BIM在設(shè)計(jì)和施工的應(yīng)用

張?zhí)煊?/p>

項(xiàng)目概況

平?jīng)鼋值?2街坊商業(yè)辦公綜合體項(xiàng)目位于上海市大連路總部研發(fā)集聚區(qū)的核心組成地塊，地塊的西南方向面向國(guó)歌廣場(chǎng)，鄰近地鐵換乘樞紐。該項(xiàng)目規(guī)劃設(shè)計(jì)定位為大型城市綜合體，集甲級(jí)辦公樓、精品商業(yè)設(shè)施于一體。在目前的項(xiàng)目方案中包含2幢地上23層的辦公塔樓（A、B樓），分別沿荊州路和霍山路布置，形成區(qū)域性地標(biāo)，對(duì)應(yīng)國(guó)歌公園的辦公廣場(chǎng)入口空間。地塊南側(cè)設(shè)置了一棟地上10層的獨(dú)棟辦公樓（C樓），與百米塔樓構(gòu)成辦公建筑組團(tuán)。另有一棟地上16層的獨(dú)棟辦公樓（J樓）設(shè)置于地塊北側(cè)，以其體量和商業(yè)裙房標(biāo)識(shí)出商業(yè)內(nèi)街在長(zhǎng)陽(yáng)路、遼陽(yáng)路上的入口，并平衡地塊內(nèi)建筑高度，且與23街坊的獨(dú)棟辦公樓形成視覺(jué)上的延續(xù)。各辦公建筑采用清晰的以五邊形為基礎(chǔ)的幾何造型，平滑的圓角外立面構(gòu)成面向長(zhǎng)陽(yáng)路的波浪式流動(dòng)外觀（圖1）。

項(xiàng)目包含了5個(gè)小體量地上2～3層高的商業(yè)建筑（D～H樓），形成沿長(zhǎng)陽(yáng)路展開(kāi)的商業(yè)面和一條與之平行的商業(yè)內(nèi)街，其五邊形圓角造型與辦公塔樓取得一致，且能形成活潑豐富的城市空間。三個(gè)下沉式廣場(chǎng)和四通八達(dá)的廊橋?qū)?lái)自城市各個(gè)方向的人流引入至地下和地上二層的商業(yè)空間，呈現(xiàn)立體化的商業(yè)格局。地塊內(nèi)還包括一棟兩層高的垃圾及班房（P樓），另設(shè)三層地下室，功能為停車及設(shè)備用房。

概念設(shè)計(jì)

我們充分考慮了兩個(gè)地塊之間的連接、與用地西側(cè)現(xiàn)狀公園的連接，以及依據(jù)相鄰交通流線形成的多通道現(xiàn)狀，最大限度地實(shí)現(xiàn)了內(nèi)部精品街流線的協(xié)調(diào)和綜合體各側(cè)的通透性。獨(dú)立的圓角建筑引導(dǎo)著綜合體內(nèi)的行人，最大限度地拓展了商業(yè)空間精品內(nèi)街沿線。圓角的建筑體量順應(yīng)人流動(dòng)線，展現(xiàn)出流暢、有機(jī)的入口姿態(tài)。協(xié)調(diào)的流線在建筑內(nèi)部隨著流動(dòng)的橋梁繼續(xù)伸展，將所有的商業(yè)空間相互連接起來(lái)，從而營(yíng)造了一個(gè)舒適、輕快、開(kāi)放的購(gòu)物氛圍。

建筑采用清晰的基本幾何造型，以五邊形為基礎(chǔ)。整體系統(tǒng)建立在一個(gè)模塊化的體系上，僅通過(guò)旋轉(zhuǎn)或鏡像反射對(duì)各種造型進(jìn)行組合，但又不失生動(dòng)、趣味，所有建筑共同構(gòu)成了一個(gè)協(xié)調(diào)卻又獨(dú)一無(wú)二的建筑綜合體。作為上海楊浦區(qū)的新地標(biāo)之一，這一充滿活力的建筑綜合體以其柔和的造型為地塊各方位和整個(gè)精品街區(qū)提供了流暢的朝向指引，并在大連路這個(gè)初始入口處與城市空間和諧地融為一體。

設(shè)計(jì)階段BIM應(yīng)用

三維可視化BIM模型

項(xiàng)目依據(jù)二維設(shè)計(jì)平面圖、立面圖、剖面圖、詳圖及設(shè)計(jì)說(shuō)明、材料表等設(shè)計(jì)圖紙建立三維BIM模型，以解決設(shè)計(jì)方式中最常見(jiàn)的錯(cuò)誤，各種復(fù)雜的平、立 、剖面圖之間的差錯(cuò)，機(jī)電管線之間的碰撞及錯(cuò)位（圖2）。

BIM模型解決“錯(cuò)、漏、碰、缺”問(wèn)題

三維動(dòng)態(tài)可視化模型將以往的線條式的構(gòu)件形成一種三維的立體實(shí)物圖形展示在業(yè)主的面前。如建筑設(shè)備專業(yè)間的設(shè)備走線、管道等可以用直觀的立體三維效果圖表示，可以更好地進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，更合理地利用建筑空間，一目了然地發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并及時(shí)解決，有效避免各專業(yè)之間管線“打架”的現(xiàn)象，提高各專業(yè)之間的配合和協(xié)調(diào)，減少了各工種圖紙間的“錯(cuò)、漏、碰、缺”的發(fā)生。

項(xiàng)目中，根據(jù)地下室施工圖建模出具土建BIM碰撞報(bào)告，其中包括建筑結(jié)構(gòu)問(wèn)題23個(gè)。地下室機(jī)電管線設(shè)備BIM碰撞報(bào)告A版中，暖通空調(diào)專業(yè)問(wèn)題19個(gè)、給排水專業(yè)問(wèn)題25個(gè)、電氣專業(yè)問(wèn)題5個(gè)。BIM問(wèn)題協(xié)調(diào)會(huì)上，針對(duì)地下室土建BIM碰撞報(bào)告A版與地下室機(jī)電管線設(shè)備BIM碰撞報(bào)告B版問(wèn)題進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)討論，針對(duì)每個(gè)問(wèn)題提出解決方案，最終將設(shè)計(jì)問(wèn)題在前期階段解決（圖3）。

BIM模型驗(yàn)證復(fù)雜空間問(wèn)題

針對(duì)復(fù)雜位置進(jìn)行數(shù)據(jù)整合和驗(yàn)證，使多維設(shè)計(jì)得以實(shí)現(xiàn)。本項(xiàng)目功能復(fù)雜，大體量的建筑、機(jī)電管網(wǎng)錯(cuò)綜復(fù)雜，容易出現(xiàn)管網(wǎng)交錯(cuò)、相撞及施工不合理等問(wèn)題。應(yīng)用信息技術(shù)系統(tǒng)及相關(guān)設(shè)備進(jìn)行管網(wǎng)綜合排查。BIM同時(shí)檢測(cè)平面和剖面的位置，建立機(jī)電設(shè)備管網(wǎng)三維模型，合并在建筑模型中，系統(tǒng)可自動(dòng)檢查出“碰撞”部位?？臻g凈高也是管線綜合相關(guān)檢測(cè)工作的一部分，基于BIM信息模型對(duì)建筑內(nèi)不同功能區(qū)域的設(shè)計(jì)高度進(jìn)行分析，查找不符合設(shè)計(jì)規(guī)劃和缺失的部分，提高效率及設(shè)計(jì)品質(zhì)（圖4）。

BIM模型解決凈高問(wèn)題

由于層高及精裝凈高的限制，復(fù)雜的機(jī)電系統(tǒng)和管線排布將直接影響到后續(xù)的機(jī)電安裝及裝修的質(zhì)量和效果。我們前期設(shè)計(jì)階段對(duì)機(jī)電管線綜合考慮不足，加上業(yè)主在過(guò)程中提出了很多新的要求，建筑、結(jié)構(gòu)圖經(jīng)常修改，使本來(lái)深化好的圖紙需要重新進(jìn)行調(diào)整?？紤]到本項(xiàng)目模型體量較大，將建筑模型、結(jié)構(gòu)模型、暖通空調(diào)專業(yè)模型、給排水專業(yè)模型和電氣專業(yè)模型分別構(gòu)建，并給各構(gòu)件賦予了完整的參數(shù)（如尺寸、規(guī)格、型號(hào)、材料等）。先建立建筑模型和結(jié)構(gòu)模型，然后在此基礎(chǔ)上進(jìn)行各專業(yè)設(shè)備管線的建模，再根據(jù)各專業(yè)要求及凈高要求，對(duì)設(shè)備管線進(jìn)行合理細(xì)致的調(diào)整、避讓（圖5）。

BIM模型優(yōu)化設(shè)計(jì)

提出碰撞問(wèn)題只是解決問(wèn)題的第一步，而優(yōu)化設(shè)計(jì)解決方案才是BIM技術(shù)的體現(xiàn)——對(duì)提出的優(yōu)化方案重新建模。三維建模的優(yōu)勢(shì)是多專業(yè)合并立體展現(xiàn)，任何的細(xì)微更改都可以放在整個(gè)模型中直觀查看并更改效果；通過(guò)三維BIM模型平臺(tái)直觀查看問(wèn)題，極大優(yōu)化工作效率；還可以通過(guò)BIM平臺(tái)再將已優(yōu)化的設(shè)計(jì)用二維圖的形式進(jìn)行設(shè)計(jì)變更及技術(shù)交底。此項(xiàng)目?jī)?yōu)化成果顯著，不僅節(jié)約了上百萬(wàn)元的返工和材料費(fèi)用，也大大縮短了工期（圖6）。

施工階段的BIM應(yīng)用

施工階段模型更新及技術(shù)復(fù)核

模型的日常更新和技術(shù)文件的復(fù)核是BIM技術(shù)運(yùn)用的日常工作，也是一個(gè)持之以恒的過(guò)程，其過(guò)程很有意義但卻不會(huì)產(chǎn)生太多涉及成果的內(nèi)容。本項(xiàng)目在模型更新及技術(shù)復(fù)核過(guò)程中，主要結(jié)合了Revit和Navisworks，重點(diǎn)復(fù)核不同設(shè)計(jì)院之間交接的問(wèn)題。如圍護(hù)結(jié)構(gòu)增加的臨時(shí)構(gòu)件是否會(huì)影響永久構(gòu)件的施工，模型更新文件的表現(xiàn)通過(guò)Navisworks進(jìn)行注釋和保存視點(diǎn)，讓管理人員能夠?qū)崟r(shí)了解圖紙文件的變更內(nèi)容，提高識(shí)圖效率，避免施工錯(cuò)誤和返工。

施工方案附圖及技術(shù)交底

施工A、B類方案需配三維附圖，結(jié)合項(xiàng)目方案編制實(shí)際情況，選取部分方案進(jìn)行三維附圖，并結(jié)合實(shí)際需要運(yùn)用BIM技術(shù)進(jìn)行三維交底。項(xiàng)目配有三維附圖的方案主要有支撐拆除方案、土方開(kāi)挖方案、模板方案以及外腳手架方案。三維技術(shù)交底主要集中于方案中文字無(wú)法表述清楚或需要一定三維想象空間的方案部位，就目前的技術(shù)條件，三維技術(shù)交底仍以書(shū)面為主，三維為輔。發(fā)揮三維圖形直觀的優(yōu)勢(shì)，體現(xiàn)空間、時(shí)間的變換（如土方開(kāi)挖方案、支撐拆除方案等）（圖7）。

施工場(chǎng)地平面布置

施工場(chǎng)地平面的布置對(duì)布置人員操作技能和技術(shù)水平要求較高，不僅要求布置人員了解現(xiàn)場(chǎng)平面布置中的主要內(nèi)容和重難點(diǎn)位置，還要求布置人員具備完善的構(gòu)件族庫(kù)和自行建模的操作技能。場(chǎng)地平面布置須根據(jù)時(shí)間節(jié)點(diǎn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)布置進(jìn)行劃分，一般分為樁基、土方開(kāi)挖及地下結(jié)構(gòu)施工、主體結(jié)構(gòu)施工、裝飾裝修施工等幾大階段。每個(gè)階段在平面布置中都需要考慮現(xiàn)場(chǎng)施工道路、大型機(jī)械設(shè)備、材料堆場(chǎng)、臨建辦公生活區(qū)、品牌墻、場(chǎng)地水平/垂直運(yùn)輸路線等主要內(nèi)容。利用BIM進(jìn)行場(chǎng)地平面布置可以充分發(fā)揮三維的優(yōu)勢(shì)，如平面的高低差、車輛的運(yùn)輸路線和現(xiàn)場(chǎng)整體的安排把控等（圖8）。

通過(guò)BIM模型進(jìn)行輔助設(shè)計(jì)比以往單純的效果圖或動(dòng)畫(huà)等效果要更加明顯。效果圖或動(dòng)畫(huà)往往只能在固定方向或者線路進(jìn)行查看，且經(jīng)常會(huì)因?yàn)槌叽珙伾仍虍a(chǎn)生失真等情況；在決策過(guò)程中如果有不同的方案和意見(jiàn)，也無(wú)法及時(shí)調(diào)整和展示。利用BIM技術(shù)，可進(jìn)行周邊環(huán)境漫游、場(chǎng)地漫游，綜合分析可能產(chǎn)生的安全沖突問(wèn)題。通過(guò)不同角度查看現(xiàn)場(chǎng)布置的整體情況，對(duì)平面布置方案中難以量化的潛在空間沖突進(jìn)行量化分析，精準(zhǔn)表達(dá)施工空間沖突指標(biāo)，進(jìn)一步完善場(chǎng)地布置方案，使平面布置方案更全面科學(xué)（圖9）。

施工節(jié)點(diǎn)深化

施工節(jié)點(diǎn)深化是體現(xiàn)BIM技術(shù)價(jià)值的另一個(gè)重要方面，在策劃階段就需要安排好需要深化的機(jī)電內(nèi)容。節(jié)點(diǎn)深化工作往往容易停留在紙面上，如果制定策劃時(shí)沒(méi)想好哪些節(jié)點(diǎn)需要深化，在實(shí)際施工需要節(jié)點(diǎn)深化的時(shí)候，就會(huì)因?yàn)槿S深化節(jié)點(diǎn)所需的時(shí)間過(guò)長(zhǎng)而導(dǎo)致不了了之。深化節(jié)點(diǎn)需要豐富的現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)做指導(dǎo)，更需要技術(shù)水平高超的人員來(lái)實(shí)現(xiàn)，所以在節(jié)點(diǎn)深化的過(guò)程中建議讓項(xiàng)目中經(jīng)驗(yàn)豐富的現(xiàn)場(chǎng)工程師與技術(shù)水平高超的BIM工程師互相配合做深化節(jié)點(diǎn)。需要深化的節(jié)點(diǎn)大多結(jié)構(gòu)復(fù)雜或者形狀不規(guī)則，在本項(xiàng)目中核心筒集水井區(qū)域深化和勁性柱節(jié)點(diǎn)深化等過(guò)程中，依靠現(xiàn)場(chǎng)責(zé)任工程師能夠快速準(zhǔn)確地了解集水井布置方式、土方開(kāi)挖形式和不同部位鋼筋綁扎形式（繞過(guò)十字柱、穿過(guò)十字柱、彎錨、直錨）等內(nèi)容，極大提高了管理效率，大大節(jié)約了工期（圖10～12）。項(xiàng)目含有勁性柱的樓層由于鋼筋綁扎不到位，原本每層工期為15天，通過(guò)節(jié)點(diǎn)深化并進(jìn)行相應(yīng)交底，每層工期縮短到只需要7～10天，效果顯著。

施工機(jī)電深化

施工機(jī)電深化設(shè)計(jì)是體現(xiàn)BIM技術(shù)應(yīng)用價(jià)值的最重要方面，也是產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益最顯著的方面。要做好項(xiàng)目的機(jī)電深化設(shè)計(jì)前提是要做好土建模型的核查、預(yù)留預(yù)埋的檢查、結(jié)構(gòu)構(gòu)造柱等的設(shè)計(jì)工作。實(shí)際機(jī)電綜合管線深化中最難推進(jìn)也是首先要做的工作就是完成機(jī)房、鍋爐房等心臟位置的深化工作，這些位置決定著管線的原始走向和位置。

管線綜合中噴淋末端和支吊架是體現(xiàn)機(jī)電深化精度的另一重要方面，影響機(jī)電深化的另一大因素是精裝修設(shè)計(jì)，由于精裝修設(shè)計(jì)圖紙完成較晚，很容易影響機(jī)電深化進(jìn)度。我們?cè)谏罨^(guò)程中就遇到此類問(wèn)題，精裝修圖紙遲遲無(wú)法確定，嚴(yán)重影響了機(jī)電的深化進(jìn)度。針對(duì)此情況，我們先集中完成機(jī)房深化設(shè)計(jì)和非精裝修區(qū)域的機(jī)電管線綜合，精裝區(qū)域（如商業(yè)、辦公等空間，圖13）單獨(dú)做，但仍不能完全避免過(guò)程中遇到精裝修和非精裝修區(qū)域沖突的問(wèn)題。管線綜合完成后還需進(jìn)行凈空凈高的分析，根據(jù)建設(shè)單位對(duì)不同區(qū)域位置的凈空要求進(jìn)行分析，找出凈空的最不利點(diǎn)位置，重點(diǎn)布置此區(qū)域的管線位置，從而進(jìn)行相應(yīng)管線的標(biāo)高調(diào)整和上翻下翻調(diào)整。項(xiàng)目安排專人負(fù)責(zé)機(jī)電深化工作，根據(jù)最新的CAD施工圖紙，對(duì)原有模型進(jìn)行進(jìn)一步改進(jìn)深化，并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，調(diào)整管線綜合布置，合理預(yù)留套管位置，設(shè)置綜合支架，最后通過(guò)調(diào)整后的二維圖紙和局部三維模型指導(dǎo)施工（圖14）。

結(jié)語(yǔ)

在平?jīng)鼋值?2街坊商業(yè)辦公綜合體項(xiàng)目中，基于以上BIM的應(yīng)用給整個(gè)項(xiàng)目帶來(lái)了設(shè)計(jì)質(zhì)量的提高，加快了施工進(jìn)度，使得施工工序更加合理，減少了反復(fù)拆除修改的工程，增加了經(jīng)濟(jì)利益，為推進(jìn)整體項(xiàng)目做出了巨大的貢獻(xiàn)。