基于BIM技術的綠色建筑工程施工優化與效率提升研究

馬春先

（中鐵建設集團有限公司）

1 引言

建筑工程行業拉動了區域經濟增長，但是消耗了大量資源，破壞了生態環境，粗放式發展方式已經難以繼續，必須加強綠色發展、低碳發展、循環發展。在相關發展規劃和行動方案中，綠色建筑已經成為重點發展內容，同時，建筑工程行業的信息化發展趨勢明顯，推動了全產業鏈的技術變革，有利于實現資源節約、環境友好的建設目標。

2 基于BIM 技術的一般綠色建筑工程施工優化與效率提升

2.1 土方工程施工

土方工程施工涉及綠色建筑節地與用地保護方面的內容，大范圍的挖方填方會破壞原有地形地貌，影響地下水資源和周邊生態環境，所以，必須要針對土方工程施工進行優化。全面收集整理基礎數據資料，利用BIM技術進行信息集成處理，建立3D模型，Revit 軟件中的地形表面功能能夠將CAD 文件轉化成三維模型，生成施工現場原始地貌模型，根據坐標定位校正位置，為后期的土方開挖范圍確認做好準備，同時，根據設計要求，確定±0標高，為土方開挖深度提供對比依據。傳統的土方工程量計算過程煩瑣、精度不高，而且可視化程度較差，利用BIM 模型可以得到各高程值，有效簡化了土方工程量計算，提高了計算準確率和效率，常用的方法有三角網法、斷面法、方格網法，Revit 軟件中的建筑地坪功能可以模擬土方開挖施工，通過合理的地形參數設置，直接計算挖方量、填方量以及挖填方凈值。在基坑局部地下室位置需要繼續開挖，一般會采用放坡開挖的方式，通過建立模擬開挖模型，計算匯總局部土方開挖量，得到最終的土方開挖總量，防止出現超挖、欠挖等問題。

2.2 主體工程施工

主體工程施工周期較長、資源消耗量較大，在綠色建筑施工中，對材料節約、能源節約、環境保護等方面要求比較高，必須確保主體工程施工的綠色節能效果，主體工程主要包括模板工程、鋼筋工程、混凝土工程等，需要針對具體施工環節進行優化提升。利用BIM模板腳手架設計軟件，分析主體結構模型，創建梁柱墻板模板，并對模板數量、種類、位置、支裝流程、預埋件位置、復雜節點處理、構件銜接方式等方面進行優化，通過BIM 模型計算導出工程量明細表，指導具體施工活動的開展。利用BIM 技術對模板工程施工全過程進行模擬仿真，以可視化的方式確定各專業之間的邏輯關系，運用細節模型圖更好地進行技術交底。為了保證模板工程施工的節材節能效果，需要進行配模設計，利用BIM技術進行下料計算，根據施工配模規范要求。首先要創建共享參數，合理確定下料參數，包括模板長度、厚度、寬度等數據。然后創建族，設置相關參數，將建好的族導入到原模板項目中，更新替換原有族，完成模板下料模型的創建。最后導出模板下料明細表，根據具體尺寸和數量組織施工。同樣，在鋼筋工程施工時也要積極采用BIM 技術建立模型，得到鋼筋排列圖和余料組合加工表，實現精準下料、減少損耗的目的。復雜建筑形體安裝是施工難點，很容易出現施工錯誤和返工誤工問題，利用BIM 技術進行復雜形體設計和施工模擬，通過將復雜形體數據整合分析，得到更優方案，并對三維模型進行解析，針對各網格進行單獨模塊設計，模擬預拼裝施工，可以節約材料和時間成本[1]。

2.3 機電工程施工

隨著建筑功能的不斷提升，尤其是綠色建筑的綜合管線系統多且復雜，機電工程施工具有較高的難度，涉及的數據信息量大，存在著溝通協調不暢、材料損耗過大、碰撞錯漏嚴重等問題，難以實現標準化、精細化管理。傳統的二維設計圖紙只能發現平面位置的碰撞，立體空間碰撞查找困難，而且不能準確判斷間距不夠等軟碰撞問題，影響了施工質量和進度，利用BIM 技術進行綠色建筑機電工程施工優化與效率提升十分必要。根據相關設計資料和標準規范，建立BIM模型，直觀展現給排水、電氣、暖通等相關專業布置情況，實現從二維圖紙閱讀到三維模型觀察的轉變。同時，利用BIM 模型結合相關軟件的碰撞檢測功能，可以進行全專業的管線碰撞檢測，提前發現管線與結構、管線與管線之間的碰撞問題，也可以根據相關規范數據，自動進行距離檢測和凈高檢測，找到高度、方向上的沖突點，解決軟碰撞問題，最終生成碰撞檢測報告。根據管線綜合排布避讓原則，提前進行方案優化調整，在保證管線綜合排布合理、質量可靠、外形美觀、方便檢修的情況下，盡可能節省材料，通過管線優化模型進行技術交底，合理安排施工順序。除了管線優化外，支吊架的布置與校核工作也十分重要。以往的支吊架安裝相對隨意，比較凌亂，不但占用空間大，視覺效果差，而且浪費材料。在確定綜合管線布置方案后，計算支架間距、尺寸等參數，選擇合適材料，利用Revit軟件建立三維模型，通過fuzor 軟件進行三維模擬及漫游，應用相關插件布置支吊架，校驗支吊架受力情況，生成報告內容。利用BIM技術進行機電工程施工材料設備自動統計，導出明細表，可以簡化計算、提高效率，在施工過程中，可以將方案模型與現場實際情況進行比對，及時發現不符之處，并采取相應整改措施。機房施工也是機電工程施工的核心內容，由于機房空間有限，再加上綠色建筑機房設備比較多，根據設計圖紙建立機房布置BIM 模型，與設備供應商就設備尺寸、接口位置等問題進行溝通，遵循管線避讓和支吊架布置原則，考慮不同設備設施需要的安裝檢修空間，盡可能減少材料浪費，縮短施工時間。在復雜異形結構施工中，可以利用BIM 模型進行3D 打印，以實物進行技術交底和施工指導，能夠提高現場作業質量和效率，而且3D打印所采用的材料以建筑垃圾為主，能夠減少材料浪費，真正實現綠色環保施工[2]。

3 基于BIM 技術的裝配式綠色建筑施工優化與效率提升

裝配式建筑是建筑產業化、信息化發展的典型代表，通過標準化設計、工廠化生產、裝配化施工，能夠更好地實現綠色建筑的四節一環保目標，在減少建筑垃圾、節約模板材料、降低砂漿用量、節約施工用水、降低施工能耗等方面有突出表現。BIM 技術的應用有利于實現裝配式建筑的智慧建造，針對生產、運輸、裝配三個主要環節展開工作，能夠獲得事半功倍的效果。

3.1 預制構件生產

利用BIM 技術建立三維信息化模型，能夠集合預制構件所有的數據信息，可以高效進行生產交底，制定生產計劃，安排生產資源。在原材料采購時，采集相關質量信息上傳到信息管理平臺，實施預制構件生產事前質量控制。在工廠信息化管理平臺上，可以解讀BIM 模型中的預制構件生產信息，并轉換成機械設備可識別的格式，通過自動控制程序完成模板制作、鋼筋加工、預埋件安裝、混凝土澆筑等工作，實現自動化、數字化、精益化加工，降低出錯率和人工成本，如果出現生產故障，會通過自動化監控系統實時反饋，及時采取相應處理措施。利用BIM 技術結合RFID技術，可以實現預制構件生產的跟蹤識別，通過三維模型與構件實體的對應關系，掌握構件生產狀態，構件脫模后，利用三維激光掃描技術獲得點云數據，經過對比分析進行質量檢查，確定質量等級，將集成預制構件信息的二維碼貼到相應產品上，使用手持閱讀器掃描二維碼，可以讀取預制構件相關信息。結合BIM 技術和物聯網技術，能夠在預制構件生產階段及時得到信息反饋，創建事前、事中、事后質量檢查追溯機制，各參與方可以在信息管理平臺上查詢生產信息，進行溝通協調，實現生產與施工的動態銜接。

3.2 預制構件運輸

在預制構件運輸前，需要再次檢查產品質量，質量管理人員通過手持閱讀器或移動端設備更新預出場構件質量信息，并拍照上傳到信息協同平臺中，監理單位對合格預制構件簽發質量證明書，嚴格按照標準流程處理不合格產品。施工單位根據施工進度計劃與生產單位協調優化預制構件生產運輸計劃，管理人員將采集到的運輸信息上傳到信息平臺中，更新預制構件狀態，擴展相關運輸信息，包括構件名稱、用途、出場時間以及運輸車輛牌照、司機姓名、聯系方式等。運輸線路的選擇至關重要，不但涉及到材料運輸損耗，而且會產生大量能源消耗和環境污染，BIM 技術具有強大的信息集成功能。通過與GIS 技術的結合運用，能夠快速收集施工現場周圍信息，形成三維地形圖，分析周圍運輸路線是否合理，保證按計劃將預制構件運抵現場。在運輸過程中，通過GPS定位系統能夠實時監控車輛運行情況，施工單位根據信息管理平臺查詢定位車輛信息，合理安排預制構件接收工作[3]。

3.3 現場施工優化

裝配式建筑現場施工需要將生產好的預制構件通過大型起吊設備吊裝到位，然后使用可靠連接方式進行拼裝，在施工過程中，涉及多專業、多工種協同作業，而且預制構件運抵現場后需要占據大量用地，根據節地和用地保護的綠色建筑理念，必須加強施工場地優化布置，充分考慮不同時間維度主要影響因素，實現時間上和空間上的動態協調管理。利用BIM 技術進行吊裝施工方案模擬，解決塔群協同作業問題，模擬塔吊運行軌跡，考慮天氣、風速的影響，防止出現相互碰撞干擾的不安全因素，根據施工工況、施工進度優化布置起重設備，盡可能實現設備的循環、高效利用。施工現場臨時建筑和安全疏散設施的布置也十分重要，必須保證合理緊湊、經濟實用，能夠滿足生產生活和安全疏散需求。利用BIM軟件的日照分析功能可以對不同時間節點展開日照分析，優化調整臨時建筑的方位、布局、間距，實現節約用電、綠色施工的目的。預制構件運輸和裝配施工對于道路條件要求較高，遵循永臨結合的基本原則，利用BIM 技術分析施工場地內不同等級道路之間的關系，優化調整空間位置以及道路寬度、材質。在工作面存在著不同專業交叉施工的情況，基于BIM技術的工作面劃分能夠直觀展示不同時間段施工進度安排，結合實際施工完成情況，合理分配施工資源，為各單位、各專業協調施工提供數據支撐，實現精細化管理的效果[4]。

4 結語

綜上所述，綠色建筑與BIM技術具有共通之處，都能夠節約資源、節約成本、提高效率，所以BIM 技術在綠色建筑施工中的應用具有一定的必要性和可行性，有利于提高綠色建筑施工質量和效率，獲得更好的綜合效益。BIM技術的運用需要融入到具體施工環節，能夠形成全面系統的綠色施工信息化應用體系，為BIM 技術應用和綠色建筑施工探索更多可能。