1 前言

BIM是在传统二维计算机辅助设计技术基础上发展起来的多维模型信息集成技术，是对建筑工程物理特征和功能特性信息的数字化承载和可视化表达，是促进建筑业绿色化、产业化、信息化发展、推进智慧城市建设和实现建筑业转型升级的革命性技术。通过BIM技术的在虚拟施工中的运用，事先对不同阶段的信息插入、提取、更新和修改，充分发挥其可视性、优化性、协同性、资源管理、成本和进度控制等方面的优势，将有效提升工程决策、规划、设计、施工和运营的管理水平，减少返工浪费，有效缩短工期，提高工程质量和投资效益。

2 工程运用BIM虚拟施工背景

2.1 实例工程概况                                        

图1 振石总部大楼效果图

振石控股集团总部大楼（下称振石总部大楼）位于浙江省桐乡市振东新区革新区块。包括1幢39层框架核心筒结构办公楼，下设两层地下室、2幢框架结构裙房。工程投资金额约3.8亿元，项目建筑总高度170余米，建筑面积6.44万平方米。由于工程地下室高低跨较多、结构复杂、机电管线错综复杂、工期紧张，且工程定位创“鲁班奖”和“国家AAA级标化工地”，对工程质量、进度、成本、安全作业等管理要求较高，故采用BIM技术对项目全过程进行精细化管理。

2.2 本工程运用虚拟施工优势

2.2.1 三维可视化

原有传统的方式依靠二维平立剖图纸，通过空间想象能力与实际施工经验的积累来进行施工作业，但是往往受到一定的局限性，对整个工程整体把握度不够高，不同水平管理人员或施工作业人员理解的不到位，效率不高等问题。振石总部大楼结构相对复杂，通过BIM前期三维虚拟施工的实现，尽早的对工程中遇到的重难点提前把握，对工程整体有很好的把控。

2.2.2 减少返工

实际施工中很多的问题往往在具体作业的过程中才会被暴露，往往是牵一发而动全身，一处问题的产生可能不能通过简单的方法就解决，往往解决的方法是推掉重来，这大量的返工叠加起来，就会造成大量的人力物力财力的浪费。由于BIM模型中的构件都赋予了实际的属性，进行虚拟施工过程中具有较高的施工指导参考意义，提前发现与防范问题的发生。

2.2.3 实时交底

通过BIM虚拟施工的实现，与项目部人员、管理人员、甲方、施工工人等能够进行直观的实时交底，一目了然的了解施工顺序、注意环节。提早准备施工需要准备的材料，需要准备的技术，需要准备的人力。再运用信息化技术给人真实感，模拟进行提前施工。

3 虚拟施工进度模拟

3.1 BIM模型的建立

3.1.1 BIM运用在虚拟施工中的优势

①建筑多维可视化展现。

②模型真实模拟性，实现方案多重策划。

③模型信息的完整性，具有实际施工指导意义。

④模型实施更新变动，可进行不断优化关联。

⑤同一模型与不同软件对接，使得不同管理效果实现。

3.1.2 振石总部大楼模型建模规则

①图纸拆分。事先对振石总部大楼每层的结构竖向结构与梁、板图纸与建筑图纸拆分。进行统一命名规则，统一的坐标原点，轴网与标高系统的规则。

②命名规则统一。对不同类型构建进行命名规则的统一，为在虚拟施工中对每个构件进行精确的定位与信息的传递，方便查询和统计。比如墙构件的命名时包括类型名称、厚度、装饰层类型等属性。

③构件参数设置。不同构件参数设置规则的制定，参数的类别与名称设置对外观，工程量统计，构件的关联关系与效果展示等具有实际意义。

3.1.3 BIM模型的搭建

基于确定的建模规则，将振石总部大楼二维图纸转换为三维可视化模型（见图2）。由于地下室高低跨较多，结构复杂，主楼层数较多，不同层结构也变化较多，因此在施工前对模型的建立十分重要。而对模型构件绘制的过程，同时也是虚拟施工模拟的过程，预先发现图纸中存在的问题约70余处，避免了在实际施工过程中才发现图纸问题，导致影响工程质量。通过BIM模型的搭建，将不同构件的尺寸位置关系都能直观的表现出来，如在主楼25层与37层分别有向内倾斜的斜柱（见图3），与梁柱交接点施工较为不方便，在模型建立之后与项目部人员提前交底，制定支模方案；而工程地下室复杂结构也是工程的一个重难点（见图4），如何准确的虚拟施工中反映也是需要考虑的地方。通过施工节点在模型中直观的展现，方便对大楼总体的把控，达到大楼实际未建，而建造过程已了然于心，工程整体BIM模型见图5。

图2 结构建模  

图3 BIM局部模型

图4 地下室BIM模型

图5 整体BIM模型

3.2 4D模型虚拟建造

3.2.1 时间纬度赋予

如果上述的模型的搭建可以作为工程在空间纬度上的虚拟建造，那么通过将赋予构件以时间纬度，就使得工程在4D上得以进行虚拟施工建造。

将构建好的BIM模型导入BIM5D中，实现基于BIM的工程4D模拟，充分展现整个工程中的每个构件信息特点，而时间属性的赋予，通过可视化的形式将事先进行施工段的划分、进行进度计划的策划、调整并不断优化，便于涉及工程不同单位对施工过程进行组织决策，通过虚拟建造过程中暴露出来的问题，对决策进行深化，最终完成最优模型，落实指导施工。

3.2.2 虚拟施工模拟

①进度前期策划

将模型通过BIM5D进行流水段划分、进度计划预关联，赋予振石总部大楼每个构件以实际施工的时间属性。通过虚拟施工，以可视化的方式进行工程进度计划的前期策划，形成前期的施工模拟建造。传统方式对工程施工段的划分、对进度上的安排很大程度上凭借工程人员的经验，但是对于结构相对复杂，对于工期较为紧张的工程来说，其空间与时间上的合理安排就显得尤为重要。振石总部大楼工程地下室高低跨较多，两幢裙房的施工安排也不那么容易，主楼结构变化较多，因此采用BIM技术进行工程虚拟施工，进行方案的前期策划。

②进度反馈调节

BIM虚拟施工的实现，在不损耗实际工程资源的前提下，可以进行多重施工方案的策划演示，通过模拟对工作的持续时间是否合理，工作之间的逻辑关系，时间参数是否合理，实现对进度计划安排的检查和优化。虚拟施工动画的展现，让项目施工人员直观了解项目的施工情况，加深对施工环节的理解，加快施工进度提高工程质量，加快项目决策的提前化与决策力度，最终形成切实可行，合理的施工安排，并指导实际施工。在振石总部大楼虚拟施工过程中，对地下室结构的施工进行了反复的虚拟推演，对裙房之间的工序关系进行了合理的虚拟安排，对主楼的结构变化也落实了相应的施工方案，最终运用在振石总部大楼的施工建造过程中，虚拟施工过程见图6-8，比对施工中的振石总部大楼见图9。

图6 虚拟施工（一）  

图7 虚拟施工（二）

图8 虚拟施工（三）

图9 实体施工

4 施工工艺模拟

针对振石总部大楼施工重难点部位，进行了样板区设置，针对样板进行了BIM技术建模与交底实施。传统模式下，工艺方案的交底只停留在二维或者直直形式，而不同技术工人对内容的理解程度也不尽相同。基于BIM模型仿真虚拟施工工艺的展现，发现实际施工中存在或可能发生的问题，能针对性的对方案进行细化、直观的对复杂结构或新的施工工艺方法进行论证交底，提前发现与解决问题。

①运用Sketchup软件对样板模型进行事先建模（见图10、图11），进行三维可视化直观体现不同部位的空间关系，指导施工中的准确性。

图10 斜柱SU模型

图11 型钢SU模型

②将Sketchup模型导出IFC交互文件，并导入Navisworks，运用Autodesk Rendering模块进行材质赋予（见图12、13），以贴合现场实际情况。

图12 斜柱材质赋予

图13 型钢材质赋予

③运用Navisworks的Animator模块进行平移、缩放、旋转等动作，考虑施工工艺的先后顺序、工艺要求，模拟实际现场施工情况（见图14、15）。

图14 斜柱动画制作 
图15 型钢动画制作

④运用Navisworks的Timeliner模块，对模型赋予时间纬度，进行施工工艺的全过程虚拟施工模拟，形成工艺样板动画（见图16、17）。

图16 斜柱虚拟动画

图17 型钢虚拟动画

⑤现场实时交底，指导实际过程施工（见图19-22）

图18 斜柱BIM模型

图19 斜柱样板

图20 型钢BIM模型

图21 型钢样板

5 结语

通过BIM技术在振石总部大楼实际施工中的运用，基于提前虚拟施工建造的实施，实现了工程的信息化管理与精细化管理，大大提高了施工效率，提高了方案决策的力度，合理安排了施工进度情况，节约了大量的时间与成本，并且确保了施工工艺交底及施工的准确性，降低了返工情况的发生。当然在振石总部大楼BIM运用不仅仅包括虚拟施工的内容，还包括机电管线的深化设计，成本物资的管控，质量安全上的管理。通过BIM技术运用在振石总部大楼的管理中，真正发挥了其帮助工程降低建造成本、减少返工、缩短工期、提高工程质量、提升项目部管理效率等方面的优势。