BIM+VR+智慧工地在项目中的应用

本文内容来之以下文章：

张彬、王依寒、周超、黄小婉、盛卓、苏霁康. BIM+VR+智慧工地在项目中的应用[C]// 2020第九届“龙图杯”全国BIM大赛. 2020.

亮点是BIM技术的应用，智慧工地方面是常规内容。队伍组织、软硬件资源配置可参考。

摘 要：随着电子硬件设备的性能和网络速度的提升，BIM 技术在施工领域的普及率越来越高，其应用给项目施工带来的收益也越来越大。在湖南省城乡与住房建筑厅开展“智慧工地”试点的大背景下，该项目利用无人机倾斜拍摄三维成像技术、智慧工地技术、协同平台、虚拟现实等技术对项目进行全方位数字化和信息化管控。

关键词：智慧工地；BIM 技术；虚拟现实；信息化；数字化

0 引言

2020 年初，湖南省住房和城乡建设厅发布了《关于公布 2019 年“湖南省智慧工地样板项目”名单及继续开展智慧工地样板项目创建工作的通知》，该通知明确规定了实行智慧工地项目的各项指标。在省内施工企业大力推进产业信息化、智能化的背景下，如何将信息化技术和 BIM 技术以及VR 虚拟现实技术结合运用，从而来对施工项目的全生命周期进行运维成为研究的重点方向。

1 工程概况

1.1 项目简介

中国湖南电力科技产业园位于湖南省湘潭市湘乡市经济开发区大将北路旁，毗邻高速入口，交通便利。本工程包括1栋17F 总部大楼，建筑面积为23500m²，1栋13F孵化服务中心大楼，建筑面积为18000m²，地下室，物管及公厕等辅助用房，以及总图道路工程、广场铺装、地面停车位、给排水工程、供配电工程、垃圾收集点、绿化亮化工程等室外配套设施；总建筑面积为61220m²。

1.2 工程特点和难点

湖南中部电力产业园建设项目作为湖南省第一批智慧工地试点项目，对施工过程中的数字化和信息化管理有较高的要求。该工程综合性强，要求高标准的组织协调，其工程量大、工期紧、任务重；在项目上使用的新技术、新工艺应用多，系统复杂、综合管线交错多，预留、预埋工作量大，精度要求高。

2 BIM 组织与软硬件配置

2.1 BIM 团队

为确保 BIM 技术在项目的有效实施，公司 BIM中心决定采用 BIM 流动工作站+固定工作站的模式，由公司 BIM 中心派人驻点直接在项目建立流动BIM 工作站，并组织项目部成立固定 BIM 工作站，使 BIM 团队直接与项目各职能部门协同工作。

BIM 实施组织架构图

2.2 软硬件配置

软硬件资源

3 BIM 技术应用

3.1 BIM 模型及应用

施工前期，根据项目图纸建立建筑、结构、机电、砌体等各专业模型。通过模型检查辅助项目进行图纸会审，并根据图纸变更及时调整模型，实时维护模型的精准性是模型达到竣工验收交互标准，且为后期 BIM 技术提供基础数据。

3.2 无人机测绘

项目开工前期，利用无人机对场地地形进行全方位拍照记录，对原始地貌进行分析，提取初始数据。利用Smart3D生成实景三维模型，通过三维实景模型分析，制定施工现场平面布置初步方案，确定机械和材料的运输路线，以及对周围环境影响进行评估，并通过三维测算得出土方挖填数据，为施工组织设计提供相应依据。

无人机航拍三维实景模型

3.3 土方平衡

利用BIM土方模型的设计曲面与原始地形曲面进行叠加计算，快速的求出挖填土方量，并通过纵断面图及土方平衡图进行土方调配计算并合理安排施工机具。

3.4 三维虚拟样板间

在项目施工前期，搭建各专业工艺样板模型，上传至云平台生成工艺二维码，将二维码张贴在项目现场供大家扫码查阅。因本项目施工场地狭小，运用虚拟样板间可以节约施工场地、节约材料、节省成本、减少建筑垃圾。结合VR技术对施工人员进行技术交底，明确了工艺流程及技术质量要求。

3.5 脚手架设计

项目BIM工作站运用广联达脚手架设计软件进行架体设计，确定支架形式并设置参数，利用软件进行受力安全验算，得出计算书及材料统计表，指导现场施工和材料采购。

3.5 安全疏散模拟

通过pathfinder进行安全疏散模拟，根据房间使用面积估算人员密度，在模型中添加疏散人员，进行疏散模拟。通过分析逃离过程中的区域密度和出口使用情况，给消防设备的部署提供依据，并给业主提供合理建议，保障逃生密度大的区域畅通和指引标志的明确。

3.6 幕墙深化

在项目幕墙施工前期，利用犀牛软件建立幕墙的体量模型并综合考虑视觉效果和经济性进行网格优化，同时建立幕墙立柱，横梁等构件的族文件。将初期幕墙模型与先前建立的结构，机电模型进行碰撞检查。经过与设计院的多次协商调整生成优化后的幕墙深化模型。在施工阶段，运用幕墙模型及视频文件对项目部全体人员进行可视化交底，提高幕墙专业的施工管理水平。

3.7 机电管综优化

机电工程中出现较多的碰撞为各种管道之间的碰撞、管道与桥架、管道与设备以及管道与结构之间的碰撞。该项目BIM机电工程师利用BIM软件对各专业管线进行碰撞检查，根据碰撞检查情况，不断调整管线的空间布局，从而达到最合理的综合排布效果，避免了后期施工中的返工现象。

在机电专业施工前，BIM工程师根据图纸搭建机电模型，对项目机电安装方案进行可行性分析，针对各个专业的管线碰撞、结构与管线碰撞部分提出碰撞报告，随后与设计院机电专业设计师进行沟通，进行方案优化。在施工阶段进行四次技术交底，以保证项目按质按量完成机电专业施工任务。

3.8 BIM技术辅助工业园区设计

该项目BIM团队在面对园区地面铺装施工时，利用化零为整的思维，对园区不规则地砖进行排布设计，将边角碎石进行组合，得出最低的铺装用量，帮助现场控制成本。

在园区节水方面，项目BIM团队基于Civil3D进行园区地面分析，生成流水示意图和汇水分析图，帮助设计院做排水设计和雨水口位置设计。并且该项目制作了园区部分的施工工艺卡和工艺动图，储存在手机中形成一个手机版的工艺交底库。真正做到了将工艺样板间装进口袋，随身携带，随手查看。

3.9 施工工艺模拟

对于采用新的施工技术及施工工艺的环节，通过模拟施工技术进行分析，进而提升新技术的可行性，减少不确定因素的发生。为现场施工人员提供直观可视化的视觉交底，工人可以清晰准确地理解其施工工艺和重难点控制信息，从而减少误工、返工等情况的发生。

3.10 砌体排布设计

在砌体工程开始前，工作站成员协助技术负责人、施工员进行最优化的砌体排布。编制符合本项目实际情况的砌体排布手册，设置参数，生成砌体排布图并手动优化，交底给泥工班组提前切割，减少人工排砖的劳动强度，同时避免现场材料的乱堆乱放，节约材料用量、提高工作效率。

3.11 VR技术运用

在装饰装修专业，利用VR技术制作室内精装模型，戴上VR头显，就可以身临其境的进入房间，就犹如“走进”了“样板房”一样。并且可通过扫描二维码，在手机端查看VR全景漫游，直接查看挂接在模型上的各类信息。

在项目质量安全方面，以三维动态的形式全真模拟工地施工真实场景和施工工艺要求；实现3D动态漫游，进行施工质量交底，规范施工现场质量行为；通过模拟安全事故发生，还原最真实事故现场，体验者深刻感受事故危害，提高保护意识。

VR技术运用

4 智慧工地

4.1 劳务实名制模块系统

为了规范劳务管理行为，保障劳务人员合法权益，降低企业风险，促进企业健康发展，项目以信息化为手段，使用劳务实名制模块系统。利用该模块系统对进出人员身份信息进行采集；对进出人员控制，防止闲杂人员进入；对人员出入信息和安全培训数据记录存储；进行考勤管理；进行人员进出统计和分析。

4.2 慧眼 AI 模块系统

施工现场将智能安全帽配合“慧眼”AI 系统，对施工现场未戴安全帽的人员实时识别记录，并立即通过语音对未佩戴好安全帽的人员进行语音提醒。

4.3 视频监控模块系统

将传统的视频监控接入“智慧工地”云平台，根据时间段，自动切换不同类型的图像分组，企业、项目和监管部门可通过“智慧工地”平台随时查看现场情况。

4.4 环境监测模块系统

实时采集 PM2.5、PM10、TSP 等扬尘数据，噪音数据，风速、风向、温度、湿度和大气压等气象数据，并对以上数据进行分时段统计，并对施工现场视频图形进行远程展示，从而实现对工程施工现场扬尘污染等监控、监测的远程化、可视化。设备终端根据设定的环境监测阈值，与施工现场的喷淋装置联动，在超出阈值时自动启动喷淋装置，实现喷淋降噪的功效。

4.5 塔吊安全监测模块系统

通过安装智能力矩监控设备，自动采集每吊重量；司机室安装显示屏，实时显示每吊重量，司机随时可看；当吊重超限超载时，系统自动声光预警，系统自动切断上升方向的电源，只允许下降方向的运动；系统可智能判断塔机的起重量与起重力矩，分自动控制降挡减速和降挡停止两个过程逐步减速，保证塔机的操作安全；塔吊每吊数据均通过GPRS 模块实时发送到监控系统平台，远程可同步监控。

4.6 智慧工地协同管理平台

利用“智慧工地”协同管理平台的 PC 端和移动端，将参与项目的各个单位和管理人员集中在协同平台上处理各类事件，极大的缩减了处理事件的时间。移动端协同平台的使用，让现场施工管理人员也可以及时上传和处理各类事件，极大地提高了工作效率。

5 结语

通过软件、设备、平台的数字化集成应用，使新技术的多元搭配可以为项目带来工作效率的提升和管理的科学化；从而加强工程施工的科学管理和技术创新，能最大限度地减少资源浪费，减少施工对环境的负面影响，实现绿色施工；场布多次优化、园区设计、智慧工地精细化建造，并为项目建设管理流程和管理优化提供了新思路。