BIM技術(shù)在超高層建筑施工中的應(yīng)用
——以杭州奧克斯項目為例

(中建五局華東建設(shè)有限公司，上海 200072)

1 工程概況

1.1 項目簡介

本工程位于浙江省杭州市余杭區(qū)，西臨創(chuàng)景路，北靠海曙路，規(guī)劃總用地面積為47 670m2，總建筑面積為451 797.6m2。整個項目是由4棟40～48層超高層住宅樓(1-4號樓)，1棟59層超高層辦公樓(5號樓)，1棟3層住宅配套(6號樓)，1棟6層商業(yè)樓(7號樓)、1棟2層商業(yè)樓(8號樓)及一座全埋式整體地下車庫(結(jié)構(gòu)地下2～3層，5號樓下局部地下4層)共8棟樓組成的城市綜合體。其中5#樓主塔樓59層，總高度為273.9m，建成后為杭州城西地標(biāo)性建筑物之一。

1.2 工程特點和難點

本工程主要特點和難點有：因其地理位置特殊，位于同期建設(shè)施工建筑群中心，四周環(huán)繞地下空間、地鐵及其他工程導(dǎo)致本項目施工環(huán)境條件差，施工道路限制多、變化快，交通情況復(fù)雜，另外本工程與地鐵最近距離僅有6m，基坑放坡互為侵?jǐn)_，交通組織及場地布置要階段性更換等特點。同時本工程體量大，功能業(yè)態(tài)豐富，超高層施工技術(shù)難度大，專業(yè)分包多，總承包管理困難等難點。

2 BIM組織與應(yīng)用環(huán)境

2.1 BIM應(yīng)用目標(biāo)

通過BIM技術(shù)在本項目的使用，本項目主要應(yīng)用目標(biāo)有：

1)提高項目各部門的協(xié)同工作能力，創(chuàng)造高效工作環(huán)境；

2)提高深化設(shè)計的質(zhì)量和效率；

3)提高現(xiàn)場施工效率，減少窩工返工、材料損耗及浪費(fèi)；

4)提高總承包管理水平，加強(qiáng)總包與分包之間的協(xié)作，實現(xiàn)多方共贏[1]；

5)提高項目商務(wù)管理的準(zhǔn)確性與及時性，更好地進(jìn)行成本控制。

圖1 項目整體效果圖

2.2 BIM實施流程

BIM實施流程主要包含項目準(zhǔn)備、BIM建模和BIM應(yīng)用三方面。其中項目準(zhǔn)備主要有建立BIM團(tuán)隊[2]、統(tǒng)一BIM建模標(biāo)準(zhǔn)[3-4]、編制BIM實施策劃；BIM建模主要是針對不同的專業(yè)繪制項目的BIM模型，囊括建筑、結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)、機(jī)電各專業(yè)，最后審核建筑、結(jié)構(gòu)、機(jī)電各專業(yè)提交的模型，信息無誤后導(dǎo)入BIM5D整合[5]。BIM應(yīng)用主要是施工階段應(yīng)用，包含技術(shù)應(yīng)用、生產(chǎn)應(yīng)用、商務(wù)應(yīng)用以及特點應(yīng)用四個方面。

3 BIM在本項目中的應(yīng)用

3.1 技術(shù)應(yīng)用

BIM在本項目中的技術(shù)應(yīng)用主要包含圖紙會審、碰撞檢查以及深化設(shè)計三部分。

3.1.1 圖紙會審

主要包括通過前期BIM小組對于模型的建立，來發(fā)現(xiàn)圖紙中存在的問題，同時根據(jù)模型來思考解決方案，這樣在圖紙會審過程中可以提出意見并進(jìn)行匯總[6]。

3.1.2 碰撞檢查

在本項目中碰撞檢查主要包含一次結(jié)構(gòu)、機(jī)電以及鋼結(jié)構(gòu)三方面應(yīng)用。主要目的是通過對模型的碰撞檢查得到一次結(jié)構(gòu)墻柱梁板之間、機(jī)電管道設(shè)備之間、鋼結(jié)構(gòu)與一次結(jié)構(gòu)之間有無相互碰撞的問題，減少各專業(yè)間協(xié)調(diào)失誤及設(shè)計錯誤，并且提前發(fā)現(xiàn)問題進(jìn)行修改。圖2(a)是本項目中機(jī)電碰撞的示意圖，通過碰撞檢查發(fā)現(xiàn)的管道吊頂標(biāo)高之間會有碰撞從而進(jìn)行修改。圖2(b)是本項目5號樓超高層綜合體鋼柱在地下部分的碰撞檢查，通過檢查發(fā)現(xiàn)其勁性柱上的鉚釘和周圍一圈墻的鋼筋會發(fā)生碰撞，從而提前對鋼筋排布進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，解決問題。通過碰撞檢查可以發(fā)現(xiàn)人眼很難發(fā)現(xiàn)的設(shè)計問題，避免了因圖紙問題帶來的返工，提高了項目管理效率，減少后期項目管理成本，也為現(xiàn)場施工及總承包管理打好鋪墊[7-8]。

3.1.3 深化設(shè)計

BIM的深化設(shè)計在本項目中是一個重點應(yīng)用，主要包含鋼結(jié)構(gòu)、鋁模、屋面找坡、二次結(jié)構(gòu)以及施工方案五方面的深化設(shè)計[9]。

其中鋼結(jié)構(gòu)深化設(shè)計主要是項目采用Tekla建立了核心筒區(qū)域勁性柱模型，為防止勁性柱在混凝土澆筑過程中產(chǎn)生位移與偏位，其中地腳錨桿定位是施工的重難點。由于設(shè)計院并未給出地腳錨桿固定方式，故通過BIM技術(shù)提出限位板預(yù)先固定方法，深化限位板造型避免與現(xiàn)場澆筑時產(chǎn)生移位，并出具圖紙用于現(xiàn)場預(yù)加工，如圖3所示。

(a)機(jī)電管線碰撞檢查前后 (b)勁性柱與周邊墻體鋼筋碰撞檢查前后圖2

(a) 鋼柱地腳錨桿BIM模型圖 (b)鋼柱地腳錨桿實物圖圖3

鋁模深化主要是針對1#-4#超高層住宅的鋁模使用，鋁合金模板特點是混凝土澆筑成型效果好。在施工前利用BIM技術(shù)對鋁合金模板做了大量的深化優(yōu)化工作，最終達(dá)到現(xiàn)場門垛、洞口凹槽、預(yù)留砌體企口等，均在結(jié)構(gòu)澆筑時一次成型。

屋面找坡深化主要針對1#-4#樓，其屋面屬于狹長型且屋面設(shè)備間樓梯間分布復(fù)雜。為更好地處理建筑找坡的排水，采用BIM技術(shù)建立屋面三維模型，在模型基礎(chǔ)上進(jìn)行深化優(yōu)化。通過增加排水溝、雨水口和若干控制點調(diào)整控制點高度達(dá)到屋面找坡的目的，標(biāo)注高程點，出具平面圖和三維圖以方便施工交底(如圖4)。

圖4 屋面找坡平面圖

二次結(jié)構(gòu)深化主要應(yīng)用在超高層住宅的標(biāo)準(zhǔn)層。采用了BIM技術(shù)搭建標(biāo)準(zhǔn)層模型，包括砌體、構(gòu)造柱、門垛、過梁等。砌體的排磚首先在BIM5D中輸入砌塊尺寸等參數(shù)，出具排磚圖，Revit中完全依據(jù)排磚圖創(chuàng)建模型，導(dǎo)出平面圖的同時制作漫游動畫輔助交底[10]。

施工方案的深化設(shè)計主要包含高支模排布驗算以及大體積。其中高支模排布驗算應(yīng)用是基于三維模型自動布置支模架，對高支模進(jìn)行三維模擬形式的安全驗算，驗算通過后導(dǎo)出拼模圖指導(dǎo)現(xiàn)場高支模搭設(shè)，同時模型可快速提取材料用量，精確統(tǒng)計各模板規(guī)格、數(shù)量等參數(shù)，為施工過程的材料管控提供依據(jù)(如圖5-6)。大體積混凝土澆筑方案模擬主要針對5#樓底板大體積混凝土質(zhì)量問題，常規(guī)方案中冷凝水循環(huán)系統(tǒng)布置交底較難，混凝土分層澆筑容易出現(xiàn)問題，故采用BIM技術(shù)創(chuàng)建三維模型，結(jié)合動畫演示及三維交底指導(dǎo)現(xiàn)場施工，減少返修維護(hù)成本(如圖2-6)。

3.2 生產(chǎn)應(yīng)用

本項目中BIM生產(chǎn)應(yīng)用主要有場地布置、質(zhì)量安全問題跟蹤反饋、現(xiàn)場進(jìn)度動態(tài)管理三方面[11]。

3.2.1 場地布置

采用BIM技術(shù)建模的方式，將工程周邊的實際環(huán)境以數(shù)據(jù)信息的方式加入到模型中，建立三維的現(xiàn)場平面，在進(jìn)行場地布置，一方面模擬各個階段現(xiàn)場施工時各種材料堆場的布置以及材料進(jìn)出場線路，以最終決策各個階段優(yōu)化的平面布置，以及場區(qū)內(nèi)材料的周轉(zhuǎn)和人員的流動使得現(xiàn)場平面布置更加合理，效率更高(如圖7-8)。另一方面對于現(xiàn)場的文明施工的布置包括最優(yōu)放置安全標(biāo)示標(biāo)牌，從而達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)化的要求，提高現(xiàn)場美觀度(如圖2-7)[12]。

圖5 高支模方案安全驗算

圖6 大體積混凝土施工過程模擬與現(xiàn)場對比

圖7 一期現(xiàn)場文明施工對比圖

圖8 二期現(xiàn)場布置模擬圖

3.2.2 質(zhì)量安全問題跟蹤反饋

針對現(xiàn)場的質(zhì)量安全問題可以依托BIM5D平臺的應(yīng)用。管理人員在施工現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)質(zhì)量和安全問題后，一方面對施工現(xiàn)場存在的各種安全隱患，總結(jié)歸納，另一方面可以通過BIM5D平臺發(fā)布相關(guān)內(nèi)容提醒對應(yīng)的施工員或安全員，從而有針對性地采取相應(yīng)的安全措施，加強(qiáng)防范。通過BIM的使用，可以留下管理痕跡，同時可以通過網(wǎng)頁端對于問題的反饋有個直觀的認(rèn)識。每個月根據(jù)相對應(yīng)的問題跟蹤以及整改完成情況還有可以對勞務(wù)的優(yōu)秀程度作出判斷提供依據(jù)[13-15]。如圖9-10所示。

圖9 BIM手機(jī)端質(zhì)量安全問題反饋

3.2.3 現(xiàn)場動態(tài)管理

相比于傳統(tǒng)編制的Project進(jìn)度管理，基于BIM技術(shù)的4D進(jìn)度模擬涵蓋各施工階段材料用量、施工工序、延誤原因分析等進(jìn)度管理信息(如圖11)。同時集成遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)以及BIM平臺手機(jī)端的使用，定期將視頻監(jiān)控記錄以及每天的電子版施工日志導(dǎo)入至BIM5D平臺，形成完整可追溯的形象進(jìn)度，有利于實現(xiàn)基于進(jìn)度計劃的動態(tài)資源管理(如圖12)。[16]

圖11 BIM5D平臺進(jìn)度計劃演示

圖12 BIM手機(jī)端施工日志上傳

3.3 商務(wù)應(yīng)用

利用5D平臺集成Excel清單數(shù)據(jù)，并基于模型查看清單工程量，實現(xiàn)量價一體化、資源曲線分析、成本多算對比。及時分析各流水段資源消耗情況，并且為現(xiàn)場合理的物資采購計劃提供強(qiáng)有力的數(shù)據(jù)支撐。

對于某些較難統(tǒng)計的工程量如腳手架，其工程量的統(tǒng)計往往隨著不同的施工方案也會發(fā)生變化。通過BIM的計算可以實現(xiàn)工程量的多算對比，不僅效率高而且工程量精確，為施工方案的選擇以及工程造價成本的管理提供了很好的數(shù)據(jù)支撐。

同時基于BIM5D平臺可以實現(xiàn)動態(tài)計算任意時間段內(nèi)計劃的工程量，通過計劃用量與實際用量之間的對比和分析，進(jìn)行實時動態(tài)成本管理。同時計劃用量也是施工人員調(diào)配、工程材料采購等材料管理的依據(jù)，如圖13-14所示。

圖13 成本預(yù)算與模型關(guān)聯(lián)

圖14 物資采購提供依據(jù)

4 結(jié)語

綜合目前BIM技術(shù)在杭州奧克斯項目應(yīng)用情況及成果來看，它在總承包管理方面發(fā)揮著巨大作用。超高層建筑施工過程中的精細(xì)化管理和提前進(jìn)行的施工過程模擬不僅使得管理人員對現(xiàn)場管理更加科學(xué)合理，而且使得各分包之間的溝通交流以及反應(yīng)更加快速高效。隨著BIM在項目中的應(yīng)用，施工質(zhì)量顯著提高，返工錯誤明顯減少，成本節(jié)約也更加數(shù)據(jù)化和可視化。

隨著BIM在超高層建筑的進(jìn)一步應(yīng)用，更多的超高層施工技術(shù)都可以結(jié)合BIM進(jìn)行更高效和更精細(xì)的管理，BIM帶來的不僅是一個高效的工具，其數(shù)據(jù)化和信息化的平臺更多的是提供給我們一種建筑施工的全新理念。