BIM技术在工业建筑工程施工管理中的应用分析
孙大鹏
近年来，建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）技术是建筑工程设计、施工及管理工作中应用最为广泛的一类技术，具有可视化、协调性、优化性等诸多优点，对提升建筑工程建设质量发挥了重要的作用。工业建筑与民用建筑存在诸多差异性，BIM 技术的应用要点及注意事项也会有所不同，需要结合具体情况，对BIM 技术在工业建筑工程施工管理中的应用做进一步探究。
某地拟新建一座污水处理厂，总占地面积约为5 万m2，包含多座工业建筑。根据实际的污水处理工艺，整个项目包括二级泵房、翻板滤池、加药车间、脉冲澄清池、浓缩池、排泥排水池、清水池、脱泥污水池、生产调度中心以及其他附属设施等。由于该污水处理厂的污水处理工艺相对较为复杂，且含有大量特殊设备，管线交叉情况较为严重，存在较高的管线碰撞风险，传统设计模式具有诸多短板，难以满足实际需要。考虑到以上问题，工程单位决定采用BIM 技术对该项目的施工全流程实施辅助管理。
为确保应用BIM 技术建模的准确性，工程单位首先要开展前期准备工作。工作人员采用BIM 与地理信息系统（Geographic Information System，GIS）两项技术联合应用的方式进行现场勘查作业，为工程建设提供必要的信息基础。其次，考虑到在该工程的GIS 模型设计中涉及二维和三维两种类型的数据，因此在实际设计工作中，技术人员应用MapControl 和SceneControl 两种控件分别调用数据库中的二维图层数据和三维场景数据，以实现二维和三维数据之间的联动。在两方面的数据执行联动操作时，先由操作人员获取二维窗体的中间点坐标，再根据该坐标计算出三维场景中的目标点位置，从而用平面场景的方式展示系统的三维场景。此环节免去了传统环节的投影变换步骤，在GIS软件界面上即可实现二维平面坐标和经纬度坐标的转换[1]。最后，在对数据进行初步处理后，设计人员基于新一代的MapGIS10 平台，对污水处理厂工程项目的三维应用系统进行整体布局。
前期准备工作完成后，设计人员结合前期数据、施工图纸和具体工艺流程等内容，采用分部设计的方式，应用Revit软件设计污水处理厂的各部分。对其中各个功能模块，首先建立整体建筑的框架结构模型；
其次建立各个分部建筑项目模型；
再次建立建筑内的机电工程项目模型；
最后建立整体模型并绘制场地平面图纸，以完成模型的初步构建。
在整体模型建立后，技术人员导出该Revit 模型，转入Navisworks 软件进行碰撞检测。考虑到污水处理厂的实际运行情况，本次仅对硬碰撞（即两个构件实体在空间位置上相互交错的情况）进行检测。由此，技术人员在Navisworks软件中加载模型，并开启“碰撞检查”功能，通过软件对项目进行自动碰撞检测，从而获得系统生成的管理报告。碰撞检测报告具体内容如表1 所示。
表1 碰撞检测报告
依据此碰撞检测结果，技术部门与设计部门、施工部门等进行统一协商，修改存在碰撞冲突的部分，以实现预期目标。在修改过程中，仍要基于BIM 技术，优化修改前后的管线模型对比如图1所示。
图1 优化修改前后的管线模型对比（来源：作者自绘）
3.1 基于BIM 技术模拟施工过程
为切实提升本次施工的安全系数，施工开始前，首先应用BIM 技术模拟施工过程。技术人员基于已有的工程模型，调查施工现场的噪音、车辆进出频率等信息，并结合施工图纸确定建筑高度、施工塔吊位置等信息，再将这些数据信息全部输入软件中，由软件对施工风险进行自动预测。预测结果发现，两座施工塔吊位置存在一定冲突，可能导致风险，因此技术人员对其中1 座塔吊的位置进行调整，以消除隐患问题[2]。其次，技术人员还应用BIM 技术对后续的施工流程进行动态模拟。在该步骤中，技术人员将建筑模型调整为RVT 格式，使用Navisworks 软件中的TimeLiner 功能，动态模拟工地施工状态，并把控相关设备的运行情况。在此基础上，技术人员进一步应用软件中的4D 虚拟模型功能，同时在模型中搭建防坠落保护装置，以提高安全管理水平。
3.2 基于BIM 技术进行特殊设备管理
本次施工预算环节中发现该污水处理厂中的1 台关键设备——0.8t 搅拌机，因性能参数存在特殊性，其综合单价并未及时登记于定额文件中。针对这一问题，工作人员基于BIM 技术，通过市场调研、问询等方式，并根据已有经验，确定该特殊设备在施工过程中人工、材料和机具3 方面的成本开支权重分别为0.45、0.32、0.23。技术人员应用Dynamo 软件，将层次分析法（The Analytic Hierarchy Process，AHP）权重数据导入BIM软件中，再根据模型和现场实际情况添加此模型参数，利用Excel 将已有数据快速转换至MATLAB 软件中进行计算，最终确定影响该环节造价的主要成本为人工成本。因此，工程单位研究后决定增加安装机械设备以节约成本开支。应用此方法后，该设备安装后的成本比预期成本减少了22%左右，充分证明了BIM 技术应用的有效性。
3.3 基于可视化的BIM 技术应用
在本次工程施工中，BIM 技术的可视化优势也得到了充分应用。首先，工程单位技术人员基于BIM 技术的可视化特点，分析该工程的空间净高，并基于模型的剖面图确定各个空间位置的净高。在应用BIM 技术对施工区域空间净高进行分析后，该施工区域不同的空间净高数据一目了然。基于此，工程单位优化调整了不同生产工艺的设备安装运行区域，并合理排布了水管和供热管线等，确保相关工艺流程能够有条不紊运行[3]。施工现场管线排布工作如图2 所示。
图2 施工现场管线排布工作（来源：作者自摄）
其次，工程单位还应用BIM 软件进行了施工预演。在此环节中，主要模拟各种设备和管线的安装过程，工程设备安装预演示意图如图3 所示。工程单位通过施工预演对施工人员进行直观的技术交底工作，有效避免了以往因大量使用专业术语导致的技术交底工作效率不足等问题，并在后续施工环节中也发挥了重要作用。
图3 工程设备安装预演示意图（来源：网络）
3.4 应用BIM 技术进行工程质量管理
在本次工程施工期间，技术人员通过已建立的BIM 模型与现场施工情况进行比对，将BIM 模型应用于整体施工项目的监督管理中。通过这种比对方式，有效避免了施工错误，同时也最大程度上消除了不按照图纸施工产生的风险问题[4]。另外，技术人员积极应用BIM 技术进行工程量分析，确保工程按要求完成。这方面的应用由工程单位的预算员和技术员共同协作完成，应用场景和具体方案如表2 所示。
表2 BIM 技术在工程量分析计算中的应用
3.5 应用BIM 进行工程验收阶段的质量控制
在全部施工流程完成后，管理人员通过应用BIM 技术，快速整合施工流程中产生的各种影像数据资料以及其他类型的数据信息资料，这些资料整合后即可在BIM 三维模型技术的支持下构建项目数据库。依据该数据库中的数据信息，现场验收环节可根据数据信息中的项目快速判断施工环节是否出现了隐患和缺陷[5]。特别是对于一些隐蔽性较强的问题，管理人员通过查阅图片资料，或同三维模型进行对比，便可快速找出较隐蔽的施工质量问题，从而进一步提高建筑工程项目的质量。
整体来看，在本次研究中，结合某地污水处理厂工程项目建设的实际情况与需求，以BIM 技术为核心，同时整合计算机技术、GIS 技术等为辅助，使BIM技术在施工环节的管理工作中得到了全面应用，这对于提升项目质量具有突出的现实意义。因此，在今后的工作中，应针对工程的具体情况，结合相关规定要求构建出相应的BIM 模型，并进行模拟分析等工作，以保证整个施工活动顺利开展。
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