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基于BIM的大型剧场项目临建精细化管理

2023-12-28 69 上传者：管理员

摘要：在追求科学性、高效性、经济性的工程管理背景下，临建施工精细化管理成为重中之重。本文以山东省青岛市某大型剧场项目为例，分析临建施工过程中易出现的主要问题，提出BIM技术在临建施工各阶段精细化管理的应用策略，促进了临建施工精细化管理发展。

关键词：
BIM技术
临建施工
临建管理
剧场项目
精细化管理
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1、工程概况

该项目拟建场地位于山东省青岛市黄岛区唐岛湾南岸半岛，地形开阔、起伏较大、南高北底、地貌类型为剥蚀残丘地貌，场地地基土多为中硬土，地面最大高差为18.36m。该项目用地面积为35,079m2，总建筑面积27,636.1m2，建筑物投影占地面积约为30,215m2。主要建筑功能为游乐剧场，地上3层，地下1层，下部混凝土结构为框架-剪力墙结构体系，屋面为钢结构屋盖，建筑高度为35.2m。

2、临建施工过程中易出现的问题

2.1 选型

临建设施是项目高效施工的基石，合理的选型能发挥出事半功倍的效果。在传统的选型过程中，往往通过对二维图纸、现场踏勘、管理人员施工经验等进行综合分析，从而粗略地确定临建设施的规格型号，导致施工过程中反复返工，大大阻碍了项目的顺利开展[1]。此外，随着建筑品质、规模、造型不断提升，以及临建施工难度日益增大，传统的临建选型方法已经很难适应当下的施工需求[2]。因此，综合考虑多种影响因素，多维度分析，高效精准地选择出优秀的临建设施成为了项目施工的一大难点。

2.2 布置

临时施工道路、加工棚、材料堆场、房屋、大型机械等的合理布置，有利于通畅交通，减少材料的二次周转，充分发挥大型设备的生产能力，实现效益提升[3]。在一般的临建布置过程中，常常利用二维静态图纸表达各个阶段的临建平面布置，面对起伏巨大的施工地形、变化多端的气候条件、异形曲面的建筑造型及复杂的工作环境，通过静态的二维平面布置图很难准确地将各种影响因素综合分析，容易造成布置出现偏差，带来不必要的经济损失。

2.3 管理

场地的合理利用、物料的精准把控是临建管理的重中之重。传统的二维图纸一方面不能精确的表达各构件的实际工程量，很有可能造成物料采购过量或不足的情况，带来经济损失；另一方面不能动态地显示各施工阶段现场的实际状态，非常容易引起材料堆场、加工棚及临时施工道路等的转换调整不及时现象，导致施工受阻、工期延误。

3、BIM技术在临建施工中的具体应用

3.1 4D模拟技术应用

4D技术是将进度相关信息与静态的3D模型连接产生4D的施工进程动态模拟技术，可以将整个施工进程直观地展现出来，从而使得项目管理人员可以在三维可视化环境中查看施工作业，更容易识别出潜在的作业次序错误和冲突问题，实现施工过程的可视化。

我国建筑的造型和规模不断发展，临建设施管理难度大大增加。为了有序开展建筑工程，监控施工的各个环节，减少不必要的投入，排除施工隐患。该项目利用BIM的4D模拟技术进行了施工全过程的动态模拟，针对临建设施的施工重难点，实现动态模型与数据分析，为临建设施的选型管理提供了重要参考。

3.2 光环境模拟技术

光照模拟技术根据建筑物的三维模型、实际位置信息及周围环境因素，利用BIM软件进行一年或某时刻的日照及阴影分析，也可对模型中的太阳辐射、热、光等进行综合分析，可以将临建设施所处的光环境直观地展示，更便捷地确定临建设施的朝向和间距。

合理利用天然光进行采光，不仅可以节约能源和费用，同时可以达到更好的视觉效果，更有益于员工的身体健康。为此，该项目根据青岛市天气网历年光照信息，通过光环境模拟技术对临建房屋进行全年的日照分析，根据分析结果确定了朝向及间距，最大限度保证了临建房屋的日照充足，有效降低了灯具及空调的使用时间，使项目施工更加绿色节能。

3.3 气流组织模拟技术

气流组织模拟技术以BIM模型为基础，模拟分析建筑物室内外风环境，清晰地表达建筑物所处的风环境，有利于对建筑物防风、通风措施的设计。

该项目临近海岸，风环境较为恶劣，所以该项目对临建房屋、围挡、防护棚等设施进行了气流模拟，分析临建设施在持续变化风荷载作用下的变形状态和力学性能，据结果选择了优化临建的布置，并选择了更有效的防风措施，以满足临建设施的安全性、耐久性及经济性要求。

3.4 模型碰撞分析技术

模型碰撞分析技术用来校核二维图纸的协调性，更直观的三维模型表示各个单元之间的位置关系，可避免二维图纸各单元间空间关系表达模糊带来的设计错误，达到消除各类碰撞，减少返工的目的。

该项目为大型游乐剧场，具有工期紧、场地起伏大、结构异形、临建空间小等特点，为避免施工过程中临建设施的返工带来不必要的经济损失及工期延误，针对临时施工道路、临时加工棚、材料堆场、临建房屋、大型机械等关键点进行了综合碰撞分析（见图1）。根据分析结果从设计阶段调整了临建设施布置，有效避免了施工道路净空及转弯半径不足的问题，减少了材料的二次搬运，解决了塔吊、履带吊等大型机械设备移动回转受到建筑物影响，提高了施工效率、场地利用率及经济利益。

图1 模型碰撞分析技术图

4、基于BIM技术的临建精细化管理策略

4.1 临建设计阶段

4.1.1 建立项目临建布置族库

建立项目临建布置族库是BIM三维建模的一项重要步骤，针对BIM软件中系统族无法精确表达的临建布置物料、构件及设施信息进行自建族，进而形成项目独有的族库。

在建立项目临建布置族库时，需要BIM工程师熟练掌握BIM技术体系中族的概念与主要类型，将族视作BIM三维模型的主要构成要素。相同类型的族具有共性特征，在满足特定条件下可以重复使用。通过整合相同类型的族来构建族库，以拓宽所构建BIM模型的应用场景，避免在项目临建布置期间重复构建大量的BIM模型。

4.1.2 构建BIM模型

施工现场临建布置BIM模型（见图2）的构建主要包括输入、优化与输出三个阶段。输入阶段需要将施工现场、周边环境、临时设施规格型号数量、临时设施间的物流与分物流关系等信息导入软件；优化阶段由目标函数、适应度函数、惩罚函数共同组成场地布置方案，在软件中依托设施物流和非物流关系来确定目标函数，导入场地约束条件修正目标函数，通过算法确定适应度函数，最终生成场地布置方案，构建BIM模型；输出阶段是结合现场实际情况与算法计算结果来调整BIM模型，获取施工现场临建设施的最优布置方案。

在BIM模型的构件过程中，要求BIM工程师准确了解不同类型模型的正确建模方法，并能正确设置各构件的关键参数，为后续模型的分析运营打下基础。

4.1.3 优化临建BIM模型

在临建设施精细化布置方面，BIM技术的可视性、模拟性及协同性特征是其核心优势。在临建设施初步设计方案的基础上进行BIM模型的构建，然后开展模型预演模拟试验，以三维动态模型展示形式进行施工整过程、多工况、全方位的综合模拟分析（见图3），帮助施工策划人员更直观地感知实际施工过程，更容易地发现初步设计方案存在的问题隐患，进行更有针对性的临建方案优化，规避临建设计不恰当带来问题隐患。因此，施工策划人员需要掌握临建BIM模型的优化的技术要点，充分发挥BIM技术的优势，营造良好施工环境，提高项目管理的效益。

在临建施工现场布置设计阶段，BIM模型的主要优化技术措施包括：

图2 施工现场临建布置BIM模型图

图3 综合模拟分析图

(1）临时施工道路优化。在预演模拟试验中观察运输车辆的行进路径与速度，计算物资材料在不同时间节点下的运输量和供应情况，对比分析模拟结果与预先设定的期望值，根据对比结果来调整初步设计方案中的道路路径，如调整转弯半径、增加道路宽度或错车场地及设置回转场地等，通过改善运输车辆行驶条件来提高运输效益。

(2）临建房屋优化。在预演模拟试验中观察房屋的采光、通风与受风形变，分析房屋不同朝向、不同布置间距、不同通风防风措施下的状态信息，分析实验结果来调整初步设计方案中临建房屋的布置，实现临建房屋可靠性、舒适性及经济性的提升。

(3）大型机械优化。预演模拟施工过程中各类大型机械设备的作业情况与操作过程，分析其空间位置与作业范围是否相互影响，对比实际作业工况与施工需求，根据模拟结果调整初步设计方案中大型机械的进场计划及布置方案。例如，开展塔吊、汽车吊、履带吊等大型机械的模拟试验，掌握各种设备的吊装空间、起重能力、占地面积，通过增减设备数量来控制作业效率，调整设备分布位置避免出现矛盾碰撞。

在设计阶段中，BIM技术可帮助施工策划人员更准确地制定规划，更接近实际地做出设计方案，更准确地制定施工计划，更精确地预测因空间约束或构造缺陷导致的可能问题，从而为项目管理提高效益。

4.2 临建施工阶段

以BIM模型为基础，借助BIM技术的数据采集与分析处理功能，准确迅速地帮助施工算量人员完成临建设施工程量的统计工作。同时当施工工况发生变化时，仅需调整项目BIM模型相关参数，即可完成模型的更新调整，从而快速完成新一轮工程量统计工作，避免了传统算量统计效率低下影响现场施工的问题，保障现场施工的顺利开展。

在临建施工阶段中，BIM技术不仅可为施工算量人员提供统计算量帮助，还可以通过施工动态模拟为施工管理人员提供支持。利用BIM技术中的4D模拟技术为施工管理人员提供各构件施工工艺的三维动态展示、尺寸测量、原材料统计、模型交互等方面的信息，可有效地帮助其进行施工计划的快速调整、施工工艺的整体把控以及物料的合理调配，从而降低施工风险，提高施工质量，增加经济效益。

4.3 临建运营阶段

利用BIM技术的空间定位功能、实时监控功能、运行信息数据记录功能，对工程项目进行监控、信息判断、运行状况分析，并制定行之有效的运营维护计划，及时进行设备的维护保养，有效防止维修保养不及时带来的问题隐患；结合施工进度计划，进行空间资源利用分析，针对临建设施及时合理地进行拆除、迁移、转换，从而实现临建空间资源利用最大化。

在临建运营全寿命周期一体化管理模式下，需要将所有的项目管理对象、全部施工阶段、一切行为主体系统地联合在一起，实现项目资源的统一调配、管理目标的一致、主体间的高效互动、信息数据的共享，从而达到临建运营管理增效增值的目的。

5、结语

通过某大型剧场项目临建精细化管理过程中BIM技术的应用，总结了BIM技术在临建设计、施工、运营阶段精细化管理的成功经验。项目通过4D模拟、光环境模拟、气流组织模拟、模型碰撞分析等技术，成功解决了临建布置中的施工难题，为后续类似项目的临建精细化管理提供了借鉴与参考。

参考文献:

[1]汪萍萍.基于BIM技术的工程精细化管理实例研究[D].衡阳:南华大学,2019.

[2]张忠达.基于BIM技术的建设项目成本精细化管理-唐城壹零壹项目案例研究[D].天津:天津大学,2019.

[3]戴旭强,饶丰,朱吉祥.BIM技术在施工现场总平面布置中的应用[J].科技创新与应用,2016(31):267.

文章来源:薛明帅,封伟,赵耀龙.基于BIM的大型剧场项目临建精细化管理[J].安装,2023(S2):1-3.