BIM技術(shù)在既有建筑檢測加固中的應(yīng)用探索

蔣 璐1， 2， 3 鄭 昊1， 2， 3

(1．上海市建筑科學研究院(集團)有限公司，上海 200032； 2．上海建科工程改造技術(shù)有限公司，上海 200032；3.上海市工程結(jié)構(gòu)安全重點實驗室，上海 200032)

【摘 要】目前，BIM技術(shù)的應(yīng)用研究基本還是集中于新建工程領(lǐng)域，對于在既有建筑鑒定加固與后期運營維護的應(yīng)用研究較為缺乏。本文歸納了既有建筑與新建建筑在BIM應(yīng)用需求方面的區(qū)別，并指出了BIM技術(shù)在既有建筑檢測、加固設(shè)計、施工各個階段的應(yīng)用方向與需要解決的問題，供相關(guān)工程技術(shù)人員與研究人員參考。

【關(guān)鍵詞】BIM； 既有建筑； 檢測加固

【DOI】 10.16670/j.cnki.cn11-5823/tu.2016.05.05

1 引言

建筑信息模型(Building Information Modeling，以下簡稱BIM)技術(shù)是在計算機輔助設(shè)計(CAD)等技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的多維建筑模型信息集成管理技術(shù)，是傳統(tǒng)的二維設(shè)計建造方式向三維信息化設(shè)計建造方式轉(zhuǎn)變的革命性技術(shù)，是促進綠色建筑發(fā)展、提高建筑產(chǎn)業(yè)信息化水平、推進智慧城市建設(shè)和實現(xiàn)建筑業(yè)轉(zhuǎn)型升級的基礎(chǔ)性技術(shù)。2014年07月01日，住房與城鄉(xiāng)建設(shè)部印發(fā)了《關(guān)于推進建筑業(yè)發(fā)展和改革的若干意見》(建市[2014]92號)，明確指出要推進建筑信息模型(BIM)等信息技術(shù)在工程設(shè)計、施工和運營維護全過程中的應(yīng)用。隨后，為進一步實現(xiàn)BIM技術(shù)的推廣應(yīng)用，上海、山東、遼寧、廣東、陜西等地方省市也相繼出臺并發(fā)布各項指導意見與實施辦法[1-2]。推行BIM技術(shù)的應(yīng)用，發(fā)揮其可視化、虛擬化、協(xié)同管理、成本和進度控制等優(yōu)勢，將極大地提升工程決策、規(guī)劃、設(shè)計、施工和運營的管理水平，減少返工浪費，有效縮短工期，提高工程質(zhì)量和投資效益。同時，將進一步增加建設(shè)工程信息的透明度和可追溯性，對規(guī)范市場秩序和預防工程建設(shè)領(lǐng)域腐敗具有重要作用[3]。

2 BIM技術(shù)在既有建筑檢測加固中的應(yīng)用需求

當前BIM技術(shù)正在向深層次、全周期、協(xié)同化方向發(fā)展，未來必將應(yīng)用到建筑全生命周期的各個階段。國家標準《建筑工程信息模型應(yīng)用統(tǒng)一標準》將建筑全壽命期階段劃分為策劃與規(guī)劃、勘察與設(shè)計、施工與監(jiān)理、運行與維護、拆除或改造與加固五個階段。既有建筑的檢測加固作為建筑使用過程中功能改善或運營維護的重要技術(shù)支撐及參考依據(jù)，可以劃分在建筑全生命周期的第五階段[4]。然而，BIM技術(shù)目前的應(yīng)用研究主要集中在新建工程的建筑設(shè)計和施工方面，對于在既有建筑檢測鑒定、改造加固設(shè)計與施工領(lǐng)域的應(yīng)用研究尚未涉及。

由于BIM技術(shù)是近幾年才得以大力推廣和應(yīng)用的，因此絕大多數(shù)設(shè)計和建造年代稍早的既有建筑都未采用BIM技術(shù)進行一體化設(shè)計，這些既有建筑在實際使用和運維過程中也缺乏相應(yīng)的BIM模型。隨著國家BIM信息技術(shù)的推廣應(yīng)用以及智慧城市建設(shè)發(fā)展的需要，根據(jù)現(xiàn)場檢測結(jié)果建立符合實際情況的既有建筑BIM信息模型也是不可缺少的。

另一方面，既有建筑在使用過程中的改造加固設(shè)計、施工與新建工程的設(shè)計、施工之間也存在較多區(qū)別，歸其本質(zhì)是工程條件的不同，主要表現(xiàn)在：

(1)改造加固必須考慮既有建筑的現(xiàn)狀，包括結(jié)構(gòu)構(gòu)件的實際材料強度、損傷情況、力學性能、實際空間位置等；

(2)既有建筑往往位于城市中心，需要盡量減少施工過程中對項目周邊居民的影響，此時根據(jù)實際的場地情況進行合理的場地規(guī)劃和布局是至關(guān)重要的；

(3)改造加固項目往往設(shè)計、施工協(xié)同困難。待結(jié)構(gòu)構(gòu)件敲開后，設(shè)計圖紙有時會根據(jù)實際情況做多次調(diào)整，同時改造加固施工可能涉及到化學植筋、粘貼碳纖維、粘鋼、焊接、屈曲支撐和阻尼器等較多工藝和技術(shù)，現(xiàn)場管理繁雜。

此外，改造加固工程與新建工程在信息表現(xiàn)形式、組織構(gòu)架以及應(yīng)用主體和趨向等方面也有較多不同。因此，將BIM技術(shù)引入到既有建筑的檢測鑒定、改造加固設(shè)計與施工領(lǐng)域是十分必要且具有重要意義的。

圖1 既有建筑3D掃描技術(shù)

BIM技術(shù)在既有建筑中的應(yīng)用主要針對規(guī)模較大的既有建筑(體量超過1 000m2)檢測加固項目，特別是當前房屋加層、插層等各類改造加固項目層出不窮，利用BIM技術(shù)實現(xiàn)既有建筑“檢測鑒定-改造加固設(shè)計-施工”的一體化，可以為改造加固項目實現(xiàn)方便快捷的精細化結(jié)構(gòu)檢測、提供符合現(xiàn)場實際情況的BIM模型，優(yōu)化設(shè)計方案、節(jié)約施工成本、縮短施工周期、直觀運營管理及后期維護等優(yōu)點。

3 BIM技術(shù)在既有建筑檢測加固中的具體應(yīng)用

BIM技術(shù)在既有建筑檢測鑒定、改造加固設(shè)計與施工中的應(yīng)用，具體可以分為以下三個階段：

(1)在檢測鑒定階段

既有建筑檢測一般包括以下工作： ①對房屋建筑、結(jié)構(gòu)平、立面布置進行現(xiàn)場測繪； ②對結(jié)構(gòu)材料強度進行現(xiàn)場檢測； ③對房屋損傷情況進行統(tǒng)計調(diào)查并標定記錄； ④對房屋沉降情況進行測量并標定。以往上述信息是以圖紙、照片及文字的形式在檢測報告中呈現(xiàn)的，內(nèi)容冗長且不直觀，后續(xù)改造加固過程中設(shè)計人員還需再次對房屋結(jié)構(gòu)進行一次全面的調(diào)查。若以上信息以BIM模型作為載體呈現(xiàn)，不僅詳細直觀，在后續(xù)改造加固設(shè)計中直接使用，該模型還可融入智慧城市管理平臺，用于既有建筑的后期運營維護，這也可作為既有建筑檢測成果的一個附加值。

對于一些平、立面布置較為簡單明晰的建筑，可根據(jù)現(xiàn)場檢測情況并結(jié)合原設(shè)計圖紙直接建立全面的BIM模型。對于一些原始圖紙遺失且測繪較為困難的項目，可根據(jù)現(xiàn)場檢測情況并結(jié)合3D掃描儀掃描形成既有建筑的點云圖像[5](如圖1所示)，識別既有建筑的空間分布、結(jié)構(gòu)變形、結(jié)構(gòu)構(gòu)件與圍護構(gòu)件的開裂損傷等情況，形成由點、線、面構(gòu)成的三維模型，將其整合進入BIM模型。

(2)在改造加固設(shè)計階段

BIM技術(shù)將既有建筑的信息進行具體化、可視化表達，將現(xiàn)場檢測的既有建筑現(xiàn)狀通過三維模型的方式展示出來，體現(xiàn)出既有建筑改造加固與新建工程的本質(zhì)區(qū)別，即工程限制條件-結(jié)構(gòu)形式、操作空間、構(gòu)件損傷與力學性能等。在此階段，BIM技術(shù)主要可應(yīng)用于以下幾個方面：

1)根據(jù)檢測鑒定階段已建立的BIM模型，快速提取結(jié)構(gòu)現(xiàn)有信息數(shù)據(jù)，對比既有建筑改造前與改造后的建筑功能、結(jié)構(gòu)形式、關(guān)鍵節(jié)點及構(gòu)件的構(gòu)造情況、力學性能等，預判可能出現(xiàn)的加固情況，是否會對既有建筑的建筑功能或者施工產(chǎn)生影響，優(yōu)化設(shè)計方案。

2)根據(jù)檢測鑒定階段已建立的BIM模型，劃定改造加固技術(shù)的可用操作空間，避免選定的加固方案中設(shè)備在運輸、安裝與使用過程中與既有建筑結(jié)構(gòu)場地發(fā)生沖突。

3)當通過增加輔助構(gòu)件對既有建筑進行改造加固時，利用BIM技術(shù)可以快速進行不同構(gòu)件之間的碰撞檢查，規(guī)避推倒重來式的浪費。此外，對既有建筑進行局部拆除工作時，BIM模型也能起到較好的指導作用，方便拆除方案的制定。

(3)在施工階段

在改造加固工程的施工階段，BIM技術(shù)主要可應(yīng)用于以下幾個方面：

1)采用BIM技術(shù)模擬施工現(xiàn)場，在模型中疊加既有建筑結(jié)構(gòu)中新增或準備拆除的構(gòu)件，指導施工，減少對原有結(jié)構(gòu)的破壞；

2)BIM技術(shù)可根據(jù)實際發(fā)生的建筑加固處理結(jié)果，采用參數(shù)化(自適應(yīng))對既有建筑原有的建筑信息模型進行修改并更新，提高改造加固施工與驗收效率；

3)BIM技術(shù)可以同步提供關(guān)于建筑質(zhì)量、進度以及成本的信息。利用BIM技術(shù)可以實現(xiàn)整個施工周期的可視化模擬與可視化管理，大幅提升項目協(xié)同能力，優(yōu)化場地布局(圖2所示)，減輕項目管理人員工作強度[6-7]。

圖2 既有建筑改造場地優(yōu)化

BIM技術(shù)應(yīng)用于“檢測鑒定-改造加固設(shè)計-施工”一體化技術(shù)可使各個環(huán)節(jié)配合得更好，可降低圖紙出錯率、減少質(zhì)量事故、增加項目的透明度和可控性等。從長遠來看，改造加固工程竣工BIM模型，可為后期建筑物運作、維護和設(shè)施管理等方面提供很大價值，其經(jīng)濟效益可持久顯現(xiàn)。隨著BIM技術(shù)在建筑行業(yè)越來越廣泛的應(yīng)用，致力于不斷滿足各類改造加固工程需求，提高改造加固技術(shù)水平，最終改變行業(yè)思維，提高生產(chǎn)效率。

4 需突破的關(guān)鍵技術(shù)

將BIM技術(shù)應(yīng)用于改造加固工程具有迫切的需求和廣泛的應(yīng)用前景，但同時也有兩項關(guān)鍵技術(shù)需要突破[8]：

(1)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的創(chuàng)建、分析、共享相當困難

我國既有建筑的體量巨大，隨著智慧城市的建設(shè)發(fā)展需要，海量既有建筑信息化模型的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫建立和全生命周期的核心數(shù)據(jù)管理將會是一項巨大而繁雜的工作，任重道遠。此外，既有建筑的運營維護是一個4D關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)分析問題，難度高且工作量巨大，傳統(tǒng)的處理難以應(yīng)對既有建筑全生命周期管理的需求，也難以滿足獲取基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的需求。這樣海量數(shù)據(jù)的及時、準確地獲取和分析有巨大的挑戰(zhàn)，維護方同樣也面臨海量信息處理的難題。

既有建筑的檢測加固是一個很大的行業(yè)，海量基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫的創(chuàng)建現(xiàn)階段只能采用人力戰(zhàn)術(shù)。

(2)知識庫建設(shè)困難

既有建筑的改造加固和后期運維需要很多知識庫的支撐，如加固修復工法庫、材料知識庫、崗位職責知識庫等。這些知識庫不僅數(shù)據(jù)量大，而且根據(jù)時間的推移和技術(shù)的革新變化很快，一個有經(jīng)驗的項目管理人員每天仍然會遇到很多新問題。目前，傳統(tǒng)的知識庫建設(shè)方法往往是：集中式殲滅戰(zhàn)，修訂周期長，依賴專家，紙介質(zhì)方式共享。這種傳統(tǒng)知識庫建設(shè)方法帶來的問題是無法跟上既有建筑的需求變化和維護變化，知識庫修訂好時往往有需要更新了。傳統(tǒng)方法還存在共享能力弱的問題，不方便知識隨時隨地在全員范圍內(nèi)獲取。解決既有建筑運維知識庫建設(shè)問題必須要創(chuàng)新方法論同時，用先進的信息技術(shù)來改變這一切。

5 結(jié)語

當前BIM技術(shù)在既有建筑檢測加固與施工領(lǐng)域的應(yīng)用研究較為缺乏。BIM技術(shù)的應(yīng)用對于實現(xiàn)既有建筑檢測加固和后續(xù)運維管理，促進大型公共既有建筑全面信息化和現(xiàn)代化管理、促進智慧城市建設(shè)發(fā)展具有重大意義和廣闊的應(yīng)用前景。特別是當前各類既有建筑檢測加固項目層出不窮，BIM技術(shù)在既有建筑檢測加固領(lǐng)域具有較強的工程應(yīng)用價值，可以作為一個技術(shù)創(chuàng)新點進行研究探索。

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Research on Application of BIM in Inspection and Reinforcement for Existing Buildings

Jiang Lu1， 2， 3，Zheng Hao1， 2， 3

(1.Shanghai Research Institute of Building Sciences(Group)Co.， Ltd(SRIBS).， Shanghai 200032, China;2.Shanghai Jianke Engineering Reconstruction Technology Co.， Ltd.， Shanghai 200032, China； 3.Shanghai Key Laboratory of Engineering Structure Safety，SRIBS， Shanghai 200032, China)

Abstract：Presently，the application of BIM mainly focus on the construction of new projects，while lack of research on application in the inspection and reinforcement for existing buildings.This paper summarizes the different demands in BIM application between newly constructed buildings and existing buildings，and simultaneously points out the application trend and the problem which need to be solved during each stage for existing buildings in inspection，strengthen design，and construction.It could be used as a reference for engineers and scholars in the future similar studies.

Key Words：BIM； Existing Buildings；Inspection and Strengthen

【基金項目】上海市科委應(yīng)用技術(shù)開發(fā)專項資金項目(編號：2014-116)

【作者簡介】蔣璐(1986-)，男，博士、高級工程師。主要研究方向：結(jié)構(gòu)抗震加固、消能減震。

【中圖分類號】TU362；TU17

【文獻標識碼】A

【文章編號】1674-7461(2016)05-0026-04