多維化虛擬建造
——天府新區(qū)中交國際中心BIM設(shè)計施建應(yīng)用

賀叢越, 林 升

(1. 中交天府成都實業(yè)有限公司, 四川成都 610000； 2. 山鼎設(shè)計股份有限公司, 四川成都 610000)

中交國際中心為天府新區(qū)在建第一超高層綜合體項目。項目主體結(jié)構(gòu)于2017年順利封頂驗收，裝飾幕墻機(jī)電等工程進(jìn)度過半。其富有特色的大跨門式天際線猶如天府新區(qū)的燈塔，形成了大氣而鮮明的超高層地標(biāo)。項目完成高度216 m，涉及辦公商業(yè)酒店等多種綜合功能要求，采取多向內(nèi)收異型超限結(jié)構(gòu)及頂部大跨體系，項目同時嚴(yán)格的綠建認(rèn)證等甲級國際化辦公商業(yè)物業(yè)要求。面對涉及數(shù)十種專業(yè)的復(fù)雜決策協(xié)調(diào)過程，建設(shè)初期即確定采用基于虛擬建造理念的BIM全流程應(yīng)用。以落地項目來回溯這一理念施行也許更有說服力(圖1)。

圖1 項目成果樣例—分專業(yè)模型、渲染效果、二維、三維及統(tǒng)計成果

1 虛擬建造主要策略

受工具及技術(shù)所限，傳統(tǒng)勘察設(shè)計及施建模式，無論從交付成果或執(zhí)行模式上更多體現(xiàn)為二維化、分隔化及人工化的三大特點(diǎn)。以上特點(diǎn)也是建筑工程行業(yè)的大量弊端的根源，如圖紙信息不完整準(zhǔn)確、“仿真度”低、專業(yè)協(xié)同效率低且不全面及時、工程人為不確定性因素多、決策科學(xué)客觀性不強(qiáng)。

虛擬建造來源于虛擬制造、虛擬建設(shè)及虛擬建筑等概念。虛擬建造模式在項目全流程采用IT、智能化及仿真模擬等多種技術(shù)，以貼近工程實務(wù)的模擬方式及智能化手段完成項目設(shè)計施建。虛擬建造的技術(shù)應(yīng)用超越了傳統(tǒng)方式，能極大提高建設(shè)項目的實施品質(zhì)和管理效率。

作為虛擬建造的重要支撐手段——BIM，即建筑信息建模技術(shù)，滿足了從傳統(tǒng)2維到多維，從分隔到聯(lián)動，從人工化向智能化的跨越。 BIM技術(shù)的核心是對構(gòu)筑物的各階段及各專業(yè)信息的工程數(shù)據(jù)模型創(chuàng)建及管理的過程。相較于CAD技術(shù)應(yīng)用，BIM技術(shù)具備多維化、協(xié)調(diào)性、模擬性、優(yōu)化性、可出圖性等優(yōu)勢，是一次更有意義的建筑業(yè)“革命”。BIM 在全球建設(shè)行業(yè)經(jīng)過數(shù)十年應(yīng)用和研究，已被證明是 建設(shè)行業(yè)技術(shù)及管理升級的核心技術(shù)。根據(jù)相關(guān)統(tǒng)計數(shù)據(jù)，僅BIM三維可視化功能即有助提高企業(yè)競爭力66 %，減少50 %～70 %的信息需求，縮短5 %～10 %的施工周期，減少20 %～25 %的各專業(yè)協(xié)調(diào)時間。

中交國際項目著眼于依靠BIM技術(shù)為建設(shè)過程提供幾項核心改革方案及解決措施。

1.1 圖模聯(lián)動

圖模聯(lián)動提供復(fù)雜項目的二維信息(工程依據(jù))與多維信息(虛擬建造依據(jù))的實時準(zhǔn)確對應(yīng)，是實現(xiàn)虛擬建造管理的重要前提條件。二維設(shè)計交付及管理是工程行業(yè)的現(xiàn)狀標(biāo)準(zhǔn)，只有項目全維度數(shù)據(jù)信息對應(yīng)，基于虛擬數(shù)據(jù)模型與二維交付的同步管控才是理想的模式。 圖模聯(lián)動要求設(shè)計基于所創(chuàng)建的信息模型以逆向工程方式出圖，業(yè)界也稱之為“前BIM”方式。該方式要求從勘察設(shè)計階段即展開BIM執(zhí)行交付，對專業(yè)設(shè)計院是一項重大挑戰(zhàn)。建模出圖的聯(lián)動方式要求在項目全流程貫通，保障各項設(shè)計變更及統(tǒng)計在圖紙模型上同步體現(xiàn)。

受限于設(shè)計行業(yè)的技術(shù)熟練度及成本原因，目前在勘察設(shè)計行業(yè)更多采用“后BIM”模式，設(shè)計仍基于傳統(tǒng)CAD方式執(zhí)行交付，由專項團(tuán)隊根據(jù)圖紙搭建信息模型以檢查驗證設(shè)計成果。相較于“前BIM”模式，“后BIM”模式無法在設(shè)計階段實現(xiàn)多維化檢查優(yōu)化統(tǒng)計，項目過程中無法保障圖紙模型實時準(zhǔn)確對應(yīng)。對于平臺化及多維化項目管控方向以及日趨復(fù)雜的項目類型，“后BIM”模式存在先天的缺陷，只能滿足作為虛擬建造的過渡階段方案。

虛擬建造模式要求BIM圖模聯(lián)動最大化涵蓋全專業(yè)范疇。 從土建機(jī)電等核心專業(yè)到總平場地及幕墻等各子項內(nèi)容，皆能基于統(tǒng)一的平臺實現(xiàn)交互交底。 當(dāng)然這是一個循序漸進(jìn)的實現(xiàn)過程。受現(xiàn)階段規(guī)范及標(biāo)準(zhǔn)等影響，部分專業(yè)如結(jié)構(gòu)等仍無法實現(xiàn)計算分析及信息建模同步。我們在中交國際項目上采用了基于RVT出模板圖的方式，保障結(jié)構(gòu)幾何數(shù)據(jù)的準(zhǔn)備性，從而實現(xiàn)有效的實時錯漏碰缺及凈空檢查。成熟的BIM工具對工程實務(wù)能進(jìn)行高仿真度的呈現(xiàn)，而目前的制圖標(biāo)準(zhǔn)上采取了大量的簡化及減法操作，制約了模型出圖的效能。如施工圖平立剖面僅表達(dá)構(gòu)造層，導(dǎo)致實際的窗墻洞等交接點(diǎn)與實際有出入，在BIM圖模聯(lián)動交付方式中不得不分拆墻體等構(gòu)件在出圖時進(jìn)行局部消隱。

通過圖模聯(lián)動的執(zhí)行交付方式，項目在設(shè)計及施工管理過程中能充分基于模型與圖紙進(jìn)行同步交底，大量減少各專業(yè)的后期變更及現(xiàn)場協(xié)調(diào)工作，部分專業(yè)在項目全過程的變更單只有個位數(shù)。開發(fā)、設(shè)計及施工單位等各部門能充分利用同一模型進(jìn)行深化設(shè)計、信息傳遞、審核優(yōu)化、竣工以及后期運(yùn)維準(zhǔn)備等各項工作(圖2)。

圖2 圖模聯(lián)動—典型圖紙模型聯(lián)動界面

1.2 多維可視化

基于BIM的設(shè)計執(zhí)行交付提供了遠(yuǎn)超二維圖紙的多維化成果。傳統(tǒng)設(shè)計過程也產(chǎn)生三維模擬成果如效果圖，體量模型等。相較于傳統(tǒng)三維設(shè)計成果，建筑信息模型導(dǎo)出的三維成果具備真實客觀性、實時性、全專業(yè)化及全程化等優(yōu)勢特點(diǎn)。 勘察設(shè)計專業(yè)從方案階段即伴隨著模型的搭建深化，開發(fā)單位可以全程基于三維模型進(jìn)行瀏覽審核及判斷決策。 借助BIM工具快速強(qiáng)大的云渲染分析功能，中交國際在項目全程可以對數(shù)十個重要節(jié)點(diǎn)進(jìn)行實時瀏覽審查跟蹤，對構(gòu)筑物的材質(zhì)、光線、視覺條件及可選變量參數(shù)等進(jìn)行仿真模擬，實現(xiàn)設(shè)計品質(zhì)的精細(xì)化管理。借助虛擬現(xiàn)實(VR)工具可進(jìn)一步對項目進(jìn)行動態(tài)條件模擬。

BIM三維可視化在虛擬建造模式中所解決的不僅僅是可視化問題，更重要的是提供了高效客觀的管控手段。為了不過度增加投入成本以實現(xiàn)各參與單位的BIM應(yīng)用普及化，通過輕量化工具或云平臺，在低配置PC端實現(xiàn)快速常態(tài)化瀏覽核查。借助BIM構(gòu)件的參數(shù)化設(shè)定方式，項目可以快速實現(xiàn)重要節(jié)點(diǎn)的多選項三維模擬以滿足快速決策比對需求。中交國際項目基于BIM可視化的設(shè)計優(yōu)化不勝枚舉，如入口門架對三層樓層的采光影響，幕墻構(gòu)件的構(gòu)造控制，頂層會所的空間結(jié)構(gòu)匹配等都是通過三維瀏覽審查方式發(fā)現(xiàn)并設(shè)計比對優(yōu)化。伴隨著信息模型的推演，項目進(jìn)程中可以提供多版次無盲點(diǎn)三維可視化成果跟蹤。建筑信息模型可加載的另一個重要構(gòu)件參數(shù)是時間信息，BIM可視化工具可以對構(gòu)件時間或階段信息參數(shù)設(shè)定進(jìn)行4維化模擬演示。4維可視化的典型成果包含特殊標(biāo)段的施工工序指導(dǎo)， 施工計劃模擬以及日照輻射、采光等的模擬分析。滿足項目設(shè)計施建的精細(xì)化及科學(xué)化管控要求(圖3、圖4)。

1.3 智能化應(yīng)用

Jerry Laiserin 提出過BIM應(yīng)用三階段目標(biāo)，分別是信息建模(Building Information Modelling)、信息管理(Building Information Management)、智能化(Intelligent Implementation)。作為BIM應(yīng)用的終極目標(biāo)，智能化工具及平臺將逐步替代工程中的人為操作，提高執(zhí)行效率、減少風(fēng)險、實現(xiàn)虛擬建造模式中最重要的一環(huán)升級換代。目前較為通用的BIM碰撞檢查即為智能化應(yīng)用的一種初步體現(xiàn)，檢查條件基于企業(yè)級標(biāo)準(zhǔn)過濾器設(shè)定參數(shù)，但核查及報告提交是典型的智能化運(yùn)行。中交國際從初設(shè)階段即展開全專業(yè)錯漏碰缺及凈空檢查，項目全過程中發(fā)現(xiàn)并優(yōu)化了數(shù)千個問題， 且大量問題是在內(nèi)外審基礎(chǔ)上發(fā)現(xiàn)的。 項目利用BIM自動統(tǒng)計工具，在數(shù)據(jù)地理信息模型基礎(chǔ)上加載設(shè)計模型后實時導(dǎo)出挖填方量分析統(tǒng)計數(shù)據(jù)，實現(xiàn)豎向設(shè)計的多方案實時比對。 作為國際化自持類物業(yè)，項目借助BIM云分析工具平臺對外維護(hù)節(jié)能、采光、風(fēng)場、流體環(huán)境舒適度等綠建標(biāo)準(zhǔn)品質(zhì)進(jìn)行實時模擬，針對客觀數(shù)據(jù)進(jìn)行評判，擺脫了傳統(tǒng)經(jīng)驗論和粗放式的設(shè)計推導(dǎo)方式。 借助智能化工具如Pathfinder等對設(shè)計安全及合規(guī)性問題如疏散效果等進(jìn)行精細(xì)化模擬比對。

圖3 全專業(yè)多維可視化節(jié)點(diǎn)及碰撞檢查樣例

圖4 基于多維可視化的設(shè)計優(yōu)化樣例

BIM智能化應(yīng)用的通用提效方式計有輔助建模及繪圖工具、自動統(tǒng)計、在線渲染、云端分析、互動體驗、項管平臺等。BIM智能化應(yīng)用將是虛擬建造模式的各項應(yīng)用中最具發(fā)展?jié)摿Φ念I(lǐng)域；在計算機(jī)生成設(shè)計(Computer Generated Design)，人工智能化管理系統(tǒng)(Artificial Intelligent Management)領(lǐng)域的后續(xù)研究成果將極大改變建造業(yè)的遠(yuǎn)景(圖5、圖6)。

圖5 智能化應(yīng)用樣例綠建模擬分析、 疏散合規(guī)檢查模擬、參數(shù)化多方案節(jié)點(diǎn)比對

2 BIM應(yīng)用執(zhí)行要點(diǎn)

中交國際項目總建面16.2×104m2，總層數(shù)42層，總工期約1 000 d，涵蓋30個以上分包工程子項。項目涉及高危重難節(jié)點(diǎn)計有塔冠大跨度鋼構(gòu)、深基坑、人工挖孔樁、高支模、異形幕墻以及大型超高塔吊、電梯施工等。在如此規(guī)模及復(fù)雜度項目中一步到位順利實施基于虛擬建造的BIM執(zhí)行方式。

2.1 標(biāo)準(zhǔn)化

虛擬建造模式下BIM應(yīng)用目的在于優(yōu)化品質(zhì)、降低風(fēng)險、提升效率。項目首先制定了一系列框架、流程、成果格式及團(tuán)隊職責(zé)分劃。項目采用經(jīng)過檢驗且最成熟的實施工具，項目執(zhí)行過程與成果實現(xiàn)雙軌制。如所有圖紙成果保有Revit建模平臺上映射的DXF格式，確保各專業(yè)可在DXF及RVT界面同步跟進(jìn)圖紙，同時通過鏈接映射方式實時反饋圖紙審核注釋意見到建模出圖人員。 解決了不具備BIM建模操作能力的總工及核心專業(yè)負(fù)責(zé)人都能參與到BIM實施項目中。 項目全流程無論是出圖或變更都嚴(yán)格按圖模聯(lián)動方式執(zhí)行，確保信息端口準(zhǔn)確性。限于成本因素不能無限制提交多維化成果，項目在先期確定30個重難點(diǎn)區(qū)域，抓住實施全程可視化跟蹤，以最有效的方式控制項目品質(zhì)及風(fēng)險。 項目在交付交底階段提供各項標(biāo)準(zhǔn)多維成果使用說明及使用培訓(xùn)，確保BIM執(zhí)行的延續(xù)性和普及化。 中交國際項目設(shè)計施建階段使用了20種以上軟件工具，包含建模、出圖、管理、分析、渲染、統(tǒng)計、瀏覽、物聯(lián)等多項內(nèi)容。項目所設(shè)定虛擬建造標(biāo)準(zhǔn)先期對成果格式、參數(shù)設(shè)定及內(nèi)容都進(jìn)行了具體定義，確保從設(shè)計到運(yùn)維端各項延伸應(yīng)用的有效傳遞與對接交互(圖7)。

圖7 企業(yè)級標(biāo)準(zhǔn)樣例及族庫構(gòu)件樣例

2.2 循序漸進(jìn)

中交國際項目在勘察設(shè)計階段確定BIM應(yīng)用要求。在前期土建機(jī)電設(shè)計執(zhí)行及交付成果達(dá)標(biāo)后，借助三維交底及培訓(xùn)對深化設(shè)計及開發(fā)建管部門展現(xiàn)有說服力的正向效應(yīng)。在施工招采階段進(jìn)一步提出BIM應(yīng)用要求。該項目各開發(fā)、勘察設(shè)計及施工單位都是首次在類似復(fù)雜度及廣度深度項目中實現(xiàn)BIM應(yīng)用且都獲得了良性的價值回報。在地下室建設(shè)中，機(jī)電安裝基于BIM建模工具，分標(biāo)段對機(jī)電管綜進(jìn)行深化建模設(shè)計，實現(xiàn)零返工。 項目塔冠大跨鋼構(gòu)基于設(shè)計及工程模型(PBIM)進(jìn)行施工工序模擬，按期完成該重難點(diǎn)標(biāo)段的施工并實現(xiàn)零事故率。 項目對5D項管平臺、P6項目進(jìn)度模擬，基于物聯(lián)網(wǎng)的二維碼，RFID等技術(shù)進(jìn)行了局部試點(diǎn)，為后續(xù)項目應(yīng)用提供技術(shù)積累。項目的開發(fā)設(shè)計管理最大化進(jìn)行先期審評決策，最小化銷售等決策因素帶來的變更影響，保障了設(shè)計施建階段BIM虛擬建造的順利實施。 項目實現(xiàn)階段竣工后目前已展開運(yùn)維端BIM應(yīng)用(圖8～圖10)。

圖8 BIM算量參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)及實物清單樣例

圖9 虛擬拼裝深化設(shè)計樣例

2.3 技術(shù)要點(diǎn)

為實現(xiàn)虛擬建造模式，中交國際項目在技術(shù)層面嘗試積累了多種解決方法。如建筑采取分層三道墻方式搭建， 裝飾構(gòu)件采取等厚度常規(guī)建模，標(biāo)準(zhǔn)化參數(shù)設(shè)定等以滿足出圖及算量要求。錯漏碰缺檢查的標(biāo)準(zhǔn)過濾器設(shè)定涵蓋90 %以上構(gòu)件交叉核查。機(jī)電映射建筑平面視圖確?？鐚I(yè)圖紙高效同步。 設(shè)定項目標(biāo)準(zhǔn)樣板文件，標(biāo)準(zhǔn)族庫及標(biāo)準(zhǔn)組等基礎(chǔ)信息資料，作為全模搭建基礎(chǔ)搭建，同時按標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行編輯模

圖10 BIM算量參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)及實物清單樣例

型分拆組合。 基于DWF與RVT格式的互動云審閱批注。 設(shè)定典型分專業(yè)協(xié)同及避讓原則(圖11)。

圖11 全息模型及項目軟件工具匯總

3 綜述

中交國際中心基礎(chǔ)上以務(wù)實的方式實現(xiàn)了全專業(yè)全流程多維度的BIM設(shè)計施建應(yīng)用。項目囊括了省創(chuàng)新杯、開明杯等多項BIM大賽首獎；項目基地同時獲評為省市文明施工

標(biāo)準(zhǔn)化工地及機(jī)電觀摩工地；印證了虛擬建造理念的創(chuàng)新性和可行性。虛擬建造的理念和應(yīng)用方式正處于持續(xù)性延展和深化的進(jìn)程中；其大范圍應(yīng)用落地也受到行業(yè)制約、成本因素及技術(shù)條件的制約；中交國際項目的實施也僅代表其中一段里程?；谔摂M建造理念基礎(chǔ)上的BIM算量應(yīng)用，5D管理、物聯(lián)網(wǎng)、云交互及各項智能化技術(shù)都有待在后續(xù)工程中實現(xiàn)深度及廣度上的應(yīng)用。 本文所總結(jié)的應(yīng)用理念策略、要點(diǎn)及技術(shù)積累謹(jǐn)供建設(shè)同業(yè)相關(guān)創(chuàng)新及BIM應(yīng)用執(zhí)行參考。

[1] The Laiserin Letter-Jerry Laiserin[OL]. http://www.laiserin.com

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