中法-西岸美術(shù)館基于BIM技術(shù)的總承包管理應(yīng)用

(中國建筑第八工程局有限公司上海分公司，上海 201204)

1 工程概況

1.1 項(xiàng)目簡(jiǎn)介

西岸美術(shù)館位于上海市徐匯區(qū)開放空間近龍?zhí)m路段，由英國建筑大師戴衛(wèi)·奇普菲爾德的建筑事務(wù)所擔(dān)綱設(shè)計(jì)，總建筑面積約23 400m2。為鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，地上兩層，建筑面積8 138.56m2，地下兩層，建筑面積14 216.74m2，建成以后主要為法國蓬皮杜藝術(shù)中心進(jìn)行展覽。如圖1所示。

圖1 項(xiàng)目效果圖

設(shè)計(jì)從場(chǎng)地分析入手，著眼于建筑與周邊環(huán)境的相互滲透融合。三個(gè)高約18m的地塊分別從西、南、北三面界定了建筑體量。在體塊內(nèi)部巧妙采用了上下層疊的布置方式，形成了下層利用側(cè)高窗采光，上層利用頂光的采光方式。此外，還設(shè)有一片視野開闊的全景視窗，可以欣賞浦江河畔秀美風(fēng)景。

1.2 工程特點(diǎn)和難點(diǎn)

中法-西岸美術(shù)館具有大跨度、高支模、高要求和高精度等重點(diǎn)、難點(diǎn)。該美術(shù)館展廳要求恒溫恒濕，外加法國業(yè)主簡(jiǎn)潔不簡(jiǎn)單的理念，使得工序復(fù)雜，并且在施工過程中處處體現(xiàn)出高質(zhì)量的要求。同時(shí)，該項(xiàng)目作為中法文化交流的紐帶，具有重要的政治意義，項(xiàng)目運(yùn)用新型的“BIM+”管理方式向法國業(yè)主展示精細(xì)化管理，以增加業(yè)主的可信度。

2 BIM組織與應(yīng)用環(huán)境

2.1 BIM應(yīng)用目標(biāo)

本工程由中建八局上海公司推動(dòng)實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目建設(shè)全生命周期BIM技術(shù)應(yīng)用[1]，努力實(shí)現(xiàn)施工全過程BIM應(yīng)用[2]、BIM技術(shù)實(shí)施藝術(shù)建造[3-4]和BIM技術(shù)促進(jìn)總承包管理，項(xiàng)目在設(shè)計(jì)管理、質(zhì)量管理、協(xié)調(diào)管理、商務(wù)管理全面推進(jìn)，實(shí)現(xiàn)全專業(yè)的BIM技術(shù)應(yīng)用[5]。如圖2-4所示。

圖2 建筑模型圖

圖3 暖通模型圖

圖4 強(qiáng)弱電模型圖

2.2 實(shí)施方案

本項(xiàng)目制定了完備的BIM技術(shù)實(shí)施方案。在本項(xiàng)目實(shí)施開始前，首先根據(jù)法國的建模標(biāo)準(zhǔn)和中建八局公司的建模標(biāo)準(zhǔn)，制定了完整的BIM實(shí)施方案；土建、鋼結(jié)構(gòu)、機(jī)電專業(yè)、幕墻專業(yè)按照相關(guān)要求，利用Revit軟件繪制土建、鋼結(jié)構(gòu)、機(jī)電模型。

2.3 組織體系

本項(xiàng)目采用團(tuán)隊(duì)加項(xiàng)目的形式，本身經(jīng)理部有一個(gè)深化設(shè)計(jì)小組，在前期大量建模、深化，在本階段是以后臺(tái)團(tuán)隊(duì)為主，項(xiàng)目為輔。在項(xiàng)目實(shí)施階段以項(xiàng)目為主，團(tuán)隊(duì)為輔。同時(shí)本項(xiàng)目的BIM團(tuán)隊(duì)根據(jù)國際BIM標(biāo)準(zhǔn)相對(duì)應(yīng)編制了配套的建模標(biāo)準(zhǔn)、管理標(biāo)準(zhǔn)及具體的項(xiàng)目實(shí)施方案，相互聯(lián)動(dòng)，相互協(xié)同[6]。

2.4 軟硬件環(huán)境

本項(xiàng)目主要應(yīng)用軟件有：AutoCAD、Autodesk Revit、Autodesk Navisworks、Tekla、Rhino、lumion中建八局BIM協(xié)同管理平臺(tái)、中建八局BIM鋼筋算量系統(tǒng)、中建八局BIM機(jī)電算量模型系統(tǒng)[7-8]。

圖5 使用軟件圖

圖6 硬件設(shè)施圖

3 基于BIM的藝術(shù)建造

3.1 BIM建模

BIM技術(shù)是一系列的軟件進(jìn)行協(xié)同工作，信息共享，建立起的BIM信息化平臺(tái)。經(jīng)理部BIM小組根據(jù)BIM技術(shù)應(yīng)用方案進(jìn)行模型建立，如土建模型、機(jī)電模型、場(chǎng)布模型、鋼結(jié)構(gòu)模型、幕墻模型等，同時(shí)匯集各專業(yè)分包單位模型，組織BIM小組進(jìn)行深化設(shè)計(jì)，并開展總承包管理應(yīng)用方面。

利用BIM信息化平臺(tái)，將建立的BIM模型導(dǎo)入到NavisWorks中，進(jìn)行模型碰撞，在同一參數(shù)化的BIM信息平臺(tái)上，協(xié)調(diào)各方[9]，對(duì)模型進(jìn)行修改，使各參與方能及時(shí)了解建筑項(xiàng)目的情況，能夠隨時(shí)對(duì)裝配式建筑進(jìn)行調(diào)整，消除交流障礙。

3.2 恒溫恒濕的要求

本工程建筑主要是為法國蓬皮杜藝術(shù)中心量身定做，法國展方對(duì)本項(xiàng)目具有很高的恒溫恒濕要求，如何能完成這個(gè)要求，這需要施工各個(gè)階段保證系統(tǒng)的設(shè)計(jì)在設(shè)計(jì)階段有相關(guān)分析考慮，在施工階段我們完成深化設(shè)計(jì)后進(jìn)行復(fù)核，在設(shè)備完成采購后進(jìn)行復(fù)核；首先根據(jù)法國蓬皮杜藝術(shù)中心給的設(shè)計(jì)文件，本項(xiàng)目了解到溫度20°，正負(fù)1°，濕度50%，正負(fù)5%，通過軟件計(jì)算可以滿足恒溫恒濕的要求。

圖7 設(shè)計(jì)文件圖

圖8 計(jì)算頁面圖

(1) 施工模擬

面層一次澆筑成形，平整度在3mm以內(nèi)；本項(xiàng)目利用3Dmax制作施工模擬視頻，將施工步驟制作成視頻，給施工人員交底，直觀、三維地告訴施工人員操作工序[10]，保證了面層一次澆筑成型，平整度在3mm以內(nèi)。如圖9-10所示。

圖9 架空樓板優(yōu)化前

圖10 架空樓板優(yōu)化后

(2)碰撞優(yōu)化[11]

架空層設(shè)有滿足恒溫恒濕的機(jī)電系統(tǒng)，而且所有預(yù)留預(yù)埋也是隨著樓板一次成形；利用BIM協(xié)調(diào)管理的特性對(duì)架空樓板中的導(dǎo)墻進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，保證風(fēng)管和導(dǎo)墻沒有碰撞，其次，在支模板時(shí)發(fā)現(xiàn)優(yōu)化的模板與風(fēng)管有碰撞，該架空樓板的高度不可調(diào)，同時(shí)有恒溫恒濕的要求，風(fēng)管的截面面積不可調(diào)，因此只能優(yōu)化支模體系。本項(xiàng)目利用BIM技術(shù)建立模型，將木模板換成鋼模板，之后利用MIDAS軟件進(jìn)行計(jì)算，發(fā)現(xiàn)完全滿足承載力的要求，并且滿足凈高的要求，這樣一個(gè)棘手的問題就迎刃而解了。如圖11-12所示。

圖11 架空樓板優(yōu)化前

圖12 架空樓板優(yōu)化后

(3) 協(xié)同設(shè)計(jì)

架空地板的框架與機(jī)電管線的綜合深化，機(jī)電管線末端的精準(zhǔn)定位，等于把原來頂上的工作在地面上做，同時(shí)還要考慮模板承載力的計(jì)算。綜合考慮設(shè)計(jì)的美感、機(jī)電的最優(yōu)效果、施工工藝的綜合因素。所有模型通過業(yè)主、設(shè)計(jì)、機(jī)電施工團(tuán)隊(duì)、精裝修施工確認(rèn)后，形成一系統(tǒng)的深化圖、節(jié)點(diǎn)圖用于指導(dǎo)施工。

在質(zhì)量保證上我們也借助BIM機(jī)器人進(jìn)行放線定位，控制地平面的控制線，施工完成后，進(jìn)行復(fù)核。最后我們整個(gè)平面控制在1.8mm以內(nèi)。

3.3 室外異形大臺(tái)階

BIM技術(shù)最顯著的特點(diǎn)是可視化。即在建筑設(shè)計(jì)、碰撞檢查、施工模擬、優(yōu)化模擬操作等都是可視化的。隨著技術(shù)的發(fā)展，建筑結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜，體型越來越多樣，CAD圖紙未免會(huì)表達(dá)不出，利用BIM可視化的特點(diǎn)，用三維模型來展示傳統(tǒng)用線條表達(dá)的構(gòu)件或構(gòu)造，提高工作效率和準(zhǔn)確性。

單從模型中看到外觀很普通，實(shí)則結(jié)構(gòu)很復(fù)雜，梁與柱之間有角度、梁與臺(tái)階之間有角度、還有折梁，基本上沒有一個(gè)地方是同一平面上，施工圖表達(dá)的很含糊，本項(xiàng)目利用Revit進(jìn)行建模，將最優(yōu)模型導(dǎo)出施工圖紙，然后利用測(cè)量機(jī)器人進(jìn)行放樣，找到定位和標(biāo)高，這樣我們才把異形臺(tái)階做出來。如圖13所示。

圖13 室外異形臺(tái)階

3.4 大跨度懸挑板、高支模主要是復(fù)核計(jì)算的應(yīng)用

室外的懸挑型鋼結(jié)構(gòu)懸挑雨棚只有一根柱子，設(shè)計(jì)單位計(jì)算不均勻沉降是6-7cm，這個(gè)沉降影響到后續(xù)鋼結(jié)構(gòu)的施工定位，為保證工序的順利銜接，本項(xiàng)目通過建模復(fù)核計(jì)算，計(jì)算結(jié)果起拱10cm，經(jīng)過與設(shè)計(jì)單位確認(rèn)，修改了后型鋼結(jié)構(gòu)的施工連接點(diǎn)。

本項(xiàng)目有高大空間5處和有高支模14處，依據(jù)施工要求，高支模必須經(jīng)過計(jì)算和專家論證才能施工。本項(xiàng)目通過建立模型，將模型導(dǎo)入到MIDAS中進(jìn)行計(jì)算，得出了初步結(jié)果，根據(jù)結(jié)果編制了施工方案，然后再進(jìn)行了專家論證，施工方案通過專家論證后，我們才進(jìn)行了施工。如圖14-16所示。

3.5 復(fù)雜的型鋼節(jié)點(diǎn)

本項(xiàng)目不同的型鋼節(jié)點(diǎn)就有19種，專業(yè)分包單位深化不出，總包單位利用Tekla軟件進(jìn)行建模，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)柱與鋼筋的復(fù)雜節(jié)點(diǎn)進(jìn)行優(yōu)化[12]，采用在鋼柱H板上開洞的做法，并焊接套筒連接節(jié)點(diǎn)形式進(jìn)行連接，利用軟件做出每種節(jié)點(diǎn)，根據(jù)節(jié)點(diǎn)導(dǎo)出節(jié)點(diǎn)詳圖，專業(yè)分包單位根據(jù)圖紙讓加工廠進(jìn)行加工，解決了型鋼節(jié)點(diǎn)多且復(fù)雜的問題。如圖17-18所示。

圖14 大跨度懸挑板模型

圖15 大跨度懸挑板照片

圖16 MDIAS計(jì)算

圖17 鋼結(jié)構(gòu)三維模型Ⅰ

圖18 鋼結(jié)構(gòu)三維模型Ⅱ

3.6 協(xié)同管理

利用中建八局BIM協(xié)同管理平臺(tái)，將模型上傳至平臺(tái)上，使項(xiàng)目各參與人員通過PC端或手機(jī)端隨時(shí)隨地地進(jìn)行溝通交流，并依托BIM模型快速準(zhǔn)確獲知工程信息，使得各參見單位查詢、獲取、協(xié)調(diào)更加便捷，實(shí)現(xiàn)了工程項(xiàng)目管理由傳統(tǒng)的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的溝通交流方式到多方隨時(shí)隨地溝通交流協(xié)同，提高項(xiàng)目管理的效率[13]。

使用手機(jī)端登錄平臺(tái)，可隨時(shí)查看施工進(jìn)度、質(zhì)量問題、安全問題、設(shè)計(jì)協(xié)調(diào)內(nèi)容，極大地方便了項(xiàng)目協(xié)作管理，同時(shí)也形成了從發(fā)現(xiàn)問題到問題追蹤再到整改落實(shí)的閉合管理流程。如圖19-21所示。

3.7 質(zhì)量管理

本項(xiàng)目參與開發(fā)了公司的質(zhì)量管理平臺(tái)，通過中建八局網(wǎng)頁端、PC端和移動(dòng)端，輔助項(xiàng)目的現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量管理。將質(zhì)量問題拍照上傳至云平臺(tái)上，基于云實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)同步，并以多種表現(xiàn)形式在模型中展現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，協(xié)助各管理人員對(duì)問題進(jìn)行直觀管理。限期整改，同時(shí)統(tǒng)計(jì)問題生成報(bào)表，實(shí)現(xiàn)了對(duì)現(xiàn)場(chǎng)問題的動(dòng)態(tài)監(jiān)控，提高了質(zhì)量安全管理的靈活性和可靠性[14]。

3.8 商務(wù)管理

利用中建八局開發(fā)的BIM土建、機(jī)電和鋼筋算量模型系統(tǒng)，將建立好的模型導(dǎo)入到中建八局算量系統(tǒng)中，得出工程量，對(duì)工程量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，為前期招投標(biāo)提供可靠依據(jù)，同時(shí)，在施工前，已經(jīng)得到初步的工程量，為項(xiàng)目的總承包管理打下基礎(chǔ)[2]。如圖22-23所示。

圖19 網(wǎng)頁端

圖20 PC端

圖22 中建八局算量系統(tǒng)

圖23 算量比較

中建八局算量系統(tǒng)，一鍵建立模型，包括土建模型、結(jié)構(gòu)模型、裝飾裝修模型、鋼筋模型、機(jī)電模型、施工措施模型，然后一鍵出量，包括模板算量、混凝土算量、鋼筋算量等等。經(jīng)驗(yàn)算與市場(chǎng)上的廣聯(lián)達(dá)軟件只有0.03%的誤差。如圖24所示。

圖24 中建八局鋼筋算量系統(tǒng)

3.9 BIM技術(shù)的其它應(yīng)用

1)方案模擬

已在各校區(qū)公寓布放15000余個(gè)ONT終端，ONT出廠時(shí)已登記批次，ONT上線后能直接與管理云通信，完成注冊(cè)和配置自動(dòng)下發(fā)，全部做到終端零配置上線，工期比傳統(tǒng)ONT布設(shè)縮短近一半。

項(xiàng)目充分利用BIM三維可視化的優(yōu)點(diǎn)，以及方便簡(jiǎn)單的三維標(biāo)注，BIM人員通過模擬優(yōu)化確定最合理的實(shí)施方案。同時(shí)借助4D模擬技術(shù)對(duì)施工人員進(jìn)行交底，詳細(xì)展示外墻盤扣架的搭設(shè)方式以及細(xì)部搭設(shè)節(jié)點(diǎn)，使施工人員更好地理解設(shè)計(jì)意圖，施工工序合理有序[15]。如圖25所示。

圖25 施工方案模擬圖

2)物料跟蹤

在幕墻方面，本項(xiàng)目建筑外圍是超白玉石玻璃，它一塊200kg重，造價(jià)達(dá)到了4 000元/m2，因此通過建立幕墻模型，對(duì)每一塊白玉石玻璃進(jìn)行深化，將深化后的白玉石玻璃設(shè)置二維碼，白玉石玻璃從生產(chǎn)、運(yùn)輸?shù)桨惭b完成，都能在平臺(tái)上看到其狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)了物聯(lián)網(wǎng)與BIM技術(shù)的融合[16]。如圖26-28所示。

圖26 玻璃幕墻

圖27 玻璃幕墻深化

圖28 玻璃幕墻二維碼

3)MR應(yīng)用

MR(簡(jiǎn)稱混合現(xiàn)實(shí))，既包括增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)，又包括增強(qiáng)虛擬，指的是合并現(xiàn)實(shí)和虛擬世界而產(chǎn)生的新的可視化環(huán)境。在新的可視化環(huán)境里物理和數(shù)字對(duì)象共存，并實(shí)時(shí)互動(dòng)。功能：利用MR數(shù)字技術(shù)強(qiáng)烈的沉浸感和友好的人機(jī)交互性對(duì)建筑進(jìn)行設(shè)計(jì)和指導(dǎo)施工，讓使用者置身如同真實(shí)的環(huán)境中進(jìn)行移動(dòng)、透入建筑物全息影像展示，并通過互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)多地協(xié)同操作，不受地域和空間的影響，對(duì)復(fù)雜建筑三維空間設(shè)計(jì)和施工工藝虛擬演示與指導(dǎo)。法國業(yè)主比較關(guān)心建成后的效果，因此本項(xiàng)目利用微軟的混合顯示頭盔，通過TCH平臺(tái)查看模型文件，掃描周邊建筑環(huán)境，將虛擬的模型融入顯示場(chǎng)景，實(shí)現(xiàn)BIM模型的全息影像和恒濕環(huán)境的融合。業(yè)主觀看后稱贊不已。同時(shí)，項(xiàng)目用MR技術(shù)進(jìn)行深化方案模擬，建立模型，確保構(gòu)件尺寸的加工精度，避免二次加工，很好地縮短了工期。如圖29-30所示。

圖29 MR眼鏡

圖30 法國業(yè)主來現(xiàn)場(chǎng)視察

4)3D打印

因本項(xiàng)目位于西岸藝術(shù)中心對(duì)面，西岸藝術(shù)中心9月份計(jì)劃召開世界人工智能峰會(huì)，所以本項(xiàng)目的室外要求比較高。業(yè)主計(jì)劃在建筑外圍建立一個(gè)垃圾房，只有概念，沒有效果，我們利用BIM技術(shù)建立模型結(jié)合3D打印技術(shù)，將模型打印出來，把建成的效果告知業(yè)主，幫助業(yè)主選定方案，提前達(dá)到業(yè)主想要的效果，業(yè)主根據(jù)BIM效果確定了實(shí)施方案[17]。如圖31-32所示。

圖31 3D模型

圖32 3D打印過程

無人機(jī)具有小巧、靈活等優(yōu)點(diǎn)。今年年底在上海要舉辦世界人工智能峰會(huì)會(huì)議，法國業(yè)主和國內(nèi)的業(yè)主比較關(guān)心工程進(jìn)度，因此利用無人機(jī)每周進(jìn)行一次拍照，將進(jìn)度告知業(yè)主，方便業(yè)主隨時(shí)了解施工進(jìn)度。如圖33-34所示。

圖33 無人機(jī)拍攝圖

圖34 無人機(jī)拍攝照片

4 應(yīng)用效果

通過BIM技術(shù)在總承包中應(yīng)用，解決了參與方眾多、溝通難、協(xié)調(diào)難、施工難度大的恒溫恒濕的一系列問題；利用技術(shù)引領(lǐng)設(shè)計(jì)，利用測(cè)量機(jī)器人成功將異形臺(tái)階的尺寸、標(biāo)高放出來；基于BIM模型優(yōu)化設(shè)計(jì)變更，節(jié)約投資320萬；增強(qiáng)各參與方的交流和協(xié)同；在總承包過程中BIM技術(shù)成功應(yīng)用，保證了中法-西岸美術(shù)館準(zhǔn)時(shí)開館，保證了中法文化的交流。法國業(yè)主多次參觀本項(xiàng)目并稱贊項(xiàng)目BIM技術(shù)應(yīng)用達(dá)到了國際水平，產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

5 總結(jié)

5.1 創(chuàng)新點(diǎn)

1)利用BIM技術(shù)的特點(diǎn)，進(jìn)行恒溫恒濕的機(jī)電優(yōu)化、樓板優(yōu)化、地插坑優(yōu)化等，保證達(dá)到美術(shù)館恒溫恒濕的要求；

2)利用3D打印技術(shù)，將復(fù)雜的模型或重要節(jié)點(diǎn)的BIM模型進(jìn)行打印，形成實(shí)體模型，可有效指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施工，使一線工人能夠更清晰地理解設(shè)計(jì)意圖和施工工藝；

3)使用自主研發(fā)的中建八局BIM協(xié)同管理平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)業(yè)主、施工單位、建立單位、分包單位等隨時(shí)隨地查看工程模型和工程進(jìn)度等，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)、技術(shù)、質(zhì)量、安全等全方位的管理作用；

4)基于物聯(lián)網(wǎng)的玻璃幕墻全過程監(jiān)控技術(shù)，將實(shí)際建造管理與BIM有機(jī)融合，通過為每一塊玻璃標(biāo)記特定的二維碼標(biāo)簽，并在生產(chǎn)加工的各個(gè)環(huán)節(jié)掃描對(duì)應(yīng)的二維碼，清晰地了解玻璃幕墻的位置，并實(shí)時(shí)了解工程進(jìn)度情況；

5)利用MR技術(shù)，將裝修后的建筑效果展現(xiàn)給法國業(yè)主，提供多種裝修方案供業(yè)主挑選，提前確定裝修方案，節(jié)約時(shí)間成本，同時(shí)可查看現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)地布置，查看工程結(jié)構(gòu)和工程效果。

6)開發(fā)了基于BIM的中建八局土建、機(jī)電、鋼筋算量系統(tǒng)，簡(jiǎn)化了建模次數(shù)，可以為造價(jià)人員提供造價(jià)管理需要的項(xiàng)目構(gòu)件和部件信息，從而大大減少根據(jù)圖紙人工統(tǒng)計(jì)工程量的繁瑣工作以及由此引起的潛在錯(cuò)誤。

5.2 經(jīng)驗(yàn)與總結(jié)

本工程工期緊、任務(wù)重、難度大，BIM技術(shù)的應(yīng)用很好地助推了項(xiàng)目總承包管理目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，但不足與缺陷仍有很多。作為總承包，在實(shí)施過程中與專業(yè)分包之間存在著一道不可逾越的深溝。在以后的BIM工作中，持續(xù)推進(jìn)BIM全員培訓(xùn)，加強(qiáng)新興軟件深入應(yīng)用，以設(shè)計(jì)引領(lǐng)為關(guān)鍵，技術(shù)引領(lǐng)設(shè)計(jì)優(yōu)化。努力探索BIM技術(shù)對(duì)施工行業(yè)的新應(yīng)用，爭(zhēng)取為行業(yè)發(fā)展做出更多貢獻(xiàn)。