基于BIM技术的绿色建筑工程施工优化与效率提升研究

马春先

（中铁建设集团有限公司）

1 引言

建筑工程行业拉动了区域经济增长，但是消耗了大量资源，破坏了生态环境，粗放式发展方式已经难以继续，必须加强绿色发展、低碳发展、循环发展。在相关发展规划和行动方案中，绿色建筑已经成为重点发展内容，同时，建筑工程行业的信息化发展趋势明显，推动了全产业链的技术变革，有利于实现资源节约、环境友好的建设目标。

2 基于BIM 技术的一般绿色建筑工程施工优化与效率提升

2.1 土方工程施工

土方工程施工涉及绿色建筑节地与用地保护方面的内容，大范围的挖方填方会破坏原有地形地貌，影响地下水资源和周边生态环境，所以，必须要针对土方工程施工进行优化。全面收集整理基础数据资料，利用BIM技术进行信息集成处理，建立3D模型，Revit 软件中的地形表面功能能够将CAD 文件转化成三维模型，生成施工现场原始地貌模型，根据坐标定位校正位置，为后期的土方开挖范围确认做好准备，同时，根据设计要求，确定±0标高，为土方开挖深度提供对比依据。传统的土方工程量计算过程烦琐、精度不高，而且可视化程度较差，利用BIM 模型可以得到各高程值，有效简化了土方工程量计算，提高了计算准确率和效率，常用的方法有三角网法、断面法、方格网法，Revit 软件中的建筑地坪功能可以模拟土方开挖施工，通过合理的地形参数设置，直接计算挖方量、填方量以及挖填方净值。在基坑局部地下室位置需要继续开挖，一般会采用放坡开挖的方式，通过建立模拟开挖模型，计算汇总局部土方开挖量，得到最终的土方开挖总量，防止出现超挖、欠挖等问题。

2.2 主体工程施工

主体工程施工周期较长、资源消耗量较大，在绿色建筑施工中，对材料节约、能源节约、环境保护等方面要求比较高，必须确保主体工程施工的绿色节能效果，主体工程主要包括模板工程、钢筋工程、混凝土工程等，需要针对具体施工环节进行优化提升。利用BIM模板脚手架设计软件，分析主体结构模型，创建梁柱墙板模板，并对模板数量、种类、位置、支装流程、预埋件位置、复杂节点处理、构件衔接方式等方面进行优化，通过BIM 模型计算导出工程量明细表，指导具体施工活动的开展。利用BIM 技术对模板工程施工全过程进行模拟仿真，以可视化的方式确定各专业之间的逻辑关系，运用细节模型图更好地进行技术交底。为了保证模板工程施工的节材节能效果，需要进行配模设计，利用BIM技术进行下料计算，根据施工配模规范要求。首先要创建共享参数，合理确定下料参数，包括模板长度、厚度、宽度等数据。然后创建族，设置相关参数，将建好的族导入到原模板项目中，更新替换原有族，完成模板下料模型的创建。最后导出模板下料明细表，根据具体尺寸和数量组织施工。同样，在钢筋工程施工时也要积极采用BIM 技术建立模型，得到钢筋排列图和余料组合加工表，实现精准下料、减少损耗的目的。复杂建筑形体安装是施工难点，很容易出现施工错误和返工误工问题，利用BIM 技术进行复杂形体设计和施工模拟，通过将复杂形体数据整合分析，得到更优方案，并对三维模型进行解析，针对各网格进行单独模块设计，模拟预拼装施工，可以节约材料和时间成本[1]。

2.3 机电工程施工

随着建筑功能的不断提升，尤其是绿色建筑的综合管线系统多且复杂，机电工程施工具有较高的难度，涉及的数据信息量大，存在着沟通协调不畅、材料损耗过大、碰撞错漏严重等问题，难以实现标准化、精细化管理。传统的二维设计图纸只能发现平面位置的碰撞，立体空间碰撞查找困难，而且不能准确判断间距不够等软碰撞问题，影响了施工质量和进度，利用BIM 技术进行绿色建筑机电工程施工优化与效率提升十分必要。根据相关设计资料和标准规范，建立BIM模型，直观展现给排水、电气、暖通等相关专业布置情况，实现从二维图纸阅读到三维模型观察的转变。同时，利用BIM 模型结合相关软件的碰撞检测功能，可以进行全专业的管线碰撞检测，提前发现管线与结构、管线与管线之间的碰撞问题，也可以根据相关规范数据，自动进行距离检测和净高检测，找到高度、方向上的冲突点，解决软碰撞问题，最终生成碰撞检测报告。根据管线综合排布避让原则，提前进行方案优化调整，在保证管线综合排布合理、质量可靠、外形美观、方便检修的情况下，尽可能节省材料，通过管线优化模型进行技术交底，合理安排施工顺序。除了管线优化外，支吊架的布置与校核工作也十分重要。以往的支吊架安装相对随意，比较凌乱，不但占用空间大，视觉效果差，而且浪费材料。在确定综合管线布置方案后，计算支架间距、尺寸等参数，选择合适材料，利用Revit软件建立三维模型，通过fuzor 软件进行三维模拟及漫游，应用相关插件布置支吊架，校验支吊架受力情况，生成报告内容。利用BIM技术进行机电工程施工材料设备自动统计，导出明细表，可以简化计算、提高效率，在施工过程中，可以将方案模型与现场实际情况进行比对，及时发现不符之处，并采取相应整改措施。机房施工也是机电工程施工的核心内容，由于机房空间有限，再加上绿色建筑机房设备比较多，根据设计图纸建立机房布置BIM 模型，与设备供应商就设备尺寸、接口位置等问题进行沟通，遵循管线避让和支吊架布置原则，考虑不同设备设施需要的安装检修空间，尽可能减少材料浪费，缩短施工时间。在复杂异形结构施工中，可以利用BIM 模型进行3D 打印，以实物进行技术交底和施工指导，能够提高现场作业质量和效率，而且3D打印所采用的材料以建筑垃圾为主，能够减少材料浪费，真正实现绿色环保施工[2]。

3 基于BIM 技术的装配式绿色建筑施工优化与效率提升

装配式建筑是建筑产业化、信息化发展的典型代表，通过标准化设计、工厂化生产、装配化施工，能够更好地实现绿色建筑的四节一环保目标，在减少建筑垃圾、节约模板材料、降低砂浆用量、节约施工用水、降低施工能耗等方面有突出表现。BIM 技术的应用有利于实现装配式建筑的智慧建造，针对生产、运输、装配三个主要环节展开工作，能够获得事半功倍的效果。

3.1 预制构件生产

利用BIM 技术建立三维信息化模型，能够集合预制构件所有的数据信息，可以高效进行生产交底，制定生产计划，安排生产资源。在原材料采购时，采集相关质量信息上传到信息管理平台，实施预制构件生产事前质量控制。在工厂信息化管理平台上，可以解读BIM 模型中的预制构件生产信息，并转换成机械设备可识别的格式，通过自动控制程序完成模板制作、钢筋加工、预埋件安装、混凝土浇筑等工作，实现自动化、数字化、精益化加工，降低出错率和人工成本，如果出现生产故障，会通过自动化监控系统实时反馈，及时采取相应处理措施。利用BIM 技术结合RFID技术，可以实现预制构件生产的跟踪识别，通过三维模型与构件实体的对应关系，掌握构件生产状态，构件脱模后，利用三维激光扫描技术获得点云数据，经过对比分析进行质量检查，确定质量等级，将集成预制构件信息的二维码贴到相应产品上，使用手持阅读器扫描二维码，可以读取预制构件相关信息。结合BIM 技术和物联网技术，能够在预制构件生产阶段及时得到信息反馈，创建事前、事中、事后质量检查追溯机制，各参与方可以在信息管理平台上查询生产信息，进行沟通协调，实现生产与施工的动态衔接。

3.2 预制构件运输

在预制构件运输前，需要再次检查产品质量，质量管理人员通过手持阅读器或移动端设备更新预出场构件质量信息，并拍照上传到信息协同平台中，监理单位对合格预制构件签发质量证明书，严格按照标准流程处理不合格产品。施工单位根据施工进度计划与生产单位协调优化预制构件生产运输计划，管理人员将采集到的运输信息上传到信息平台中，更新预制构件状态，扩展相关运输信息，包括构件名称、用途、出场时间以及运输车辆牌照、司机姓名、联系方式等。运输线路的选择至关重要，不但涉及到材料运输损耗，而且会产生大量能源消耗和环境污染，BIM 技术具有强大的信息集成功能。通过与GIS 技术的结合运用，能够快速收集施工现场周围信息，形成三维地形图，分析周围运输路线是否合理，保证按计划将预制构件运抵现场。在运输过程中，通过GPS定位系统能够实时监控车辆运行情况，施工单位根据信息管理平台查询定位车辆信息，合理安排预制构件接收工作[3]。

3.3 现场施工优化

装配式建筑现场施工需要将生产好的预制构件通过大型起吊设备吊装到位，然后使用可靠连接方式进行拼装，在施工过程中，涉及多专业、多工种协同作业，而且预制构件运抵现场后需要占据大量用地，根据节地和用地保护的绿色建筑理念，必须加强施工场地优化布置，充分考虑不同时间维度主要影响因素，实现时间上和空间上的动态协调管理。利用BIM 技术进行吊装施工方案模拟，解决塔群协同作业问题，模拟塔吊运行轨迹，考虑天气、风速的影响，防止出现相互碰撞干扰的不安全因素，根据施工工况、施工进度优化布置起重设备，尽可能实现设备的循环、高效利用。施工现场临时建筑和安全疏散设施的布置也十分重要，必须保证合理紧凑、经济实用，能够满足生产生活和安全疏散需求。利用BIM软件的日照分析功能可以对不同时间节点展开日照分析，优化调整临时建筑的方位、布局、间距，实现节约用电、绿色施工的目的。预制构件运输和装配施工对于道路条件要求较高，遵循永临结合的基本原则，利用BIM 技术分析施工场地内不同等级道路之间的关系，优化调整空间位置以及道路宽度、材质。在工作面存在着不同专业交叉施工的情况，基于BIM技术的工作面划分能够直观展示不同时间段施工进度安排，结合实际施工完成情况，合理分配施工资源，为各单位、各专业协调施工提供数据支撑，实现精细化管理的效果[4]。

4 结语

综上所述，绿色建筑与BIM技术具有共通之处，都能够节约资源、节约成本、提高效率，所以BIM 技术在绿色建筑施工中的应用具有一定的必要性和可行性，有利于提高绿色建筑施工质量和效率，获得更好的综合效益。BIM技术的运用需要融入到具体施工环节，能够形成全面系统的绿色施工信息化应用体系，为BIM 技术应用和绿色建筑施工探索更多可能。