李 攀 王尚寧 朱 超 羅燁欽 廖裕海 萬(wàn) 鐘 吳雅婷
(中國(guó)建筑第四工程局,廣州 518000)
佳兆業(yè)金融大廈項(xiàng)目位于深南中路與上步南路交叉口西南部,占地面積約1.4萬(wàn)m2,總建筑面積約17.5萬(wàn)m2。由一棟52層超甲級(jí)辦公樓, 6層商業(yè)裙樓和4層地下室組成。項(xiàng)目建筑高度258m,工程確保達(dá)到魯班獎(jiǎng)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn),建成后將成為佳兆業(yè)集團(tuán)總部大廈。項(xiàng)目使用的新技術(shù)多,技術(shù)處理難度大,專(zhuān)業(yè)分包多,施工作業(yè)交叉面光,工序穿插困難,工期履約風(fēng)險(xiǎn)高,成本管控難度廣,由此在施工總承包管理中引入BIM技術(shù),已探索信息總承包管理之路,打造四局和豐隆集團(tuán)的BIM標(biāo)桿。
圖1 佳兆業(yè)金融大廈項(xiàng)目效果圖
(1)施工難。作為佳兆業(yè)集團(tuán)總部大廈新址,包含一座超甲級(jí)辦公樓,技術(shù)處理難度大,使用新技術(shù)較多,技術(shù)方案復(fù)雜,需使用BIM進(jìn)行深化和仿真模擬。
(2)管理難。項(xiàng)目專(zhuān)業(yè)分包多,作業(yè)交叉面廣,工序穿插困難,施工過(guò)程設(shè)計(jì)變更多,總承包管理難度大,工期履約風(fēng)險(xiǎn)大,成本管控難度大。
(3)品質(zhì)高。項(xiàng)目竣工之后成為佳兆業(yè)集團(tuán)總部大廈,要求工程確保獲得魯班獎(jiǎng)。作為局級(jí)重點(diǎn)工程推廣項(xiàng)目,致力于應(yīng)用BIM技術(shù)探索新型總承包管理之路,作為佳兆業(yè)集團(tuán)總部戰(zhàn)略新址,承載佳兆業(yè)高端項(xiàng)目BIM樣板基地,致力于打造四局和佳兆業(yè)BIM標(biāo)桿項(xiàng)目。
(1)本項(xiàng)目采用統(tǒng)一的全過(guò)程模型標(biāo)準(zhǔn),其中包括算量模型標(biāo)準(zhǔn)、施工圖模型標(biāo)準(zhǔn),施工深化模型標(biāo)準(zhǔn),運(yùn)營(yíng)模型標(biāo)準(zhǔn); 在模型精度上按照專(zhuān)業(yè)細(xì)分成一級(jí)子項(xiàng)、二級(jí)子項(xiàng),根據(jù)施工圖設(shè)計(jì)的構(gòu)件信息具體要求到尺寸、型號(hào)、編號(hào)的準(zhǔn)確度,從模型上實(shí)現(xiàn)精細(xì)化管理,有效避免了前期的建模錯(cuò)誤與疏漏,保證了全過(guò)程模型的準(zhǔn)確性與協(xié)同性。
(2)執(zhí)行嚴(yán)格的BIM施工圖質(zhì)量控制措施,實(shí)現(xiàn)同步審核二維圖紙與三維模型,出圖后進(jìn)行各專(zhuān)業(yè)細(xì)節(jié)核對(duì),并做好相關(guān)的常規(guī)存檔。三維模型建立后嚴(yán)格按照進(jìn)度要求進(jìn)行各專(zhuān)業(yè)提資,有效地通過(guò)BIM模型實(shí)現(xiàn)成本管控。
圖2 BIM實(shí)施策劃
圖3 BIM配置
(1)設(shè)計(jì)階段—運(yùn)用BIM模型先行的設(shè)計(jì)概念,復(fù)雜空間的運(yùn)用多系統(tǒng)協(xié)同設(shè)計(jì)。用Revit建立建筑結(jié)構(gòu)機(jī)電等專(zhuān)業(yè)模型,模型經(jīng)過(guò)多方參與溝通審核修改再進(jìn)行出圖,確保出圖率以及精確率達(dá)到95%以上,其中鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)出圖率100%。
(2)施工階段—建立精度為L(zhǎng)OD400以上的竣工模型作為后期建筑運(yùn)營(yíng)的模型基礎(chǔ),施工模型掛接施工進(jìn)度計(jì)劃以及資金管理計(jì)劃進(jìn)行具有可指導(dǎo)性的5D施工模擬,達(dá)到施工、資金管理流動(dòng)可視化。
(3)運(yùn)維階段—項(xiàng)目施工過(guò)程中的信息采集入庫(kù),并利用項(xiàng)目BIM竣工模型作為信息儲(chǔ)存的向?qū)ВM(jìn)行綠色節(jié)能數(shù)據(jù)化管理。結(jié)構(gòu)與機(jī)電的模型進(jìn)行空間分析,確保施工現(xiàn)場(chǎng)空間分析標(biāo)準(zhǔn)達(dá)到運(yùn)營(yíng)要求。
圖4 BIM綜合應(yīng)用分解圖
圖5 模型協(xié)作流程
項(xiàng)目BIM綜合應(yīng)用主要在技術(shù)管理、商務(wù)管理和現(xiàn)場(chǎng)管理三個(gè)方面,其中技術(shù)管理從項(xiàng)目開(kāi)工前就開(kāi)始應(yīng)用,在傳統(tǒng)的工作上增加模型創(chuàng)建、圖紙與模型對(duì)比審查、模型深化設(shè)計(jì)、施工模擬等內(nèi)容,嚴(yán)格做到BIM先行和BIM指導(dǎo)施工; 在商務(wù)管理方面,日常的施工測(cè)算、資源協(xié)調(diào)和成本控制借用廣聯(lián)達(dá)相關(guān)軟件,打破傳統(tǒng)的手算與現(xiàn)場(chǎng)協(xié)調(diào),利用信息化技術(shù),力求達(dá)到現(xiàn)場(chǎng)成本控制精細(xì)化,資源利用合理化; 在現(xiàn)場(chǎng)施工管理方面,在傳統(tǒng)的施工層面增加樣板模型引路原則,實(shí)施新的三維交底技術(shù),在現(xiàn)場(chǎng)結(jié)合云平臺(tái)的條件下幫助現(xiàn)場(chǎng)施工,實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)施工的信息化管理。通過(guò)收集多個(gè)平臺(tái)的各種成果和信息,最后統(tǒng)一用廣聯(lián)云集合管理,達(dá)到現(xiàn)場(chǎng)施工、技術(shù)、商務(wù)等多方面的綜合管理。
在方案設(shè)計(jì)階段創(chuàng)建基地模型,利用BIM技術(shù)結(jié)合GIS及Fuzor對(duì)任務(wù)書(shū)的條件進(jìn)行判斷、整理、分析自然地形和建筑環(huán)境。場(chǎng)地分析完成后,將任務(wù)書(shū)中的建筑指標(biāo)進(jìn)行深入分析,確定建筑設(shè)計(jì)的基本框架。把功能、形體、環(huán)境緊密地聯(lián)系在一起,在此基礎(chǔ)上建立一個(gè)合適的體量模型容納具體的功能,并通過(guò)運(yùn)行Fuzor分析,達(dá)到最佳的設(shè)計(jì)效果[2]。
在設(shè)計(jì)院移交BIM模型的基礎(chǔ)上,通過(guò)優(yōu)化深化,向各分包提供模型精度為L(zhǎng)OD400的施工模型,同時(shí)接收各分包專(zhuān)業(yè)模型,進(jìn)行模型集成,完成了模型BIM模型數(shù)據(jù)的交換與傳遞。
圖6 鋁模模型深化
經(jīng)各方商定塔樓核心筒采用鋁膜的施工工藝。在施工前通過(guò)BIM建立鋁模模型并進(jìn)行設(shè)計(jì)深化以及施工深化,并利用鋁模三維模型對(duì)現(xiàn)場(chǎng)工作人員進(jìn)行重難點(diǎn)施工的技術(shù)交底,通過(guò)720全景技術(shù)展示鋁模樣板模型,現(xiàn)場(chǎng)粘貼二維碼讓現(xiàn)場(chǎng)人員時(shí)刻通過(guò)模型進(jìn)行施工詳細(xì)合理的組織[3]。
在鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)深化方面,在牛腿與鋼筋連接位置以及鋼結(jié)構(gòu)與混凝土結(jié)構(gòu)連接位置等節(jié)點(diǎn),充分發(fā)揮了BIM深化設(shè)計(jì)優(yōu)勢(shì)。在深化鋼結(jié)構(gòu)牛腿的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)勁性柱的縱筋無(wú)法連接到牛腿焊接的套筒,經(jīng)與設(shè)計(jì)院溝通,將原套筒位置焊接一塊同牛腿加勁板的鋼板,鋼筋與鋼板通過(guò)焊接10d的長(zhǎng)度連接,解決了該類(lèi)問(wèn)題。再者,模型審核時(shí)發(fā)現(xiàn)塔樓混凝土梁的鋼筋與勁性鋼結(jié)構(gòu)柱碰撞,梁筋無(wú)法穿過(guò)鋼結(jié)構(gòu)鋼板,經(jīng)與設(shè)計(jì)溝通,在鋼結(jié)構(gòu)腹板或翼緣處開(kāi)設(shè)穿筋孔或者通過(guò)焊接套筒解決,設(shè)計(jì)深化過(guò)后達(dá)到模型指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施工的效果。
圖7 鋼結(jié)構(gòu)牛腿設(shè)計(jì)優(yōu)化
圖8 鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)深化
圖9 管綜深化
利用BIM模型優(yōu)化管線(xiàn)深化設(shè)計(jì),合理布置管線(xiàn),預(yù)留洞口,凈高分析,輸出管線(xiàn)圖紙。地下三層設(shè)備走廊管線(xiàn)深化前后對(duì)比,深化前凈高為2 200,深化后凈高為2 750[5]。
項(xiàng)目基坑支護(hù)形式采用地連墻+三道混凝土內(nèi)支撐的形式,鋼管樁與結(jié)構(gòu)的梁柱碰撞較多,經(jīng)Navisworks檢測(cè),發(fā)現(xiàn)150處碰撞; 支撐梁板和現(xiàn)澆混凝土板凈空檢測(cè),凈高只有1.35m,提前發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并提出解決方案。
圖10 碰撞檢測(cè)報(bào)告分析
施工前利用BIM技術(shù)對(duì)工程施工中管道設(shè)備進(jìn)行碰撞檢查以及凈空分析,避免施工過(guò)程中影響管線(xiàn)排布凈高,減少拆改。在施工階段,實(shí)時(shí)根據(jù)設(shè)計(jì)變更修改結(jié)構(gòu)模型并根據(jù)結(jié)構(gòu)變更調(diào)整管線(xiàn)排布方案,對(duì)項(xiàng)目在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備管線(xiàn)專(zhuān)業(yè)的精細(xì)化施工提供指導(dǎo)[7]。
圖11 機(jī)電模型審核報(bào)告
圖12 幕墻模型深化與模擬安裝
(1)對(duì)幕墻特殊交接位置(如交叉金屬裝飾條)建立初步模型,通過(guò)選取節(jié)點(diǎn)深化,將難以想象的空間拼裝關(guān)系實(shí)體化,從而確定現(xiàn)場(chǎng)拼裝所需材料,深化過(guò)后的模型精度達(dá)到LOD200[8]。
(2)利用BIM軟件進(jìn)行幕墻板塊建模,快速分析與主體結(jié)構(gòu)的碰撞關(guān)系,并通過(guò)軟件針對(duì)幕墻單元進(jìn)行構(gòu)件預(yù)拼裝,不僅能校驗(yàn)施工圖的組裝合理性,更能直接輸出構(gòu)件加工圖,直接輸入數(shù)控加工設(shè)備加工。從設(shè)計(jì)方案至單元組裝安裝提供一體化的質(zhì)量控制。
4.4.1 信息化施工管理
對(duì)外形造型獨(dú)特、結(jié)構(gòu)結(jié)點(diǎn)復(fù)雜的質(zhì)量樣板,通過(guò)三維圖片、三維動(dòng)畫(huà)進(jìn)行交底; 使復(fù)雜的結(jié)構(gòu)清楚、直觀地呈現(xiàn)出來(lái),能有效避免因誤讀圖紙而造成的返工,提高了現(xiàn)場(chǎng)人員識(shí)圖效率。
另外,項(xiàng)目還采用廣聯(lián)達(dá)BIM5D軟件進(jìn)行施工現(xiàn)場(chǎng)砌體的自動(dòng)排磚并出量、出圖,使用廣聯(lián)達(dá)BIM5D管理平臺(tái)管理現(xiàn)場(chǎng)的施工信息并幫助現(xiàn)場(chǎng)施工。
圖13 樣板模型及720全景圖
圖14 自動(dòng)排磚與BIM5D平臺(tái)應(yīng)用
4.4.2 技術(shù)方案編制
高支模施工方案利用廣聯(lián)達(dá)BIM模板腳手架軟件,導(dǎo)入已經(jīng)建立的RVT模型或者廣聯(lián)達(dá)土建GCL模型,輸入模架參數(shù)后,自動(dòng)計(jì)算整個(gè)模架體系安全性,可自動(dòng)生成模架計(jì)算書(shū)和方案,提高了高支模施工方案的編制和可靠性。
本項(xiàng)目核心筒外采用先進(jìn)的爬模施工技術(shù)代替了傳統(tǒng)的爬架技術(shù),相比較而言,爬模技術(shù)更安全,也更利于施工,但由于成本較高而少用于一般的民用建筑,在項(xiàng)目各方的商討下決定采用爬模技術(shù),一方面在周邊復(fù)雜的地理環(huán)境下更能保證施工質(zhì)量,另一方面在有限的場(chǎng)地和較高的操作難度上可以節(jié)約工期,同時(shí)也能最高程度上保證工人的操作安全,由于國(guó)內(nèi)并沒(méi)有大面積采用爬模,故爬模施工時(shí)的安全性與可操作性成為了檢驗(yàn)的重點(diǎn)。
圖15 高支模方案編制
圖16 爬模構(gòu)件分析
圖17 土方開(kāi)挖模擬
在設(shè)計(jì)階段利用ANSYS軟件將各個(gè)關(guān)鍵的構(gòu)件的數(shù)據(jù)錄入后形成有限元分析模型,針對(duì)每一個(gè)構(gòu)件的受力穩(wěn)定性、強(qiáng)度進(jìn)行分析,通過(guò)分析結(jié)果進(jìn)行調(diào)整,保證每一個(gè)關(guān)鍵構(gòu)件在施工時(shí)的安全性,然后進(jìn)行局部整合并分析,如安全通道處的上下樓梯,先通過(guò)軟件進(jìn)行每一塊踏板的受力穩(wěn)定和扶手位置、高度的驗(yàn)算分析,根據(jù)分析結(jié)果調(diào)整后進(jìn)行組合并對(duì)通道整體分析驗(yàn)算,通過(guò)驗(yàn)算結(jié)果確定是否可行。局部通過(guò)驗(yàn)算分析后,將每一層作為一個(gè)整體進(jìn)行驗(yàn)算,最后將每一層爬模進(jìn)行組合,設(shè)置各項(xiàng)參數(shù)后進(jìn)行有限元分析計(jì)算,根據(jù)最后的分析結(jié)果編寫(xiě)施工方案和加工爬模構(gòu)件。
項(xiàng)目周邊環(huán)境復(fù)雜,由于地下連續(xù)墻鄰近地鐵,土方開(kāi)挖時(shí)會(huì)影響到地連墻,地方政府、上級(jí)單位和業(yè)主特別重視,故土方開(kāi)挖階段的工作開(kāi)展起來(lái)較為繁瑣。
圖18 地鐵監(jiān)測(cè)與基坑監(jiān)測(cè)
為保證施工,首先在土方開(kāi)挖前,利用無(wú)人機(jī)搭載多臺(tái)傳感器,同時(shí)從垂直、傾斜多個(gè)不同角度采集項(xiàng)目地形影像,結(jié)合軟件功能在電腦端形成場(chǎng)地模型,運(yùn)用軟件模擬開(kāi)挖順序并確定土石方開(kāi)挖方案及土石方開(kāi)挖工程量。
項(xiàng)目基坑北側(cè)1m位置為深圳地鐵1號(hào)線(xiàn),先通過(guò)點(diǎn)云技術(shù)收集地鐵表面大量的密集點(diǎn)的三維坐標(biāo)、反射率和紋理等信息,通過(guò)電腦生成地鐵的三維模型,在地鐵和緊鄰的地連墻安裝相關(guān)儀器時(shí)刻監(jiān)測(cè),定時(shí)定點(diǎn)上傳監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù),并在模型中體現(xiàn),若出現(xiàn)沉降值過(guò)高第一時(shí)間發(fā)出警報(bào),項(xiàng)目目前無(wú)一次超過(guò)預(yù)警值,達(dá)到基坑監(jiān)測(cè)、地鐵車(chē)站及軌行區(qū)監(jiān)測(cè)的目的。
為幫助項(xiàng)目管理人員更好地了解即將施工的區(qū)域,項(xiàng)目設(shè)置獨(dú)立的VR體驗(yàn)區(qū),預(yù)先將項(xiàng)目的整體模型導(dǎo)入VR體驗(yàn)主機(jī)內(nèi)后,利用VR技術(shù)可直接漫游本項(xiàng)目的模型。后期將機(jī)電模型導(dǎo)入結(jié)構(gòu)實(shí)體中,經(jīng)過(guò)輕量化處理后上傳至BIM5D平臺(tái),通過(guò)AR虛擬成像技術(shù),可在地下室沒(méi)有網(wǎng)絡(luò)的情況下通過(guò)手機(jī)掃描查看機(jī)電模型。
圖19 VR與AR
為提高鋼構(gòu)件加工整體精度匹配和現(xiàn)場(chǎng)安裝效率,建立標(biāo)準(zhǔn)的建模工作以及相關(guān)科技工作流程,利用先進(jìn)的三維激光掃描儀進(jìn)行三維數(shù)據(jù)采集,最后把掃描模型數(shù)據(jù)和BIM模型數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析,得出預(yù)拼裝檢測(cè)報(bào)告,對(duì)腰桁架鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行虛擬預(yù)拼裝,得出虛擬預(yù)拼裝檢測(cè)數(shù)據(jù),指導(dǎo)工廠加工。通過(guò)此技術(shù)項(xiàng)目鋼結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了工廠預(yù)制化,管理精細(xì)化,過(guò)程經(jīng)濟(jì)化[10]。
圖20 鋼結(jié)構(gòu)工廠預(yù)拼裝
圖21 鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件跟蹤
本項(xiàng)目從鋼結(jié)構(gòu)材料采購(gòu)、工廠加工、構(gòu)件跟蹤、現(xiàn)場(chǎng)施工全程采用精工鋼構(gòu)BIM對(duì)鋼構(gòu)構(gòu)件進(jìn)行全程跟蹤控制。軟件后臺(tái)會(huì)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)度情況對(duì)成品入庫(kù)、出庫(kù)、進(jìn)場(chǎng)驗(yàn)收、安裝完成生成鋼構(gòu)的工程量及百分率。
項(xiàng)目由建設(shè)方為主導(dǎo)的BIM全過(guò)程管理,利用模型集成設(shè)計(jì)階段,施工階段以及運(yùn)維階段的數(shù)據(jù)信息,所有信息實(shí)現(xiàn)集成共享,實(shí)現(xiàn)高度集成的數(shù)字化、信息化管理模式。BIM執(zhí)行團(tuán)隊(duì)以BIM模型作為執(zhí)行作業(yè)的基礎(chǔ),充分利用BIM專(zhuān)業(yè)軟件及其延展開(kāi)發(fā)的軟件工具,在該工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)過(guò)程初期,對(duì)此BIM模型之3D模型,進(jìn)行一些必要的數(shù)量計(jì)算程序,產(chǎn)出一套(或部分重要工項(xiàng))準(zhǔn)確的工程數(shù)量估算和成本估算,并能快速因項(xiàng)目可能的變更修改,而將反映在成本增減的影響馬上呈現(xiàn)出來(lái),避免預(yù)算超支,以節(jié)省時(shí)間和金錢(qián)。這個(gè)過(guò)程也可以讓設(shè)計(jì)人員及時(shí)從設(shè)計(jì)調(diào)變中隨時(shí)觀察到成本的影響,可以有效遏制由于過(guò)度修改項(xiàng)目而造成預(yù)算超支。施工階段配合設(shè)計(jì)單位進(jìn)行施工圖深化,較好地解決傳統(tǒng)二維設(shè)計(jì)下無(wú)法避免的錯(cuò)、漏、碰、撞等現(xiàn)象。
項(xiàng)目竣工之后作為佳兆業(yè)集團(tuán)總部大廈將應(yīng)用BIM技術(shù)于運(yùn)維管理當(dāng)中,建造階段的竣工模型會(huì)不斷地精細(xì)化完善,把大廈的運(yùn)維信息集成于模型當(dāng)中,實(shí)現(xiàn)信息的共享以及運(yùn)維痕跡的可視化。團(tuán)隊(duì)將后期運(yùn)維階段利用平臺(tái)信息處理與大數(shù)據(jù)分析,實(shí)現(xiàn)設(shè)備的檢測(cè),動(dòng)態(tài)交互,以及將AV、AR、MR、GIS等技術(shù)與BIM進(jìn)行融合,充分實(shí)現(xiàn)BIM信息的價(jià)值視為后期研究的重點(diǎn)。
BIM不僅僅是把CAD換成REVIT(3DMAX等)這么簡(jiǎn)單,很多人對(duì)CAD軟件運(yùn)用得十分熟練,發(fā)展到BIM技術(shù)的時(shí)候,很多人只是把它看做是一項(xiàng)簡(jiǎn)單的軟件操作,這種觀念是錯(cuò)誤的。BIM軟件體系是覆蓋了建筑項(xiàng)目全生命周期的各個(gè)專(zhuān)業(yè)與環(huán)節(jié),并不是單一軟件廠商可以做到。其次三維設(shè)計(jì)與平面設(shè)計(jì)有著本質(zhì)的區(qū)別,需要技術(shù)人員從繪圖習(xí)慣、設(shè)計(jì)觀念上進(jìn)行轉(zhuǎn)變,需要用三維模型生成平面圖,而摒棄了先繪制二維圖紙?jiān)俾?lián)想成三維實(shí)體。
BIM技術(shù)使得一次性出圖效率、概預(yù)算精度以及施工管理的精細(xì)化大幅提高,對(duì)于BIM的理解以及應(yīng)用的意義決定了個(gè)人與企業(yè)在今后實(shí)踐中能取得多大成績(jī)。就目前行業(yè)應(yīng)用狀況與建筑行情來(lái)看,對(duì)于BIM軟件的重視程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于BIM本身。學(xué)習(xí)BIM與應(yīng)用BIM還是應(yīng)當(dāng)從理念入手,通過(guò)BIM訓(xùn)練自己建立一種更科學(xué)更接近于真實(shí)建造過(guò)程的思維方式。