BIM技術在城市綜合體中的實踐應用*

康小軍，趙瀟，韓彬彬

（1.中鐵建工集團有限公司西北分公司，西安710119；2.蘭州大學土木工程與力學學院，蘭州730000）

BIM技術在城市綜合體中的實踐應用*

康小軍1，趙瀟1，韓彬彬2

（1.中鐵建工集團有限公司西北分公司，西安710119；2.蘭州大學土木工程與力學學院，蘭州730000）

本文以蘭州國際商貿(mào)中心為研究對象，本中心是以建筑群為基礎，融合商業(yè)零售、商務辦公、酒店餐飲、公寓住宅、綜合娛樂五大核心功能為一體的高層建筑。根據(jù)BIM技術在該城市綜合體中的實際應用情況，概括了該技術具體的實施過程，總結了該技術實際應用中的優(yōu)缺點和經(jīng)驗教訓。為BIM技術在超高層建筑領域的拓展提供了較好的實踐經(jīng)驗，起到一定的借鑒作用。

BIM技術；城市綜合體；實踐應用；經(jīng)驗總結

0　引言

BuildingInformationModeling（簡稱BIM）建筑信息模型，以建筑工程項目的各項相關信息數(shù)據(jù)作為模型的基礎，進行建筑模型的建立，通過數(shù)字信息仿真模擬建筑物所具有的真實信息。它具有可視化、協(xié)調性、模擬性、優(yōu)化性和可出圖性五大特點。自20世紀90年代開始，BIM技術已經(jīng)在歐美國家開始興起，且主要應用于制造業(yè)，更多的使用在汽車、飛機、船舶等的設計中。起初的技術受限于輔助工具的不完善，發(fā)展較緩慢。隨著3D工程輔助繪圖軟件的出現(xiàn)，BIM技術取得了突飛猛進的進步，使得工程界人士看到了建筑產(chǎn)業(yè)再一次改革的曙光。建筑項目信息在規(guī)劃、設計、施工和運行全生命周期全過程中起到了決定性的作用，加快了建筑業(yè)技術和管理水平的提升進步[1]。

我國在BIM技術的應用方面起步較晚，在建筑業(yè)的引進更是較緩慢。在“十二五”規(guī)劃中，明確了要加快BIM技術在工程中的應用，這為推動建筑業(yè)信息建設指明了方向。同時，該技術在建筑產(chǎn)業(yè)多方協(xié)調方面展現(xiàn)出來的強大優(yōu)勢已經(jīng)成為業(yè)內(nèi)人士的共識。例如，BIM建筑信息模型可在建筑物建造前期對各專業(yè)的碰撞問題進行協(xié)調，生成協(xié)調數(shù)據(jù)，提供出來；同時，通過對設計、施工過程的模擬功能，可以提高并優(yōu)化設計水平、降低施工風險；BIM模型提供了建筑物的實際存在的完整信息，在BIM的基礎上可以做更好的設計和施工過程的優(yōu)化等。因此推廣BIM技術在建筑業(yè)企業(yè)中應用，進而實現(xiàn)企業(yè)技術和管理升級是建筑企業(yè)的必然選擇。

縱觀近階段BIM技術在我國建筑工程上的應用，主要集中在大型體育場館，以及多層和高層建筑中的應用，但在超高層中的應用比較少。本文則以蘭州國際商貿(mào)中心這一超高層建筑群建設中BIM技術的應用為例，比較全面的介紹了該技術的實際應用過程。本項目中由于施工場地小，場地布置難度大，交叉作業(yè)范圍大，鋼結構、高支模、超高層砼泵送、大體量綜合，機電管線排布復雜，施工圖紙變更頻繁，工程量核算復雜等。為保證工程順利進行，該項目引入BIM技術，提前規(guī)劃、重點模擬、化繁為簡、減少返工，同時將BIM應用于工程建設全周期中。

1　工程概況

蘭州國際商貿(mào)中心工程（以下簡稱蘭州中心），位于甘肅省蘭州市七里河區(qū)西站商圈內(nèi)，是集零售、餐飲、酒店、娛樂、金融、商務、住宅、文化休閑等綜合為一體的大型建筑。項目占地面積約111畝，總建筑面積：604215.63m2，其中地上建筑面積429796.37m2，地下建筑面積174419.26m2，建成后將是蘭州規(guī)模最大、檔次最高、業(yè)態(tài)最全、生態(tài)環(huán)境優(yōu)、功能配套齊全的國際一流城市綜合體。項目主要由裙房及3棟超高層蘭州中心（180m）、蘭州希爾頓酒店（140.15m）、蘭州Soho（144.15m）組成。蘭州中心BIM信息整體模型（見圖1）。

圖1　蘭州中心BIM信息整體模型

2　圖紙會審

本項目的圖紙會審與傳統(tǒng)的會審稍有不同，主要進行了以下工作：本次圖紙會審由建設單位負責召開，建設單位、設計單位、監(jiān)理單位、施工單位（土建及安裝）等都派了有關單位派代表參加（成員有各項目負責人、技術負責人、各專業(yè)工程師等）[2]。綜合各專業(yè)提出的問題及最后商定的處理意見，各單位做了詳細的記錄，由施工總承包單位在會后整理形成了成正式文件，即《圖紙會審記錄》。

與此同時，本項目部BIM團隊通過設計院提供的二維CAD圖紙翻建三維BIM模型，利用該技術對圖紙進行會審。其中主要包括：土建圖紙會審和機電圖紙會審。

在建模過程中發(fā)現(xiàn)問題，從而反饋給設計方，對圖紙做進一步的修改，力求將問題解決在施工之前。本項目BIM圖紙會審發(fā)現(xiàn)的問題主要有：同一軸網(wǎng)上下層不一致、地下部分與地上部分柱子錯位、梁上起墩、主次梁交接不合理、圖紙標注錯誤、樓梯與結構梁凈空不足、坡道凈空不足、型鋼深化不合理等問題、通風口與外幕墻豎向龍骨沖突等。

3　施工場地布置

在圖紙會審完成的基礎之上，利用BIM技術進行施工場地布置的模擬。由于施工場地非常有限、體量太大，現(xiàn)場群塔作業(yè)繁忙，為了避免出現(xiàn)施工安全事故，建立BIM信息模型，對群塔之間高低差、覆蓋范圍進行直觀、預先模擬運行分析，從而更加合理布置，安全有效運行；對現(xiàn)場未施工區(qū)域擬建造民工生活區(qū)，由于此部位結構形式復雜，普通二維圖紙不能直觀體現(xiàn)出結構之間的關系。通過建立BIM模型，找出布置板房的合理位置，發(fā)現(xiàn)洞井，提前做好安全防護，合理規(guī)劃現(xiàn)場通道；由于現(xiàn)場施工單層作業(yè)面為6.6萬m2，劃分為58個施工流水段，通過建立BIM模型，在模型當中劃分流水段。改變以有手工算量，填寫混凝土生產(chǎn)預約單，做到了精確算量，嚴格控制浪費，節(jié)約成本?，F(xiàn)場三維平面施工布置（見圖2），按施工流水合理劃分施工流水段（見圖3）。

圖2　現(xiàn)場三維平面施工布置

圖3　按施工流水合理劃分施工流水段

4　BIM技術施工模擬

4.1型鋼結構與混凝土結構施工工藝模擬

本工程有型鋼混凝土組合結構、鋼筋混凝土結構、型鋼與鋼筋混凝土交叉施工。為了使施工作業(yè)人員明確施工流程及次序，保證施工精度，建立型鋼、鋼筋參數(shù)模型，現(xiàn)場對各個復雜施工區(qū)域進行三維交底。保證施工質量及進度。型鋼與混凝土模型（見圖4）。

4.2高支模施工節(jié)點工藝模擬

圖4　型鋼與混凝土模型

本工程高支模部分超過9處，為使高支模施工能夠安全有效進行，預先進行3維架體排布、確定安全網(wǎng)鋪設位置、混凝土分層澆筑高度、剪刀撐位置及間距、梁柱節(jié)點加固方式、頂托自由端超長部位進行調整，最后制作成施工模擬動畫對現(xiàn)場作業(yè)人員進行模擬交底，明確注意事項。高支模架體參數(shù)模型（見圖5）。

圖5　高支模架體參數(shù)模型

4.3施工模擬及進度控制分析

通過超前模擬施工，對爬架頂升、塔吊附墻、人貨電梯附墻位置及時間進行分析，確定合理的時間及位置，保障施工進度。通過進度模型分析，綜合考慮施工流水段施工，確定優(yōu)先施工區(qū)域。根據(jù)對模型進度控制明確施工產(chǎn)值；使得形象進度更加可視化、直觀化。現(xiàn)場整體進度三維模型（見圖6）。

圖6　現(xiàn)場成體進度3D模型

5　各部分方案優(yōu)化及技術交底

通過模型直觀可視性對復雜節(jié)點的工序排布、施工難點作以優(yōu)化并進行三維交底。本項目利用BIM技術對一下幾個關鍵方面做了優(yōu)化后交底。

5.1蘭州中心海底世界

蘭州中心海底世界標高、預留孔洞、異形構造、混凝土標號均較多，通過建立BIM模型，發(fā)現(xiàn)建筑與結構之間的問題，確定異形構造的支模方案及混凝土澆筑方案，通過設置不同標號混凝土顏色方案，更加清晰不同標號混凝土澆筑位置。

5.2消防水池與旋轉汽車坡道相結合

希爾頓酒店消防水池結構形式較復雜，為保證混凝土連續(xù)澆筑不產(chǎn)生施工冷縫、跑模漲模等不良后果；利用BIM模型對支模體系、混凝土澆筑面內(nèi)外標高控制、放坡比例、施工次序等進行逐一分析，并利用三維施工模擬進行交底，從而保證施工質量。

5.3泵管布置優(yōu)化

由于施工現(xiàn)場狹窄，可泵送點選擇有限，綜合考慮塔吊、場內(nèi)交通、生活區(qū)環(huán)境等因素、確定合理的泵送點，明確泵管加固方式及附墻位置。確定裙房泵管分流位置，節(jié)約泵管，降低成本。

5.4BIM二次樣板砌筑和機電管線排布

通過建立BIM模型，對標準層進行BIM樣板砌筑，明確構造柱位置。改變以往CAD排磚，利用三維模型排磚更加真實、可視化。通過建立機電模型，和土建模型整合，完成碰撞調整，綜合管道排布，生成管道支架及加工圖。BIM樣板砌筑模型如圖7所示。

圖7　BIM樣板砌筑模型

5.5塔樓幕墻、裙房網(wǎng)架優(yōu)化

建立塔樓外幕墻BIM模型，發(fā)現(xiàn)幕墻預埋位置偏差，對幕墻效果進行可視化分析。優(yōu)化最佳效果；本工程裙房網(wǎng)架全為變截面不等高異形，二維圖紙指導施工困難較大，且容易出錯。通過分析體量建立模型，明確網(wǎng)架結構形式，更加直觀地指導施工，且做到了對網(wǎng)架材料的精確算量。針對現(xiàn)場安全防護進行BIM3維交底、做到規(guī)范化、標準化、可視化施工，使得現(xiàn)場作業(yè)人員更加明確，管理人員交底變的更加簡單。裙房網(wǎng)架和幕墻3維模型如圖8所示。

6　工程量統(tǒng)計分析

利用BIM技術提取各構件信息、便于物資提料、有效控制現(xiàn)場材料使用情況，形成工程材料明細表，然后按模型中劃分好的流水段提取砼工程量和鋼筋工程量配合成本完成3算工作。具體實施主要是在BIM模型中快速對現(xiàn)場各段各層各標號的混凝土方量、模板面積、鋼筋用量及水電管線數(shù)量進行輸出，配合成本完成3算。可視化的三維鋼筋模型，使得現(xiàn)場質量驗收變的更加簡單快捷，質檢人員只需拿著模型就可以對鋼筋錨固長度、搭接位置、鋼筋型號、箍筋間距等進行檢查驗收。改變了以往拿著圖集、二維圖紙驗收。加快了工作效率、提高了工作質量。BIM生成的工程材料明細表（見圖9）。

圖8　裙房網(wǎng)架和幕墻3維模型

圖9　BIM生成工程材料明細表

7　方案優(yōu)化、管線線路優(yōu)化設計

利用BIM技術通過對機電模型的建模，與土建進行模型整合，完成管道碰撞檢測及調整，通過模型整合后的碰撞檢查，及時發(fā)現(xiàn)并優(yōu)化后期可能遇到的管線結構間問題，減少人材機的浪費。經(jīng)過碰撞檢查，就可以發(fā)現(xiàn)一些問題。例如，本項目中避難層原設計采暖管道如按設計走向，經(jīng)三維排管后發(fā)現(xiàn)，導致走廊層高安裝完成只有1.5m層高，為了滿足功能要求，需對管線進行優(yōu)化排布。通過對復雜機房管道進行排列，發(fā)現(xiàn)碰撞問題提前解決，將問題消化在工程前期，節(jié)約工期。通過模型直觀可視性對復雜節(jié)點的工序排布、施工難點作以優(yōu)化，按照三維圖紙對支吊架數(shù)量及形式進行統(tǒng)計，形成二維可視化加工圖，按照支吊架型號及編號批量進行加工，施工現(xiàn)場按照編號進行安裝，最終完成管線布置。

8　BIM在本項目應用的的經(jīng)驗總結

BIM技術在項目招投標、項目可施工性、工程算量、各專業(yè)協(xié)調、施工組織設計及生產(chǎn)計劃、預制加工、施工現(xiàn)場生產(chǎn)與管理、交付使用管理、進度管理、項目控制等方面提供了解決方案。本文主要對以下4方面做了總結。

8.1工程算量的精準化

我們利用該技術創(chuàng)建算量模型，在精確的模型基礎上是開展BIM工作。在模型中可以精確統(tǒng)計所有材料數(shù)量。從而達到現(xiàn)場精細化管理，節(jié)約成本，為我們的企業(yè)帶來效益，但實際操作中存在一些問題[3]。例如，目前國內(nèi)一些公司開發(fā)出了基于Revit的接口進行算量。但是，通過試用我們發(fā)現(xiàn)，Revit在導出為其他格式時，有一部分構件不被識別，需要手動修改其類別屬性。這需要我們在建模初期，對建模規(guī)則進行細化調整。從而實現(xiàn)鋼筋算量；本項目中我們實踐中發(fā)現(xiàn)Navisworks 2015具備2D/3D工程算量。我們可以通過編制相對應的計算的規(guī)則，實現(xiàn)更加個性化的工程算量，而且具備基于模型變更的算量，使得工程算量更加人性化，做到查缺補漏。

8.2安全管理的可控化

通過應用我們發(fā)現(xiàn)，在安全管理方面仍需要我們手動翻看模型查找臨邊、洞口等安全問題，再建立標準化的防護模型，指導現(xiàn)場三維技術交底。通過研討，我們提出了開發(fā)基于Revit的工具集，這樣就可以實現(xiàn)自動防護，減輕了BIM工作人員的負擔，提高了工作效率。在以后的應用過程中我們可以開發(fā)安全預警模塊，由現(xiàn)在人為發(fā)現(xiàn)BIM模型中的危險源變?yōu)檐浖詣犹嵝盐ｋU源。

8.3物資管理的便捷化

本項目總結的物資采購階段BIM應用流程：建立BIM模型→出構件加工圖及零件清單→構件數(shù)字化生產(chǎn)加工→編制構件二維碼→構件運輸→進場二維碼掃描→項目BIM信息管理系統(tǒng)。借鑒集團安裝公司物資信息系統(tǒng)管理經(jīng)驗，基于Revit數(shù)據(jù)庫插件，制定項目級物資編碼規(guī)則，并結合倉庫信息管理系統(tǒng)，打印條形碼，對進場材料進行質量檢查驗收的同時進行貼碼，從而實現(xiàn)對材料的分類堆碼，庫存量的實時統(tǒng)計，方便物資管理人員及工程技術人員進行工程決策。

8.4工具集的開放化

在BIM技術工程實踐中我們遇到了很多Revit軟件無法實現(xiàn)或實現(xiàn)起來困難比較大的問題，比如：梁柱節(jié)點不同標號混凝土算量、模板算量、建模速率慢等特點，通過開發(fā)小插件這些問題都能得以解決。同時也了解到，中建八局已經(jīng)有了自己的工具集，在BIM實施應用落地方面起到了很大的作用。建議公司能夠在工具集開發(fā)方面提供支持。

9　結語

近幾年BIM技術在國內(nèi)飛速發(fā)展，已有好多企業(yè)走在了前面，由最初的2D到3D，現(xiàn)已發(fā)展到5D。蘭州中心作為分公司BIM試點的先行單位，同時作為分公司BIM運行的載體，已經(jīng)在BIM5D方面進行了探索應用。目前，我們了解到，基于BIM5D平臺的項目綜合管理。通過BIM5D平臺整合各類資源，從而更好的實現(xiàn)項目精細化管理。BIM5D平臺將土建模型、鋼筋模型、機電模型、鋼結構模型、三維場地模型、模架模型整合在一起，實現(xiàn)現(xiàn)場與模型一致。使得BIM技術在施工現(xiàn)場真正落地[4]。

[1]王凱.國外BIM標準研究[J].土木建筑工程信息技術，2013，5（01）：6-16.

[2]張成雙，張洪梅.施工方應如何做好圖紙會審[J].科技視界，2012（21）：184-185.

[3]楊震卿，潘朝輝，田豐，等.BIM技術開創(chuàng)混凝土算量工作新模式[J].建筑技術，2015，46（02）：129-131.

[4]龍文志.建筑業(yè)應盡快推行建筑信息模型（BIM）技術[J].建筑技術，2011，42（01）：9-14.

TU201.4

A

1673-1093（2015）12-0074-05

10.3969/j.issn.1673-1093.2015.12.017

康小軍（1989），男，甘肅省天水人，BIM工程師，畢業(yè)于蘭州交通大學土木工程專業(yè)，就職于中鐵建工集團有限公司西北分公司，研究方向：建筑工程新技術應用。

2015-07-19；

2015-08-10

獎項：“蘭州國際商貿(mào)中心項目BIM技術施工應用”獲得了2014年度中國建筑業(yè)建筑信息模型（BIM）邀請賽卓越工程項目獎“一等獎”；頒獎單位：中國建筑業(yè)協(xié)會；獲獎單位：中鐵建工集團有限公司西北分公司（2014SG009）.