BIM+建筑施工：革新现场布置

1.建立安全文明施工设施BIM构件库

借助BIM技术对施工场地的安全文明施工设施进行建模，并进行尺寸、材料等相关信息的标注，形成统一的安全文明施工设施库。施工现场常用的安全防护设施、加工棚、卸料平台防护、用电设施、施工通道等设施都可以通过BIM软件的族功能，建立各种施工设施的BIM族库，并且对于尺寸、材质等准确标注，为施工设施的制作提供数据支持。图5-35是施工现场钢筋加工棚，在保证结构稳定性情况下，对尺寸进行标注，在满足场地空间的情况下进行推广，形成企业统一标准。

图5-35 钢筋加工棚外观及尺寸标注

随着企业BIM族库的不断丰富，施工现场设施布置也会变得简单。将所有的族文件进行分类整理，建立如图5-36所示的BIM构件库，在进行施工现场的三维模型建立时，可以将构件随意拖进三维模型中，建立丰富的施工现场BIM模型，为施工现场布置提供可视化参照。

图5-36 施工设施族库

2.现场机械设备管理

在施工过程中会用到各种各样的重型施工机械，大型施工设备的进场和安置是施工场地布置的重要环节。传统的二维CAD施工平面设计只能二维显示出施工的作业半径，像塔式起重机的作业半径、起重机的使用范围等。基于BIM技术的二维施工机械布置则可以在更多的方面进行应用。

大型机械设备现场规则：

1）现场塔式起重机。现在利用BIM软件进行塔式起重机的参数化建模，并引入现场的模型进行分析，既可以3D的视角来观察塔式起重机的状态，又能方便地调整塔式起重机的姿态以判断临界状态，同时不影响现场施工，节约工期和能源。

通过修改模型里的参数数值，针对这四种情况分别将模型调整至塔式起重机的临界状态（见图5-37），参考模型就可以指导塔式起重机安全运行。

图5-37 临界状态

a）情况一 b）情况二 c）情况三 d）情况四

2）机械设备现场规划。BIM技术可将混凝土泵的水平排布直观表现出来，如图5-38所示。

对于超高层泵送，其中需要设置的缓冲层也可以基于BIM技术很方便地将其表达出来，如图5-39所示。

图5-38 混凝土泵管的水平固定及连接

图5-39 混凝土泵管的垂直固定及缓冲段的设置

3）起重机类。

①平面规划。在平面规划上，制订施工方案时往往要在平面图上推敲这些大型机械的合理布置方案。但是单一地看平面的CAD图纸和施工方案，很难发现一些施工过程中的问题，但是应用BIM技术就可以通过3D模型较直观地选择更合理的平面规划布置，如图5-40所示。

图5-40 轮式起重机平面规划布置模型

②方案技术选型与模拟演示。以往采用履带式起重机吊装过程中，一旦履带式起重机仰角过小，就容易发生前倾，导致事故发生。现在利用BIM技术模拟施工，可以预先对吊装方案进行实际可靠的指导，如图5-41所示。

图5-41 履带式起重机模拟施工

a）履带式起重机仰角过小时模拟情况 b）履带式起重机仰角调整后模拟情况

③建模标准。建筑工程主要用到的大型机械设备包括轮式起重机、履带式起重机、塔式起重机等，这些机械建模时最关键的是参数的可设置性，因为不同的机械设备其控制参数是有差异的。例如，履带式起重机的主要技术控制参数为起重量、起重高度和半径。考虑到模拟施工对履带式起重机动作真实性的需要，一般可以将履带式起重机分成以下几个部分：履带部分、机身部分、驾驶室及机身回转部分、机身吊臂连接部分、吊臂部分和吊钩部分。

轮式起重机与履带式起重机有相似之处，主要增加了车身水平转角、整体转角、吊臂竖直平面转角等参数，如图5-42所示。

④协调。在施工过程中，往往因受到各种场外因素干扰，导致施工进度不可能按原先施工方案所制订的节点计划进行，经常需要根据现场实际情况来做修正，这同样也会影响到大型机械设备的进场时间和退场时间。以往没有BIM模拟施工的时候，对于这种进度变更情况，很难及时调整机械设备的进出场时间，经常会发生各种调配不利的问题，造成不必要的等工。

现在，利用BIM技术的模拟施工应用可以很好地根据现场施工进度的调整，来同步调整大型设备进出场的时间节点，以此来提高调配的效率，节约成本。

图5-42 履带式起重机模型

a）水平转角 b）整体转角 c）吊臂竖直转角

3.施工机械设备进场模拟

施工机械体积庞大，施工现场的既有设施、施工道路等可能会阻碍施工设备的进场。依托BIM技术，设置施工机械进场路径，找出施工机械在整个进场环节中碰撞点，再进行进场路径的重新规划或者碰撞位置的调整，确保施工设备在进场过程中不出现任何问题。

（1）施工机械的固定验算

施工企业对于施工机械的现场固定要求较高，像塔式起重机等设备在固定前都要进行施工受力验算，以确保在施工过程中能够保证塔式起重机稳定性。近几年塔式起重机事故频发，据统计，仅2014年全国共发生78起塔式起重机垮塌事故，造成大量的生命财产损失。借助BIM技术对施工现场的塔式起重机固定进行校验和检查，保证塔式起重机基座和固定件的施工质量，确保塔式起重机施工过程中的稳定性。

（2）成本控制

BIM技术的优势在于其信息的可流转性，一个BIM模型不仅包含构件的三维样式，更重要的是其所涵盖的信息，包括尺寸、重量、材料类型以及材料生产厂家等。在使用BIM软件进行场地建模之后，可以将布置过程中所使用的施工机械设备数量、临电临水管线长度、场地硬化混凝土工程量等一系列的数据进行统计，形成可靠的工程量统计数据，为工程造价提供可靠依据。通过在软件中选择要进行统计的构件，设置要显示的字段等信息，输出工程量清单计算表，如图5-43所示。

图5-43 三维平面布置模型

4.碰撞检测

施工现场总平面布置模型中需要做碰撞检查的主要内容包括：

1）物料、机械堆放布置，进行相应的碰撞检查，检查施工机械设备之间是否有冲突、施工机械设备与材料堆放场地的距离是否合理。

2）道路的规划布置，检查所用的道路与施工道路尽量不交叉或者少交叉，以此保证施工现场的安全生产。

3）临时水电布置，避免与施工现场固定式的机械设备的布置发生冲突，也要避免施工机械，如吊臂等与高压线发生碰撞，应用BIM软件进行漫游和浏览，发现危险源并采取措施。

5.现场人流管理

工作模式：

1）数字化表达。采用三维的模型展示，以Revit、Navisworks为模型建模、动画演示软件平台。这些模拟可能包括人流的疏散模拟，根据道路的交通要求、各种消防规范的安全系数对建筑物的要求等进行模拟。

工作采用总体协调的方式，即在全部专业合并后所整合的模型（包括建筑、结构、机电）中，使用Navisworks的漫游、动画模拟功能，按照规范要求、方案要求和具体工程要求，检验建筑物各处人员或者车辆的交通流向情况，并生成相关的影音、图片文件。

采用软件模拟，专业工程师在模拟过程中发现问题、记录问题、解决问题、重新修订方案和模型的过程管理。

2）模型要求。对于需要做人流模拟的模型，需要先定义模型的深度，模型的深度按照LOD 100～LOD 500的程度来建模，具体与人流模拟的相关建模标准见表5-3。

表5-3 建模标准

（续）

3）交通人流4D模拟要求。(www.xing528.com)

①交通道路模拟。交通道路模拟结合3D场地、机械、设备模型进行现场场地的机械运输路线规划模拟。交通道路模拟可提供图形的模拟设计和视频，以及三维可视化工具的分析结果。

按照实际方案和规范要求（在模拟前的场地建模中，模型就已经按照相关规范要求与施工方案，做到符合要求的尺寸模式）利用Navisworks在整个场地、建筑物、临时设施、宿舍区、生活区、办公区模拟人员流向、人员疏散、车辆交通规划，并在实际施工中同步跟踪，科学地分析相关数据。

交通道路模拟中机械碰撞行为是最基本的行为，如道路宽度、建筑物高度、车辆本身的尺寸与周边建筑设备的影响、车辆的回转半径、转弯道路的半径模拟，都将作为模拟分析的要点，分析出交通运输的最佳状态，并同步修改模型内容。

②交通及人流模拟要求。使用Revit建模导出.nwc格式的图形文件，并导入Navisworks中进行模拟；Navisworks三维动画视觉效果展示交通人流运动碰撞时的场景；按照相关规范要求、消防要求、建筑设计规范等，并按照施工方案指导模拟；构筑物区域分解功能，同时展示各区域的交通流向、人员逃生路径；准确确定在碰撞发生后需要修改处的正确尺寸。

4）实例式样。人流式样布置：在3D建筑中放置人流方向箭头，表示人流动向。设计最合理的线路，以3D的形式展示。

在模型中可以加入时间进度条以展现如下模拟：疏散模拟、感知时间、响应时间、道路宽度、依据建筑空间功能规划的最佳营建空间（包括建筑物高度、家具的摆放布置、设备的位置等），如图5-44所示。

在场景中做真实的3D人流模拟，使用Navisworks的3D漫游和4D模拟来展示真实的人员在场景或者建筑物内的通行状况。也可用达到一定程度的机械设备模型，来模拟对道路或者相关消防的交通通行要求，如图5-45所示。

图5-44 三维视图标示人流走向的示意模型

图5-45 漫游模拟展示人流走向

在整合后的模型中进行结构、设备、周边环境和人流模拟的单独模拟，例如门窗高度、楼梯上雨篷、转弯角处的设备等，可能会对人流行走造成碰撞的模拟，都是必要的模拟作业，如图5-46所示。

图5-46 漫游模拟展示人流与建筑物等的碰撞关系

5）竖向交通人流规划。基础施工阶段的交通规划主要是上下基坑和地下室的通道，并与平面通道接通。挖土阶段、基础施工时一般采用临时的上下基坑通道，有标准化工具式和临时性两种。标准化工具式多用于较深的基坑，如多层地下室基坑、地铁车站基坑等，临时性的坡道或脚手架通道多用于较浅的基坑。

临时上下基坑通道根据围护形式各不相同。放坡开挖的基坑一般采用斜坡形成踏步式的人行通道，满足上下行人员同时行走及人员搬运货物时的通道宽度。在坡度较大时，一般采用临时钢管脚手架搭设踏步式通道。通道设置位置一般在与平面人员安全通行的出入口处，以避开吊装回转半径之外为宜，否则应搭设安全防护棚。上下通道的两侧均应设置防护栏杆，坡道的坡度应满足舒适性与安全性要求，如图5-47所示。

图5-47 临时上下基坑施工人流通道模型

在采用支护围护的深基坑施工中，人行安全通道常采用脚手架搭设楼梯式的上下通道。在更深的基坑中常采用工具式的钢结构通道，常用于地铁车站基坑、超深基坑中。通道宽度为1.0～1.1m，通行人员只能携带简易工具，不能搬运货物通行。通道采用与支护结构连接的固定方式，一般随基坑的开挖，由上向下逐段安装，如图5-48所示。

图5-48 深基坑施工人流通道模型

6.BIM及RFID技术的物流管理

BIM技术首先能够起到很好的信息收集和管理功能，但是这些信息的收集一定要和现场密切结合才能发挥更大的作用，而物联网技术是一个很好的载体，它能够很好地将物体与网络信息关联，再与BIM技术进行信息对接，则BIM技术能真正地用于物流的管理与规划。

物联网技术的应用流程如图5-49所示。

目前在建筑领域可能涉及的编码方式有条形码、二维码以及RFID技术。RFID技术，又称电子标签、无线射频识别，是一种通信技术，可通过无线电信号识别特定目标并读写相关数据，而无需识别系统与特定目标之间建立机械或光学接触。常用的有低频（125～134.2kHz）、高频（13.56MHz）、超高频、无源等技术。RFID读写器也分移动式和固定式两种，目前RFID技术在物流、门禁系统、医疗、食品溯源方面都有应用。

图5-49 物联网技术的应用流程

二进制的条码识别是一种基于条空组合的二进制光电识别，广泛应用于各个领域。

条码识别与RFID技术从性能上来说各有优缺点，具体应根据项目的实际预算及复杂程度考虑采用不同的方案，其优缺点见表5-4。

表5-4 条码识别与RFID技术的性能对比

条码识别信息量较小，但如果均是文本信息的格式，基本已能满足普通的使用要求，且条码较为便宜。

1）RFID技术主要可以用于物料及进度的管理。如：

①可以在施工场地与供应商之间获得更好、更准确的信息流。

②能够更加准确和及时地供货：将正确的物品以正确的时间和正确的顺序放置到正确的位置上。

③通过准确识别每一个物品来避免严重缺损，避免使用错误的物品或错误的交货顺序而带来不必要的麻烦或额外工作量。

④加强与项目规划保持一致的能力，从而在整个项目的过程中减少劳动力的成本并避免合同违规受到罚款。

⑤减少工厂和施工现场的缓冲库存量。

2）RFID与BIM技术的结合。使用RFID与BIM技术进行结合需要配置如下软硬件：

①根据现场构件及材料的数量需要有一定的RFID芯片，同时考虑到土木工程的特殊性，部分RFID标签应具备防金属干扰功能。形式可以采取内置式或粘贴式，如图5-50所示。

②RFID读取设备，分为固定式和手持式，对于工地大门或堆场位置口，可考虑安装固定式以提高读取RFID的稳定性和降低成本；对于施工现场可采取手持式，如图5-51所示。

图5-50 部分RFID标签

图5-51 手持式RFID读取设备

③针对项目的流程专门开发的RFID数据应用系统软件。

由于土建施工多数为现场绑扎钢筋，浇捣混凝土，故而RFID的应用应从材料进场开始管理。安装施工根据实际工程情况可以较多地采用工厂预制的形式，能够形成从生产到安装整个产业链的信息化管理，故而流程以及系统的设置应有不同。

3）土建施工流程：材料运至现场，进入仓库或者堆场前进行入库前贴RFID芯片工作，芯片应包括生产商、出厂日期、型号、构件安装位置、入库时间、验收情况的信息、责任人（需1～2人负责验收和堆场管理、处理数据）；材料进入仓库；工人来领材料，领取的材料扫描，同时数据库添加领料时间、领料人员、所领材料；混凝土浇筑时，再进行一次扫描，以确认构件最终完成，实现进度的控制。

4）安装施工流程：加工厂制造构件，在构件中加入RFID芯片，需加入相关信息：生产厂商、出厂日期、构件尺寸、构件所安装位置、责任人（需有1～2人与加工厂协调）；构件出场运输，进行实时跟踪；构件运至现场，进入仓库前进行入库前扫描，将构件中所包含的信息扫入数据库，同时添加入库时间、验收情况的信息、责任人（需1～2人负责验收和堆场管理、处理数据）；材料进入仓库；工人来领材料，领取的材料扫描，同时数据库添加领料时间，领料人员、领取的构件、预计安装完成时间（需1～2人负责记录数据）；构件安装完后，由工人确认将完成时间加入数据库（需1人记录、处理数据）。

例如某住宅产业化项目预制工程中也全面将BIM技术与RFID技术相结合，并贯穿于整个建筑物的多个阶段：设计阶段—PC构件生产阶段—施工阶段。

在设计阶段，开发出具有唯一编码的28位RFID芯片代码，与构件本身代码一致，如图5-52所示。

图5-52 手持设备及图纸编号

在PC构件生产阶段，开发专门的PC构件状态管理平台，通过RFID芯片的扫描对PC构件生产的全过程进行监控，如图5-53所示。

图5-53 PC构件状态管理平台

同时工人的质检、运输、进场、吊装等全过程都采用手持式RFID芯片扫描的方式来完成，并将相关的构件信息录入到管理平台中，完成全过程的监控，如图5-54所示。

图5-54 预制系统现场作业图（部分）