北京市昌平區(qū)未來科技城南區(qū)綜合商業(yè)用地項目BIM技術(shù)應(yīng)用

王 滿 趙虎軍 李 君 何景蘇 廉 冠 張洪峰 李祖文 劉俊峰

(中建三局集團有限公司，北京 100097)

1 工程概況

1.1 總體概況

項目位于昌平區(qū)北七家鎮(zhèn)定泗路與魯疃西路交叉路口西南，未來科學(xué)城核心區(qū)，作為未來科學(xué)城地標建筑，采用“天空之城”的設(shè)計理念，設(shè)計新穎、造型獨特。北京地鐵17號線貫穿塔樓地下室四層、三層，為全國少有的地鐵結(jié)構(gòu)與車庫結(jié)構(gòu)一體化施工。項目總建筑面積540 000m2，總占地面積60 000m2，業(yè)態(tài)是集辦公、商業(yè)等多種配套功能于一體的超高層商業(yè)綜合體，建成后將成為北京“智慧園區(qū)”和“輕都市”典范。

圖1 項目整體效果圖

1.2 與地鐵一體化概況

地鐵17號線從項目用地中央地下四層、三層縱向穿過，與我方建筑地下交接部位采用雙墻結(jié)構(gòu)形式，水平結(jié)構(gòu)共構(gòu)，豎向結(jié)構(gòu)不共構(gòu)，地鐵結(jié)構(gòu)外墻厚900mm，地下車庫結(jié)構(gòu)墻體厚700mm，雙墻之間設(shè)置振溝?？拐駵蠈?.1m，深4m，南北區(qū)抗振溝單側(cè)長約500m。

圖2 與地鐵一體化共建模型圖

1.3 北區(qū)百米鋼平臺概況

北區(qū)塔樓在103m高空之間設(shè)計有“天空之城”鋼連廊，連廊采用桁架結(jié)構(gòu)體系，桁架高度接近5.5m，寬度超58m，最大跨度達40.5m，單品桁架重量超過120t。鋼平臺底部安裝尺寸達1 500m2超大LED顯示屏。平臺上方塔樓設(shè)置有12.8m超高超大雙層呼吸式建筑頂部幕墻。

圖3 北區(qū)百米高空鋼平臺效果圖

1.4 工程重難點

項目以結(jié)構(gòu)/建筑長城杯、國優(yōu)、北京市新技術(shù)應(yīng)用示范工程、北京市BIM應(yīng)用示范工程、住建部綠色施工科技示范工程等為高標準目標，對工程技術(shù)含量、建設(shè)質(zhì)量和建設(shè)周期及以下工程重難點都提出了相當嚴格的標準及較高的管理水平要求[1]：

(1)設(shè)計圖紙管理：三家設(shè)計單位+三邊工程，圖紙量大，尤其是地下部分與地鐵圖紙，圖紙標準不統(tǒng)一、設(shè)計圖紙調(diào)整頻繁。

(2)全國少有地下開發(fā)結(jié)構(gòu)與地鐵一體化同步施工項目管理：含消聲減振、防水封閉、一體化監(jiān)測、工序安排、多單位現(xiàn)場綜合協(xié)調(diào)管理等難點。

(3)多地塊、多塔樓、場地有限的工程平面管理：CP-05和CP-26兩大地塊，共7棟塔樓和2棟裙樓，工程實體量大，材料、構(gòu)件、設(shè)備多、專業(yè)單位多、現(xiàn)場可利用場地小，做好場地布置、垂直運輸與平面管理，并整合有限的內(nèi)外部資源非常重要[2]。

(4)北區(qū)百米高空超大跨鋼平臺安裝管理：屬超大跨超重鋼結(jié)構(gòu)103m懸空作業(yè)，安全風(fēng)險高，整體施工難度大。

(5)項目關(guān)注度高，甲方保利對項目的第三方評估要求高：項目作為典型的區(qū)域地標性建筑，承載著多項智能系統(tǒng)和最新科技的應(yīng)用與推廣，擔負著將建筑信息納入城市基礎(chǔ)信息的典型試點和引導(dǎo)作用[3]，市區(qū)政府及公司領(lǐng)導(dǎo)普遍關(guān)注。

(6)參建單位多，施工協(xié)調(diào)需求高，甲指分包管理難度大，BIM作為管控手段，協(xié)助協(xié)調(diào)各參與方工作[4]。此外，甲方對后期運維管理要求高。

2 BIM組織與應(yīng)用環(huán)境

2.1 BIM應(yīng)用目標

(1)編制項目BIM相關(guān)標準，建立施工階段BIM，完成各專項應(yīng)用，輔助風(fēng)險識別，建立BIM協(xié)同平臺，并形成有效數(shù)據(jù)庫素材，為后期BIM運維奠定基礎(chǔ)[5]。

(2)消除數(shù)據(jù)孤島、打通數(shù)據(jù)傳遞鏈條，提升建設(shè)工地監(jiān)督管理水平[6]。

(3)全面推進BIM技術(shù)應(yīng)用，將BIM技術(shù)細化滲透到各個部門，杜絕BIM工作與現(xiàn)場工作脫節(jié)現(xiàn)象發(fā)生，并培養(yǎng)一批BIM專業(yè)人才[7]。

(4)應(yīng)用BIM技術(shù)在商業(yè)綜合體與地鐵一體化共建中實現(xiàn)施工及運維階段：結(jié)構(gòu)優(yōu)化、協(xié)同管理、增益質(zhì)量及安全等； 提升工程管理水平及效果，融合甚至可能性拔高科技創(chuàng)新、綠色節(jié)能、精益建造等元素，整體為工程管理服務(wù)及增值。

2.2 實施方案

項目在施工前期即結(jié)合工程特點參照《建筑工程施工BIM應(yīng)用指南》、《中建三局集團有限公司(北京)項目BIM實施與管理手冊》編制詳細的《BIM實施策劃方案》，對組織架構(gòu)、平臺搭建、應(yīng)用點實施計劃、例會制度、部門聯(lián)動及各專業(yè)統(tǒng)一標準等方面進行明確與傳閱。BIM實施原則是全專業(yè)應(yīng)用、各部門協(xié)同辦公。主線是劃定不同階段BIM應(yīng)用項及責任方、成果提交形式等。

表1 不同階段BIM實施內(nèi)容要點

2.3 團隊組織

本工程采用“1中心+N1+N2”BIM管理模式。1中心代表公司BIM中心，設(shè)BIM中心主任，由公司總工統(tǒng)籌，指導(dǎo)項目工作及提供資源支持。N1代表項目總包部技術(shù)、安全、質(zhì)量、商務(wù)等各部門各設(shè)一名BIM兼職負責人，可增強BIM應(yīng)用部門間聯(lián)動，總體由項目總工領(lǐng)導(dǎo)管理。N2代表鋼構(gòu)、機電、幕墻、精裝、消防等各專業(yè)分包各自指定一名BIM負責人，進行各專業(yè)內(nèi)建模、BIM應(yīng)用、參與項目BIM協(xié)調(diào)會、提交BIM工作成果等內(nèi)容。

架構(gòu)確保在BIM實施過程中，對內(nèi)實現(xiàn)各部門信息綜合，對外提升建筑信息傳遞的效率，形成一條完整的工作鏈，將項目的圖紙信息與生產(chǎn)、進度、質(zhì)量、成本進行結(jié)合，實現(xiàn)高品質(zhì)建造[8]。

2.4 軟硬件環(huán)境

軟件選用綜合考慮不同專業(yè)應(yīng)用需求、軟件優(yōu)缺點及費用、不同軟件間接口標準統(tǒng)一等因素，本工程選用軟件包含核心建模類、動畫制作類、精細化管理類[9]，具體如下：

表2 項目BIM軟件配備及用途

硬件采用高端工作站與可移動設(shè)備搭配方式[2]，主要配置有：惠普Z8工作站、聯(lián)想P51筆記本工作站、神舟Z7筆記本、二維碼打印機(2臺)、Overlord Pro 3D打印機(2臺)、iPad(6臺)、FARO三維激光掃描儀(1臺)等。

3 BIM應(yīng)用

項目結(jié)合重難點與工程進度，分基礎(chǔ)與創(chuàng)新應(yīng)用點展開BIM工作。

3.1 BIM建模與圖紙會審

項目根據(jù)統(tǒng)一的標準化構(gòu)件命名與著色要求，建模細部標準參照《建筑信息模型施工應(yīng)用標準》(GB/T51235-2017))[3]并結(jié)合設(shè)計圖紙，提前搭建地鐵一體化、機電等施工圖設(shè)計模型。

圖4 機電專業(yè)建模顏色統(tǒng)一標準

圖5 土建與地鐵一體化、單塔機電施工圖模型

BIM的可視化功能集成多維信息，精確儲存了如機電暖通空調(diào)工程中的設(shè)備及管線的屬性及空間信息[10]。利用BIM模型建模過程及可視化特點，項目在圖紙會審階段發(fā)現(xiàn)圖紙問題并提出合理化建議，設(shè)計單位在進行圖紙修正時利用BIM模型進行校核驗證，大幅減少了施工過程中因碰撞、拆改及因設(shè)備未選定而造成的浪費和工期延誤、造價增大等問題，總體上減少非必要的設(shè)計變更，提高圖紙會審質(zhì)量與效率。

3.2 深化設(shè)計與綜合協(xié)調(diào)

表3 項目各專業(yè)典型深化設(shè)計與綜合協(xié)調(diào)匯總

3.3 工藝模擬與方案輔助

表4 項目典型工藝模擬與方案輔助應(yīng)用匯總

3.4 場平管理

(1)各階段場平管理模型應(yīng)用

根據(jù)施工部署，對各階段場地布置進行模擬，復(fù)核材料運輸通道、人員疏散路徑、大型構(gòu)件吊裝的設(shè)置，優(yōu)化場地布置。通過各專業(yè)場地占用數(shù)據(jù)分析，提升場地利用率，降低場地使用沖突率，施工場地更加協(xié)調(diào)有序。

圖6 地下、地上主體階段場平管理模型圖

(2)BIM設(shè)計型鋼馬道周轉(zhuǎn)使用

項目針對多塔樓施工，運用BIM技術(shù)進行B-3樓型鋼馬道設(shè)計，并在B-4、B-1樓地下部分施工實現(xiàn)循環(huán)使用，周轉(zhuǎn)降本。

圖7 型鋼馬道BIM設(shè)計模型及現(xiàn)場搭設(shè)圖

3.5 輔助質(zhì)量安全管理

(1)質(zhì)量管理BIM應(yīng)用

項目將施工模型和深化設(shè)計模型進行輕量化處理，通過協(xié)筑等平臺結(jié)合Ipad將模型帶至施工現(xiàn)場，運用模型指導(dǎo)現(xiàn)場的實施和檢查。

另外利用如幕墻單元板樣板模型來展示特殊的、復(fù)雜部位的施工節(jié)點，指導(dǎo)現(xiàn)場施工，杜絕錯漏碰缺，提高現(xiàn)場施工的實體質(zhì)量。

在第三方實測實量管理方面，如機電通過BIM模型對綜合管線平面位置和標高進行確認，確?，F(xiàn)場機電管線施工準確、實測實量與深化圖形一致性。

圖8 機電輕量化模型與幕墻單元塊樣板

圖9 機電典型管綜模型與現(xiàn)場實測施工圖

(2)安全管理BIM應(yīng)用

虛擬現(xiàn)實以信息技術(shù)為核心，在計算機數(shù)字化環(huán)境中建立一個多源信息融合和交互式的三維動態(tài)視覺仿真世界，用戶可以從視覺、聽覺和觸覺等多方面感知途徑與虛擬世界的對象進行交互[11]。

項目借助BIM漫游模擬功能，快速查找容易被忽視的臨邊洞口等安全隱患問題，做出安全防護部署，建立防護體系，為制定更準確的現(xiàn)場安全設(shè)計方案提供依據(jù)[12]。利用VR技術(shù)將現(xiàn)場安全防護部署、防護體系、現(xiàn)場危險源等進行虛擬現(xiàn)實化，設(shè)立虛擬現(xiàn)實安全體驗館，使工人及現(xiàn)場管理人員切身體會到安全施工的重要性，總體上消減安全風(fēng)險。

圖10 場地安全漫游與VR安全體驗技術(shù)

3.6 三維激光掃描

項目利用BIM三維激光掃描技術(shù)掃描已施工主體結(jié)構(gòu)形成三維點云數(shù)據(jù)模型。經(jīng)與理想模型進行精度比對，審核施工誤差，并及時通知相關(guān)專業(yè)調(diào)整深化設(shè)計模型或整改施工現(xiàn)場，修正誤差，提高幕墻、屋面等專業(yè)現(xiàn)場安裝精度和質(zhì)量。激光掃描技術(shù)突破了傳統(tǒng)的單點測量方法，具有高效率、高精度的獨特優(yōu)勢[13]。

圖11 現(xiàn)場三維激光掃描與生成點云模型比對圖

3.7 3D打印

項目針對地鐵交叉部位、鋼結(jié)構(gòu)穿筋、幕墻等典型節(jié)點通過3D打印模型，進行深化設(shè)計成果的復(fù)核及施工方案、復(fù)雜節(jié)點等的展示與交底，對比并及時發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場施工實物及工藝的錯誤，提高施工質(zhì)量。

圖12 幕墻埋件3D打印設(shè)置與實體節(jié)點

3.8 二次開發(fā)小程序應(yīng)用

項目幕墻專業(yè)將Revit模型導(dǎo)入UE4游戲引擎制作設(shè)計方案交底程序，既可以實現(xiàn)模型及非幾何信息的便捷查看，又能加強對單元板塊制作及安裝質(zhì)量的核查。

圖13 幕墻自主研發(fā)小程序操作演示圖

3.9 “協(xié)筑”協(xié)同工作平臺應(yīng)用

項目采用廣聯(lián)達協(xié)筑云平臺作為本項目的數(shù)據(jù)協(xié)同管理平臺。合理分配各參與方權(quán)限與角色，建立云端內(nèi)部數(shù)據(jù)共享，用于BIM實施過程中的各參與方協(xié)作過程。協(xié)同平臺支持管理人員應(yīng)用智能移動端，發(fā)起、處理、追蹤和審核包括質(zhì)量安全等問題，支持語言、圖片、視頻等多媒體的問題描述，自動生成質(zhì)量安全整改單，減少資料歸檔工作[14]。

所有BIM成果通過協(xié)同平臺進行傳輸、共享、管理及應(yīng)用，實現(xiàn)即時通訊與輕量化應(yīng)用，并為公司數(shù)據(jù)庫積累提供支撐。

圖14 項目協(xié)同工作平臺應(yīng)用

4 項目應(yīng)用效果

4.1 科技創(chuàng)新創(chuàng)效

在商業(yè)綜合體與地鐵一體化同步共建中，針對抗振溝典型節(jié)點部位將BIM技術(shù)與設(shè)計變更、科技研發(fā)創(chuàng)新結(jié)合起來，縮減成本，為項目創(chuàng)效增益。同時形成相關(guān)專利、工法及論文。

項目綜合應(yīng)用BIM輔助圖紙會審、各專業(yè)深化優(yōu)化等技術(shù)截止目前共發(fā)現(xiàn)圖紙問題185處，形成圖紙會審116項，大幅減少了施工過程中因碰撞、拆改及設(shè)備未選定而造成的浪費和工期延誤、造價增加等問題，綜合節(jié)省成本約120萬元。

4.2 實測實量成效

項目綜合運用輕量化模型、三維激光掃描、3D打印等BIM技術(shù)輔助實測實量，提高質(zhì)量標準及管控效果，協(xié)助項目在2018-2019年期間取得保利全國第三方測評2次第一名、1次第二名的成績。

4.3 施工管控提升

工藝模擬、方案BIM設(shè)計、可視化交底、VR體驗等技術(shù)應(yīng)用一方面優(yōu)化現(xiàn)場工序穿插、工作面合理化布局，提高了生產(chǎn)效率； 另一方面提高了工人安全意識，并有效消除了現(xiàn)場安全隱患。項目榮獲北京市綠色安全樣板工地、北京市青年安全生產(chǎn)示范崗等榮譽，項目整體管控水平得到優(yōu)化與提升。

5 總結(jié)

5.1 創(chuàng)新點

(1)與地鐵一體化應(yīng)用

作為全國少有的商業(yè)綜合體與地鐵一體化共建同步施工項目，項目將節(jié)點優(yōu)化、工藝模擬等BIM技術(shù)融合進入設(shè)計變更、科技創(chuàng)新創(chuàng)效及課題研究等工作中，一方面縮減成本、為項目提質(zhì)創(chuàng)效，另一方面推進科技成果產(chǎn)出，形成專利《一種吸音隔振混凝土新材料及其抗振溝回填方法和應(yīng)用》、工法《與地鐵一體化抗振溝施工工法》、論文《BIM技術(shù)在與地鐵一體化施工管理中的應(yīng)用》、相關(guān)研究報告等成果?？傮w上在與地鐵一體化方面形成了良好的解決思路和方法。

(2)幕墻自主程序開發(fā)應(yīng)用

在目前市場主流軟件平臺的基礎(chǔ)上，幕墻專業(yè)自主開發(fā)了一種便捷操作與交底小程序。該程序成本交底，且操作效果良好，總體性價比較高。

(3)形成園區(qū)區(qū)域化BIM應(yīng)用(區(qū)標)

項目積極參與整個昌平區(qū)未來科技城園區(qū)BIM技術(shù)應(yīng)用標準并推行，完善時空信息一張圖。并致力于運用BIM技術(shù)研究智慧園區(qū)在空間組織等方面的內(nèi)容，爭取形成類似項目具有可借鑒性的示范案例。

5.2 經(jīng)驗與思考

BIM的基礎(chǔ)技術(shù)在行業(yè)內(nèi)應(yīng)用越來越堅實，逐漸從曾經(jīng)的錦上添花轉(zhuǎn)變成了當下高效、精細化、信息化施工中不可缺少的技術(shù)手段[15]，項目也形成了以下若干經(jīng)驗與思考：

(1)經(jīng)驗：項目在應(yīng)用BIM技術(shù)過程中，人員的BIM工具意識、標準化要求及應(yīng)用流程技巧取得了較大提升。針對工程要點比較以往也提供了更佳的解決思路、方案，另外為公司數(shù)據(jù)庫的積累提供了資源支撐。

(2)思考：在過程中也面臨著建模減負、全員BIM應(yīng)用主動性尚不足、深層次應(yīng)用有待加強等一些問題需要改善。項目將繼續(xù)在全專業(yè)和全方位深度應(yīng)用BIM技術(shù)，深入挖掘BIM創(chuàng)新和示范應(yīng)用，通過智慧建造，將項目打造成北京“智慧園區(qū)”和“輕都市”典范。