北京中關(guān)村科技園—豐臺創(chuàng)新中心項(xiàng)目BIM技術(shù)綜合應(yīng)用

(1.華夏幸?；鶚I(yè)股份有限公司，北京 100071； 2.中國建筑科學(xué)研究院有限公司，北京 100013)

1 前言

1.1 項(xiàng)目簡介

北京中關(guān)村科技園豐臺園產(chǎn)業(yè)基地東區(qū)三期1516-35#36#地塊項(xiàng)目(以下簡稱豐臺創(chuàng)新中心項(xiàng)目)位于北京市豐臺區(qū)，是由華夏幸?；鶚I(yè)股份有限公司與豐臺區(qū)政府合作投資建設(shè)的一個集行政辦公、商業(yè)、國際交流與休閑娛樂為一體的高層建筑。該項(xiàng)目規(guī)劃總建筑面積約為587 445.21m2。35#地塊總建筑面積210 135.71m2，其中地上部分139 096.4m2，共7個塔樓； 地下部分71 039.31m2。36#地塊總建筑面積377 309.5m2，其中地上部分194 081.76m2，共10個塔樓； 地下部分183 227.74m2。

圖1 項(xiàng)目整體效果圖

作為中關(guān)村科技園—豐臺園的新一代產(chǎn)品，豐臺創(chuàng)新中心奉行“產(chǎn)業(yè)優(yōu)先、國際交往、創(chuàng)新驅(qū)動、智慧社區(qū)、魅力生活”的5 IN發(fā)展理念，力求成為構(gòu)筑城市創(chuàng)新發(fā)展的加速器。豐臺創(chuàng)新中心是擁有最大中央公園生態(tài)綠芯的最智慧最安全的綜合性產(chǎn)業(yè)園區(qū)，緊密對接地方政府與客戶需求，旨在打造以科技創(chuàng)新為核心驅(qū)動的具有國際影響力的產(chǎn)業(yè)高地，成為豐臺區(qū)乃至全國科技產(chǎn)業(yè)與創(chuàng)新產(chǎn)業(yè)的孵化器，打造標(biāo)桿工程。

1.2 項(xiàng)目特點(diǎn)與難點(diǎn)

(1)本項(xiàng)目體量巨大，兩個地塊地下室共有5層，地上部分單體塔樓17個； 從前期勘測、設(shè)計(jì)、施工到后期運(yùn)營維護(hù)階段參與單位超過百家，參建各方之間工作協(xié)同效率及信息溝通準(zhǔn)確性難以保證。

(2)本項(xiàng)目兩個地塊17個塔樓通過地下室聯(lián)通為一個整體，各塔樓機(jī)電管線匯集于地下室，管線水平垂直方向交叉多，排布密集，施工工藝復(fù)雜。

(3)園區(qū)內(nèi)景觀范圍廣，景觀設(shè)計(jì)方案對于綠化及構(gòu)筑物位置排布要求高，現(xiàn)場施工難度大。

(4)園區(qū)內(nèi)地上十七個塔樓外立面均由石材幕墻與拉索幕墻組成，幕墻系統(tǒng)使用面積廣，造型多樣。

(5)項(xiàng)目整體工期緊張，工序繁多，采用BIM技術(shù)保證工作進(jìn)度，保障工程質(zhì)量。

2 BIM技術(shù)的計(jì)劃與組織

2.1 BIM應(yīng)用目標(biāo)

基于本項(xiàng)目的自有特點(diǎn)與難點(diǎn)，BIM技術(shù)的應(yīng)用目標(biāo)主要包含以下幾個方面：

(1)優(yōu)化深化施工設(shè)計(jì)圖紙，避免質(zhì)量問題、安全問題的出現(xiàn)，杜絕拆改返工等現(xiàn)象出現(xiàn)；

(2)利用BIM技術(shù)對復(fù)雜的機(jī)電管線系統(tǒng)進(jìn)行3D碰撞檢測、深化優(yōu)化設(shè)計(jì)及重點(diǎn)區(qū)域的優(yōu)化凈高分析等，提前規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)，保證管線系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)最優(yōu)排布；

(3)利用BIM技術(shù)對景觀建筑及幕墻工程進(jìn)行預(yù)演，增強(qiáng)施工方案的合理性與科學(xué)性；

(4)提高參建各方的溝通效率，縮短項(xiàng)目設(shè)計(jì)周期與施工工期，降低綜合成本；

(5)將全景視圖技術(shù)與VR技術(shù)與BIM技術(shù)融合應(yīng)用，打造智慧工地。

利用BIM技術(shù)的自身優(yōu)勢將豐臺創(chuàng)新中心項(xiàng)目打造成為精品工程[1-4]。

2.2 實(shí)施方案與標(biāo)準(zhǔn)

在本項(xiàng)目實(shí)施之前，根據(jù)《建筑信息模型應(yīng)用統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》(GB51212T-2016)同時參照集團(tuán)公司的BIM 實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)編制了《北京中關(guān)村科技園豐臺園產(chǎn)業(yè)基地東區(qū)三期1516-35#36#地塊項(xiàng)目BIM實(shí)施導(dǎo)則》，對于建模標(biāo)準(zhǔn)，協(xié)同流程，交付標(biāo)準(zhǔn)等方面做了詳細(xì)規(guī)定。

圖2 BIM 工作流程

2.3 軟硬件配置

根據(jù)本工程的特點(diǎn)，主要應(yīng)用軟件為歐特克公司建筑設(shè)計(jì)系列軟件Revit、Navisworks、3DMAX、Lumion 等。除此之外，公司還配備BIM工作專用服務(wù)器、移動式工作站、工作機(jī)、VR設(shè)備及其他移動終端。

3 BIM技術(shù)應(yīng)用情況

3.1 BIM技術(shù)在土建專業(yè)的應(yīng)用

根據(jù)在項(xiàng)目策劃階段建立的實(shí)施導(dǎo)則、模型精度標(biāo)準(zhǔn)、模型拆分標(biāo)準(zhǔn)，建立各專業(yè)模型。

圖3 BIM結(jié)構(gòu)模型

圖4 BIM建筑模型

在建模過程中，及時發(fā)現(xiàn)圖紙問題以報(bào)告的形式記錄下來并將圖紙問題及優(yōu)化解決建議反饋于設(shè)計(jì)單位，協(xié)助設(shè)計(jì)單位修改圖紙以達(dá)到最優(yōu)設(shè)計(jì)，提前規(guī)避施工現(xiàn)場返工等風(fēng)險(xiǎn)。在項(xiàng)目后期通過將建筑模型與結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行整合，梳理在傳統(tǒng)的CAD二維平面圖紙內(nèi)不易發(fā)現(xiàn)的問題，主要包括：

(1)檢查結(jié)構(gòu)能否滿足建筑對于造型空間及功能的要求；

(2)檢驗(yàn)建筑自身設(shè)計(jì)在空間上的問題；

(3)檢查建筑結(jié)構(gòu)專業(yè)間的碰撞情況。

利用BIM技術(shù)對于土建模型進(jìn)行圖紙梳理及三維圖審，及早發(fā)現(xiàn)問題，解決問題，最大程度地優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。

3.2 BIM技術(shù)在機(jī)電專業(yè)的應(yīng)用

BIM技術(shù)在機(jī)電專業(yè)的應(yīng)用主要有以下幾個方面：

(1)施工圖階段管線綜合

本項(xiàng)目機(jī)電安裝規(guī)模龐大，其中地下室功能眾多、管線密集，兼顧商業(yè)用途導(dǎo)致凈高要求較高。因此在設(shè)計(jì)階段，利用BIM技術(shù)進(jìn)行三維建模，將機(jī)電模型與土建模型整合后，通過軟件檢查及人工復(fù)核的雙重排查，檢查所有專業(yè)的碰撞情況及凈高分析情況，生成碰撞報(bào)告及凈高優(yōu)化報(bào)告，與設(shè)計(jì)單位進(jìn)行溝通協(xié)調(diào)。利用碰撞報(bào)告反饋的碰撞問題，依據(jù)實(shí)際安裝施工中的管道避讓原則與垂直面管線排布原則，考慮管道間距，預(yù)留橋架檢修空間、機(jī)電末端空間等注意事項(xiàng)，作出機(jī)電綜合優(yōu)化排布方案，優(yōu)化管線碰撞節(jié)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)可利用空間的最大化。

圖5 BIM機(jī)電模型

圖6 36#地塊綜合辦公樓首層機(jī)電凈高優(yōu)化成果

(2)施工階段管線綜合

在施工階段，根據(jù)設(shè)計(jì)變更對施工階段的三維模型進(jìn)項(xiàng)更新維護(hù)，實(shí)時完善模型調(diào)整管線排布方案，提前了解可能產(chǎn)生的實(shí)際安裝問題，對項(xiàng)目在設(shè)備專業(yè)的精細(xì)化施工提供指導(dǎo)。利用BIM技術(shù)對工程施工中管道設(shè)備進(jìn)行安裝預(yù)演，避免施工過程中因?yàn)槭┕すば?、施工誤差等問題影響管線排布凈高，減少拆改數(shù)量，節(jié)約時間與經(jīng)濟(jì)成本。

圖7 機(jī)電綜合優(yōu)化效果圖

3.3 BIM算量

在模型完成二次優(yōu)化后，根據(jù)模型利用BIM技術(shù)完成項(xiàng)目的工程量統(tǒng)計(jì)，提取模型中所有構(gòu)件信息，包括墻、梁、板、柱等構(gòu)件體積、個數(shù)，機(jī)電管線尺寸、長度等內(nèi)容，生成模型工程量統(tǒng)計(jì)清單共55份，為工程預(yù)算專業(yè)為在材料成本估算方面提供最基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，控制施工階段的物料成本。

圖8 工程量清單截圖

3.4 BIM技術(shù)在幕墻的應(yīng)用

圖9 36#地塊的行政辦公塔樓幕墻及幕墻節(jié)點(diǎn)

本項(xiàng)目地上17個塔樓的外立面均由大面積的拉索式玻璃幕墻及石材幕墻組成。其中36地塊行政辦公樓南北兩側(cè)均為通高的雙向拉索幕墻，幕墻高達(dá)55.1m，施工難度較大。除此之外， 36地塊的文化中心與35地塊的健身中心，幕墻形狀不規(guī)則且分格設(shè)計(jì)方案較復(fù)雜，與外包弧形金屬網(wǎng)片間連接也是施工難點(diǎn)之一。

利用BIM技術(shù)對塔樓外立面石材幕墻與拉索幕墻進(jìn)行三維虛擬分格設(shè)計(jì)及幕墻配件的繪制，通過設(shè)計(jì)方案對比，選擇最優(yōu)方案并配合幕墻專業(yè)深化設(shè)計(jì)出圖。除此之外，利用三維模型模擬幕墻系統(tǒng)與外部弧形金屬網(wǎng)片間的連接，優(yōu)化施工方案，解決幕墻嵌板裁剪安裝問題及幕墻與其他建筑構(gòu)件間的安裝聯(lián)系問題，保證了建筑外立面的整體美觀。

3.5 BIM技術(shù)在景觀專業(yè)的應(yīng)用

本項(xiàng)目景觀綠化面積范圍較廣，包括了運(yùn)動公園、場地式游樂場、運(yùn)動水吧、架空跑道、下沉廣場、會議公園等特色景觀。園區(qū)內(nèi)植物種類及顏色繁多，綠化排布復(fù)雜，為了保證景觀設(shè)計(jì)方案最大程度的實(shí)現(xiàn)，利用BIM技術(shù)建立1∶1的綠化景觀三維模型，并與建筑結(jié)構(gòu)模型整合，模擬樹木高度對視線的影響，檢查景觀建筑沖突，優(yōu)化景觀植物顏色排布，提出修改樹坑位置及植物種類等優(yōu)化建議，生成報(bào)告反饋于景觀設(shè)計(jì)單位，以保證最優(yōu)化的景觀設(shè)計(jì)，提升使用者的舒適度。

除此之外，利用BIM技術(shù)對下沉廣場與塔樓間的進(jìn)行視線模擬，保證景觀建筑沒有遮擋視線，最大程度實(shí)現(xiàn)“建筑專業(yè)十大特色對景”的設(shè)計(jì)方案，使創(chuàng)新中心與整個豐臺地區(qū)景觀完美融合。

本項(xiàng)目景觀專業(yè)的另一個復(fù)雜施工點(diǎn)就是處在36地塊的異形400m夜光架空跑道。為保證跑道的正常使用，建立跑道BIM模型，通過三維模型，優(yōu)化跑道設(shè)計(jì)不合理問題及與其他建筑景觀的碰撞問題，并提出解決方案反饋于景觀設(shè)計(jì)單位。

3.6 BIM技術(shù)在裝修專業(yè)的應(yīng)用

基于基本的土建與機(jī)電BIM模型，進(jìn)行重點(diǎn)區(qū)域的精裝BIM模型建立與渲染出圖，并利用精裝樣板區(qū)BIM+VR方案沉浸式體驗(yàn)向業(yè)主方展示精裝效果，協(xié)助比對精裝方案。

圖10 景觀BIM模型

圖11 BIM精裝模型

3.7 BIM技術(shù)的創(chuàng)新應(yīng)用

在本項(xiàng)目中BIM技術(shù)的創(chuàng)新應(yīng)用點(diǎn)主要有以下幾點(diǎn)：

(1)4D進(jìn)度計(jì)劃模擬

基于project軟件編制的施工計(jì)劃，與三維模型進(jìn)行進(jìn)度掛接，以天、周、月為時間單位，按照不同的時間間隔對施工進(jìn)度進(jìn)行正序或者逆序的模擬，對施工物料及人員調(diào)配進(jìn)行監(jiān)測； 預(yù)測存在的工期風(fēng)險(xiǎn)及施工難點(diǎn)，生動形象地向外界展示建筑物建造過程； 合理優(yōu)化施工進(jìn)度計(jì)劃，縮短施工工期。在施工過程中將模擬數(shù)據(jù)與現(xiàn)實(shí)施工進(jìn)度數(shù)據(jù)進(jìn)行比對，分析偏差原因，及時合理地糾正偏差，調(diào)整施工進(jìn)度，保證計(jì)劃順利實(shí)施。

圖12 4D進(jìn)度計(jì)劃模擬

(2)BIM協(xié)同管理平臺的應(yīng)用

針對項(xiàng)目實(shí)施過程中的重點(diǎn)與難點(diǎn)，搭建屬于本項(xiàng)目的BIM協(xié)同綜合管理平臺。采用云平臺模式，將數(shù)據(jù)存儲于云端，各應(yīng)用端可根據(jù)自身權(quán)限調(diào)用內(nèi)部數(shù)據(jù)，便于公司管理層實(shí)時了解項(xiàng)目情況，針對項(xiàng)目進(jìn)行管理。

平臺集成了用戶權(quán)限管理、圖文檔管理、族庫管理、流程管理、模型數(shù)據(jù)輕量化管理等五大基本模塊，實(shí)現(xiàn)了對項(xiàng)目從設(shè)計(jì)到施工及后期運(yùn)營維護(hù)階段的全生命周期統(tǒng)一管理。平臺可以導(dǎo)出結(jié)構(gòu)化、輕量化的BIM模型數(shù)據(jù)，可以實(shí)現(xiàn)隨時隨地在各類移動設(shè)備上查閱模型，最大程度地發(fā)揮模型作用。

BIM協(xié)同管理平臺的應(yīng)用，解決了傳統(tǒng)管理模式下的信息不全，檔案資料難以長期保存，追溯信息不準(zhǔn)確，管理精細(xì)化水平不高，各專業(yè)協(xié)調(diào)效率低下等問題，保證政府與業(yè)主方對項(xiàng)目全過程的監(jiān)督把控[5]。

(3)VR與全景視圖技術(shù)的應(yīng)用

為保證每位施工人員都能夠進(jìn)行體驗(yàn)式教育，本項(xiàng)目在BIM模型完成后即導(dǎo)入VR軟件中，通過 VR眼鏡可以在施工項(xiàng)目初期就身臨其境地看到整個項(xiàng)目的設(shè)計(jì)方案全景，達(dá)到所見即所得的效果，保證質(zhì)量技術(shù)安全交底。除此之外，利用360度全景視圖技術(shù)，展示園林、景觀、精裝等成果，協(xié)助項(xiàng)目進(jìn)行前期宣傳[6-7]。

圖13 BIM協(xié)同管理平臺

圖14 豐臺創(chuàng)新中心全景展示

4 BIM技術(shù)應(yīng)用效益

(1)運(yùn)用BIM技術(shù)，將傳統(tǒng)的CAD二維平面圖紙轉(zhuǎn)換為BIM三維模型，通過設(shè)計(jì)建模、施工模型復(fù)核，更加形象直觀地對設(shè)計(jì)中的重點(diǎn)難點(diǎn)進(jìn)行“預(yù)演”。共發(fā)現(xiàn)土建圖紙問題832處，機(jī)電專業(yè)碰撞檢查報(bào)告172份，提出碰撞檢查點(diǎn)5 209個，解決優(yōu)化了大量的工程重點(diǎn)難點(diǎn)，降低返工率，保證工程施工質(zhì)量，形成了一套完整的BIM綜合應(yīng)用技術(shù)，為集團(tuán)以后的工作培養(yǎng)了BIM人才。

(2)BIM技術(shù)對幕墻設(shè)計(jì)方案、景觀方案、精裝方案模擬確定了業(yè)主方對于設(shè)計(jì)方案的要求與效果，利用大場景動畫的制作及精裝樣板區(qū)BIM+VR方案沉浸式體驗(yàn)對設(shè)計(jì)方案進(jìn)行二次分析驗(yàn)證，保證了設(shè)計(jì)方案的最大程度實(shí)現(xiàn)，提高工作效率。

(3)BIM技術(shù)輔助進(jìn)行進(jìn)度計(jì)劃管理，及時掌握施工進(jìn)度，合理安排資源，避免返工情況發(fā)生，縮短了工期。

(4)通過搭建BIM協(xié)同管理平臺，共享BIM中的工程信息，實(shí)現(xiàn)智慧施工及網(wǎng)絡(luò)化協(xié)作，提高了材料管控效率，方便施工現(xiàn)場資源調(diào)度，加快施工進(jìn)度，隱形提升了項(xiàng)目的管理能力。

5 結(jié)語

豐臺創(chuàng)新中心項(xiàng)目的BIM技術(shù)應(yīng)用是由業(yè)主方進(jìn)行全過程引導(dǎo)的，最大程度地發(fā)揮了BIM技術(shù)在建筑物全生命周期內(nèi)的應(yīng)用價值。通過BIM技術(shù)的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)了在項(xiàng)目中各專業(yè)的協(xié)同合作及各專業(yè)間有效的信息互享，在智能施工、打造智慧工地的道路上取得了良好的成績[8-9]。