建筑技术 | 基于BIM的大型多塔楼地下室工期优化研究

大型多塔楼地下室基础深、施工复杂、工程量大、工期紧，若不能保证建筑地下室的工期，将会对施工成本、工程质量、合同管理等方面造成很大影响。传统的二维管理方式将进度计划与建筑模型割裂，未实现二者的联动，使项目进度缓慢，影响工期。BIM技术以3D模型为基础，具有可视化、协调性、模拟性、优化性等特点，以数字信息仿真模拟建筑工程项目全生命周期各专业真实信息，如碰撞检查、进度模拟、成本算量等，通过建立集成管理环境，提高工程建设效率，以实现动态、集成、可视化的4D施工管控，优化项目工期。

1 多塔楼地下室主要施工特点

（1）工程量大，工期紧。多塔楼一般共用一个地下室，地下室面积巨大，分部分项工程多，需多个专业工种交叉作业并协调配合，工期紧张。

（2）材料运输量大。由于多塔楼地下室施工面积大，材料运用量较多，施工现场材料堆场不合理则会降低施工效率，影响施工进度。

（3）机械化程度高。为提高工作效率，常采用机械化施工，若人、材、机之间的协调困难造成返工停工，会对工期造成很大的挑战。

2 多塔楼地下室工期优化流程设计

2.1 BIM 4D虚拟技术

BIM 3D模型共享项目信息，以数据载体的身份提供了信息沟通与交流的平台。BIM 4D虚拟技术是在三维模型的基础上，添加时间维度，即项目进度信息，以可视化的形式动态模拟施工过程，通过虚拟环境下的反复模拟，预测施工过程中可能出现的进度滞后因素，提出措施方案，以优化施工进度计划与工期，进而指导实际施工。Navisworks软件提供了一套全面的审阅解决方案，支持IFC标准，且保证项目各参与主体的专业协同性，可将整合了建筑、结构、机电设备的BIM模型与进度计划（.mpp文件）链接，使3D模型与施工进度任务逐一关联，形成BIM 4D模型，在虚拟环境下动态演示工程施工进度及施工现场人员设备等布置情况，计划进度与实际进度以不同颜色直观显示，在时间与空间上解决冲突，深化运用。

2.2 信息编码

信息编码是识别项目信息主体的有效手段，充分避免了因多重标识造成的歧义与冗杂。其建立了项目信息沟通与交流的基础，使模型信息与资源存储具有统一语言，有利于工程项目全生命周期的信息共享与协同。目前北美主要有3个编码分类标准，分别为UniFormat、Masterformat与Omniclass，而Omniclass分类标准可与IFC标准对接。

我国建筑领域基本分类方式以项目范围与特征划分，如建设项目、单项工程、单位工程、分部分项工程等，编码体系尚不统一，主要有JG/T 151—2015《建筑产品分类与编码》、GB/T 51269—2017《建筑信息模型分类和编码标准》等。

2.3 数据库系统

数据库技术是现代计算机数据处理和信息管理系统的核心，对计算机数据存储实现了有效的管理，具有低冗余性、共享性、安全性等特点。数据库系统包含数据程序与数据集合，对大量的信息进行管理，为多用户共享，打破信息壁垒。BIM进度管理平台Navisworks Manage支持与数据库系统的信息集成，结合编码工具，在SQL数据库表中创建相应的IFC字段，例如Globalid、OwnerHistory、Name、Description等，以唯一标识使BIM 4D模型与数据库信息关联。工程项目实际产生的进度信息存储于共享数据库中，解决数据丢失遗漏问题，使各参与主体实时掌握施工动态，查漏补缺，保证项目顺利进行。

2.4 “BIM+数据库”工期优化流程

BIM 3D模型集建筑、结构、机电等专业信息为一体，与Project进度计划共同集成于Navisworks Manage BIM 4D平台中，经过碰撞检查、虚拟漫游等方式解决模型冲突，同时使其与进度信息逐一关联，动态模拟实际建造过程，与实际进度不相符部分重点关注，协同分析解决方案，对不合理之处预警，避免返工。利用WBS项目管理方法，结合信息编码技术，对项目进度任务分类编码，以IFC标准为接口，以编码为表主键，作为每条信息的唯一关键字，存储于SQL数据库环境中，使各参与主体浏览查询并修改分析，实现具体施工信息共享，解决因沟通不畅、专业不协同带来的工期延误问题。同时施工数据可留档存储，便于后期查阅积累经验，不断优化项目施工工期，如图1所示。

3 案例分析

3.1 工程概况

无锡绿地中央广场项目位于无锡梁溪区太湖广场核心地带，项目北侧为永乐路，南侧为永和路，西侧为凯宾斯基酒店，东侧为曹张路，四周为已建道路，交通便利。

项目主要由1–1号、1–2号楼超高层住宅，2号楼超高层商业综合体组成。地下结构4层；地上结构1–1号、1–2号楼超高层住宅建筑层数47层，建筑高度155.3 m；2号楼超高层商业综合体办公楼，建筑层数58层，建筑高度256.05 m；周边裙楼建筑层数6层，建筑高度33.3 m。项目总建设用地规模：用地面积25 970.6 m²，总建筑面积：310 471.16 m²（其中住宅建筑面积：116 357.32 m²，商业建筑面积：18 695.55 m²，办公建筑面积：95 541.65 m²，地下建筑面积：71 060  m²），容积率：8.98，建筑密度：34.34 %。1–1号、1–2号结构形式为框架–剪力墙结构，基础形式为筏形基础，车库及裙楼结构形式：框架结构，结构设计使用年限均为50年。2号楼超高层塔楼结构形式为型钢框架—核心筒组合结构，B4层~7层采用型钢混凝土框架–钢筋混凝土核心筒混合结构，7层及以上楼层采用型钢混凝土柱–钢梁–钢筋混凝土核心筒混合结构。

3.2 项目特征

（1）无锡绿地中央广场项目属于超高层建筑。

（2）包含3幢塔楼，为2幢超高层住宅及1幢超高层商业综合体。

（3）3幢塔楼共用一个地下室，地下结构4层。

3.3 大型多塔楼地下室工期优化

3.3.1 地下室BIM模型建立

目前，国内外BIM建模软件中，Revit系列软件在BIM体系中应用最为广泛，运用revit 2019对项目地下室进行3D BIM建模。根据项目建设图纸，建立各塔楼独立地下室模型。利用revit链接功能，链接各地下室模型并对齐轴网调整形成项目地下室整体模型。

3.3.2 地下室BIM 4D模拟

项目地下室施工面积巨大，施工方将地下室施工划分为7个施工段。编制进度计划应保证施工工期，遵循相应施工程序，考虑季节、天气等不利因素，工程实际进度常不断变化。传统二维横道图计划实时性、可视化程度差，基于BIM技术的进度管理方法可实现项目工期优化。利用Project 2019编制项目进度计划，生成2007.mpp格式文件，与Navisworks Manage 2019软件Time Liner模块数据源对接，利用好Navisworks编辑器，避免模型缺位或遗漏，同时将.rvt格式模型轻量化为.nwc格式文件。将.mpp进度计划与BIM模型各任务进度逐一关联，形成项目可视化BIM 4D模型文件，交互浏览模型。以动画形式漫游模拟项目具体建设进程，了解地下室每一个细节，避免返工。将计划进度与实际进度以不同颜色突出直观对比，预警进度偏差，优化进度方案，实现对工程进度精准把控。

3.3.3 WBS分解

工作结构分解（Work Breakdown Structure）是将项目按其内在结构或实施过程顺序进行逐层分解，将项目分解到相对独立、内容单一、易于成本核算与检查的工作单元。工作单元可编码标识，将项目进度计划相关信息汇总储存于数据库中，使各专业数据交互，打破信息壁垒。7个施工流水段中每个施工段安排专业施工队伍进行流水施工，科学利用工作面，使工作队连续作业，保证项目进度要求，缩短工期（图2）。

图2 项目结构分解层次示意

3.3.4 数据编码

Omni Class信息分类体系（OCCS）主要应用于建筑行业，提供了建设项目全生命周期的分类方法，在我国发布的有关BIM的分类标准征求意见稿中就有参照。它支持BIM技术，且可与IFC标准对接，适应于项目工作单元编码。参照Omniclass信息分类与GB/T 51269—2017《建筑信息模型分类和编码标准》，根据WBS分解规则，对无锡绿地项目的地下室进度任务根据7个施工段进行分类编码。

3.3.5 “BIM+数据库”集成

SQL Server数据库是微软公司开发的一种关系型数据库，其可伸缩性好、兼容性高、集成化程度高。通过在数据库中创建IFC字段，基于现有IFC分类标准，修改扩充IFC底层代码，添加本工程项目设计编码，使进度信息符合IFC标准，在其他软件中则可共享该数据信息。根据项目施工进度任务特点，创建所需数据的字段，将进度任务编码设为表主键。在数据表中，分别存储各进度任务产生的信息，则在查询、编辑、导出数据时只需搜索任务编码。利用SQL Server数据库平台对项目地下室进度信息管控，交互式集成计划进度、实际进度、异常进度、影响因素、应急方案、持续时间、已完工程价值量、模型信息等，对进度数据存储监控，协同共享，进一步优化工期。

如在地下室支撑拆除过程中需结合基坑工况，确认基坑支护、栈桥的拆除次序，若拆除不规范则会造成严重返工，甚至施工事故。而通过在BIM 4D虚拟环境下真实模拟支护拆除过程，可协调人、材、机等施工安排，实时跟踪加强基坑监测，预排拆除风险。同时，基坑施工与拆除进度任务及相关信息都以唯一编码标识存储于数据库中，方便对项目实施过程进行实时监控和进度把握，以及项目参与方之间及时沟通和协同共享。此外，本支护拆除数据可作为施工的宝贵经验，不断积累进度优化价值，最大化地缩短工期。

4 结论

大型多塔楼地下室对工期要求非常高，对施工方提出了很大的挑战。将BIM技术与数据库系统结合，以进度编码作为唯一标识，以IFC标准为接口，设计BIM 4D集成交互流程，预判并解决风险，避免返工。同时使进度数据协同存档，实现多主体信息共享与专业协同，解决因沟通不畅、专业壁垒导致的工期延误等问题。另外，施工数据存档保留可为日后施工积累经验，以信息化手段实现地下室进度优化，缩短了项目施工工期。通过对BIM 4D在建筑施工应用方面的深入研究，丰富了项目进度管理理论和方法，进一步促进信息技术在建筑领域的研究与应用。