基于BIM技术的绿色工程解决方案研究

(1.西南石油大学土木工程与建筑学院，四川成都610500；2.四川省第六建筑有限公司，四川成都610001)

摘要：建筑业资源消耗量巨大，发展绿色工程迫在眉睫，但基于现有技术实现绿色工程存在不少困难。探索将BIM技术运用到工程项目中，实现工程绿色化。介绍了绿色工程的概念，分析了BIM应用现状，以成都市南城都汇六期汇彩园商业及住宅项目BIM实践为例，从BIM策划、投标报价策略分析、管综优化、限额领料等方面进行剖析和论证，阐述了BIM应用于绿色工程的实践效果。

0 引言

传统建筑行业效率低下，存在现场作业多、施工安全隐患大、质量问题突出、施工周期较长、资源消耗较高、固体垃圾较多的问题。2016年2月2日，国务院《关于深入推进新型城镇化建设的若干意见》指出，要积极推广绿色建材，减少建筑垃圾和扬尘污染，缩短建造工期，提升工程质量[1-3]。建筑行业要在绿色发展理念的指导下，提升科技含量，大力发展保护环境、节约资源、降低污染的绿色工程。

1 绿色工程

绿色工程是指运用现代测量与控制技术，在项目实施中，加强环境保护，进行清洁生产，注重改善与优化生态环境，强调可持续发展，其目的是获得高品质且环保的产品。绿色工程具有3个评价标准：良好的经济效益、良好的社会效益、有利于生态与环境保护[4]。绿色工程贯穿于工程项目全寿命周期。在规划阶段，需要通过对周边建筑物的外观、环境、施工配套及交通等因素进行评估来确定绿色建筑项目最理想的场地[5]；在设计阶段要考虑可行性、合理性，保障能耗最低；在施工以及运营维护阶段要考虑节能减排的高效性等。

BIM技术已被运用于工程项目建设中，从设计阶段建模、算量、各种模拟实验，到施工阶段虚拟施工，以及运营维护阶段的各项信息检录等，BIM技术可以解决项目不同阶段、不同参与方、不同应用软件之间的信息结构化组织管理和信息交换共享，每个人都能及时得到准确信息[6]，应用更科学的管理方法与施工技术。BIM技术可在项目全寿命周期的不同阶段提供不同技术支撑，解决工程绿色化过程中存在的问题。

2 案例分析

成都市南城都汇第六期汇彩园商业及住宅项目，位于成都市高新区天府大道，属于新城区繁华中心。项目共包括建筑物21栋，其中商业2栋，住宅19栋。规划建设用地面积68 146m2，总建筑面积约31万m2，其中：商业建筑面积约91 000m2，电梯住宅建筑面积约21万m2，物管用房建筑面积1 008m2。建筑总高65.8m。住宅采用剪力墙结构，商业楼为框架结构。项目容积率为2.94，绿地率为30%。

2.2 项目工程相关情况

(1)质量：严格遵守《中华人民共和国安全生产法》，达到国家质量验收规范要求，并力争获得建筑奖项。

(2)进度：遵守施工合同规定的开工日期、竣工日期、总工期确定的施工总进度计划。

(3)费用：变更、索赔费不得超过合同价的5%。

(4)工程实施方案要全面体现节能减排理念及要求。

2.2.2 目标实现问题

(1)该项目规模大，图纸版本多，设计复杂。统管线多容易出现设计不合理、图纸版本之间不对应，导致信息传递不统一等问题，容易造成返工。

(2)项目参与方众多，按通常的管理手段和方法进行施工管理会降低工作效率，造成费用增加和工期延缓，难以实现协同工作。

(3)项目交叉工序多，审批流程多，加之项目地处城市中心，人口密度大，按相关规定，夜间施工时间为晚上22:00至凌晨6:00。若夜间施工，需提交《夜间施工许可证》，且有效时间不超过3天，全国统一的中、高考时间不得进行夜间施工。自然环境的不确定性导致了施工的不确定性。根据气象资料统计分析，每年有效施工时间为250天[7]。特别是近几年成都市雾霾严重，规定雾霾较大时不得施工，造成此项目有效施工日受限，工期紧张。

(4)项目对材料需求量大，且运输距离远，运输成本较高。项目要求节能减排绿色环保，导致材料采购费用增加，同时绿色环保标准限制了拆除返工事件数量等。基于现阶段的技术与管理水平，要同时满足质量、进度与费用3大目标，实现绿色环保要求，对施工方而言无疑是一个巨大的挑战。

2.2.3 解决问题途径

要使工程质量达标，需统一标准，使信息一致，图纸设计符合规范且唯一，实现信息互换与共享。根据质量、工期、费用三角定律，工期、质量、费用之间互相制约，互相影响。要做到3个目标同时实现，且增加绿色环保目标，只有提高效率，减少返工。减少返工意味着减少了浪费，节约了成本，降低了环境污染。为此，要运用新的管理技术、现代管理手段与方法。在招投标阶段，承包商就在投标文件中增设了“BIM专篇”，阐述了运用BIM技术实施管理的具体内容和方法，增加了合同目标实现的技术保障。

2.3 项目组织结构

该项目发包模式为施工总承包，施工承包商项目组织结构如图1所示。

BIM策划硬件条件见图2 ，BIM策划实施架构见图3。

(1)土石方分析。在项目地表上，通过BIM技术进行场地建模，在对现场地势整体掌控的前提下开展土石方分析，编制土方开挖顺序图(见图4)，以及动态沙盘演示(见图5)。考虑实际施工难度，对顺序进行优化。

(2)场地分析。将BIM和地理信息系统软件GIS (Geographic Inform ation System )相结合进行场地分析，解决定量分析不足、主观因素过多、无法处理大量数据信息等问题[8]，减少了施工冲突，提高了施工效率。

(3)穿插施工界面分析。穿插施工界面分析时，将Project中编制的进度计划与BIM模型相关联，使文字信息转化为可视化动态呈现，反复验证，纠正计划可实施性，减少施工冲突，提高交叉施工效率，如图6所示。

(4)设计验证。在设计验证阶段，使用Revit软件建模，将建筑、结构、暖通、电气等联合起来，展现出一栋完整的建筑物，帮助发现图纸可能存在的构件尺寸标注不清、图上尺寸与所标尺寸不符、详图与平面图无法对应等问题。同时，将模型与AR技术结合，让人有身临其境之感。将建好的三维模型导入软件Navisworks中，对工艺设备、管线、土建等进行碰撞检测，发现硬碰撞7 000处，图纸错误57处，据此对设计图纸进行修改，减少“应激式变更”，避免了现场返工，减少了资源浪费。验证过程如图7所示。

对图纸进行优化，例如净高优化、管综优化。将图纸中的土建预留孔洞在三维模型中提前展示出来，精确留洞，避免现场乱砸乱挖，保障结构安全。然后，运用BIM技术出具优化的施工图纸。在传统手段下，每张图纸需经过5～6次修改才能通过，平均耗时1.5个月，仍存在大量问题。运用BIM技术优化图纸，每张图纸经1～2次送审便可通过，平均耗时2周，而且几乎无问题。

(5)场布分析。本工程在地下室开挖后空地所剩无几，能利用场地很少，特别是基坑及地下室施工阶段，场地布置是一大难点。在施工准备阶段，根据科学合理布置原则，运用建好的模型模拟施工现场，最终确定分阶段进行平面布置。地下室以浇带为界分若干工程段组织施工流向，在地下室内合理设置钢筋加工及堆放场地，待地下室顶板施工后，将钢筋加工及堆放场地移至顶板上。现场只设办公区，不设工人生活区。地下室顶板结构施工后对基坑及时回填，以增加可利用场地。对施工场地布置进行模拟分析,还可提前发现塔吊、运输通道、消防通道、加工场地、材料堆场、临舍布置问题，对位置进行调整，使现场布置满足节能环保施工要求，如图8所示。

(6)虚拟样板。传统样板间以实木建设，需要反复修改、拆除。本项目通过Revit软件建立模型，在计算机中将样板虚拟化与信息化，通过渲染动画效果将模型真实化，不仅节约了材料，减少了建设垃圾，降低了环境污染，而且节省了造价，缩短了工期，提高了项目经济效益。

(7)吊支架优化。在综合吊支架与抗震吊支架安装过程中，由于管线复杂或图纸设计不合理，很容易造成现场“打架”问题，导致返工。本项目通过软件获取模型，计算其负载，选用合适的吊支架进入空间模型，进行整理修改，优化方案，选出最佳规模的吊支架，满足了规范抗震支吊架、准确计算、保证灾难时管线安全、加快质监验收、缩短工期提高效率的目的，如图9所示。

(8)工艺模板。利用BIM技术进行标准工艺模拟，如后浇带超前止水技术三维模拟、水泵房设备安装三维模拟(见图10)等，将隐性标准工艺可视化，建立了企业标准工艺三维数据库，便于现场指导和三维交底，避免了施工错误。

(9)施工模拟。本工程结构复杂，地下室分为3层，基底标高不统一；地上建筑飘窗节点复杂，且住宅工程外墙全为混凝土墙，外墙保温为钢丝网架聚苯板现浇混凝土外墙保温系统，需与主体结构施工一次浇筑而成，施工存在一定难度，需要严格控制进度。将施工进度计划与BIM软件结合，进行施工模拟，能很好地对关键重点工序进行控制，提高技术质量。

运用BIM技术模拟脚手架搭建，进行详细力学分析，保障施工安全。详细统计脚手架工程量，便于材料预定和限额领料，如图11所示。

(10)变更管理。本项目通过变更管理体系追踪所有发生的变更，BIM模型实时跟进，始终保持模型的完整性、准确性和及时性。快速模拟出更改前后的效果对比、工程量对比。例如，该工程中住宅大堂梁下标高变更为施工单位及时索赔提供了依据，为竣工图纸的绘制奠定了基础，为竣工结算提供了基础数据支持，如图12所示。

(11)限额领料。传统施工现场材料堆放量多杂乱、估量不准、大量退料，材料管理杂乱无章。本项目运用BIM技术分区域准确提取所需工程量，精确采购、限额发料、限额领料、优化下料，降低了资金、仓储压力。对材料进行二维码跟踪，全程可控。施工现场堆放整齐，不仅节约了材料堆放场地，而且提高了塔吊等运输设备使用效率。

(12)三维协同。项目从设计到验收，通过三维方式交底、协调、应用、检查。施工过程中将BIM与AR技术相结合，检查现场结构准确性，避免施工错误以及返工，减少资源浪费，如图13所示。

本项目采用BIM技术，大大提高了工程安全性。如自动搭建脚手架，保障施工安全；在设计阶段利用三维模型反复检查，对各构件的承载力进行测量，保障了结构的牢固性、建筑的稳定性；在施工过程中运用BIM参数化模型及进度计划表，运用广联达的BIM5D施工管理系统进行漫游、审阅，优化施工过程，保障了精细的施工安全管理。

2.6 项目目标实现

(1)质量上：项目获得中国安装协会颁发的中国安装之星，四川建筑监理与工程质量协会颁发的天府杯、优质结构杯以及成都市工程建设质量协会颁发的芙蓉杯。

(2)进度上：住宅提前2个月、商业地产提前3个月竣工。

(3)费用上：节约3%机电安装费，共节约成本超过300万元，见表1。

2.7 BIM技术实现效果

BIM技术实现效果可被概括为以下4点：①提高效率，减少返工，缩短工期；②节省材料，节约资源，降低成本；③提升质量，保障安全；④减少污染，保护环境。

3 结语

绿色工程是一项全面而复杂的工程，需要从设计策划、材料采购、现场施工、养护保修等方面，以资源高效利用为核心，以环保为原则，追求高效、低耗、环保的施工方法[7]。BIM与绿色工程具有时间维度的一致性、核心功能的互补性及应用平台的开放性等特点[8]，将BIM技术应用到绿色工程中，可实现经济效益、社会效益及环境效益的统一。

BIM技术还可运用到其它方面，如与质量验收标准相结合，将质量验收标准载入信息平台，使质量检验更快捷、准确、直观，更有利于质量控制。还可将预制构件与二维码结合，基于BIM加工图纸，提前预制、组装，不仅节省场地，还可降低噪音，然后在制作好的构件上贴上二维码，以实现材料全程跟踪，加强设备、材料的精细化管理。总之，BIM技术将成为绿色工程的催化剂，通过应用其不同功能全面实现绿色工程目标。

[1] 李克强.第十二届全国人民代表大会第四次会议政府工作报告[M].北京：人民出版社，2016.

[2] 国务院.关于深入推进新型城镇化建设的若干意见 [J].小城镇建设,2016(2):6-7.

[3] 中共中央国务院.关于进一步加强城市规划建设管理工作的若干意见[J].建筑设计管理,2016 (2):52-82.

[4] 付晓灵.谈工程项目管理中的绿色工程[J].工程建设与设计,2003 (1):34-35.

[5] 国华,郭敏,霍婕,等.BIM技术在绿色建筑全生命周期的应用——以北京市某医院建筑为例[J].智能建筑与城市信息,2015 (12):82-84.

[6] 齐宝库,靳林超.BIM技术在绿色建筑全寿命周期的应用研究[J].沈阳建筑大学学报：社会科学版,2016 (5):465-469.

[7] 李蔚,伊津芝,张继民.建筑业实施绿色施工技术问题探究[J].天津城市建设学院学报,2013(3):175-183.

[8] 孙陈俊妍,周根,葛宇佳,等.BIM技术在可持续绿色建筑全寿命周期中的应用研究[J].项目管理技术,2017 (2):65-69.

(1.School of Civil Engineering and Architecture, Southwest Petroleum University , Chengdu 610500, China; 2.Sichuan Sixth Construction Co., Ltd , Chengdu 610500 , China)

Abstract：Faced with the pressure of resources and the environment, green project has become a huge resource consumption of the building industry's new development direction, to project efficient, energy-saving and environmental protection.But based on the existing traditional technology, there are still many difficulties in achieving green projects.BIM technology as an indispensable future development, the author began to explore the BIM technology will be applied to the project, whether to help achieve green project.This paper first introduces the concept of green engineering, analyzes the present situation of the application of BIM, and take Chengdu Nancheng duhui Sixth hui cai yuan commercial and residential projects BIM practices as an example, from the project BIM practice planning, tender offer strategy analysis, pipe ensemble optimization, such as picking the quota for the analysis and argumentation, the conclusions of BIM help green engineering implementation, it has huge potential and still needs development in the future.

Key Words：Green Engineering; BIM Technology; Environmental Protection; Energy Saving

收稿日期：2017-04-01 作者简介：刘蕾(1992-)，女，四川遂宁人,西南石油大学土木工程与建筑学院硕士研究生，研究方向为工程项目管理；鞠明(1982-)，男，四川绵阳人，四川省第六建筑有限公司工程师，研究方向为BIM技术应用与研究；周文勇(1992-)，男，四川成都人，西南石油大学土木工程与建筑学院硕士研究生，研究方向为工程项目管理；陆族杰(1994-)，男，四川内江人，西南石油大学土木工程与建筑学院硕士研究生，研究方向为工程项目管理。