BIM技术在住宅建筑施工中的应用_高堃容.pdf

居 舍新材料与新技术352023年3月（中）现阶段，我国建筑行业正处于转型升级的关键时期，以 BIM 为代表的多项信息化技术在住宅建筑施工阶段得到广泛应用，彻底改变了工程建造模式，这对工程建设质量、管理水平与综合效益的提升有着重要现实意义，也是加快新型建筑工业化发展的必然选择。在这一背景下，相关技术人员需加大对 BIM 技术的实践研究，为项目开展提供理论支撑与技术支持。1 BIM技术在住宅建筑施工中的应用概述1.1 技术特点在住宅建筑施工阶段，根据实际应用情况来看，BIM 技术有着协同设计、三维可视化、信息共享、一体化管理、仿真模拟的显著特点，这也是技术应用价值的重要体现。第一，协同设计，住宅建筑工程各参建单位都需要参与到工程设计与现场施工活动当中，率先根据工程资料与所掌握信息，构建 BIM 基础模型，土建、机电、给排水、暖通等专业的结构模型，随后把结构模型导入基础模型，获取总体设计方案与出具施工图纸。如果中途出现各类问题，都会在软件操作界面上发送提醒信息，在问题得以妥善解决后方可进入下道步骤。如此，可以有效预防专业冲突，确保现场施工质量不会受到设计因素影响。第二，三维可视化，在早期住宅建筑工程，普遍使用纸质图纸或是 CAD 电子图纸来展现设计成果，利用二维线条来展现建筑构造形式等信息，这容易在技术交底、现场施工期间出现理解偏差，施工质量充满不确定性。相比之下，BIM 技术通过3D 模型或是动画视频来展现设计成果，并在模型、视频中详细标记各项工艺参数信息，帮助施工人员直观了解设计成果、工艺做法1。第三，信息共享，在住宅建筑施工期间，BIM 模型持续采集现场信息与更新模型属性状态，各方参建单位通过查阅 BIM 模型来准确掌握工程建设情况，便于现场管理等各项活动开展。同时，如果参建单位对现场建设情况存在争议，还可以使用 BIM 软件召开视频会议，线上商讨问题解决方案。第四，一体化管理，BIM 软件具备信息采集、汇总整理、运算分析等完善使用功能，可以完全满足质量、安全、进度等各项管理活动的开展需求，管理人员应用 BIM 技术一体化开展多项管理活动，这有利于减少管理成本与提高管理效率。第五，仿真模拟，凭借 BIM 技术强大的数据采集与运算处理能力，根据所掌握工程信息来模拟推演现场施工过程，可用于方案优化、工艺技术可行性论证、风险识别等场景，帮助管理人员提前解决隐患风险，避免后续出现质量安全问题。1.2 应用需求近年来，住宅建筑建设规模持续扩大，施工现场环境与工程管理形势愈发复杂，传统粗放型管理模式与落后建造模式缺乏适用性，导致施工质量问题与工程事故时有出现。对 BIM 技术的应用落实，是切实满足工程管理与现场施工需求的关键。第一，在施工准备阶段，充分发挥可视化优势，在 BIM 软件内导入工程资料信息来构建模型，可视化呈现工程场地环境，根据模拟施工结果提前确定施工重难点与改进不合理部分。第二，在现场施工期间，通过 BIM 技术持续采集实时施工信息，更新数据库与模型属性状态，用于配合专业协调、进度管理、质量管理等各项管理活动开展，帮助管理人员全面掌握现场情况，立即发现各类问题与着手采取解决措施，以及提前识别风险隐患与防治处理，确保住宅建筑施工活动得以有序开摘 要为分析 BIM 技术的应用效果，提高住宅建筑施工质量。本文以 BIM 技术作为切入点，简要叙述 BIM 技术的应用特点、应用需求，从多个方面阐述 BIM 技术在住宅建筑施工过程中的实践应用方法，阐明技术应用要点与注意事项。旨在依托 BIM 技术推动住宅建筑施工体系转型升级，全面提升施工水平与强化现场管理能力。关键词住宅建筑；现场施工；BIM 技术；应用方法中图分类号TU17；TU74 文献标识码A 文章编号1674-1900（2023）08-0035-04BIM技术在住宅建筑施工中的应用高堃容（甘肃第七建设集团股份有限公司，甘肃 兰州 730000）作者简介：高堃容（1990-），女，汉族，甘肃兰州人，工程师，本科，主要从事建筑工程工作。居 舍新材料与新技术362023年3月（中）展，预防停工、窝工等特殊状况出现。第三，在竣工验收阶段，依托 BIM 模型数据来筛选归集工程资料，使现场验收信息与 BIM 模型保持关联状态，同步更新模型属性状态，生成竣工验收模型，以此来保证验收成果质量与简化验收流程。2 BIM技术在住宅建筑施工阶段中的实践应用方法2.1 施工现场规划为直观掌握现场环境情况，避免因平面布局不合理而产生额外工程量、延长工期时间与增加造价成本，管理人员需要应用 BIM 技术开展现场平面规划作业。提前根据工程资料来规划现场平面结构，在 BIM 软件中导入规划方案来生成三维地形、构建场地模型，在模型内布置作业区、场地道路、材料堆放区、基坑施工区等多处功能区域。随后，初步检查功能区域占地面积、相邻区域安全间距是否合理，以及工程现场平面结构是否对周边邻近建筑物结构稳定性、市政给排水管网等地下设施使用安全造成负面影响。确定无误后，逐项分析土建、机电等专业的施工需求是否得到充分满足，如果现场平面结构不利于施工活动开展，或是由此形成质量安全隐患，则应对现场规划方案加以优化调整。以土方工程现场规划为例，提前做好基础资料数据收集整理工作，资料数据包括场内道路路径、地下管线分布位置与埋深值等，把数据导入Revit 软件中建立原始地貌模型，根据现场水文地质条件对模型进行演算分析，标记土方开挖边缘线与基坑边坡参数。最终，通过查阅、会审 BIM 模型，判断既定现场平面规划方案是否满足土方施工需求，如果存在施工作业面标高不合理、土方开挖边缘与其他功能区域空间重叠等问题，必须调整现场平面布局2。2.2 碰撞检测在住宅建筑施工期间，机电、暖通、给排水等专业都存在管线设备数量众多、施工空间狭小、施工点多面广的特征。如果盲目开展现场施工作业，有较高可能出现管线碰撞、设备碰撞问题，干扰现场施工秩序，严重时还会引发线路短路、设备烧毁等问题出现，存在质量安全隐患。对此，需要应用 BIM 技术开展碰撞检测作业，按照工程设计方案来构建住宅建筑结构模型，在结构模型内导入给排水、消防、电气等诸多专业的设计方案，标记各类管线与各台设备的安装位置。随后，使用 Revit 或是 Navisworks 等 BIM 软件，利用软件自带工具，依次开展专业内部碰撞检测、多专业碰撞检测作业，判断建筑结构、管线、设备在高度方向与水平位置方向是否存在冲突碰撞问题。空间位置相互重叠即为“硬碰撞”，没有预留安全间隔距离则为“软碰撞”。BIM 软件出具碰撞检测报告，在报告中使用特殊颜色符号来标记各处碰撞点位，展示碰撞信息3。最后，把碰撞检测报告作为方案优化依据，调整管线设备安装位置，或是改进建筑结构构造形式，调整完毕后重复开展碰撞检测作业，直至通过碰撞检测、不存在碰撞点位后，再组织开展现场施工。2.3 可视化技术交底在早期住宅建筑工程，普遍采取二维平面技术交底方式，把 CAD 图纸、纸质图纸、施工方案等作为技术交底凭证，向施工人员讲述工艺做法、施工流程与注意事项。图纸内容由大量线条组成，这对施工人员的识图能力、专业素养有着严格要求，部分施工人员在技术交底期间出现理解偏差问题，没有正确领会施工意图与掌握全部操作要点，后续在现场施工期间难免会出现错误操作行为，影响施工成果质量与频繁开展返工作业，严重时还会引发高处坠落、基坑坍塌等安全事故出现。对此，需要应用 BIM 技术开展三维交底工作，充分发挥技术可视化优势。提前在软件中构建 BIM 模型，开展模拟施工试验，把试验过程通过动画视频形式保存，后续把三维动画视频作为技术交底凭证，组织工程人员观看视频内容，更为直观、清晰地了解工艺过程与施工注意事项。同时，三维动画视频具备循环播放条件，如果施工人员没有正确领会施工意图，或是在现场施工期间遇到工艺技术不熟练、错误操作等各类问题，再次观看三维动画视频即可，无需交底人员重复开展技术交底工作。此外，为加深施工人员印象与改善交底效果，施工单位可选择搭配应用 BIM 与 VR 技术，BIM 技术负责搭建三维信息模型与模拟现场施工过程，VR 技术负责搭建与工程现场环境完全一致的虚拟现实场景，交底人员与施工人员佩戴 VR 眼镜等设备，身临其境般观察住宅建筑施工过程，上手实操积累施工经验。也可选择搭配应用 BIM 技术与3D 打印技术，使用3D 打印机把BIM 模型打印为实体模型，后续可用于指导机电设备安装、管线敷设等施工作业开展。2.4 专项方案优化在住宅建筑设计阶段，由于工程资料掌握不全，或是施工现场环境和预期情况产生出入，影响到施工方案可行性，无法有效指导现场作业开展，还有可能导致设计变更、现场返工等各类问题出现。因此，在居 舍新材料与新技术372023年3月（中）现场施工准备阶段，需要应用 BIM 技术来论证施工方案可行性，如果存在不合理问题，则根据论证结果来优化调整专项施工方案。以机电专业为例，依托BIM 技术对机电方案的管线排布方案、支吊架布置方案进行优化调整。第一，对于管线排布方案，严格遵循大管优先、临时管线避让永久管线、有压管线避让无压管线、金属管避让非金属管、强弱电管线分开设置等原则，结合工程情况来制定管线排布方案。随后，使用 Revit 软件开展碰撞检查作业，调整碰撞点位管线的水平位置、设计标高与坡度走向，在相邻管线中预留安全间距与足够操作检修空间。第二，对于支吊架布置方案，为彻底解决支吊架分散凌乱、观感效果差问题，在 BIM 软件中导入布置方案来构建三维模型，使用 Fuzor 软件自带工具开展三维模拟试验和漫游试验，调整零散支吊架位置，把相同区域内全部或绝大多数支吊架进行规则排列，调整完毕后校核支吊架受力状态，生成分析报告。确定支吊架受力状态达到设计标准时，即可完成支吊架优化布置任务，如果受力状态不达标则重新调整安装位置与开展受力校核作业4。2.5 模拟施工在早期住宅建筑工程，由于现场施工环境较为复杂，在施工期间存在出现高处坠落等安全事故的可能，普遍采取样板先行措施，按照施工方案内容，挑选具有代表性的局部地段或是工艺技术，开展试验段施工作业，观察施工过程与检验成果质量，选择性修改施工方案内容。例如，在预制构件与大型设备吊装环节，开展试吊作业，起吊至地面上方0.5m 高度处悬停，如果出现晃动、失稳形象，则调整吊点数量位置、变更吊索吊具种类，或是采取其他吊装方法。然而，样板先行措施会增加额外工程量与造价成本，以及在试验段施工期间存在安全隐患。对此，施工单位需要充分发挥 BIM 技术仿真模拟优势，根据施工现场环境与既定施工方案，推演模拟住宅建筑施工过程，根据模拟结果来有效处理各项技术问题，确定工艺参数最佳值，并论证铝模板、整体吊装等新型工艺技术的应用可行性。第一，在吊装环节，使用 Navisworks软件构建 BIM 模型，在模型内设定预制构件与设备规格重量、吊装路径、吊装顺序、吊点数量与分布位置、路径沿途环境条件等信息，模拟预制构件起吊、安装固定与拼装成型全过程，如果在模拟施工期间出现构件拉裂、晃动失稳、高处坠落、碰撞主体结构外架、预制构件无法顺利嵌入现浇结构等工艺问题，则对吊装方案内容加以调整，重复开展吊装模拟试验，直至模拟施工情况达到预期要求。第二，在节点连接环节，构建 BIM 模型，在模型内连接节点位置虚拟排布钢筋，设定预制构件尺寸、钢筋预留长度等施工数据，模拟开展节点部位钢筋搭接或是焊接作业，根据施工情况判断节点连接质量、钢筋直锚长度是否达到设计要求，必要时更换节点连接方式。第三，在铝模板施工环节，在 BIM 软件内依次创建休息平台模型、楼梯段等段落模型，模型创建完毕后设定铝模板施工参数，以及模板类型、尺寸、数量等信息，开展铝模板模拟施工试验，制作施工动画视频。这既可以论证住宅建筑工程是否具备铝模板施工条件，也可用作技术交底凭证和评估铝模板实际周转次数。2.6 工程量统计在早期住宅建筑工程，普遍采取工程量手工统计方式，由管理人员收集整理原始资料文件，从中提取土方开挖量、模板规格尺寸、混凝土现浇量、钢筋数量等有效信息，根据各项数据统计结果来获取工程量信息，其有着统计流程繁琐、工作负担重的局限性。同时，受人为因素影响，偶尔可能出现重复统计、漏算、错算问题，致使统计结果缺乏实际参考价值。因此，需要使用 BIM 软件的自动统计功能，由 BIM 模型持续收集工程资料信息，待结构参数与其他数据标注完毕后，根据指定工程编码来提取单项或多项元素的实时数据，短时间内完成工程量统计任务，并对统计结果准确新风提供保证。例如，在土方量统计环节使用 Revit 软件，通过建筑地坪功能模拟土方开挖过程，提前设定地形参数，根据模拟结果来统计挖方量、填方量以及挖填方净值，再把各栋建筑物的土方开放量进行汇总整理，即可完成工程土方总开挖量统计任务。而在设备材料统计环节，使用 Revit 软件构建 BIM 模型，在模型内设定管线设备的材质、类型、尺寸、长度等参数，使用明细表功能提取选定范围内或是全部设备材料的用量信息，自动生成设备材料明细表5。2.7 施工管理传统施工管理模式主要采取手工管理方式，有着效率低下、现场管控能力薄弱、管理时效性差的局限性，面对复杂施工形势，无法切实满足实际管理需要。对此，施工单位依托 BIM 技术来打造智慧工地平台，实施5D 施工管理模式。同时，必须掌握 BIM 技术在质量管理、安全管理、进度管理中的正确应用方法，居 舍新材料与新技术382023年3月（中）具体如下。2.7.1 质量管理在质量管理环节，施工单位依托 BIM 技术采取远程监控、在线检测、问题跟踪三项管理手段。第一，远程监控，在现场布置多台摄像头，摄像头接入BIM 软件，管理人员访问 BIM 软件来获取监控画面，远程掌握现场施工情况，如果发现错误操作行为与质量问题，把问题反馈给班组成员，要求在约定时间内对质量不达标的部位进行返工整改。同时，在工序交接环节，对施工质量检验结果拍照记录，更新 BIM模型数据，后续作为工程验收资料。第二，在线检测，在现场安装传感器、激光扫描仪等设备，传感器负责测量结构尺寸、管线设备水平位置等施工参数，激光扫描仪负责检测建筑结构内部状态，后续把现场测量数据上传至 BIM 软件，实时更新 BIM 模型属性数据，自动对比测量值与设计标准，判断施工质量是否达标。如此，既可以全程准确掌握现场施工质量，迅速发现质量问题并组织开展返工作业，还可以由无损检测技术取代落后的有损检测技术。第三，问题跟踪，施工期间出现质量问题后，BIM 软件自动建立问题台账，后续持续收集相关联信息数据，如果质量问题在限定时间内未得到妥善解决，或是同类型问题再次出现，应向管理人员进行提醒。2.7.2 安全管理在安全管理环节，施工单位依托 BIM 技术实现可视化安全培训、人员体征监测、风险识别评估三项管理手段。第一，可视化安全培训，提前制作安全教育动画视频，通过视频播放形式，帮助工程人员学习安全知识、树立安全意识和了解各项安全技能。随后，搭配应用 VR 技术与 BIM 技术，通过 BIM 软件构建三维场地模型与开展安全事故模拟试验，借助 VR 设备把工程人员沉浸到虚拟现实场景中，实操期间加深对安全技能的了解程度与提高熟练度6。第二，人员体征监测，工程人员配套智能手环等设备，实时测量心率等体征参数，判断身体状况，如果身体状况较差，则禁止开展构件设备吊装、节点焊接连接等特种作业，必要情况下送往医疗机构救治。第三，风险识别评估，提前采取专家调查列举法等方法来识别施工危险源，编制风险清单。随后，使用 BIM 软件开展模拟施工试验，根据试验结果来确定各项风险隐患的出现率、影响范围、危害程度，结合风险特征采取基坑支护加固、调整吊装方案等防范措施，做到对症下药。2.7.3 进度管理在进度管理环节，施工单位依托 BIM 技术实现三维定位、工期时间预测两项管理手段。第一，三维定位。搭配应用 BIM 技术与物联网技术，在运输车辆、机械设备与现场人员防护设备中嵌入 RFID 标签、GPS 定位器等装置，持续采集物资材料与机械设备地理位置信息，统计人员进退场情况。如果中途出现物资延迟供应、机械设备台数与现场人员数量不足等问题，有可能影响到施工进度，立即向管理人员发送报警信号。第二，工期时间预测。导入施工方案开展模拟施工试验，统计各道工序在假定工况条件下的施工时间，如果模拟施工进度未达到预期水准，则调整工艺参数或是变更工艺种类。随后，把试验结果作为施工进度控制计划、施工组织方案的编制依据，额外预留一定比例冗余时间，用于应对物资材料供应不及时等突发问题。3 结语综上所述，BIM 技术为我国建筑行业带来了全新发展契机，但同时也颠覆了传统建造模式与施工管理模式，原有施工经验、管理方法缺乏适用性。施工单位应提高对 BIM 技术的重视程度，确定技术应用价值，全面掌握 BIM 技术在现场规划、碰撞检测、可视化技术交底、专项方案优化、模拟施工、工程量统计、施工管理场景中的正确应用方法，最大程度发挥BIM 技术价值。参考文献1 朱磊，陈英杰，王俊平，等.BIM 技术在住宅建筑施工中的应用 J.建筑技术开发，2020（1）：80-82.2 王彩虹.BIM 技术在某群体高层住宅工程施工阶段的应用研究 D.兰州理工大学，2022.3 陈文杰.PC 装配式住宅施工阶段的 BIM 技术应用研究D.广州大学，2020.4 苏海文.BIM 技术在楼梯铝模施工中的应用浅析以河南省许昌市某住宅建筑的楼梯铝模施工为例 J.房地产世界，2022（12）：64-66.5 龙玉峰，焦杨，丁宏.BIM 技术在住宅建筑工业化中的应用 J.住宅产业，2012（9）：79-82.6 瞿濡岱.基于 BIM 技术的建筑工程施工过程模型化管理方法 J.智能建筑与智慧城市，2023（4）：82-84.