为实现建筑业的可持续发展,中国建筑科学研究院和中国建筑工程总公司等单位经调查研究,于2007 年9 月发布了《绿色施工导则》,自此,我国施工行业踏上了绿色化转型之路。2016 年12 月,中国住房和城乡建设部发布了《建筑信息模型应用统一标准》,提出了建筑信息模型应用的基本术语、要求与基于工程实践的建筑信息模型应用方式(简称P - BIM 方式),为我国施工行业的信息化发展指明了方向。

 

近些年,我国部分理论与实践工作人员对BIM 技术在绿色施工中的应用情况展开了研究。孙晓霞 、王雪松等人均在其硕士论文中简单介绍了BIM 技术在绿色施工中的应用优势,并对这种基于BIM 的新型可视化绿色施工创新技术进行了展望。夏祥斗、罗贤标等人结合工程实例,介绍了实例工程绿色施工实施过程中BIM 技术的应用情况。汪泽民等人对BIM 技术在绿色施工过程中的应用价值和节材、节水、节地、节能、环境保护等方面的应用进行了一定的分析与探索。周妍提出了BIM5D 的工作原理与应用流程,并系统罗列了绿色施工过程中可能出现的各种风险,得出了如何应用BIM5D 技术降低这类风险的有效措施。李英攀等人在Could - BIM 平台的基础上探究了项目各参与方高效进行绿色施工信息化管理的方法。麻荣敏从管理目标、管理内容等方面,构建了基于BIM 技术的信息化绿色施工管理体系。

 

可以看出,现有的研究主要以工程实例为背景,简单介绍了BIM 技术在各项工程绿色施工中的应用情况,并进行技术创新分析与展望。本文将参考上述研究结果,深入挖掘BIM 技术在绿色施工管理中的应用价值,建立基于BIM 技术的绿色施工管理应用框架。

 

 

1. 1 绿色施工管理策划文件不直观

用CAD 图纸、横道图、网络图、资源配置曲线、文字叙述等方式表达绿色施工过程中的场地布置、进度安排、资源配置、施工方法等显得较为抽象。绿色施工方案实施过程中,给人员的交流与沟通、复杂节点施工深化与优化设计带来了一定的阻碍。

 

1. 2 现场危险源与污染源控制不及时

目前主要通过现场分区安装监测设备、管理人员定期巡视、统计监测数据的方式进行现场污染源监控与人员健康安全管理。大型工程中使用该管理方式需投入更多人力,且不能实现实时动态监控。

 

1. 3 节材、节能、节水管理精益度不高

以下因素将导致节材、节能、节水管理精益度不高:①预算人员对照施工图纸,采购前手工统计材料需用量,此方式计算周期长,工程量易错算、漏算。②材料采购进场的时间节点难以控制,过早进场易导致材料堆积、损坏,过迟进场易造成进度损失。③凭经验、感觉发放材料。④各种能源、水资源实际用量统计工作过程复杂、统计误差大,部分工地存在资源用量统计工作的间隔时间过长、统计人员为应付检查,胡乱编造统计数据的现象,这将导致现场浪费的源头得不到及时控制。

 

 

2. 1 使绿色施工管理策划文件更直观

绿色施工方案策划阶段,针对庞大复杂、涉及因素多、各因素之间关联性复杂的大型工程,可借助系统分析的方法,构建模拟模型,通过系统模拟识别并评价绿色施工影响因素。对那些环境危害小、容易控制的影响因素,可采取一般治理措施;环境危害大的影响因素要制定严密的控制措施。应用BIM 技术虚拟仿真的功能,可提升绿色施工影响因素分析工作的效率。BIM 技术三维预演、碰撞检查的功能使人员间的交流更加便利,应用该功能可高效优化设计现场噪声与扬尘监测系统、新能源收集系统等的位置与朝向,合理规划工程进度与资源配置,显著提高绿色施工策划文件的可视性与可行性。

 

2. 2 实现对施工现场的实时动态监控

以基于BIM 技术的绿色施工管理平台为核心,建立基于BIM 技术的绿色施工管理移动物联网系统(见图1),充分利用传感器、无人机等先进技术,营造智慧绿色工地,可实现对作业现场无死角统筹管理,并最终实现对大型施工现场污染源与危险源的实时动态监控。

图1 绿色施工管理移动物联网系统

2. 3 全面提升绿色施工管理精益度

应用BIM 技术的工程量统计、5D 施工模拟等功能,各分项工程开工前,管理人员就能获得精确的资源需求量,根据BIM5D 模型模拟的进度计划与资源配置曲线限额采购、领料,合理规划材料进场顺序,对资源需求量大的施工阶段的资源使用过程重点控制,可全面提升绿色施工管理精益度。

 

 

3. 1 软件的选型

足够的项目实践表明,现在很多企业BIM 试点不成功,投入产出不够是因为BIM 技术选型错误。部分施工企业在选择BIM 软件的过程中对各软件认识不清,选择过程中存在盲目从众的现象。高昂的BIM 软、硬件投入得到的却是低微的效益回报。

3. 1. 1 需考虑的几个方面

BIM 软件在选型过程中,需至少考虑7 个方面:①软件的硬件配置需求;②软件与我国规范要求的适应程度;③软件是否易于学习;④各专业、平台软件的功能与协同交互能力;⑤软件是否易于操作;⑥软件售后服务与更新情况;⑦BIM 应用价值是否大于绿色施工总投入。硬件配置需求适中是指BIM 软件只需配备价格适中的硬件资源,就能完成绿色施工全过程管理的任务。软件与我国规范要求的适应程度评估过程中应考虑,BIM 系列软件的各项功能是否满足我国规范要求等问题。易于学习是指软件在短期内易被掌握。各专业、平台软件功能与协同交互能力的评估过程中应考虑,BIM 系列软件是否拥有足够功能辅助高效实施绿色施工,且各软件间信息能否相互传递与共享等问题。易于操作是指软件操作过程简单,能快速建模。软件售后服务与更新情况评估过程中应考虑,软件供应商能否提供相应的软件咨询、培训与售后服务,且软件能否根据我国规范要求实时更新等问题。当人员管理与培训费、绿色施工措施费、BIM软硬件装配费3 项费用的总和小于BIM 应用产生的价值时,则BIM 应用价值大于绿色施工总投入。

3. 1. 2 分析与结论

 

将BIM 软件分为国产与国外两大系列,通过对比分析(见表1)可知,与国外BIM 系列软件相比,国产BIM 系列软件硬件配置需求适中,更适合我国国情,易于学习、操作方便、建模速度快,售后服务相对周到,能根据国家规范要求实时更新。但可视化渲染、力学与环境模拟(性能分析)方面效果一般,软件各方面功能齐全且能保证良好的信息交互。由此得出,以国产BIM 系列软件为主,充分利用国外BIM 系列软件可视化渲染、力学与环境模拟(性能分析)方面的优势组织信息化绿色施工管理最为合适。

表1 对比与分析

3. 2 BIM 技术在绿色施工管理过程中的应用方法

表2 共统计了21 个与绿色施工管理相关的BIM软件的功能,其中碰撞检查、施工方案预演等可应用于节材、节能管理。高大支模查找与定位等,可应用于人员健康与环境保护管理。虚拟场布等可应用于节水、节地管理。

表2 BIM 软件在绿色施工管理中的应用

3. 3 应用过程中存在的问题及探索

3. 3. 1 节材、节能管理方面

应用BIM 技术可视化技术交底、虚拟预演、碰撞检查的功能,可显著提高施工人员间的沟通效率,减少因软、硬碰撞与不必要的返工导致的资源浪费。实施过程中需严控模型的详细程度,满足够用就行的原则,过于详细的模型需配置性能更高的硬件设备,造成硬件资源浪费,且运行过程中易产生硬件设备运行速度慢、稳定性差等现象。

 

利用BIM 技术自动排砖与工程量统计的功能,计算机可以快速对各种构件进行统计分析,从而大大减少因图纸统计工程量带来的繁琐的人工操作和潜在错误 。软件虽可以减少计算工程量的时间,并显著降低因工程量计算错误导致的过度采购,但应用过程中仍需严格控制模型的正确度,模型的正确度决定了工程量计算结果的精益度。这将要求建模人员拥有将施工图纸正确“翻译”成模型的能力,避免因模型错误而造成工程量计算错误,从而导致不必要的采购浪费。

 

应用BIM5D 模型,可预先规划材料采购与进场的时间节点,减少因材料长期堆放、磕碰造成的损失。应用过程中,管理人员需保证BIM5D 模型根据现场实际进度情况实时更新,这样才能准确预测后续材料采购、进场的时间节点。

 

应用BIM + 智能全站仪技术精确放样,可避免由于放样、施工错误导致的材料浪费。应用BIM + 物联网技术的能源用量智能监测系统,现场安装电、油用量智能监测设备,并将智能检测设备信息与BIM 平台中的设备模型信息相关联,可实现对现场能源用量实时动态监控。以上功能在应用过程中应加强网络信息安全管理,务必保证现场信息不外泄。

 

3. 3. 2 节水、节地管理方面

应用BIM 三维场布的功能,合理规划布置非传统水收集与应用系统、节水与消防设施、临建设施、施工道路等的位置,可使现场布置紧凑、降低传统水的用量、节水节地。规划与布置前需确保原始场地地貌与环境情况数据的准确性,只有充分结合原始场地信息的准确数据建立场地模型并虚拟规划设计,才能全面提升规划结果的可行性。

 

3. 3. 3 环境保护与人员健康安全管理方面

应用BIM + 手机APP 移动终端技术,作业人员通过智能手机定点实时拍摄现场污染、浪费与存在安全隐患的位置并直接传输至基于BIM 的绿色施工管理平台,可提高项目负责人对现场污染、危险源的管理效率。应用BIM + 无线传感器技术,为存在安全隐患和易产生污染的区域安装安全监测与污染源监测无线传感器,可实现对现场污染源、危险源实时动态监控。实施过程中,施工现场应实现全方位无线网络覆盖,并确保良好的网络环境。

 

3. 4 基于BIM 技术的绿色施工管理组织与实施流程

施工企业首先进行BIM 技术选型,做好软、硬件准备工作。待获得设计院提供的BIM模型或设计图纸等材料后,及时建立项目各专业BIM 模型、场地布置模型,以及脚手架、模板等方案设计与安全性能分析模型,结合这些模型,进行绿色施工方案规划与设计。工程开工前,建立基于BIM 的绿色施工管理平台,根据规划方案,在现场相应位置处安装危险源、污染源、资源用量统计与监测设备,并将这些设备的位置与状态等信息与软件平台中对应的设备模型信息相关联。施工阶段充分应用BIM 技术的各项功能,实现绿色施工全过程精益化实时动态管理,营造智慧绿色工地(见图2)。

图2 实施流程

 

4. 1 工程概况

金土木大厦工程位于常熟市古里镇金湖路与文学街交汇处。该工程地下1层,地上21 层,建筑高度110. 7 m,总建筑面积40946. 5 m²,是一座集办公和商业为一体的高层商业综合建筑(见图3)。该工程已被评为全国建筑业绿色施工示范工程。

图3 金土木大厦BIM 模型

4. 2 实施过程

公司通过综合评估,决定以国产广联达BIM 系列软件为主,鲁班、品茗、Autodesk(Revit) 系列软件为辅组织信息化绿色施工管理。

 

绿色施工方案策划阶段,用品茗BIM 脚手架、模板安全计算软件策划现场高支模与脚手架搭设方案,保证了搭设过程中的人员安全。用广联达场地布置软件(见图4),根据现场实测情况,合理规划现场定型化临建设施、太阳能灯、环保型雨水收集系统中排水沟、沉淀池、集水井等设施的位置,满足了临建设施的通风与采光要求,减少了施工过程中材料的二次搬运,保证了环保型雨水收集系统设计方案的可行性,提升了节地、节水管理效率。用广联达BIM 算量软件精确预算材料需用量,鲁班BIM 算量软件校核计算结果,Autodesk (Revit)系列软件深化设计复杂节点,提升了节材管理效率。

图4 虚拟场布

工程开工前,项目部建立了基于BIM 的绿色施工管理平台,为每一位现场管理人员的智能手机中安装了广联达手机客户端。施工过程中,管理人员应用该客户端,实时动态监控现场污染与危险源,提升了安全与环境保护管理效率。应用广联达BIM5D软件中的碰撞检查、预排砖、5D施工模拟、虚拟漫游(见图5)、可视化技术交底等功能,共检测出了原图纸中856 个碰撞点,减少了砌筑工程中的砍砖量,全面提升了节材、节能管理效率。

图5 虚拟漫游

据初步统计,项目装备BIM 技术的各项总投入约120 万元,因购买节水龙头、太阳能灯等设施花销的绿色施工措施费约21 万元。单单应用碰撞检查、可视化技术交底与深化设计的功能,就可节约因不必要的返工而导致的约200 万元的人工、材料、机械台班损耗。应用BIM 场布软件辅助设计的现场环保型雨水收集系统更实用, 施工全过程约收集雨水8000 m³,用收集的雨水冲洗厕所等,可节约约4 万元水费。由此可见,该工程绿色施工管理效益显著。

 

 

正确的BIM 技术选型与应用方法,是成功组织信息化绿色施工管理的关键。目前,BIM 技术在我国的发展尚处于初级阶段,基于BIM 的绿色施工管理应用价值与应用过程中存在的问题,还需研究人员结合实际工程,进一步挖掘与探索。

 

 

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