成都市工程造价协会

    2019年优秀工程造价学术论文

    二等奖

    成都机场空管终端管制项目

    BIM施工应用案例解析

    蒲雪林马龙鑫周江峰

    （四川良友建设咨询有限公司，

    四川成都610000）

    摘要：以实际工程为例，分析了成都天府机场空管工程的行业现状，阐述了bim技术在空管工程中的应用。工程应用的重点是管线综合深化和幕墙深化。本文结合bim的实际应用，分析了该项目的不足，应思考项目管理模式、组织模式和bim应用标准，并完善项目机制，结合bim+大数据、bim+物联网，考虑空管工程在运营维护中的应用。

    关键词：空管工程；BIM技术；方案优化；数据信息共享；运维

    1.BIM概述

    1.1BIM概念

    建筑信息建模（bim）技术是一种应用于工程设计、施工和管理的数据工具。通过建筑数据与信息模型的集成，实现项目规划、运营、维护全生命周期内各种建筑信息的共享与传输，使工程技术人员能够制作出各种建筑信息。正确的理解和高效的响应，将为设计团队和包括施工、运营单位在内的各方协同工作提供依据，对提高生产效率、节约成本、缩短工期发挥重要作用。

    建筑信息模型与应用（bim）技术是住建部在“十三五”规划《2016-2020年建筑业信息化发展纲要》中提出的关键技术之一。是项目精细化管理和企业集约化管理的有力助手。全面实施信息管理是企业的重要组成部分，也是企业未来的核心竞争力。力争在项目中实现BIM技术的全覆盖应用。我国传统的工程项目管理模式制约着我国建筑业的发展，随着近几年从国家到地方的政策引领、行业转型升级，粗放式的管理模式正在慢慢消失，BIM技术在广度与深度方面给工程项目模式带来翻天覆地的变化，但是与发达国家相比BIM技术的推广与应用存在着一定的差距。

    经过这几年从中央到地方各级人民政府不断的政策推动，以及中字头等行业标杆企业的引领，对于BIM技术的使用已经不是陌生的新技术，越来越多的企业开始认识到BIM技术将给工程建设行业带来巨大的影响和变革，所以从开发到设计再到施工的各参建单位都加入到BIM技术的应用和发展中来。目前，建筑三维模型的局部应用已经从最初的阶段开始，逐步发展到基于bim技术的设计过程优化及信息协调管理、基于bim技术的施工管理与协调、基于bim技术的运营维护的应用。

    1.2BIM建筑工程中应用现状

    随着BIM技术的发展与推广，各参建单位都开始普及BIM技术用于工程项目管理，施工单位应用BIM主要体现在以下几个方面：

    1.2.1三维碰撞检查

    前期设计阶段根据二维图纸分别创建各专业(建筑、结构、暖通、给排水、消防、)三维模型，分析并生成各专业之间的碰撞报告。对缺图、各专业技术问题和施工难点进行梳理，根据问题对设计图纸进行优化，提供完整、协调的图纸信息和数据，解决了传统二维图纸试用时间长、效率低的问题，也减少了施工过程中因图纸问题造成的时间损失。

    1.2.2施工组织方案的编制

    利用BIM技术协助施工单位编制施工组织方案，在编制过程中就能发现施工组织方案中的问题，并且进行相应的施工技术验证，当施工组织方案比较抽象，需要调配的资源较多和施工难度大的时候，其优势极其明显。在施工组织方案设计前期，通过三维模型及相关仿真，帮助员工研究方案的各种可能性，提前预测施工中的困难和困难。获得合理可行的施工组织方案。在方案实施过程中，利用BIM的信息化平台，实时收集、汇总现场数据，帮助管理者及时对交通、物资、人员等现场情况进行调整。

    1.2.3工程成本分析

    前期根据项目及企业标准，制定建模标准及精度，并形成作业指导书，按作业指导书完成标准化模型的创建，通过三维计量插件（广联达、斯维尔等）进行工程量提取，该工程量属于实物工程量。与施工现场工程量、模型实物量和预算清单量进行对比，可以有效地控制工程成本。

    1.2.4项目安全管理

    利用BIM技术加强工程安全管理及教育，提供更加便捷的安全技术手段。基于BIM施工模型，可以提前知道安全、质量方面的控制重点、施工关键环节、重大危险源等进行模拟演示，预知安全质量风险情况，提前制定并采取安全质量防范措施。

    1.2.5施工进度管控

    利用BIM技术平台了解项目进度与时间计划之间的动态关系，通过对比对三维模型进行进度计划可视化验证，收集各个工种的实际工效之后，在进行虚拟施工工序模拟，来验证各节点所需要时间的合理性，再重新编排施工作业。对施工进度计划的进度分析，展出与现场不符，不利于项目控制，人力资源没有得到良好配置的问题，然后罗列出来，通过质量管理措施有针对性的进行解决，同时在实施阶段收集各个班组的实际工效，根据现场的实际工效，优化了流水线路，就能切合实际的提高施工计划的实施性，进一步减少现场窝工情况，提高工程实施效率。

    1.2.6工程信息管理

    在BIM技术平台的配合下，有效地进行项目谈判和协调，实现对项目施工阶段的进度、成本、安全和质量的管理和监控。同时，BIM管理系统集成了施工过程中建立的文件。工程竣工验收后，将形成一套完整的工程信息数据库。建立永久档案；其次，BIM技术包含了大量与工程项目相关的信息，可以为工程项目提供丰富的数据后台支持，进一步实现建设单位、设计单位等多个参与方之间的工程数据共享。监理单位、施工单位和材料供应商在同一个BIM平台上，这是有益的。更方便参与方之间的沟通、合作和紧密合作，项目实施管理更加有效。工程建设过程中管理协调工作能否有效运行，严重影响工程建设的质量和进度。充分利用BIM共享平台，真正实现信息交互和高效管理。最后，基于bim平台的项目管理，具有准确的基础数据、透明的共享数据，能够在短时间内、全过程地完全控制项目的风险和利润目标。BIM数据模型确保了项目数据的动态调整，便于统计和跟踪项目各个方面的现金流和资本。黄金状态，并根据项目形象进展情况进行筛选总结，为领导更充分配置项目相关资源创造条件。

    1.3发展趋势

    BIM的推广和应用，伴随BIM+的技术不断发展，行业必将被数据化洗礼，BIM将彻底改变传统的项目设计、施工和运维管理方式，更多将基于数据化管控。将会从以下几个方面进行发展与探索:

    （1）统一数据格式，实现BIM模型的共享和协同。

    （2）云BIM应用技术将从设计、施工转变为全生命周期的应用。

    （3）促进管理模式的变革，更好地实现集成交付模式。

    （4）通过云端数据库进行企业知识管理。

    大土木工程专业类别众多，从房建、厂房、市政到钢结构、精装、地铁、铁路、码头、化工等，十分庞杂，专业区别十分巨大，建模技术要求不同。不同的工程专业的工艺流程，管理体系也十分庞大，各专业要真正用好BIM技术，需要自己的专业BIM系统。拥有专业性强的BIM技术体系将是各专业的发展方向。结合专业需求、规范甚至本地化深度，打造出用户体验最佳、投入最高的专业BIM技术体系。对于BIM来讲，BIM技术与物联网的结合可以为建筑机电设备提供空间定位。BIM模型机电设备的空间定位有助于为各种维修活动提供更直观的分析手段。随着智慧城市的发展，利用bim+gis+物联网建设数字化城市，越来越需要采用BIM技术来获取大量的城市建筑设施模型数据。

    2项目BIM施工应用与探索

    2.1项目简介

    图1项目简介

    2.2施工阶段BIM技术应用

    2.2.1模型创建

    利用BIM技术依据设计图纸创建设计模型，（如图2）真正实现“所见即所得”效果，将各专业模型结合，利用BIM相关软件，分析各专业之间的问题，并将问题进行统计与归类（图3），结合三维模型给管理、技术人员交底，减少因盲目施工造成的工期、人工、材料、设备使用的损失，提前预判施工风险，提高工程质量。

    图2设计模型

    图3问题统计表

    2.2.2专项施工方案优化

    （1）场布优化应用

    根据平面布置图建立模型，采用bim技术可视化，结合工程现场（临时道路、料场、塔吊、大门、模型区等）的实际情况，优化生活办公区的布局。同时，模拟施工现场安全、文明施工标志、企业文化宣传牌等的布置，指导现场布置的实施，使绿色、安全、文明施工渗透到施工现场的每一个角落。（图4）

    图4三维场布模型及二维码

    （2）室外总坪工程优化

    该场地地形复杂，通过BIM技术发现总坪的坡道坡比、基础外露、污水井埋深过深、排污路由设置不合理（图5），并针对这些问题与设计进行讨论沟通，在满足设计规范及施工条件下，合理优化总坪方案。

    该场地地质条件复杂，土方开挖量过多大，运输成本高，从项目成本、进度考虑，利用BIM技术并结合现场实际情况对场地道路、景观堆坡的标高进行调整，计算出由此产生的经济成本，与设计方案整体美观效果、经济成本、进度相对比。调整后方案时间成本降低，但需增设挡土墙及护坡，工程量增加，排水措施不如设计方案，经济成本减少，综合考虑按照设计方案施工。（图6）

    （3）高支模方案模拟应用

    管制主楼(核心部分)层高高，跨度大，钢结构吊装和脚手架是本工程施工重点，为保证脚手架的顺利搭设，提前进行模型创建，并就高支模难点及重点部位进行公益模拟，同时对现场管理人员及班组进行可视化交底。（图7）

    图7脚手架模型

    （4）砌体排砖应用

    根据设计图纸和设计规范，合理布置结构柱、梁、门、窗、洞口，绘制图纸（砌体布置图、建筑物预留洞）指导施工。同时提取相应的工程量，为物资采购提供相应的依据。对砌体施工过程进行了模拟和可视化。（图8）

    图8砖砌体深化流程图

    （5）屋面工程深化设计

    本工程屋面设备众多，工艺做法复杂，屋面面层采用瓷砖铺贴，为更好解决屋面各层做法与设备基础及管线布设合理，根据屋面施工方案，创建屋面模型，梳理出屋面施工难点，同时为保证屋面的美观性，对屋面进行合理布局，给现场工人技术交底。初步排出面层瓷砖，进行可视化展示，辅助施工进行选材及排砖。（图9）

    图9屋面深化图

    2.2.3深化设计应用

    （1）幕墙深化设计

    根据幕墙深化图纸及加工参数需求，可利用BIM技术对模型进行展开，对幕墙分割进行分板，并对单板进行参数标注（精确到mm后两位），加工厂可根据参数进行加工制造，同时可提取相应工程量，供采购参考。结合项目实际施工情况，解决空间曲面定位难问题进行安装定位。（图10）

    图10幕墙深化图

    （2）机电专项BIM深化应用

    由于空管工程涉及专业较多（水、暖、电、消防、工艺等），管线综合复杂，采用BIM技术，在符合设计规范的前提下对管线路由进行合理排布，并召开管线综合会议，结合各专业单位意见进行管综二次优化。（图11）

    图11管线综合深化图

    1）气体灭火深化

    此部分气体灭火路由错乱复杂，部分管线与结构碰撞，利用BIM技术对管线进行调整，并与专业单位进行沟通确认，后期施工按此路由施工，减少返工及材料浪费。（图12）

    图12气体灭火深化图

    2）净高分析

    结合三维模型可视化梁高、管线、精装吊顶对房屋空间的净高影响，提前分析，得出项目空间净高估测值，为项目的设备安装及空间利用进行预测，为业主方提供决策依据，提前解决不满足净高需求的地方，满足各区域功能需求。(图13)

    图13净高分析

    3）综合支吊架深化

    根据支吊架方案及布置原则，深化支吊架平面布置，保证支吊架安装的美观度，导出支吊架剖面图，并标注管道中心标高及各段支吊架形式（锚固梁或墙有具体标注），对相关技术及管理人员进行技术交底，确保现场按方案施工。（图14）

    图14综合支吊架深化

    4）异形配件预制

    项目管线多、交叉复杂，桥架的异形接头多，为保证后期顺利施工，对接头出相应加工图，并对接头位置及部位进行二维码说明，方便加工预制及安装。（图15）

    图15配件二维码

    5）专业出图

    根据最终管道综合平面图，下发各种专业图纸，在平面图上注明管道走向，在剖面图上注明管道标高及布置位置。便于后期施工人员按计划施工，保证了计划的落地，并预留了管线开孔的开孔图，减少了二次开孔。材料浪费保证了施工质量，加快了施工进度。（图16）

    图16管线深化图

    2.2.4基于BIM的新技术施工应用

    （1）无人机技术的进度管理应用

    利用无人机技术，将现场航拍照片制作成全景二维码，手机端查看现场实施进度及部分安全问题。（图17）

    图17无人航拍

    （2）三维土方的土方平衡土石方工程量计算应用

    该场地地形标高复杂，土方工程量计算困难，利用三维扫描技术对场地进行点云扫描，通过记录、收集被测物体表面大量的密集的点的三维坐标信息和反射率信息，将这数据点由点形成面，从而形成实体模型，并结合设计标高进行土方量计算，三维扫描技术相较于传统测量高程点多、数据信息量大，测量精度高，计算出的土方工程量更为准确。(图18)

    图18三维土方扫描

    3思考与展望

    3.1应用思考

    3.3.1项目管理模式

    BIM只是一个工具，而不是一种管理模式，当某种管理模式需要它带来价值时，它可以嵌入任何一个管理模式里，作为一个工具，我们要很好的与项目前期决策、实施期项目管理和运维期深度结合，将BIM价值最大化。bim不是简单的模型创建，而是信息的提取和共享。因此，要结合项目本身的特点和项目的需要，规划BIM应用点的全过程，梳理BIM应用过程，从实际需求出发，充分发挥BIM的价值。在空中交通管制项目中有许多设备。在规划BIM应用时，应结合BIM+物联网概念，建立应用组织、管理流程、协调机制、数据需求和应用标准。同时，要结合工程各阶段的使用要求和运行维护要求，适时安排施工、运行维护等后续单位、部门或人员。充分预先定位、规范化、制度化的后续数据需求，尽可能保证数据创建、共享和管理的及时性、实时性和完整性，以提高项目前期决策管理的整体水平、实施周期项目管理和运营维护期管理。

    3.3.2组织模式

    BIM应用是一个系统工程，涉及工程管理的大部分内容及几乎所有的参与方。因此，业主方作为总组织者、总协调者和总集成者，在BIM中发挥关键作用。而鉴于空管工程的特殊性，可以以业主方为“项目经理”，BIM咨询作为“技术负责人”为业主提供技术支持，此外“技术负责人”不仅要具备BIM信息化、BIM应用而且还要具备项目管理能力，以适应业主在BIM应用方面的现实需求及时给出合理性建议。同时，要想利用bim技术使项目有价值，离不开所有参与单位的参与和支持。因此，各参与单位在实施BIM过程中配置相应的人才，并根据各自的分工积极参与BIM应用。当然，不同的项目特性决定了不同的项目管理模式，同时参与单位的BIM应用水平是不同的，具体组织模式应根据项目情况进行适当调整。

    3.3.3BIM应用标准

    每个项目都有自己的项目特征，基于不同的项目特点需制定BIM应用规划、实施方案、组织协调机制和相应标准。空管项目尚未形成成熟的BIM应用模式、应用指南和应用标准。由于项目的不同，bim应用的模式、需求和深度也不同。因此，有必要根据本项目的特点和要求，制定应用规划作为BIM应用的最高程序，制定BIM实施计划作为BIM应用的运行依据，必要时，制定相应的BIM建模与协作技术标准。相同的应用、信息平台建设和模型移交验收依据。同时，利用信息管理软件搭建BIM应用的信息共享与交流平台，形成BIM会议机制，充分发挥BIM的信息集成、信息共享、可视化和数字化优势，实现价值。工程分析，为精益项目建设和项目全过程增值提供服务。

    3.2应用展望

    空管工程涉及的空管专业设施、设备比较多，对于空管工程建成后的运营维护管理，可以通过以BIM技术为载体，集成大数据、物联网、GIS、RFID以及智能楼宇等前沿技术，为空管运营管理提供更多的技术支持，从而有效提升了运营管理的智能化水平，进一步提高了运营管理的效率。

    3.2.1BIM+建筑业大数据的应用

    （1）图纸、设备资料数字化

    传统的纸质资料储存方式不便于查阅与保存，将其数字化记录在模型、平台等，在项目利益相关者间适度公开，以便于各专业进行管理查阅，极大的减少沟通成本。

    （2）数据收集标准化

    在建筑项目全生命周期各阶段所产生的数据信息格式不尽相同，为了达到统一管理、共享数据的目的，需要保证项目在设计阶段、施工阶段、运维阶段的管理基于统一的模型内，达到一模多用的原则。由此可见，数据库的建立是建筑发展的必要条件，以便存储建设项目各阶段的信息资料，用于下一阶段的数据提取工作。

    （3）系统平台统一化

    我国在建筑项目的设计阶段，主要依靠传统的方式（CAD）进行出图，再与施工单位对接，运用BIM软件进行建模，模拟呈现效果图或进行安全性能碰撞试验。以上工作存在一部分的重叠性，为了提高工作效率，其实可以同时进行一项工作，发现问题并及时解决问题，理想状态是我们利用三维模型进行设计，各专业采用协同方式进行工作，这样的质量更高，当然时间成本是现在的主要原因，但随着新技术发展，时间成本最终会被科技加快，这样我们就需要标准来将我们的行业知识、流程、协同方式等固化。

    3.2.2BIM+物联网的智慧运维管理

    BIM技术提供了三维可视化平台，利用互联网技术，我们可以将智能系统与物联网技术融合入BIM模型中，实现从智能建筑向智慧建筑的飞跃。例如，在应急管理方面，融合了BIM技术等多种先进技术的运营管理系统，可以根据物联网采集的数据自动发出报警和预警，如通过对设备的实时监控，当设备发生故障时，运维平台会自动报警并迅速锁定故障设备所在的空间位置。空管工程设备较多，后期运维管理就显得复杂而重要，在前期我们利用BIM技术将相关的构件、设备信息录入相关模型、同时我们在运营系统中对各专业各设备进行人员关联，当设备出现问题时，设备可以及时预警，相关人员可以及时处理，预防不必要事情发生，同时在运维将巡检记录、维修记录录入维修系统中，方便后期调阅与分析。基于BIM技术可视化运维平台可充分共享施工阶段建立的BIM模型，实时查询和监控运维管理信息，通过融合物联网、云技术、大数据等前沿技术，可以更好地支持空管后期运维管理中涉及的物业管理、安全管理、空间管理、设备管理、资产管理、技术管理等工作，有效提高了空管设施、设备的管理水平和效率，为相关决策提供了有力支持。

    参考文献：

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    [5]上海市建筑信息模型技术应用于发展报告（上海市胸科医院科综合楼项目）；37-38

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