BIM技术在预制场设计施工中的应用

谢国峰

中铁二十三局集团轨道交通工程有限公司（201399）

0 引言

随着《中国制造2025》的强国纲领和“互联网+”的提出，信息化在建筑行业的应用得到巨大的发展。尤其在房建、道路、桥梁工程中应用BIM技术，已经成为项目提质增效的重要手段。

1 BIM技术在预制场设计阶段中的主要应用

1.1 预制场地面附属机械设备的标准化设计

BIM机电人员可以将设计方案（一般用Word、CAD工具进行辅助）中所有机械设备用BIM技术可视化，应用Revit软件，以族的形式标准化建模，建立一个预制场族库，用Revit软件将预制场地面附属设施效果图可视化，施工模拟化时可以从族库里插入需要的族。插入族后，完善相对应的系统设计，为施工单位编制施工方案提供可视化、可实施性保障。在今后企业大量应用BIM技术的时候，可以直接从族库插入使用，节约设计时间，更好地为项目提质增效。

预制场机械设备族库主要包括：拌和站机械设备族、锅炉族，堆场龙门吊族，车间行车族、装载机族、叉车族，场内转运管片车辆族、钢模族、钢筋骨架焊接靠模族、试验设备族、地磅族，供、配电站族，三环拼装架台族，抗渗架族，抗弯折族，流水线族，横移小车族，翻身架族，真空吸盘机族，空气压缩机族，管片运输电瓶车族，CO2保护焊机族，钢筋弯环机族，钢筋弯弧机族，钢筋弯曲机族，钢筋切断机族，钢筋全自动调直弯箍机族等。

1.2 土建工程设计中BIM的应用

预制场建设中涉及的单位土建工程较多，单位工程设计量有大有小，像较大的单位工程有：生活所需的建筑房屋、生产所需的厂房和水养池工程。较小的单位工程有：龙门吊、水沟、公路工程、砂石料挡墙、搅拌站基础、生产流水线基础、蒸养窖、试验室、材料室等房屋工程。这些单位工程后期应用时又是相互交叉作业来完成预制品的流水线作业，组成一个综合工程，涉及面广，施工难度较大，更需要运用BIM技术来完成设计工作。

1.2.1 “三维可视化功能加上时间维度可以进行虚拟施工”为建设单位选取科学的规划技术方案提供可靠的技术保障，为施工单位提供一份可实施的技术方案

单位工程建设完成后，在最后的设计中需要把以上所有建筑都体现在预制场效果图中。建设单位通过“三维可视化功能加上时间维度可以进行虚拟施工”，可以调整更加合理的总平面布置图、车间定制化图，避免设计不合理造成后期预制品生产中成本费用增加。如砂石料仓位置设计与搅拌站上料仓较远，造成装载机运料距离较远，燃料及动力费增加，造成预制品成本增加。应用BIM技术为建设单位选取合理的技术方案提供了可靠的技术保障。

通过BIM技术，施工单位可以更加准确地把设计人员的意图转化为实物。看图施工时，一个分项工程需要将平面图和立面图相结合才能施工，而施工人员只看了平面图，施工后满足不了使用要求。如立面图中插座与水龙头相距20 cm，工人施工时忘记看立面图，把水龙头与插座建在同一平面相距20 cm。如果设计人员没有施工经验，图纸中的建筑现场无法完成，BIM技术给施工单体提供一份可实施的技术方案。

1.2.2 为建设单位选取合理的技术方案提供了进度保障

建筑、结构、机电设计人员运用BIM技术中的“协作”设计各个单位工程，如果工程项目较多，可以通过多名设计人员在“协作”的基础上绘制相关的图纸，提高绘图速度，为建设单位选取合理的技术方案提供了进度保障。

1.2.3 为建设单位在确定技术方案前，提供较准确的投资目标

土建工程设计中BIM的应用可以准确地计算出施工的工程量，减少变更，在保证质量前提下降低成本。将土建工程与机械设备结合起来，通过施工中各个环节的模拟交叉作业，碰撞检查。如蒸养窖内钢模顶部与蒸养窖高度的碰撞检查。如果蒸养窖高度太高，蒸汽浪费较大。如果蒸养窖高度较低，可能会与钢模碰撞，因此需要设计合适的高度。碰撞检查可避免工程变更和增加投资成本。水养池堆场与相邻堆场上的龙门吊，可通过碰撞检查，选择合适高度的行车，避免行车作业时悬臂碰撞。土建无法改变时，只能更换设备，运用BIM技术避免建设单位设备安装后与土建、设备碰撞，及时反馈信息，避免设计人员的局限性、保守性，建设单位人员审图的不严谨性，工程量增加造成建设单位后期投资增加，资金不足，工程暂停，需要融资才能完成技术方案。应用BIM技术，为建设单位在确定技术方案前，提供较准确的投资目标。

2 BIM技术在预制场施工阶段中的主要应用

2.1 运用BIM技术使操作人员作业标准化

单位工程施工前可以通过BIM技术“可视化虚拟作业”让作业指导书通俗易懂，更接地气。通过可视化的施工步骤，工人施工时一定能准确、快速、安全地完成作业。

文字纸质版升级到用手机扫描显示图片的二维码进行安全技术交底，BIM技术的可视化可以在会议室通过投影仪将可视化的交底进行播放，使交底工作彻底告别二维时代。

运用BIM技术，可将工人安全帽上安装象征身份证的芯片。在进行交底培训后，将培训信息录入后台电脑，芯片信息就可自动更新，管理人员可随时通过专业设备检查工人受教育情况，让管理标准化。

2.2 以往施工方案的漏洞、缺陷和不足只有在施工中才能发现，BIM技术可以结合不同的施工方案进行施工模拟，为施工单位进度控制、质量控制、成本管理和安全管理提供科学的技术保障

2.2.1 进度控制方面的应用

以往编制的控制进度横道图、网络计划图没有对施工中具体的问题进行描述，施工计划进度滞后时，不能及时调整施工进度，影响工程的总进度。利用BIM模型与移动端APP数据采集工具，可实现进度计划与模型的自动衔接，直观显示计划进度与实际进度。项目各部门及班组可有序地完成相关工作，提前解决漏洞、缺陷和不足等问题。因为预制场涉及建筑物较多，用BIM技术绘制的三维可视管理模型，可以全方面地把控项目各个施工进度信息。通过施工进度模拟，对交叉环节进行碰撞检查验证，避免影响进度，确保施工效率，减少停歇时间。为施工单位合理优化工期，实现进度实时控制[1]。

2.2.2 质量管理方面的应用

对模型进行动画渲染开发、模型放大，工人能直观地看到土建方面涉及到的钢筋绑扎位置、数量、模板位置、模板先支后拆、后支先拆顺序、混凝土浇筑顺序、振捣方式。BIM技术的可视化让工人将施工要点牢记脑海，使质检人员能够轻松地掌握质量控制要点。因预制品建场涉及单位工程较多，专业涉及公路、房建、钢结构、独立基础（钢结构厂房基础）、筏板基础（拌和站四个物料罐基础）、给排水、线路管线预埋工程，质检员短期内通过图纸很难掌握多方面的知识。BIM技术能及时地查找工程中的质量问题，尤其是重难点工程，提前编制相对应的措施。

2.2.3 成本控制方面的应用

施工单位运用BIM施工模拟后，编制了成熟的施工方案，减少了工程变更。提前把项目各单位工程的工程量精准计算，根据施工进度和工艺就可以计算相关的人工费，提前计算出项目收益率。收益率与基准收益率对比后，工程投标报价才能更准确，为后期项目成本控制提供了实施的依据。运用BIM技术对现场原材料实施全面管理，不同的单位工程模型上实时显示材料总量、已用量、剩余量等库存信息，及时反馈每天、周、月材料的用量。当数据与理论用量不一致时，系统会警示提醒，及时监督现场材料滥用情况。经过BIM施工模拟后的方案，材料型号要求基本不会发生变更。根据施工进度、材料库存情况，把部分单价高昂、用量较大的材料进行市场调查，提前低价购入，合理安排周转材料，尽量减少购买量。

2.2.4 安全管理方面的应用

运用BIM技术进行安全交底，解决了传统的纸质版和二维码交底只能让工人抽象地感知作业时安全规范要求及周围环境的不安全因素对人的伤害。纸质版无法让工人理解和应用，运用BIM技术可视化，工人可以360度感知操作规范的要求。

安全管理人员可以运用BIM可视化，身临作业环境，提前感知危险因素，配备齐全防护用品，提前找出对应的危险的解决措施，迅速采取措施将危险降到最低。

3 BIM技术在预制梁场项目的应用

3.1 建模数据要求高的构件要进行参数化建模

利用BIM技术对预制梁场的U梁、模板、台座等进行建模（如图1、图2所示），可以在任何位置对参数进行修改，可极大地方便设计，将模型编号，对模型进行族库管理。

图1 U梁建模

图2 台座建模

3.2 场布

可以根据族库中的制梁台座、存梁台座、围墙、道路、房屋、设备等构件，布置项目施工场地，达到快捷高效规划，避免场地浪费和布置不合理的情况。在族中包含成本信息的条件下，可以规划不同资金下的场地布置，从而选取更合理的场地方案（如图3所示）。

图3 场布

3.3 模拟施工

将三维模型通过动画软件，加上时间维度，可以进行进度模拟施工，提前发现施工过程中的重点难点，并依此进行现场施工指导，做到高效施工。对施工组织设计和施工方案上的重难点，用BIM技术进行模拟，提前辨别可能存在的问题，优化施工组织设计（如图4所示）。

图4 钢筋、模板安装模拟施工

3.4 碰撞检查

利用BIM的三维技术进行钢筋碰撞检查，可以直观查明钢筋之间的关系冲突，优化钢筋排布设计，减少在施工中可能存在的问题，从而优化方案。现场人员可以使用钢筋碰撞优化后的方案，来指导施工，提高施工质量（如图5所示）。

图5 钢筋碰撞检查

3.5 仓储管理

利用移动端和编码技术对预制梁的出入库进行管理，实现场内预制梁存放可视化，分析梁场存梁区负荷情况，调整施工生产计划，实现动态管理（如图6所示）。

图6 存梁区出入库可视化

4 结语

BIM技术在工程各专业的应用，为项目全寿命周期提供了大量数据和技术支撑，建设单位、施工企业、设计单位BIM的应用都得到了良好的经济效益和社会效益。目前BIM技术在工程量计算、协同管理、碰撞检查深化设计、可视化虚拟建设、资源计划企业级项目基础数据化，工程档案与数据集成方面的应用成绩显著，相信BIM技术会做为第一生产力，推动建筑业的管理水平迈入国际化。