基于BIM的某廠房工程的施工優化管理探究
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摘要：結合某發電廠廠房工程實際，借助BIM技術的特點，完成該工程的數據化虛擬建造，可為保證施工難點的施工質量、進度控制、安全管理和信息溝通等施工優化管理提供參考.
關鍵詞：BIM;施工優化管理;數字化虛擬建造
中圖分類號：TU71 文獻標識碼：A 文章編號：1673-260X（2019）06-0094-03
與民用建筑相比，工業廠房表現為高凈空，大跨度，大量負荷、巨大荷載的結構形式和受力特征，這些特點決定了廠房建設必然具有一定的難度.廠房結構各類構件內力大，截面尺寸大;承受吊車荷載、動力設備載荷等外力的作用，動荷載影響顯著，對于承重柱、地基與基礎的要求較高;由于工藝用途各異，區間跨的設計高度不一，內部結構要求不同，增加了施工及協調難度;預埋嵌入件的數量多，預留孔洞數也不少，施工精度要求高.因此，廠房的建設施工管理是對施工承建綜合技能和管理能力的挑戰.
BIM技術是一種基于數據的工具，可通過參數化模型集成項目的各種相關信息，實現工程師和技術人員對各種項目信息的可視化，共享和傳輸.在此基礎上，可以做出正確的理解和有效的響應，可以用于工程施工管理，提高協同管理的效率、保證工程質量、降低節約成本和縮短合理工期等方面發揮重要作用[1-3].近年來，BIM技術越來越廣泛的被建筑從業人員重視并運用到實際工程中.在此基礎上，本文試圖探討BIM技術在某發電廠項目施工優化管理中的應用.
1 工程概況
某發電廠廠房工程包含汽機間和配套間，其中汽機間進深24m，配套間進深11m，總深度為36.7m，開間為7×8m=56m，設置兩臺汽輪發電機組.汽輪機房采用單層排架結構，屋面采用鋼桁架結構;配套間為4層鋼筋混凝土框架結構.房間總建筑面積為5215.8m2.室內設計標高±0.000m，室內外高差為300mm.
該項目位于福建省莆田市.基礎形式為預應力高強混凝土（PHC）管樁，采用現澆鋼筋混凝土柱和加氣混凝土砌塊圍護墻體.該發電廠工程設計0m層布置設備基礎，A軸外設置兩臺變壓器.結構梁、柱、板、墻壁均設置有大量嵌入預埋件及預留孔洞.
本發電廠廠房工程的施工難點在兩個汽機島的建造.存在大量預埋件，鋼筋用量極大;運行平臺厚達1.65m（采用縱向兩根梁、橫向三根梁疊合而成，整體按梁式配筋），其模板支撐體高達9m（屬超高超重）;結構各部件形狀各異標高不齊，預埋件、預留孔精度要求高，且關鍵部件要求一次成型，不能設置施工縫，施工難度大;又由于要求工期極短，又兼設計圖紙提交滯后，進一步加大了施工難度，這些諸多因素導致存在安全隱患.
本文基于傳統的施工管理，試圖利用BIM技術創建其數字模型，并將該模型與工程的相關信息、資源計劃、施工方案、質量計劃、安全管理計劃等結合起來，進行模擬動態施工的優化管理，以便在實際施工前就能預先了解質量、安全管理的難點，采取有針對性的優化方案和管理措施，預防和消除潛在的安全隱患.
2 基于BIM技術的優化管理
2.1 基于BIM的信息管理
利用BIM技術，可以優化該工程的信息管理工作.該廠房工程施工工藝復雜，設計文件煩瑣，細部構造及精細度要求高，傳統紙質文檔的傳遞方式和協調會溝通等信息交流手段，勢必會造成信息溝通的延遲，導致信息溝通成本的增加，從而降低該工程的建造效率.因為項目部的臨時性和管理工作的一次性，為更好發揮專業管理優勢，該工程的信息管理組織采用矩陣式項目管理組織形式;建立該廠房工程的項目局域網，實現項目數據共享，方便信息的查詢、檢索和傳遞;基于計算機網絡系統，借助BIM技術，創建工程的監控和管理系統;使用相關管理軟件設置網絡攝像機，可以實時對施工現場進行監控和管理[2-3].
2.2 基于BIM的參數化建模
施工承建方可以使用BIM技術的Revit軟件進行廠房項目的數據模型構建.該工程的信息模型可以提供關聯梁、板、柱等構件的其他信息，包括模型展示、現場圖片及視頻跟蹤;使用BIM建模核心軟件建立該工業工程的各種參數化模型后，可以使用廣聯達建模軟件，計量計價軟件等.將它們集成為基于參數化模型、進度、成本、資源、安全等的綜合信息模型平臺[4-5]，集成該廠房工程從設計圖紙到運營維護期的信息，這確保了項目施工期間的信息可以有效地組織和使用，非專業人員可以自由地瀏覽他們想要看到的信息和效果.
該綜合信息管理平臺的利用，可以使該工程設計階段和施工階段的信息共享和協同管理，使設計方案和施工方案的優化更加便捷.對施工方而言，既可獲得該工程設計文件的相關數據和信息，可以為該工程施工階段的質量、安全、成本、進度等目標管理提供支撐;還可以減輕及避免信息傳送中的遺失丟失，減少信息查詢及恢復信息的勞動力付出.
2.3 基于BIM的施工現場布置
采用BIM技術，可以優化傳統的施工場地布局，可以呈現施工現場的三維布局，效果逼真.針對該廠房工程特點，依據提高施工場地的利用率、盡可能減少臨時設施建設投資、最大限度減少場內二次搬運的原則[3-5]，基于BIM技術的參數化模型構件數據，可以實行定性分析、定量計算和確定施工現場布局方案.結合施工現場布局方案，采用廣聯達的BIM施工現場布置軟件，完成廠房工程施工現場的三維布置圖，從而使施工現場資源及臨時設施等要素布置一目了然.
2.4 基于BIM的進度控制
利用BIM技術，可優化該工程的進度控制工作.工程的進度計劃是工程進度控制和實現工期目標的主要依據，是工程實施過程中各分部分項工程在實施時間和資源配置方面的事先安排.可利用夢龍軟件或Project軟件編制該廠房工程的施工進度安排計劃，還可根據該工程的實際進展，在傳統的進度控制方法的基礎上，利用BIM技術的可視化動態仿真和分析，精細控制項目整個施工過程中的施工進度[4-6]，并相應地進行事中控制和施工程序的優化.同時可做好施工過程中各方面現場協調工作. 2.4.1 進度跟蹤檢查
（1）進度信息更新.利用BIM技術可實現該廠房工程的進度數據信息收集及更新.項目的進度計劃管理人員可以在便攜式設備上運行使用BIM計劃管理功能模塊，及時更新項目的形象進度、實際消耗的資源量、實際完成時間和實際持續時間[6-7].還可以刪除或添加作業，調整作業間的邏輯關系及優化工作結構.工程進度管理人員可通過應用查看BIM移動端、實地考察施工現場、調看現場監控等手段，結合項目實際數據的分析，收集進度數據，驗證后上傳到BIM系統.既可以供進度信息使用和參考，又可以實時更新.
（2）現場自動監控.利用BIM技術可實現該廠房工程的實際進度數據監控.該項目施工現場實際進度的監控主要是通過三維激光掃描設備和視頻監控進行，可使進度管理人員不在現場也能實時掌握實際進度.現場測量定位或GPS定位設備可用于確定項目的特定方位角坐標，并且可確定在施工現場設置的監控設備的控制節點的坐標和方向.在控制點設置三維激光掃描，視頻監控等設備，實現對施工過程全過程的監控.實時上傳這些圖片或視頻數據的監控數據、三維激光掃描數據和人工表單格式數據，與項目的BIM計劃進度模型進行比較分析，以判斷并準確控制項目的實際施工進度.還可及時采取措施進行進度的調整與更新[6-8].
2.4.2 進度對比分析及調整
基于BIM技術，可以綜合利用項目的進度橫道圖，進度曲線和BIM 4D模型，來比較和調整項目的進度，并優化施工工期[7-8].根據工程實際進度情況，可以比較和分析項目分解WBS節點在任何時間段的動態計算、計劃進度信息、計劃工程量和實際工作量.它可以幫助施工人員實時控制進度信息，及時做好工程材料的采購，操作人員的部署，以及大型機械的進出場.還可以組合資源，權衡成本或調整關鍵工作的持續時間，或更改不同作業之間的邏輯關系，合理進行工期優化.
2.5 基于BIM的質量控制
利用BIM技術可實現該廠房工程的質量控制.該廠房工程可利用BIM5D軟件進行其質量跟蹤管理.對廠房的每一個構件的二維碼進行掃描和拍照，可進行問題跟蹤;將照片與模型聯動，可增加信息量;集成手機移動端、云端、BIM桌面端的信息，可解決共享及協同管理問題;質量安全例會應用BIM桌面直觀展現問題，可實現利用數據輔助會議決策[8].
2.6 基于BIM的動態施工模擬
利用BIM技術可實現該廠房工程的動態施工模擬.使用BIM5D技術可將該廠房工程施工階段的數據、圖紙、建筑實體模型、場地臨時設施、進度計劃等進行集成，對該廠房工程進行施工模擬.在集成了土建、結構、安裝、進度計劃、場地布置等 BIM模型之后，切換到時間視圖，導入工程計劃，計劃關聯模型，選擇工程日期范圍，選擇查看數據，開始模擬，從而可以實現基于BIM5D平臺的該廠房工程的動態施工模擬[7-11].該動態施工模擬可以將抽象的設計文件及圖紙具像化，以視頻動畫形式向參與者展示該工程的施工建造過程.利用該施工動態模擬還可以事先查找發現施工中可能存在的碰撞等需要完善的問題，為設計變更和優化施工方案提供參考.
2.7 基于BIM的安全隱患檢查
利用BIM技術可實現該廠房工程的安全隱患檢查.首先，對工程施工工作進行分解，組織技術人員及專家對該廠房工程施工前和施工過程中潛在的風險及危險源進行分析、判斷和辨識，使參與人員對該廠房工程施工各個流程及環節都有深入的認識，并使許多潛在的風險因素都能顯現出來;其次，結合施工關鍵過程關鍵環節的施工模擬，將專業、系統、全面的危險源信息與BIM平臺的參數化模擬、可視化及信息共享的優勢相結合，創建該發電廠廠房工程的BIM安全檢查模型，以便事先發現該廠房可能存在的預埋件與預留孔洞的碰撞問題及安全隱患.該檢測方法用于實現危險源信息、風險預防措施和BIM系統接口的連接，進一步優化質量控制點的施工方案和施工過程;同時，通過項目分解，可明確每個施工環節的安全責任歸屬，從操作者的根本上降低風險的發生，可以避免安全隱患和質量問題，還可有助于項目經理的資源控制、項目進度和成本控制.
2.8 基于BIM的安全教育
利用BIM技術可實現該廠房工程的安全教育.在該發電廠廠房工程施工以前，經過施工環節危險源識別和動態施工模擬，結合BIM技術的安全檢查，它可以直觀、具體地呈現工程施工階段的安全狀態，并對上述易發生質量和安全事故的部件進行動態3D漫游，隨著動態漫游動畫中人體模型的行走，通過查看要構建的元素以及虛擬環境中的相應設備操作，能預先發現廠房梁板柱等構件中的預埋嵌入件及預留孔洞[7-11].安全培訓人員可結合畫面，向施工作業人員形象地介紹該處可能存在的安全隱患及施工重點難點，并做好安全交底.該仿真場景能使工人更好地一目了然識別安全隱患的類型、尺寸、位置、危險后果[7-11]，自覺主動增強安全意識并采取控制措施.應用BIM技術進行該工程的數字化安全培訓和教育，能提高安全培訓的畫面感和現場感，深化對項目現場操作的理解，使他們能夠快速了解如何在短時間內進行安全操作.從而可以更加到位、更加深入地達成安全教育的目的，大幅度提高安全管理的質量及效率.它還可以使安全教育可持續發展，從而節省安全教育投入.
3 結論
本發電廠廠房工程施工可借用BIM技術的可視化管理優勢，在編制了施工方案、質量計劃、資源需求計劃、文明施工及綠色營建計劃的基礎上，結合CAD軟件的基本設計，使用BIM施工現場布置軟件，繪制施工現場的三維布局效果圖;可以使用Project軟件、夢龍進度計劃軟件編制進度計劃.并進行相應資源安排;可使用晨曦計量計價軟件并結合計價規范與當地的價格指數進行工程造價計算，可使用Revit和Fuzor軟件完成項目數據化模型建造和漫游動畫，進行安全隱患檢查和安全教育，并據此優化完善各類設計及施工計劃中的需要改進之處，防患于未然，有助于理順施工各環節，減少傳統施工中的被動和茫然，減免復雜工藝施工中的差錯和返工，降低成本，保證工期，并保障質量和安全.
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