2013年12月刊封面解說(shuō)——BIM技術(shù)在云南科技館新館項(xiàng)目中的應(yīng)用

曹 樂(lè) 肖 婧 張 濤 林永超 應(yīng)春穎 姚金杰 張 文 賈維露 左小英

(建研科技股份有限公司信息化軟件事業(yè)部BIM研究中心，北京 100013)

1 前言

在現(xiàn)代建筑發(fā)展史中，異型建筑逐漸形成了獨(dú)自的風(fēng)格，云南科技館新館作為其中代表性的建筑物脫穎而出，建造過(guò)程中遇到的設(shè)計(jì)復(fù)雜、技術(shù)難點(diǎn)多、專業(yè)多、碰撞多的問(wèn)題，BIM技術(shù)都為其提供了強(qiáng)大的技術(shù)支持。

在本項(xiàng)目中BIM技術(shù)得以全面的應(yīng)用，尤其是在風(fēng)管的布置、機(jī)房的優(yōu)化以及給排水二三維管線同步工作的過(guò)程中。著重強(qiáng)調(diào)的是鋼結(jié)構(gòu)的框架由CATIA軟件完成。在鋼架中穿風(fēng)管、水管和橋架的過(guò)程中，項(xiàng)目上的工程師使用傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法做了很久也解決不了這個(gè)問(wèn)題，一畫就碰撞，并且所有的碰撞在平面完全分辨不出來(lái)，這樣我們把CATIA的模型和Revit模型在Navis Works軟件中進(jìn)行整合并進(jìn)行碰撞檢查，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)模擬進(jìn)行漫游檢測(cè)、審閱并進(jìn)行調(diào)整，解決了這一難題，更好地控制預(yù)算和工期，減少了施工中的返工。

在施工過(guò)程中，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)吊裝的方案進(jìn)行施工模擬以及方案驗(yàn)證，由施工單位提出施工方案，我方利用BIM技術(shù)使施工方案可視化，并進(jìn)行分析驗(yàn)證，以確保施工方案的可行性。并利用自主開(kāi)發(fā)的4D、5D項(xiàng)目管理平臺(tái)，對(duì)項(xiàng)目整體進(jìn)行施工模擬，對(duì)施工進(jìn)度和成本進(jìn)行整體的把控，提高了企業(yè)的核心競(jìng)爭(zhēng)力。

2 BIM技術(shù)在云南科技館新館項(xiàng)目中的應(yīng)用

2．1 項(xiàng)目簡(jiǎn)介

該項(xiàng)目為云南省科技館新館建設(shè)項(xiàng)目工程，建設(shè)地點(diǎn)位于昆明市呈貢新區(qū)吳家營(yíng)片區(qū)，昆明市行政中心東側(cè);本項(xiàng)目為異型建筑總用地面積:99 892．33m2，建設(shè)用地面積:75 139．25m2，總建筑面積:58 995m2(地下建筑面積:13 955m2，地上建筑面積:45 000m2)。建筑層樓:地下1層，地上4層，局部有夾層。建筑高度:49．6m(屋頂裝飾板最高點(diǎn)距室外地面高度)。建筑層高:地下一層為 4．50m，地上一層為 10．50m，二層為14．00m，三層為9．50m，四層為 15．60m。主要功能:常設(shè)展廳、臨時(shí)展廳、兒童樂(lè)園、科普教室、科技實(shí)驗(yàn)室、報(bào)告廳、穹幕、巨幕、4D動(dòng)感演示廳、辦公會(huì)議、餐飲及配套附屬用房等。如圖1所示。

2．2 BIM模型標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)調(diào)和制定

2．2．1 制定建模的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，如文件存儲(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)、構(gòu)件及系統(tǒng)顏色命名標(biāo)準(zhǔn)、協(xié)同工作準(zhǔn)標(biāo)

1)項(xiàng)目管理文件夾的設(shè)置

在項(xiàng)目準(zhǔn)備階段，創(chuàng)建好項(xiàng)目管理文件夾，制定文件的存放標(biāo)準(zhǔn)以及項(xiàng)目實(shí)施人員工作計(jì)劃安排，做好項(xiàng)目的整體把控。如圖2所示。

圖1 云南科技館新館效果圖

圖2 項(xiàng)目管理文件夾

2)構(gòu)件命名標(biāo)準(zhǔn)及系統(tǒng)顏色劃分

項(xiàng)目實(shí)施之初，制定統(tǒng)一的土建、機(jī)電構(gòu)件命名標(biāo)準(zhǔn)與系統(tǒng)顏色劃分原則，將有助于后期工程量統(tǒng)計(jì)及協(xié)同工作中的過(guò)程交接。

如:混凝土梁:【材質(zhì)類型】－【區(qū)域】－【樓層】－【尺寸】;

樓板:【材質(zhì)類型】－【區(qū)域】－【樓層】－【厚度】;

結(jié)構(gòu)柱:【材質(zhì)類型】－【區(qū)域】－【樓層】－【柱編號(hào)】－【尺寸BXH】;

墻體:【材質(zhì)類型】－【區(qū)域】－【樓層】－【厚度】

3)中心文件的建立以及工作集的劃分

按照項(xiàng)目實(shí)施的各個(gè)專業(yè)進(jìn)行工作集的劃分進(jìn)行作業(yè)，是項(xiàng)目各個(gè)專業(yè)工作同時(shí)進(jìn)行，并同步更新及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題解決問(wèn)題，如圖3所示。

2．2．2 本項(xiàng)目協(xié)同工作應(yīng)用到的軟件

建筑專業(yè):Revit 2014軟件

結(jié)構(gòu)專業(yè):Revit 2014、PKPM結(jié)構(gòu)系列軟件

機(jī)電專業(yè):Revit 2014軟件

鋼結(jié)構(gòu)、幕墻專業(yè):CATIA軟件

施工管理:PKPM施工系列軟件(4D、5D施工管理軟件、算量計(jì)價(jià)軟件、施工現(xiàn)場(chǎng)布置軟件)、Navis Works Manage 2014軟件

運(yùn)維管理:PKPM運(yùn)維管理系統(tǒng)、能耗監(jiān)測(cè)系列軟件

圖3 工作集的劃分

2．3 BIM模型的建立及整合

2．3．1 建筑、結(jié)構(gòu)模型的建立

云南科技館新館為鋼筋混凝土框架－剪力墻結(jié)構(gòu)，屋對(duì)于這樣造型復(fù)雜和異型、時(shí)間緊、安全性要求高的復(fù)雜項(xiàng)目，對(duì)施工提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，通過(guò)建立建筑、結(jié)構(gòu)的BIM模型利用模型的可視化以及局部大樣圖的方式結(jié)合二維施工圖紙對(duì)施工進(jìn)行指導(dǎo)，如圖5所示。

圖5 建筑、結(jié)構(gòu)模型

2．3．2 機(jī)電專業(yè)模型的建立

利用Revit MEP軟件根據(jù)設(shè)計(jì)院的二維施工圖紙建立風(fēng)、水、電各專業(yè)的BIM模型，如圖6所示。

圖6 機(jī)電模型

圖7 鋼結(jié)構(gòu)和幕墻模型

2．3．3 鋼結(jié)構(gòu)、幕墻專業(yè)模型的建立

屋蓋結(jié)構(gòu)分別采用鋼管桁架結(jié)構(gòu)及普通型鋼梁結(jié)構(gòu)，球幕影院屋蓋采用單層鋼網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)，對(duì)于這樣造型復(fù)雜和異型、時(shí)間緊、安全性要求高的復(fù)雜項(xiàng)目，我們采用了CATIA軟件建立了云科的鋼結(jié)構(gòu)以及幕墻專業(yè)模型，如圖7。

2．3．4 各專業(yè)模型整合

最初是想通過(guò)將CATIA模型導(dǎo)出Revit可以打開(kāi)的格式，然后進(jìn)行整合，后來(lái)發(fā)現(xiàn)模型會(huì)以整體的形式打開(kāi)，不能進(jìn)行構(gòu)件級(jí)別的選擇，而且信息丟失，經(jīng)過(guò)多次嘗試，最終在Navis Works中將各專業(yè)模型整合，如圖8。

圖8 模型整合

3 BIM模型的專業(yè)化應(yīng)用

3．1 Revit導(dǎo)入PM進(jìn)行工程量統(tǒng)計(jì)

將Revit建立的土建模型導(dǎo)入建研科技開(kāi)發(fā)的PM軟件中進(jìn)行梁砼計(jì)算以及鋼筋計(jì)算，如圖9－10。

3．2 MEP構(gòu)件族的制作

在項(xiàng)目建立過(guò)程中，針對(duì)通風(fēng)系統(tǒng)會(huì)遇到很多特殊的風(fēng)管管件，對(duì)于這些異型的風(fēng)管管件建立對(duì)應(yīng)的族，并且族的制作方式、族參數(shù)的設(shè)置、族的使用方法等都設(shè)置一個(gè)相應(yīng)的規(guī)則，保證族的通用性，可以為施工機(jī)電安裝過(guò)程中提前進(jìn)行預(yù)制件加工，并且可以保存到項(xiàng)目樣板中去為以后項(xiàng)目實(shí)施減少少工作量。如圖11所示。

圖9 將rvt模型導(dǎo)入PM

圖10 結(jié)構(gòu)算量

圖11 族庫(kù)

圖12 碰撞檢查

3．3 管線的碰撞檢查

限于模型的大小與硬件的運(yùn)行速度，將模型拆分為5層，分層進(jìn)行碰撞檢查，不僅是機(jī)電專業(yè)內(nèi)部，同時(shí)檢查機(jī)電專業(yè)和與建筑、結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)、幕墻專業(yè)的碰撞，并導(dǎo)出碰撞檢查報(bào)告。如圖12－13。

3．4 管線綜合及機(jī)房整體布置

根據(jù)碰撞檢查導(dǎo)出的碰撞報(bào)告，反饋給施工單位，由施工單位調(diào)整二維深化圖紙，修改完成后，根據(jù)施工單位依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工的方案，調(diào)整BIM模型，最終通過(guò)BIM模型為機(jī)電管線施工提供指導(dǎo)，并對(duì)重點(diǎn)的設(shè)備機(jī)房進(jìn)行管線綜合使其合理美觀，如圖14－15。

圖13 碰撞報(bào)告

圖14 管線綜合

圖15 制冷機(jī)房管線布置

3．5 大型機(jī)組設(shè)備安裝方案模擬

對(duì)于大型設(shè)備如離心式冷水機(jī)組將視現(xiàn)場(chǎng)具體條件選取適當(dāng)?shù)姆桨?，并針?duì)施工單位提供的安裝方案進(jìn)行動(dòng)態(tài)模擬，驗(yàn)證方案的可行性，并且可以使施工方案可視化，圖16所示方案為使用吊車通過(guò)預(yù)留口吊入地下層進(jìn)行安裝。

圖16 大型設(shè)備吊裝方案模擬

圖17 鋼結(jié)構(gòu)吊裝方案模擬

3．6 鋼結(jié)構(gòu)吊裝方案模擬

圖18 4D施工模擬

圖19 5D施工管理平臺(tái)

利用CATIA軟件建立的鋼結(jié)構(gòu)模型可以正確反映鋼結(jié)構(gòu)平面(包含板邊、標(biāo)高、降升板、板上開(kāi)洞)、鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面尺寸(鋼梁、鋼柱、牛腿、組合樓板)、鋼結(jié)構(gòu)截面、桿件的曲率及鋼結(jié)構(gòu)連接節(jié)點(diǎn)、鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件留洞(鋼結(jié)構(gòu)梁、板、柱上留洞)。并且可以根據(jù)施工單位提供的施工方案，對(duì)施工放進(jìn)行可視化模擬驗(yàn)證其可行性，在施工過(guò)程中可以針對(duì)主體結(jié)構(gòu)安裝檢測(cè);吊裝構(gòu)件的避讓檢測(cè);運(yùn)行軌跡控制和允許范圍的檢測(cè)等，如圖17，吊裝懸挑環(huán)桁架和屋面環(huán)桁架，穩(wěn)定框架體內(nèi)的屋面徑向桁架及其次桁架。

3．7 4D施工模擬

X將施工進(jìn)度計(jì)劃導(dǎo)入Navis Works軟件，并關(guān)聯(lián)相應(yīng)的集合進(jìn)行4D施工模擬。通過(guò)它不僅可以直觀地體現(xiàn)施工的界面、順序，從而使總承包與各專業(yè)施工之間的施工協(xié)調(diào)變得清晰明了;通過(guò)四維施工模擬與施工組織方案的結(jié)合，能夠使設(shè)備材料進(jìn)場(chǎng)，勞動(dòng)力配置，機(jī)械排版等各項(xiàng)工作的安排變得最為有效、經(jīng)濟(jì)，并且可以實(shí)現(xiàn)對(duì)比計(jì)劃進(jìn)度與實(shí)際進(jìn)度的對(duì)比。如圖18。

3．8 PKPM5D施工管理平臺(tái)應(yīng)用

PKPM 5D施工管理平臺(tái)是在BIM技術(shù)在施工領(lǐng)域應(yīng)用的成果。平臺(tái)基于目前最為流行的BIM技術(shù)，結(jié)合Project、PKPT等主流的進(jìn)度計(jì)劃軟件，可根據(jù)用戶不同需求，整合工程項(xiàng)目全過(guò)程信息，將施工場(chǎng)地及設(shè)備、設(shè)施的BIM模型與施工進(jìn)度計(jì)劃相連接，實(shí)現(xiàn)施工場(chǎng)地布置可視化和各種施工設(shè)備、設(shè)施的動(dòng)態(tài)管理，有助于實(shí)現(xiàn)施工管理和控制的信息化、集成化、可視化和智能化，如圖19。

4 項(xiàng)目總結(jié)

通過(guò)BIM技術(shù)在云南科技館新館項(xiàng)目中的應(yīng)用，我們?nèi)〉昧艘欢ǖ某煽?jī)但是也發(fā)現(xiàn)了在項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中所遇到的一些問(wèn)題:

(1)BIM技術(shù)在云科項(xiàng)目中的應(yīng)用提高了項(xiàng)目整體的施工質(zhì)量以及工作效率，從而減少了后續(xù)施工期間的返工，保障了施工周期，節(jié)約了項(xiàng)目資金;

(2)尤其是在機(jī)電管線在異型結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)中的綜合排布為機(jī)電管線施工提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支撐;

(3)通過(guò)BIM技術(shù)在重點(diǎn)、復(fù)雜的施工工藝和工序的模擬預(yù)演，使施工工藝可視化，減少了因施工工序、施工技術(shù)不合理造成的返工和浪費(fèi);

(4)在協(xié)同工作中，各個(gè)專業(yè)的BIM工程師與項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)工程師緊密配合，也證明了BIM技術(shù)應(yīng)用已經(jīng)不再是停留在理論階段，已經(jīng)可以為現(xiàn)場(chǎng)施工提供實(shí)際有力的支撐;

(5)我們?cè)谌〉贸煽?jī)的同時(shí)也發(fā)現(xiàn)了一定的問(wèn)題，首先就是軟件的本地化工作，目前BIM類的軟件基本都是國(guó)外引進(jìn)的，在項(xiàng)目實(shí)施中還是會(huì)遇到軟件本土化不夠的問(wèn)題;

(6)Revit軟件中族庫(kù)有限，使我們花費(fèi)了很大一部分時(shí)間在建立項(xiàng)目的族庫(kù);

(7)因?yàn)樵陧?xiàng)目實(shí)施中我們使用的軟件種類不只一種，在項(xiàng)目整合過(guò)程中，也遇到了很多問(wèn)題，信息的丟失，構(gòu)件的不完整等;

(8)最后，希望繼續(xù)加強(qiáng)和施工單位的配合更好的發(fā)揮BIM技術(shù)在施工過(guò)程中的優(yōu)勢(shì)，并逐步將其運(yùn)用到整合項(xiàng)目周期中去。

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