标高不能达到吊顶要求的梁柱，重新优化设计。在模型所处的空间内完成冷热负荷分析，确定建筑施工所需构件的能量需求，在优化过程中对所在区域留出固定空白位置，计算空洞和墙槽的体积，完善设计图纸。

1.3 多层次法确定工程评价指标

为了在施工过程中更好地观测施工进度和效果，需要对建筑工程的各个项目进行指标设定，正确的评价指标能够更好地对施工工程进行把控[6]。为了寻找到正确的评价指标，该文在指标设定前运用层次分析法针对工程施工的要素进行分类，分配好指标体系的权重值，为了使评价的效率和结果更加准确，在施工整体分工的4 个部分，完成初步一级指标设定。根据选定好的一级指标分化出相对应的二级指标，按照一配三的原则，初步形成12 个二级指标。初步评价指标涵盖内容如下表1 所示。

表1 初步评价指标涵盖内容

按照表1 中所示的初步评价指标，通过设计表邀请建筑行业的6 位专家对指标进行打分，从而确定每个级别指标的权重，根据层次分析法对每个专家的分值进行统计，分析每个指标的相对重要程度，按照最低分1 分，最高分10 分为标准，从一般重要到非常重要的程度，让专家以匿名打分的方式对指标进行排序，根据指标权重计算公式，将指标评分按照较差、中等、良好和优秀分级，将定性指标转化为定量指标，至此完成指标设计。

1.4 动态施工跟踪施工质量安全

通过建立好的5D 模型将建筑施工阶段，按照流水段进行划分，并和所建模型进行关联，对流水段内对应的工程量进行自动化信息提取，布置好施工计划[7]。根据技术部门制定的施工进度计划，然后再把总进度的施工计划进行分解，结合所有施工部门规划的分属计划，把总进度的计划进行编制。为了确保各施工项目单位能够将施工进度控制在一定范围内，在计划实施前需要将构建的模型同各施工单位进行2～3 次的模拟运行，从而让不同施工单位的项目负责部门在施工中有清晰的施工逻辑，将部门按照施工的前后顺序安排好，一旦某个部门的进度计划发生改变，需要让不影响该部门工作的平行进度小组代替，防止整体施工进度发生变化。在BIM5D 模型中进行动态施工的跟踪管理模块设定，综合整理整体项目的信息，将施工过程以可视化形象全方位进行展示，使建筑施工工程的负责人能够每天实时查看当日施工情况，在施工进展中随时调整数据，控制整体施工质量，完成施工进度跟踪计划[8]。

2 实验测试与分析

2.1 实验准备

为了验证在BIM5D 基础上优化的施工技术能够较好地应用在建筑施工工程中，选择建筑工业化的下部结构基坑作为实验对象。选择某市基坑工程，其占地面积约为8600m2，周边长度约1400m，挖掘深度在7m～20m，地面标高3.2m，承台间距为10m。根据土壤特性和建筑结构，将基坑划分为3 个部分：第一部分有6 个区，分别是A 区、B 区、C 区、D区、E 区、F 区，采用桩直径为1200mm 双排柱支护；第二部分包括G 区和I 区，用桩直径为1000mm 灌注桩，一排预应力锚索；第三部分只包含P 区，采用桩直径为800mm 灌注桩，两排的预应力锚索，支护桩外围再设置一排桩直径为800mm 的搅拌桩，基坑平面图如图1 所示。

如图1 所示基坑中含有2 个坑中坑和3 个核心筒。第一个坑中坑是蓄水池，以周长486m，深 7.4m，灌注桩加钢筋混凝土支撑设计。第二个坑中坑是负二层通道，以深 5.6m，周长245m，双排 PHC 管桩支护设计。另外3 个核心筒采用新型钢板桩为支护结构，以60a槽钢作为钢围檩焊接三脚架，加上壁厚为12mm 的301 钢管作为内支撑。以BIM5D 技术在该基坑项目中的应用流程将整体施工划分为3 个模块，如图2 所示。

图1 基坑平面图

图2 BIM5D 实施流程

由图1 可知，BIM5D 实施流程主要分为施工前准备阶段、建模阶段以及施工阶段。对于施工前准备阶段而言，在该阶段需要进行工程预算、计划进度以及成本计划的安排分析，为接下来的工作奠定基础。在完成以上步骤后，就进入建模阶段，在建模阶段需要完成场地布置以及碰撞检查2 个步骤；最后进行施工阶段的5D 模拟，主要包括施工模拟、质量跟踪、资源控制、工程计算以及成本统计。在设定好以上实施流程后，对该模型涉及的桩、立柱和锚索等多种特殊族完成自建设定。该工程的基坑支护结构为泥浆护壁成孔灌注桩，由于其钻孔施工过程中受不同土质层影响，会出现孔洞和塌孔现象，使得桩径局部增大，导致混凝土实际用量高于计划用量，增加预算成本，因此为了提高混凝土预算的精准度，根据泥浆护壁钻孔灌注桩的充盈系数，对常见建筑工程土质进行分类，由此增加桩的半径长度。在施工现场完成5D 模型的建立，将工程进度计划和项目清单加以整合。

2.2 实验结果

将建立好的5D 模型通过NaVisworks 软件进行检查，利用模型的可视化功能，将各部件及节点的连接情况进行碰撞检查，共发现45 处碰撞点，将检测出的碰撞点进行修复，如图3 所示。

如图3 所示最终发现B 区的水平支撑梁与冠梁连接不充分，按照调整冠梁的标高方法增加此处的整体性，避免返工 。在完成各基坑部件的碰撞检查后，对比中标清单和实际所用资源，分析建筑工程的材料预算，部分资源对比结果如下表2 所示。

图3 模型碰撞检查

表2 建筑施工资源价格对比

由表2 中数据可知，利用BIM5D 技术在建筑工程的整体施工中，能够对所需材料和结构进行多维度的检查和优化，及时对合同价格和预算价格进行对比，发现成本控制不合理的地方，及时作出调整，降低整体施工成本，完成整体建筑施工工程管控。

为了深入验证设计方法的效果，将设计方法与文献[2]、文献[3]方法进行对比，得出建筑施工资源价格效率对比结果如图4 所示。

由图4 可知，与文献[2]、文献[3]方法相比，该文方法可以在保证整体建筑施工工程管控效果的基础上以较高的效率进行资源价格分析，效率总体在95%以上，而文献[2]、文献[3]方法的最高效率分别为85%、79%，有效说明了该文方法的效果。证明该文方法可以为工程进行调整留出充足的准备时间，从而保证整体建筑施工工程管控的效率。

图4 建筑施工资源价格效率对比结果

综上所述，采用该文方法不仅可以对资源价格进行准确对比，而且还可以保证对比效率，保证建筑工程的成本预算控制在合理范围内，充分验证了该文方法的有效性。

3 结语

为有效进行建筑工程的成本预算，减少成本消耗，从而完成整体建筑施工工程管控，该文通过对BIM 技术和建筑施工全过程的研究，结合5D 信息化手段，总结了一套新的建筑施工技术和工程管控方法，并在实际建筑工程施工案例中，将新模式运用在其中进行模拟，不难发现新模式的可行性，能够有效控制整体建筑施工成本。但由于时间和精力的限制，建筑施工阶段的技术和管控模式的多样性，在该研究中不能全部涉及，只对施工方法做了总结，没有对一些构件的连接点进行分析研究，完成的内容仍有不足。在后续的研究中，要利用好BIM 技术全周期的特点，对整个建筑生命周期展开研究，实现真正的信息化管理。