陽光保險金融中心工程BIM技術(shù)應(yīng)用

(北京城建集團有限責(zé)任公司，北京 100083)

1 工程簡介

陽光保險金融中心是由北京陽光融和置業(yè)有限公司投資興建的超高層金融寫字樓，總承包單位為北京城建集團有限責(zé)任公司。地處CBD核心區(qū)Z2a地塊，建筑總高度220m，地下5層，地上44層，裙樓地上6層； 總占地面積8 264m2，總建筑面積132 471m2，其中地上90 000m2，地下42 471m2，建成后將是一集甲級辦公樓、會議、商業(yè)和餐飲以及多種配套服務(wù)功能于一體的綜合性超高層金融寫字樓。工程效果圖如圖1所示，BIM模型如圖2所示，工程現(xiàn)狀如圖3所示。

圖1 工程效果圖

圖2 BIM模型圖 圖3 工程現(xiàn)狀圖

2 工程難點

本工程在建筑專業(yè)、結(jié)構(gòu)專業(yè)、機電專業(yè)、鋼結(jié)構(gòu)專業(yè)、幕墻專業(yè)等均存在較多難點。

建筑專業(yè)：復(fù)雜造型與其他專業(yè)的協(xié)調(diào)問題，定位問題等；

結(jié)構(gòu)專業(yè)：異形結(jié)構(gòu)構(gòu)件的定位，多構(gòu)件相交部位的鋼筋施工，與鋼結(jié)構(gòu)、機電專業(yè)的協(xié)調(diào)問題等；

機電專業(yè)：管線綜合優(yōu)化，凈空凈高優(yōu)化，管線穿墻問題等；

鋼結(jié)構(gòu)專業(yè)：鋼筋穿鋼柱鋼梁等節(jié)點，鋼結(jié)構(gòu)預(yù)埋，鋼結(jié)構(gòu)吊裝問題等；

幕墻專業(yè)：各幕墻構(gòu)件吊裝、定位問題等。

本項目為大型超高層建筑，建筑外觀、結(jié)構(gòu)選型、設(shè)備工藝等均較為復(fù)雜，為了更高質(zhì)量地完成項目，在各專業(yè)重難點工作開展之前，通過BIM的深化應(yīng)用，將所有重難點部位做施工模擬，可視化交底。

3 BIM組織與應(yīng)用環(huán)境

3.1 BIM應(yīng)用目標(biāo)

依據(jù)國家BIM相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合本項目的實際情況，隨著項目的開展，不斷總結(jié)項目經(jīng)驗，完善BIM模型。基于BIM模型基礎(chǔ)上進行各專業(yè)方案BIM模擬、總平面協(xié)調(diào)管理、進度管理、成本管理、質(zhì)量管理、BIM的竣工圖成果管理等。通過BIM的應(yīng)用為項目的全生命周期提供重要支撐，實現(xiàn)可交付的工程數(shù)字化資產(chǎn)[1]。

3.2 實施方案

本項目在實施前，各專業(yè)編制項目BIM策劃書和模型標(biāo)準(zhǔn)、出圖標(biāo)準(zhǔn)以及圖紙報審標(biāo)準(zhǔn)，然后各專業(yè)根據(jù)圖紙進行深化建模，包括建筑、結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)、幕墻及其他專業(yè)BIM模型復(fù)核、深化。各專業(yè)模型建成后，進行各專業(yè)模型整合及展示?；贐IM模型全專業(yè)的碰撞檢查，出具碰撞檢查報告及優(yōu)化建議，同時進行各專業(yè)方案交底BIM模擬，模擬內(nèi)容包括：高大支模及腳手架方案、砌體排布方案，鋼結(jié)構(gòu)吊裝、幕墻安裝、機電及其它各專業(yè)方案模擬等[2]。項目經(jīng)營部根據(jù)BIM模型進行工程量清單計算及提取。在施工過程中，依據(jù)BIM與現(xiàn)場施工結(jié)合進行進度、質(zhì)量、物資、云端管理。

3.3 團隊組織

本工程BIM實施，由項目總工牽頭，按照專業(yè)組建BIM應(yīng)用工作組，各專業(yè)BIM工程師要求具有專業(yè)的施工管理工作經(jīng)驗及豐富的BIM應(yīng)用經(jīng)驗。每個專業(yè)BIM工程師的數(shù)量根據(jù)現(xiàn)場需要進行調(diào)整。項目總工對整個項目的BIM應(yīng)用工作負(fù)責(zé)，對項目全方向及全過程進行組織、監(jiān)督和協(xié)調(diào)，即對人員配置、工作安排和進度把控等具有決定權(quán)，并負(fù)責(zé)與甲方及相關(guān)方的工作溝通和協(xié)調(diào)[4-5]。各專業(yè)BIM組負(fù)責(zé)本專業(yè)深化設(shè)計BIM模型的建立及復(fù)核，負(fù)責(zé)本專業(yè)的施工方案BIM模擬，負(fù)責(zé)本專業(yè)的進度、質(zhì)量、安全文明綠色施工管理過程中BIM應(yīng)用。項目部BIM中心負(fù)責(zé)專業(yè)模型整合，負(fù)責(zé)全專業(yè)BIM模型碰撞檢查，負(fù)責(zé)深化設(shè)計BIM成果、施工過程BIM成果、竣工圖BIM成果的匯總整理。

3.4 軟硬件環(huán)境

本工程在模型創(chuàng)建階段最主要的是使用Autodesk Revit。Autodesk Revit軟件是世界領(lǐng)先的設(shè)計軟件和數(shù)字內(nèi)容創(chuàng)建的Autodesk公司專為建筑信息模型而構(gòu)建。并結(jié)合其他諸如Rhino、Catia、Tekla、Sketchup、Bentley STAAD Pro等軟件，進行各專業(yè)建模。在模擬瀏覽階段所使用的軟件為Navisworks、Lumion 3D、3D Studio Max、Fuzor等商用軟件[6]。

在硬件方面，本項目所有BIM工程師均配備戴爾(DELL)M7710圖形工作站，中央處理器為Inter i7～7700MQ CPU 處理器(6M 緩存，最高至3.9 GHz)； 顯卡配置為NVIDIA Quadro P5100 8G獨顯； 內(nèi)存32GB+256SSD+2TB； 操作系統(tǒng)WIN7 專業(yè)版64位。

4 BIM技術(shù)綜合應(yīng)用

4.1 創(chuàng)建全專業(yè)模型

本項目的施工圖在設(shè)計上仍然采用傳統(tǒng)的出圖模式，通過創(chuàng)建全專業(yè)的BIM模型，輔助進行深化設(shè)計圖紙審核工作，根據(jù)顧問公司審批的圖紙作為指導(dǎo)施工的圖紙。各專業(yè)BIM模型包括場土建、鋼結(jié)構(gòu)、裝修、幕墻機電專業(yè)等，如圖4。本工程BIM中心合理組織和規(guī)劃各專業(yè)的模型建立，確保能被各方不斷應(yīng)用和深化。

圖4 各專業(yè)BIM模型

各專業(yè)BIM模型均包含必要的施工數(shù)據(jù)，如機電設(shè)備，需包括名稱、規(guī)格尺寸、供應(yīng)商、設(shè)備編號、其他施工參數(shù)信息，有利于指導(dǎo)施工，方便施工； 深度達到可做管線綜合、施工模擬、復(fù)雜節(jié)點施工深化、基本運維要求等應(yīng)用要求[3]。交付模型深度達到LOD500精度要求，BIM模型與現(xiàn)場完成情況及竣工圖一致，交付成果幾何信息與非幾何信息可有效傳遞。

4.2 BIM應(yīng)用情況

(1)利用BIM審圖

總承包方協(xié)同各專業(yè)分包利用BIM技術(shù)協(xié)助深化設(shè)計工作，各方提出圖紙優(yōu)化意見。通過每周二的深化設(shè)計協(xié)調(diào)會議展開討論，截至目前，各專業(yè)提出圖紙意見1 455條，如圖5、圖6，圖紙修改及優(yōu)化意見百分百得以解決。

圖5 圖紙報審面單

(2)參數(shù)校核

本項目機電系統(tǒng)尤為復(fù)雜，項目實施前，深化設(shè)計團隊對項目變壓器容量、電纜填充率、水泵揚程、管道流量等進行參數(shù)校核，通過參數(shù)校核，充分理解設(shè)計思路、設(shè)計理念，保障機電系統(tǒng)順利運行[7]。

圖8 電纜填充率計算書

圖9 管道流量校核計算

圖10 水泵揚程、流量計算書

(3)碰撞檢查

模型搭建完成后，將項目全專業(yè)模型進行整合，導(dǎo)入軟件中進行碰撞檢查。通過軟件模擬，提前發(fā)現(xiàn)施工過程中的碰撞點，得出碰撞檢查報告，本項目僅地下部分碰撞點解決800余處，大大加快現(xiàn)場施工的進度[8]。

(4)深化設(shè)計

機電專業(yè)根據(jù)充分協(xié)調(diào)的BIM模型，導(dǎo)出“平立剖圖紙”，同時，繪制綜合圖、專業(yè)圖、剖面圖、詳圖等，現(xiàn)場只需嚴(yán)格按照深化圖紙施工即可，節(jié)約大量施工協(xié)調(diào)時間[9]。

本項目幕墻模型完成后，用Catia軟件對模型進行切分，按照劃分情況將模型分解成部件，然后對組成模型的各部件分別進行深化設(shè)計，以此來驗證原設(shè)計的合理性與可行性。

(5)優(yōu)化二次結(jié)構(gòu)施工

本工程機電管線安裝晚于二次結(jié)構(gòu)墻體施工，二次結(jié)構(gòu)深化圖完成后，利用magicad軟件預(yù)留洞功能，在模型中自動創(chuàng)建墻體預(yù)留洞，極大地提高了洞口預(yù)留的準(zhǔn)確性，避免了人工標(biāo)注錯誤的發(fā)生，與以往相比，深化時間節(jié)約50%以上，預(yù)留洞口準(zhǔn)確率提高20%以上，完全解決了因施工順序沖突導(dǎo)致的管線與構(gòu)造柱打架、后期亂開洞等增加成本之類的問題。

(6)支吊架優(yōu)化

為保證BIM模型準(zhǔn)確指導(dǎo)施工，項目部在模型必要位置采用綜合支架并提供相應(yīng)的尺寸以供預(yù)制安裝。

BIM團隊利用magicad支吊架功能，在BIM機電模型中進行支吊架布設(shè)，通過軟件的校核功能對綜合支架進行受力計算，并可快速出具支吊架計算書。

對于復(fù)雜的承重支吊架，依據(jù)《簡明管道支架計算及構(gòu)造手冊》，對支吊架各受力點分別進行受力計算，得出承重支架校核計算書，并由設(shè)計院及顧問公司審核[10]。

通過計算選擇合理的支吊架，不僅節(jié)約了施工空間，達到更加美觀的效果，而且節(jié)約支吊架的材料成本和施工成本。此項技術(shù)應(yīng)用，初步估算節(jié)約支吊架成本超過10%。

(7)施工方案優(yōu)化

1)伸臂桁架層施工工藝優(yōu)化

本工程核心筒15、30層為伸臂桁架層，桁架層層高6.5m，鋼筋混凝土的核心筒墻體內(nèi)含雙層鋼板墻，依照傳統(tǒng)工藝，墻體箍筋無法依照傳統(tǒng)工藝與墻體的豎向鋼筋綁扎。按原設(shè)計要求，墻體箍筋需采用接駁器與鋼結(jié)構(gòu)現(xiàn)場焊接，共需焊接16 000余個套筒，如圖11，評估工期需60天以上，施工難度極大，并且工期及質(zhì)量均無法滿足要求。為解決此問題，項目部運用BIM技術(shù)進行方案比選和施工模擬，創(chuàng)新性地采用了鋼結(jié)構(gòu)預(yù)焊接鋼板帶，取代現(xiàn)場焊接箍筋的做法，如圖12，鋼板帶在鋼結(jié)構(gòu)加工廠焊接完成，鋼筋工人只需在現(xiàn)場連接豎向鋼筋即可，減少了常規(guī)施工中，大量鋼筋焊接、綁扎所需的施工時間和材料損耗，共節(jié)省工期22天，節(jié)約成本約55萬元，而且完全滿足結(jié)構(gòu)可靠性的要求，取得了設(shè)計方的認(rèn)可，認(rèn)為可以推廣使用。

圖11 優(yōu)化前設(shè)計原方案模型

圖12 優(yōu)化后方案鋼板帶模型 圖13 鋼板帶現(xiàn)場照片

2)塔吊附著錨固優(yōu)化

本工程塔吊公司提供的塔吊附著錨固形式為長臂桁架拉桿，固定在核心筒墻體上，如圖14、圖15，這種附著型式的優(yōu)點在于核心筒的施工速度可以不受其他專業(yè)的制約，塔吊伴隨著核心筒一步步增高，但是該錨固形式經(jīng)評估施工難度大，最長的桁架拉桿長度接近23m，每一道桁架拉桿重量都非常大，并且與幕墻單元板塊邊框位置沖突，給幕墻的安裝造成了很大的困難[11]。

圖14 塔吊附著方案原設(shè)計平面圖

圖15 調(diào)整前塔吊附著方案三維效果圖

項目部綜合評估了原塔吊附著方案的利弊，決定優(yōu)化塔吊公司提供的附著方案，利用BIM技術(shù)的可視化，創(chuàng)建模型，重新布置塔吊附著，最終確定將塔吊附著錨固點由核心筒轉(zhuǎn)換至外框鋼管柱，如圖16、圖17，通過對塔吊附著形式進行轉(zhuǎn)換，塔吊的附著距離由原來的23m縮短至9m，并且拉桿型式由原來笨重的長臂桁架式改為相對較輕巧的普通鋼拉桿，重量大大減輕，塔吊附著施工難度大大降低，并且可以使塔吊錨固避開幕墻邊框，使幕墻工期不受影響，此項改進預(yù)計共節(jié)省工期40天，節(jié)約成本約30萬元。

圖16 調(diào)整后塔吊附著方案三維效果圖

圖17 調(diào)整后塔吊附著現(xiàn)場照片

圖18 設(shè)備優(yōu)化前

圖19 設(shè)備優(yōu)化后

3)設(shè)備優(yōu)化

本工程冷卻塔在模型搭建完成后，發(fā)現(xiàn)冷卻塔排布及管線路由有進一步優(yōu)化空間，BIM團隊結(jié)合商務(wù)部選定的品牌型號進行優(yōu)化調(diào)整，替換原設(shè)計院設(shè)備基礎(chǔ)圖，確保土建屋面基礎(chǔ)圖紙準(zhǔn)確性，另外據(jù)統(tǒng)計，對原設(shè)計進行優(yōu)化后，屋面冷卻塔工程可減少閥門及軟接頭共計60個，管道節(jié)省107m，設(shè)備吊裝及運輸費用減少50%，共計節(jié)省成本約19.71萬元[12]。

4)樓層凈高優(yōu)化

本工程管控標(biāo)高是在業(yè)主提供的凈空要求上進一步優(yōu)化，優(yōu)化完成后能夠讓業(yè)主清晰地了解每個功能區(qū)域所能達到的凈空高度，通過凈高分析，本項目地下室部分的標(biāo)高比原方案整體提高20cm，為后序精裝修施工提供了極大便利。

(8)方案模擬

1)爬模施工技術(shù)模擬

本工程核心筒施工中采用鋁合金模板配合液壓爬架施工工藝，項目利用BIM技術(shù)制作三維可視化爬模施工方案代替原始紙質(zhì)版方案交底，更直觀、精確地反映整個爬模施工方案的施工工序和施工流程[13]。

2)幕墻施工方案模擬

本工程利用BIM技術(shù)，將幕墻進度計劃與施工方案整合在模型中，更直觀、精確地反應(yīng)各個部位的施工工序流程，對進度計劃進行動態(tài)管理，保證工程進展順利。

3)冷卻塔吊裝方案模擬

項目通過BIM技術(shù)對大型設(shè)備運輸?shù)跹b進行模擬，確定大型設(shè)備最優(yōu)路線及最優(yōu)吊裝方案，同時，針對設(shè)備尺寸和吊裝線路校核，保證大型設(shè)備的順利搬運和安裝就位。

(9)數(shù)字化加工

運用BIM技術(shù)，根據(jù)BIM模型和構(gòu)件產(chǎn)品庫數(shù)據(jù)進行工廠數(shù)字化加工。在BIM模型中確定構(gòu)件分段，利用BIM模型數(shù)據(jù)指導(dǎo)加工，提高工作效率，提升建筑質(zhì)量[14]。

圖20 鋼結(jié)構(gòu)三維模型

圖21 鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件加工

(10)BIM機電樣板引路

項目通過BIM技術(shù)對機電施工樣板進行施工工序模擬，利用模型虛擬施工，做到技術(shù)先行，提前發(fā)現(xiàn)并預(yù)防施工過程中存在的各種問題，杜絕因設(shè)計考慮不周到而引起的返工現(xiàn)象，節(jié)約施工成本，提高施工效率。

圖22 現(xiàn)場機電樣板間 圖23 機電樣板間三維模型

(11)提高質(zhì)量安全管理水平

本工程在施工階段，利用廣聯(lián)達BIM 5D平臺與廣聯(lián)云的進度質(zhì)量問題追蹤功能，管理人員發(fā)現(xiàn)質(zhì)量安全問題立即拍照上傳，責(zé)任人實時收到問題整改通知，第一時間安排人員整改[15]。

移動端問題錄入后，在PC端自動形成圖表，對安全、質(zhì)量問題類型統(tǒng)計整理，輸出分析圖表，為項目管理人員提供數(shù)據(jù)支持。

圖24 廣聯(lián)達BIM 5D平臺與廣聯(lián)云的進度質(zhì)量問題追蹤

5 BIM拓展應(yīng)用

5.1 BIM+三維掃描+云計算

本項目利用三維激光掃描儀對已完成的結(jié)構(gòu)進行點云預(yù)處理，根據(jù)點云擬合出來的模型與原BIM模型進行偏差分析，并更新與實際施工相符合的模型[16]，模型更新后即可利用現(xiàn)場模型進行幕墻節(jié)點深化及下料工作，避免了因誤差導(dǎo)致的成本增加的問題。

圖25 三維掃描

5.2 BIM+三維掃描+攝影測量

本項目為了保證鋼構(gòu)件的加工質(zhì)量，采用精度為0.085mm的工業(yè)級光學(xué)三維掃描儀及攝影測量系統(tǒng)，對加工完成的構(gòu)件逆向成形，通過實際的掃描模型和理論模型進行比較，偏差部位和偏差多少，其結(jié)果一目了然，這道步驟可以保證加工完成，運到現(xiàn)場的鋼構(gòu)件百分之百的合格率。

5.3 BIM+3D打印技術(shù)

對于工程上須重點把控的位置和施工難度較大的部位，除了創(chuàng)建三維立體模型，在施工前將模型信息導(dǎo)入到3D打印機內(nèi)打印出實體模型[17]，利用3D打印技術(shù)的可視化與無障礙溝通的特點，項目各參與方均可針對實體模型討論方案的可行性，節(jié)省大量的溝通討論時間。

圖26 3D打印技術(shù)

5.4 BIM+VR

各參建方在三維模型里溝通樣板段排布方案，確定后用于現(xiàn)場施工，并通過VR全景技術(shù)，制作二維碼，各參見方可以通過掃碼，在任何地點任何時間都能夠觀察樣板段。與傳統(tǒng)樣板段實施相比，避免了樣板討論階段的反復(fù)拆改，節(jié)約時間成本和經(jīng)濟成本。在施工階段，也可以利用VR全景技術(shù)[18]，在重點區(qū)段張貼二維碼，作業(yè)人員可以隨時查看該區(qū)域的三維模型，正確理解圖紙，間接提高施工質(zhì)量。

圖27 F6樣板段二維碼 圖28 掃描二維碼進入樣板段效果圖

6 總結(jié)

通過BIM技術(shù)在陽光保險金融中心工程施工過程中的實踐與應(yīng)用，并結(jié)合本工程的施工特點，對各專業(yè)的施工工序和圖紙加以改良，解決了超高層施工工期慢及施工復(fù)雜的問題，并最終形成一套完整的超高層BIM應(yīng)用與拓展，為今后類似工程提供參考和指導(dǎo)。通過采用BIM技術(shù)，質(zhì)量管理提升33%，安全管理提升22%，施工進度提升11%，為項目節(jié)約成本9%，得到業(yè)主和監(jiān)理單位的一致認(rèn)可。在今后各類項目中，我們會繼續(xù)推廣BIM在施工過程中的應(yīng)用，不斷完善，改進不足，為BIM的普及提供參考和思路。