東土城路5號(hào)科研樓項(xiàng)目
——基于EPC模式的BIM技術(shù)應(yīng)用

(北京城建二建設(shè)工程有限公司，北京 100039)

1 工程概況

1.1 項(xiàng)目簡(jiǎn)介

東土城路5號(hào)科研樓項(xiàng)目，位于北京市朝陽(yáng)區(qū)東土城路5號(hào)地，東二環(huán)與三環(huán)之間，框架剪力墻結(jié)構(gòu)，建筑功能為科研辦公樓，總建筑面積為58 835.39m2，其中地下室四層，建筑面積24 783.74 m2，主要使用功能為餐廳、汽車庫(kù)及設(shè)備用房，地上分為共A座、B座兩個(gè)單體，A座地上14層，建筑檐高49.50m，B座地上12層(裙樓4層)，建筑檐高59.85m，地上建筑面積34 051.65m2，如圖1所示 。

圖1 效果圖

1.2 工程特點(diǎn)和難點(diǎn)

(1)本項(xiàng)目屬于EPC總承包模式，涉及參建單位多，如何提高參建各方間信息傳遞效率，避免因信息傳遞失誤造成不必要損失是本項(xiàng)目的重要課題；

(2)工程地處東二環(huán)與三環(huán)之間，施工場(chǎng)地狹小，西側(cè)基坑邊距施工圍擋僅4m，且緊鄰軸周邊住宅樓，對(duì)綠色文明施工要求較高，給施工組織和施工現(xiàn)場(chǎng)布置帶來了極大的困難；

(3)地下四層冷凍機(jī)房?jī)艨崭叨?.75m，A座首層入口大堂凈空高度9.93m，均屬于超限模架施工范圍，對(duì)施工質(zhì)量、安全控制要求較高。

2 BIM組織和應(yīng)用環(huán)境

2.1 BIM應(yīng)用目標(biāo)

設(shè)計(jì)階段目標(biāo)為提高方案決策效率，并通過深化設(shè)計(jì)提高建筑性能及用戶舒適度；施工階段目標(biāo)為復(fù)雜施工工藝三維模擬，提高施工管理精細(xì)化程度；運(yùn)維階段目標(biāo)為提高運(yùn)維管理的自動(dòng)化程度及應(yīng)急響應(yīng)效率。

2.2 團(tuán)隊(duì)組織

成立由公司副職領(lǐng)導(dǎo)、公司部門負(fù)責(zé)人、項(xiàng)目部實(shí)施人員組成的三層級(jí)BIM應(yīng)用總控小組，為BIM技術(shù)應(yīng)用落地實(shí)施提供應(yīng)用環(huán)境保證和技術(shù)支持。

2.3 管理體系

為了實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)管理系統(tǒng)、施工管理系統(tǒng)、運(yùn)維管理系統(tǒng)，需建立建筑專業(yè)、結(jié)構(gòu)專業(yè)、機(jī)電專業(yè)、精裝專業(yè)、工程造價(jià)等一系列模型，其中rvt格式的revit模型是其他軟件應(yīng)用的基礎(chǔ)，可以直接或通過插件導(dǎo)入其它軟件，從而提高模型在各項(xiàng)目管理階段的利用效率，體現(xiàn)EPC+BIM管理優(yōu)勢(shì)。

2.4 應(yīng)用流程

EPC+BIM技術(shù)應(yīng)用涉及策劃、設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)維四個(gè)階段，策劃和設(shè)計(jì)階段形成施工圖模型，施工階段形成竣工模型，運(yùn)維階段形成運(yùn)維模型，各階段的承擔(dān)方以前一階段模型為基礎(chǔ)進(jìn)行深化，有用于本階段管理，并為下一次的應(yīng)用提供模型基礎(chǔ)。材料、設(shè)備的相關(guān)信息通過模型屬性在各階段共享，并為采購(gòu)提供參數(shù)信息。

2.5 軟硬件環(huán)境

核心建模類、動(dòng)畫制作類、精細(xì)化管理類軟件共計(jì)使用12種，見圖3。工作平臺(tái)采用BIMfish協(xié)同管理平臺(tái)。硬件除配備臺(tái)式工作站、移動(dòng)工作站外，另配北了一臺(tái)320G內(nèi)存、16個(gè)用戶端口的服務(wù)器，用于數(shù)據(jù)儲(chǔ)存共享。

圖2 EPC+BIM管理體系圖

圖3 BIM技術(shù)應(yīng)用流程

圖4 軟件及功能

3 BIM應(yīng)用

BIM推進(jìn)EPC管理的融合，我們進(jìn)行了5個(gè)方向的實(shí)踐分析，包括設(shè)計(jì)與功能融合、設(shè)計(jì)與商務(wù)融合、施工與采購(gòu)融合、施工與設(shè)計(jì)融合和施工與運(yùn)維融合。

3.1 設(shè)計(jì)與功能融合

模擬各設(shè)計(jì)方案的視覺效果，便于業(yè)主綜合考慮建筑面積、容積率、建筑密度、層數(shù)的需求與實(shí)際效果，提高方案決策的效率；建筑布局深化設(shè)計(jì)，我們通過BIM輔助軟件對(duì)本項(xiàng)目進(jìn)行太陽(yáng)輻射模擬、室外風(fēng)環(huán)境模擬、采光分析等一系列分析，提高了建筑性能及用戶舒適度。

圖5 采光分析 圖6 可視度分析

圖7 室內(nèi)光線分析

3.2 設(shè)計(jì)與商務(wù)融合

模擬夜間照明方案及精裝方案，并根據(jù)自動(dòng)生成材料計(jì)劃，給出相應(yīng)方案造價(jià)信息，助力方案決策。

圖8 夜間照明方案比選

圖9 A座首層大堂精裝方案比選

3.3 設(shè)計(jì)與采購(gòu)融合

針對(duì)項(xiàng)目的土建、設(shè)備類型，累計(jì)定制標(biāo)準(zhǔn)族1 000余個(gè)，在設(shè)備構(gòu)件屬性中增加相應(yīng)的參數(shù)要求，儲(chǔ)存于BIMfish協(xié)同管理平臺(tái)，共享給參與各方，根據(jù)特殊的構(gòu)件信息確定招采。

給水、消防、空調(diào)管線采用共用支吊架，實(shí)現(xiàn)了模型直接出圖，用于支吊架加工。自動(dòng)計(jì)算支吊架各類材料用量，核算廠家報(bào)價(jià)的合理性。

3.4 施工與設(shè)計(jì)融合

為解決施工場(chǎng)地狹小、現(xiàn)場(chǎng)布置困難問題，建立現(xiàn)場(chǎng)布置模型，直觀的對(duì)現(xiàn)場(chǎng)布置方案進(jìn)行比選，以達(dá)到排布合理，外觀方案與實(shí)際效果統(tǒng)一的目的。

對(duì)機(jī)電管線進(jìn)行綜合排布、凈高分析，針對(duì)管線穿結(jié)構(gòu)、凈空高度不滿足等問題，與設(shè)專業(yè)設(shè)計(jì)、甲方溝通，確定最終的管線綜合排布模型，導(dǎo)出施工圖。

本工程核心筒墻體和框架柱采用定型木工字梁模板，屬于新型模板，現(xiàn)場(chǎng)工人對(duì)其組裝及安裝流程并不熟悉，為保證施工質(zhì)量，制作了定型木工字梁模板安裝、組裝的視頻，方便操作人員隨時(shí)查看。

圖10 族庫(kù)及信息

圖11 共用支架出圖流程

圖12 施工現(xiàn)場(chǎng)平面布置模型 圖13 施工現(xiàn)場(chǎng)布置實(shí)景

圖14 管線綜合排布模型 圖15 凈空高度分析

本工程地下四層冷凍機(jī)房、A座首層大堂支模高度均大于8m，屬于超限模架施工范圍，為保證施工方案信息傳遞的準(zhǔn)確性，建立支撐架布置模型，對(duì)施工人員交底以可視化交底與文字交底相結(jié)合的形式進(jìn)行。

應(yīng)用BIM云翻樣軟件進(jìn)行鋼筋翻樣，提高翻樣的效率和準(zhǔn)確率，減少手工翻樣失誤引起的鋼筋浪費(fèi)，并基于云翻樣的平臺(tái)優(yōu)化墻柱豎向鋼筋、后澆帶處板水平鋼筋的下料方案，對(duì)于復(fù)雜節(jié)點(diǎn)處鋼筋的排布進(jìn)行三維可視化交底，提高驗(yàn)收成功率。

圖16 模板組裝流程 圖17 模板安裝流程

圖18 超限模架施工范圍支撐架模型

圖19 鋼筋優(yōu)化示意圖 圖20 鋼筋節(jié)點(diǎn)大樣

對(duì)易損耗材料的使用方案進(jìn)行深化設(shè)計(jì)，包括頂板模板面板裁切方案、二次結(jié)構(gòu)砌塊排布，并自動(dòng)計(jì)算材料用量，以提高材料利用效率，施工管理的精力化程度。

由于二次結(jié)構(gòu)墻體砌筑工藝流程多，使用傳統(tǒng)的文字交底容易產(chǎn)生信息傳遞誤區(qū)。通過視頻動(dòng)畫直觀的表現(xiàn)施工流程，并將規(guī)范對(duì)各流程的要求體現(xiàn)在視頻中，完成了文字交底向可視化交底的100%轉(zhuǎn)化。

通過構(gòu)件級(jí)的精細(xì)化建模，為每一個(gè)構(gòu)件賦予獨(dú)立的構(gòu)件編號(hào)，通過二維碼平臺(tái)自動(dòng)生成二維碼，內(nèi)容包括：構(gòu)件的構(gòu)件信息、資料信息、位置信息、鋼筋信息，使構(gòu)件在施工中的各個(gè)環(huán)節(jié)做到責(zé)任到人，增加施工過程的可追溯性。

圖21 二次結(jié)構(gòu)排磚 圖22 頂板模板面板裁切圖

圖23 二次結(jié)構(gòu)施工流程圖

圖24 結(jié)框架柱二維碼信息

使用三維激光掃描儀對(duì)澆筑完成的混凝土構(gòu)件進(jìn)行脈沖式激光掃描，將掃描到的點(diǎn)云模型和BIM模型擬合進(jìn)行對(duì)比分析，檢查現(xiàn)場(chǎng)混凝土施工質(zhì)量情況，提高施工質(zhì)量檢查效率和準(zhǔn)確性，也為裝飾等專業(yè)深化設(shè)計(jì)提供了依據(jù)。

基于BIM和移動(dòng)定位技術(shù)的施工質(zhì)量管理系統(tǒng)，將BIM模型導(dǎo)入，檢查人員可統(tǒng)一瀏覽，并基于模型和國(guó)家相關(guān)驗(yàn)收規(guī)范自動(dòng)生成檢驗(yàn)批列表和檢查項(xiàng)目列表，在模型上顯示檢查點(diǎn)，驗(yàn)收人員填寫的現(xiàn)場(chǎng)記錄表中的數(shù)據(jù)，系統(tǒng)自動(dòng)生成檢驗(yàn)批質(zhì)量驗(yàn)收記錄表。

BIM+VR沉浸式培訓(xùn)，利用虛擬現(xiàn)實(shí)引擎的特性實(shí)現(xiàn)BIM信息交互、BIM協(xié)同工作、虛擬漫游等BIM應(yīng)用讓施工人員提前對(duì)施工時(shí)的危險(xiǎn)源進(jìn)行預(yù)判，直觀地對(duì)危險(xiǎn)源提前排查，有效培養(yǎng)安全責(zé)任意識(shí)，從根本上進(jìn)行“內(nèi)心教育”。

圖25 A座首層核心筒點(diǎn)云模型 圖26 A座核心筒Revit模型

圖27 質(zhì)量管理系統(tǒng)操作流程

圖28 BIM+VR沉浸式培訓(xùn)

圖29 含裝修做法模型 圖30 隱藏裝修做法模型

圖31 消防報(bào)警應(yīng)急響應(yīng)流程圖

3.5 設(shè)計(jì)與運(yùn)維融合

本項(xiàng)目A座主樓作為自持物業(yè)對(duì)外出租，業(yè)主變更時(shí)，不可避免的對(duì)原有墻體進(jìn)行拆改，傳統(tǒng)的建筑信息都存放于二維圖紙上，需要專業(yè)人員去查找信息，過程比較繁瑣。但是基于BIM交付三維竣工模型，就可以直觀地查看需要拆改的墻體是否為承重墻，且墻體中是否存在不能拆除的管線，從而快速地制定墻體拆改方案。

將建筑模型與消防報(bào)警中控系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)，火災(zāi)時(shí)，在建筑模型上快速定位所在的位置，并查看周邊的疏散通道和重要設(shè)備情況信息。通過建筑監(jiān)控系統(tǒng)，觀察受災(zāi)區(qū)域人流的疏散情況，確定完善的逃生方案，從而高效地組織疏散。

4 應(yīng)用效果

4.1 項(xiàng)目效益

目前應(yīng)用BIM技術(shù)，在方案優(yōu)化、深化設(shè)計(jì)、成本管理、專項(xiàng)工程等方面，取得了約90.05萬(wàn)元的經(jīng)濟(jì)效益。

表1 項(xiàng)目收益統(tǒng)計(jì)表

項(xiàng)目應(yīng)用成果經(jīng)濟(jì)效益深化設(shè)計(jì)減少圖紙變更,優(yōu)化鋼筋、模板方案優(yōu)化40萬(wàn)元機(jī)電碰撞檢查解決管線碰撞830處19.6萬(wàn)元BIM管理平臺(tái)確保材料供應(yīng),成本管控13.1萬(wàn)元施工模擬15次施工模擬,減少返工6.3萬(wàn)元孔洞預(yù)留減少預(yù)留錯(cuò)誤95處11.05萬(wàn)元

4.2 專利研發(fā)

利用BIM技術(shù)助力“圓(弧)形粗鋼筋成型器”研發(fā)工作。建立成型器模型，模擬成型器工作原理，成功地解決了大直徑圓弧形鋼筋成型質(zhì)量這一難題。應(yīng)用BIM技術(shù)進(jìn)行，便于成型器的加工人員和使用人員操作。

此創(chuàng)新成果于2017年4月20日已獲得國(guó)家實(shí)用新型專利，并2017年參加了由北京市建筑業(yè)聯(lián)合會(huì)舉辦的工程建設(shè)優(yōu)秀質(zhì)量管理小組第一名，此成果的創(chuàng)新性得到了專家組的一直好評(píng)，并在推薦參賽的360個(gè)成果中進(jìn)行演示，得到了業(yè)界同行及兄弟單位的認(rèn)可，推薦參加了由中國(guó)施工企業(yè)管理協(xié)會(huì)組織質(zhì)量管理小組并獲得一等獎(jiǎng)。

5 總結(jié)

5.1 創(chuàng)新點(diǎn)

(1)項(xiàng)目以EPC模式承包模式的管理難點(diǎn)為導(dǎo)向，提出了基于BIM技術(shù)的項(xiàng)目管理框架，提高了管理效率；

(2)突破BIM應(yīng)用以設(shè)計(jì)方、施工方、運(yùn)維方為主要參與人員的桎梏，借助高校人才，將產(chǎn)學(xué)研相結(jié)合。

圖32 圓(弧)形鋼筋成型器模型

5.2 經(jīng)驗(yàn)總結(jié)

(1)注重BIM技術(shù)應(yīng)用過程中專業(yè)人才的培養(yǎng)，形成人才培養(yǎng)機(jī)制，打造更專業(yè)人才隊(duì)伍，滿足公司各項(xiàng)目深入應(yīng)用BIM技術(shù)的需求；

(2)突破施工項(xiàng)目的，探索BIM技術(shù)在高預(yù)制率裝配式建筑、綠色建筑等新技術(shù)方面的應(yīng)用；

(3)梳理項(xiàng)目級(jí)BIM應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)化流程、分析整理匯總企業(yè)級(jí)的大數(shù)據(jù)、探索智慧工地與互聯(lián)網(wǎng)+的應(yīng)用。

圖33 圓(弧)形鋼筋成型器實(shí)物