基于BIM技术的亚运会水上运动中心施工智慧管理

在建筑施工技术和管理模式不断发展的背景下，大型体育场馆的施工管理水平也得到了大幅度提高。施工过程的管理水平也是衡量建造技术的重要标准，但当前施工管理模式多处于粗放阶段。

针对提高施工管理水平，革新施工管理模式的问题，国内外众多专家学者进行研究和探索并在实际工程中进行了应用。

王飞通过分析深基坑施工难点探索深基坑施工质量管理方法，提高了深基坑支护的施工效率和安全性。廉月海等在不规则连续曲形屋面工程施工过程中，针对防火管理困难等问题，探索了易燃材料安全管理方法，从人、物、管理3方面进行全方位把控，实现了屋面施工零火灾事故，为施工安全管理提供了参考。Jeon S等在连续钢筋混凝土路面（CRCP）研究中，发现CRCP的大部分故障是由横向施工缝和修补缝附近的材料或建筑质量问题引起的，由此建立了建筑质量管理方法和评估机制，为混凝土质量控制提供了参考。但是，对施工全过程的安全、质量、成本等各个方面的综合管理较少。BIM技术是辅助项目施工管理的主要工具，可作为组合结构工程建设施工的有力依托。

基于BIM技术的智能化建造管理体系，可在建造的全过程对体育场馆的安全、质量、成本等进行全方位分析，提高管理的科学性、智能化。将建筑信息模型应用于建筑物的全生命周期在工程实践中已呈现出显著效果。

陈培智等提出一套BIM和本体融合的建筑抗震性能评估方法，实现了建筑在现有评估类型下各性能指标的自动化预测。徐敬海等研究建筑物BIM技术和实景三维模型的融合方法，实现建筑物BIM技术与实景三维模型语义、几何和位置融合，显著提高了建筑物的可视化。白磊等搭建了BIM+GIS平台，通过实景仿真模型查看施工对周边的影响情况，提高了施工的效率和管理水平。Providakis S等利用基于3D-BIM的模型以及相关的地质信息来分析三维模型，以预测建筑物的隧道诱发沉降破坏敏感性，采用IFC标准充当BIM数据与MATLAB网格划分和分析工具之间的桥梁，以评估隧道安全风险，有效地提高了隧道施工安全管理的智能化。

杭州亚运会大型水上中心项目施工过程中，为提高管理的智能化、精细化，提出BIM技术驱动的施工智慧管理方法，通过搭建基于BIM技术的智慧工地平台，实现了对安全、质量、成本及人员、环境、设备的智能管理。

1　水上运动中心项目施工管理难点

亚运会水上运动中心大跨度部位采用组合结构，结构复杂且质量要求高。该项目分为12个施工区域，工作面错综复杂，多专业、多工种交叉施工，为施工现场的管理增加了难度。施工过程管理的控制难点体现如下。

（1）施工过程多专业，多工种交叉作业，加大了安全管理难度。本项目建造过程中需使用大量机械设备，特别是在吊装阶段，存在造成高空坠物风险。由于工期紧张，夜间施工增加了安全隐患。

（2）结构形式及施工工艺复杂，质量管理困难。本项目为亚运会重要体育场馆，东西方向跨度大，采用型钢混凝土材料，组合结构施工时需对各施工阶段进行质量验收，包括型钢、钢筋、模板、混凝土施工4个主要阶段。

（3）工程体量庞大，增加了材料管理工作量。本工程主体结构混凝土总量达6.5万m³，异形结构梁板柱规格型号不一，构件数量多，按传统方法，预算人员需从图纸中逐一计算统计汇总混凝土工程量。

（4）施工过程场地投入的人材机较多，对现场的人员、环境、设备管理难度大。加强对施工过程人材机的管理，为施工的安全、质量、成本的高效及智能化管理提供了有力保障。

2　BIM技术的应用价值

由于BIM技术具有可视化、参数化、信息化、支持虚拟模型和现实的双向互联等特性，而大型体育场馆具有施工工艺复杂、质量要求高的特性，将BIM技术与大型体育场馆工程施工管理结合后具有以下优势。

（1）BIM技术可为施工过程进行信息量的统计，为施工工艺提供技术支撑，将每一道工序的工艺和工作量立体地展示出来，对构成建筑产品的物料和施工中采用的技术进行质量管理。 

（2）BIM技术用于建筑业安全管理主要体现在可视化、协调性、模拟性、优化性、可出图性5个方面。而这5个特性相互联系、相互配合协调进行安全管控。 

（3）BIM技术可用于统计材料信息，将成本控制分为施工前期阶段、施工阶段、竣工结算阶段，保证材料分配的合理性。

（4）BIM技术可融合物联网等其他现代化信息技术，实时监测施工现场的人材机等要素，为施工过程的质量、安全、成本的智能化管理提供可靠支撑。

3　BIM技术驱动的施工智慧管理

本项目施工中，应用BIM技术对各项工作进行科学规划，结合各项施工信息建立施工模型，对施工过程中的各项工作进行可视化模拟。对各项设备、物料进行合理调配，以提高资源的利用率。借助BIM技术的可视化性能，对可能遇到的各类问题进行智能化诊断，进行施工安全管理；对工程量进行准确计算，有利于控制施工的成本。

本项目搭建了基于BIM的智慧工地平台，将经过处理的设计模型导入平台，用于施工模拟和方案优化，实施质量、安全、成本管理，人员、环境、设备管理和可视化技术交底等多方面集成应用。在智慧平台的驱动下，相对于传统的管理模式，大幅度降低了施工潜在风险，节约了成本，提高了现场精细化管理水平。

为实现BIM模型的实时数据完善和查看，采用“三端一云”方式协助施工管理，即利用PC端、网页端和移动端，利用平台实现数据的集中储存和计算分析，借此形成数据集成，消除业务壁垒，打掉信息孤岛，为实现施工管理的数据化、智能化、实时化提供支撑。

3.1　安全管理

BIM技术的显著特点就是可视化、模型化、数字化，将BIM技术应用于施工安全管理中可显著提高安全管理效果。

本项目的建造过程中受多方面因素影响极易出现安全隐患，因此，在BIM技术驱动下进行施工安全管理势在必行。

本项目将BIM模型信息录入基于BIM技术的智慧工地平台，并依据模型模拟布置监测传感器。将安全问题数据用于移动端中的模型，对问题进行定位发现问题整改问题，经由审核检查形成闭合管理后，数据被传回至平台，形成安全隐患数据库。施工安全管理流程如图1所示。

图1　施工安全管理流程

将BIM模型与VR技术结合，能大幅提升施工人员对施工工艺的理解，减少由于操作不当而引发的安全事故。

通过BIM模型制作VR视频，对复杂施工环节和可能出现的安全事故进行仿真模拟，可真实地还原现实施工场景，使施工人员体验施工过程，提高对发生施工事故的预判能力（图2）。

图2　基于BIM+VR技术的安全管理

3.2　质量管理

本项目屋面为弧形劲性混凝土梁板结构，屋面梁最大跨度36 m，弧线形空间结构同一块板四角标高不同，多方向找坡，屋面梁板的标高处不同，致使放线、支模、钢筋安装、混凝土浇筑施工难度增大。

通过三维模拟，通过软件展现每个施工细节，BIM技术可视化交底解决了传统技术交底流于形式，文字枯燥，内容陈旧，形象不直观，复杂部位无法有效交底的难题，提高了现场施工人员的工作效率。

经测算，采用本方法可节约屋面结构工期约25 d、节约费用的30万元。

为提高抗变形性能，大跨度劲性混凝土结构梁底钢筋密集，多排钢筋排布困难。为此，施工前应利用BIM技术进行可视化模拟，优化钢筋排布，提前确定复杂部位每根钢筋的排布位置，综合采用“套筒+耳板上下焊接+弯锚+绕筋”组合连接方法，解决了操作空间狭小、难以保证质量的难题。通过虚拟建造技术对作业层进行可视化交底，提高了工效，控制了施工质量。

大跨度劲性混凝土内的钢筋主要焊接部位均采用一级熔透型焊缝，型钢组合梁柱采用焊接+高强螺栓连接，分段吊装的钢构件单件重达27 t，且安装半径大，高空拼装精度要求高。应用BIM技术辅助加工技术解决了多排高强螺栓孔及复杂节点连接部位精度控制难题，钢构件加工后实施虚拟预拼装，以保证运抵现场的钢构件满足要求。

利用基于BIM技术的虚拟建造、预拼装、可视化交底及现场移动端检查等技术，确保了屋面结构、型钢结构等施工计划有序执行，取得了较好的经济效益和社会效益。

3.3　成本管理

本项目主体结构混凝土总量达6.5万m³，且为异形结构，梁板柱规格型号不一，构件数量多。按传统做法，预算人员需从图纸中逐一计算统计汇总混凝土工程量，而二维图纸难以避免图面与数量不一致或遗漏计算的问题。

对此，以面向对象且链接数据库的BIM技术作为输出工程数量的工具，提升工程数量的精准度。通过BIM技术智能识别，各结构构件可一键转化，计算后分型号、分楼层形成统计报表。

本工程混凝土属A类材料，对工程成本影响较大，为重点管控对象，准确编制材料计划尤为重要。在传统模式下，通常依靠自身经验编制物料资源计划，日计划完成量根据施工图纸和进度计划得出，现场的施工人员则依据工程经验确定每浇筑块的混凝土实际进场量。这种管理方式下往往会因计划和实际不符而导致材料浪费，不利于施工成本的管理。

本项目利用BIM模型提取材料用量，依据提取的数据编制混凝土采购计划，并应用BIM技术管理混凝土材料实时动态，动态查询每天、周、月及任意时间的材料用量。

通过合理安排混凝土用量，指导施工人员分配、材料采购、罐车泵车进出场。保证物料分配合理，规避了传统管理模式物料浪费现象。

在混凝土浇筑过程中，利用移动端通过智能化平台查询相应数据，掌握剩余混凝土总量，精准管理混凝土进场量，避免混凝土材料浪费。

施工完毕后，通过平台提取出材料实际耗量对比表，可掌握实时偏差。定期组织混凝土材料成本分析，并制订对策，实现混凝土工程量精细化管理，达到提质增效的目的。

在实现建模软件与算量软件之间的数据交互使用的同时，完成了对混凝土材料计划的编制与分析，改善了对A类材料的管控模式，实现了精细化管理。

3.4　基于BIM技术的人员、环境、塔式起重机管理

3.4.1　从业人员实名制管理

在人员管理方面，基于BIM技术搭建从业人员实名制管理子系统，采用低频射卡采集、统计工地施工人员、监理人员、安监人员的基本信息；并对其资质信息进行采集和辨别，通过门禁系统统计人员数量和工作时间，在平台上直观查看人员进出场情况。由BIM技术搭建的从业人员实名制管理子系统可提高对现场人员的安全管理，显著提升施工效益。现场人员管理如图3所示。

图3　现场人员管理

（a）实名制管理；（b）人员分工管理；（c）人员定位管理；（d）数据采集查询

3.4.2　现场环境监测

本项目基于BIM技术融合物联网搭建了现场环境监测子系统，监测施工现场空气质量、PM2.5、PM10及现场噪声。

由现场传感器实时采集环境信息，并将数据传输到智慧工地平台，通过平台实时掌握现场的第一手资料。例如夏季，通过实时温度监测和远程喷淋控制系统及时对现场进行喷淋降温增湿，避免温度过高造成的不利影响。

3.4.3　塔式起重机防碰撞管理

本项目需使用大型机械设备吊装钢结构构件，因此，对调度管理是施工现场管理的重要方面。基于BIM+物联网搭建防碰撞子系统，以项目平面图为载体，集成生产相关信息，防碰撞子系统每30 s同步数据，展示的信息包括安全吊重、力矩比、载重比及司机等信息，达到了对现场安全施工进行实时监控的目的。

4　结束语

杭州亚运会水上运动中心施工中，针对项目的施工特点和管理难点，探索了BIM技术在施工管理中的应用价值。

利用BIM技术可视化、参数化、信息化、支持虚拟模型和现实的双向互联等特性，搭建基于BIM的智慧工地平台，实现了对安全、质量、成本及其他施工要素的高效智能化管理。

（1）针对施工的特点，总结了施工管理的主要管控难点，包括安全管理、质量管理、成本管理及主要施工要素的管理。

（2）针对施工难点，结合BIM技术的应用特点，搭建基于BIM的智慧工地平台，与传统管理模式相比可大幅度降低潜在风险，节约成本，提高现场精细化管理水平。