BIM技術(shù)在武漢恒隆廣場(chǎng)購(gòu)物中心項(xiàng)目中的應(yīng)用*

葉 建，段超龍，周曉帆，魏 恒，黃心穎

(中國(guó)建筑第三工程局有限公司，湖北 武漢 430064)

0 引言

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，人們對(duì)物質(zhì)文化的需求愈加多元化，隨之而生的大型綜合類購(gòu)物中心建筑在城市中不斷興起，且該類建筑的功能涵蓋的范圍越來(lái)越大[1]。為滿足人們的多元化需求，大型綜合類購(gòu)物中心建筑功能布局豐富，使用空間要求高和空間人流、物流等流線復(fù)雜，且會(huì)將停車場(chǎng)、商業(yè)、設(shè)備用房、庫(kù)房和電氣用房等功能設(shè)置在地下空間[2]。隨著建筑行業(yè)向信息化和智慧化轉(zhuǎn)型的推進(jìn)，利用建筑信息模型(building information modeling，BIM)技術(shù)的三維虛擬建筑模型來(lái)解決建筑設(shè)計(jì)、施工及運(yùn)營(yíng)維護(hù)階段存在的問(wèn)題，已經(jīng)在眾多項(xiàng)目中進(jìn)行了廣泛應(yīng)用[3-7]。其中，李久林等[8]通過(guò)昆明新機(jī)場(chǎng)和北京英特宜家購(gòu)物中心等工程研究了利用BIM技術(shù)解決傳統(tǒng)工程管理模式存在的問(wèn)題；付海峰等[9]通過(guò)天津東疆保稅港區(qū)國(guó)際商品展銷中心項(xiàng)目介紹了BIM技術(shù)在項(xiàng)目中的應(yīng)用過(guò)程；劉春艷[10]通過(guò)北京某大型購(gòu)物中心項(xiàng)目介紹了在設(shè)計(jì)階段引入BIM技術(shù)解決設(shè)計(jì)過(guò)程中經(jīng)常出現(xiàn)的專業(yè)錯(cuò)誤、機(jī)電綜合和標(biāo)識(shí)導(dǎo)視等問(wèn)題；琚娟[11]通過(guò)董家渡金融城項(xiàng)目研究了BIM技術(shù)在超大型商業(yè)綜合體項(xiàng)目建設(shè)中的應(yīng)用難點(diǎn)和解決方案。本文依托武漢恒隆廣場(chǎng)購(gòu)物中心項(xiàng)目，應(yīng)用BIM技術(shù)解決超大型項(xiàng)目中設(shè)計(jì)協(xié)調(diào)難度大、造型復(fù)雜、多專業(yè)交叉施工難點(diǎn)多等問(wèn)題，同時(shí)利用BIM技術(shù)解決了因地質(zhì)復(fù)雜、場(chǎng)地狹小、建筑體量大且工期緊等原因造成的施工組織難度大和施工穿插困難等問(wèn)題。武漢恒隆廣場(chǎng)購(gòu)物中心項(xiàng)目應(yīng)用BIM技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)管理、全專業(yè)應(yīng)用，并結(jié)合基坑監(jiān)測(cè)、云平臺(tái)和虛擬現(xiàn)實(shí)等技術(shù)應(yīng)用，使項(xiàng)目大大縮短了工期，節(jié)約了費(fèi)用，并順利達(dá)到綠色建筑和高質(zhì)量施工的相關(guān)要求，可為之后BIM技術(shù)在大型購(gòu)物中心項(xiàng)目和大型綜合體項(xiàng)目的實(shí)施提供借鑒經(jīng)驗(yàn)。

1 工程概況

武漢恒隆廣場(chǎng)購(gòu)物中心大型綜合項(xiàng)目位于武漢市硚口區(qū)，項(xiàng)目總占地面積約82 637m2，呈矩形，地上部分被南北方向的游藝路劃分為東、西兩地塊，地下室則全場(chǎng)連通。項(xiàng)目總建筑面積約40.2萬(wàn)m2，其中地上建筑面積約17.4萬(wàn)m2，部分地下建筑面積約14.64萬(wàn)m2，已完成 RT 標(biāo)段面積約 8.16萬(wàn)m2，建筑高度50m，商業(yè)裙房共6層，地下3層。其中，地下2，3層為地下車庫(kù)、設(shè)備用房及人防部分，地下1層為商業(yè)、自行車庫(kù)及設(shè)備用房；地上商業(yè)部分功能為商業(yè)、溜冰場(chǎng)、電影院、餐飲等，商業(yè)裙房首層及2層分布于東、西兩地塊，3層以上通過(guò)橫跨游藝路的鋼連廊連接在一起形成整體。其以寓意“無(wú)限循環(huán)”的中國(guó)結(jié)元素為設(shè)計(jì)理念，如圖1所示。

圖1 武漢恒隆廣場(chǎng)購(gòu)物中心項(xiàng)目效果

2 重難點(diǎn)分析

1)本項(xiàng)目位于商業(yè)核心區(qū)，規(guī)模龐大。項(xiàng)目場(chǎng)地狹小、地質(zhì)復(fù)雜、造型復(fù)雜和工程量超大，涉及專業(yè)多，因此在實(shí)際施工中具有組織難度大和多專業(yè)交叉施工技術(shù)難點(diǎn)多等特點(diǎn)。

2)由于為港資項(xiàng)目，采用了香港設(shè)計(jì)事務(wù)所模式，各專業(yè)均由不同設(shè)計(jì)事務(wù)所進(jìn)行設(shè)計(jì)，協(xié)調(diào)難度大。

3)項(xiàng)目東側(cè)為“鯨魚(yú)頭”造型鋼結(jié)構(gòu)，最前端為兩根桁架斜拉柱，屋頂造型復(fù)雜，曲面幕墻、鋼結(jié)構(gòu)、混凝土斜梁多構(gòu)件交叉。

4)項(xiàng)目商業(yè)業(yè)態(tài)多、變化頻繁，每層的功能分區(qū)均不一致，造成了機(jī)電管線錯(cuò)綜復(fù)雜，且項(xiàng)目90%的管井上下不能貫通，存在很多管井轉(zhuǎn)換情況，轉(zhuǎn)換處因?yàn)楣芫€系統(tǒng)復(fù)雜造成凈高不足。

5)設(shè)計(jì)事務(wù)所提交的機(jī)電圖紙僅為概念設(shè)計(jì)，只體現(xiàn)管線走向，對(duì)機(jī)電管線的綜合排布、凈高控制和機(jī)電工程施工造成了困難。

3 組織策劃

本項(xiàng)目在設(shè)計(jì)、施工圖深化、施工、采購(gòu)和項(xiàng)目驗(yàn)收等階段通過(guò)應(yīng)用BIM技術(shù)推動(dòng)各階段的協(xié)調(diào)運(yùn)行，并在實(shí)際施工開(kāi)始前解決圖紙問(wèn)題，充分認(rèn)識(shí)項(xiàng)目實(shí)施重難點(diǎn)和統(tǒng)籌資源，為項(xiàng)目高質(zhì)量完成提供強(qiáng)有力的保障。為實(shí)現(xiàn)對(duì)外完成合同約定的BIM內(nèi)容，對(duì)內(nèi)利用BIM技術(shù)助力復(fù)雜商業(yè)綜合體建造，提升工程整體價(jià)值。在項(xiàng)目實(shí)施前，由業(yè)主創(chuàng)建BIM組織架構(gòu)，將BIM職能與項(xiàng)目平衡矩陣式組織架構(gòu)相融合，BIM工作人員同時(shí)分配到各專業(yè)組中履行對(duì)各專業(yè)分包的管理工作，實(shí)現(xiàn)利用項(xiàng)目施工方人員經(jīng)驗(yàn)，以保證BIM成果能滿足實(shí)際施工過(guò)程的需求，如圖2所示。以總承包方為主導(dǎo)來(lái)統(tǒng)籌各分包，組建BIM團(tuán)隊(duì)，制定BIM實(shí)施策劃和BIM實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)，并對(duì)各參與方的工作流程、建模規(guī)則、應(yīng)用要求、應(yīng)用深度及驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)等做了詳細(xì)規(guī)定。同時(shí)，采用廣聯(lián)達(dá)協(xié)筑及BDIP軟件作為項(xiàng)目協(xié)同平臺(tái)，各參建方基于權(quán)限設(shè)置進(jìn)行模型瀏覽、問(wèn)題反饋和文檔共享。

圖2 BIM組織架構(gòu)

4 設(shè)計(jì)管理

通過(guò)BIM模型的可視化特點(diǎn)，能有效擺脫二維圖紙的束縛，形象且直觀地立體展示出建筑實(shí)物構(gòu)建信息，如圖3所示。通過(guò)利用BIM模型保證各專業(yè)間的溝通與信息傳遞，協(xié)調(diào)各專業(yè)設(shè)計(jì)分工，更高效進(jìn)行把控，保證了設(shè)計(jì)品質(zhì)以及出圖效率。

圖3 三維BIM模型

在通過(guò)BIM模型協(xié)同各專業(yè)設(shè)計(jì)模式的基礎(chǔ)上，開(kāi)展BIM三維審圖工作。首先根據(jù)各設(shè)計(jì)事務(wù)所提供的圖紙進(jìn)行復(fù)核和BIM建模，并梳理過(guò)程中遇到的問(wèn)題，之后以RFI的形式發(fā)送給業(yè)主和顧問(wèn)公司，并限定時(shí)間解決。業(yè)主根據(jù)問(wèn)題描述文件通過(guò)顧問(wèn)公司回復(fù)解決方案，設(shè)計(jì)單位和總承包單位依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際判定方案可實(shí)施性。在通過(guò)BIM進(jìn)行三維審圖的設(shè)計(jì)管理階段，累計(jì)發(fā)現(xiàn)圖紙錯(cuò)漏碰缺等問(wèn)題1 701處，其中各專業(yè)間碰撞問(wèn)題312處。

在利用BIM三維審圖方式的同時(shí)，引入施工方技術(shù)人員參與設(shè)計(jì)方案優(yōu)化工作。其中，對(duì)項(xiàng)目地下室公共區(qū)域弱電橋架進(jìn)行合并，有效提升了排布空間；在項(xiàng)目地下1層車道處修改建筑，增加設(shè)備間排布機(jī)電管線，解決了吊式風(fēng)井下方凈高不足的問(wèn)題；優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)布局，使影院區(qū)管線排布得到優(yōu)化，并使凈空符合要求；通過(guò)對(duì)幕墻BIM模型進(jìn)行光照分析，將原幕墻方案由18.5°調(diào)整為14.5°，解決了因玻璃幕墻的光照反射對(duì)京漢大道車輛行人產(chǎn)生光污染的難點(diǎn)問(wèn)題，避免了交通安全隱患，如圖4所示。

圖4 幕墻方案BIM優(yōu)化

5 各專業(yè)深化

本項(xiàng)目利用BIM技術(shù)進(jìn)行深化設(shè)計(jì)工作，完成設(shè)計(jì)成果由設(shè)計(jì)階段向施工階段的過(guò)渡。通過(guò)利用BIM技術(shù)協(xié)同各專業(yè)三維模型并進(jìn)行信息集成，有效地解決了傳統(tǒng)二維圖紙深化工作不準(zhǔn)確、交底困難和信息不完整的問(wèn)題。在深化工作開(kāi)始前，總承包方制定了BIM深化流程和BIM深化模型出圖流程。在BIM審圖的基礎(chǔ)上，各專業(yè)模型深化后，進(jìn)行集成并綜合檢查，進(jìn)而解決各專業(yè)間的碰撞問(wèn)題。通過(guò)利用BIM深化成果協(xié)助施工管理，解決項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中由于專業(yè)交叉多、參建方多、項(xiàng)目體量大和協(xié)調(diào)面繁雜影響施工質(zhì)量、施工進(jìn)度和施工成本的難題。

5.1 土建深化

本項(xiàng)目通過(guò)BIM模型反映現(xiàn)場(chǎng)材料堆場(chǎng)、塔式起重機(jī)覆蓋半徑和人員進(jìn)出口是否設(shè)置合理，以及進(jìn)行各階段現(xiàn)場(chǎng)總體形象預(yù)覽，進(jìn)而達(dá)到場(chǎng)內(nèi)交通組織與材料堆場(chǎng)布置合理。屋面造型為雙曲面，結(jié)構(gòu)完成面標(biāo)高有1 000多個(gè)，利用BIM模型準(zhǔn)確定位標(biāo)高，并給出各軸線剖面，為班組施工提供可視化交底，如圖5所示。同時(shí)，為避免各專業(yè)工作面不清晰，將鋼結(jié)構(gòu)吊柱和土建砌體墻以及出屋面風(fēng)道利用BIM模型進(jìn)行定位，整體合并為一張施工圖，為后續(xù)專業(yè)做好預(yù)留預(yù)埋工作和專業(yè)間交叉施工提供準(zhǔn)確的信息。之后進(jìn)一步將土建BIM模型與施工方案深度融合，可視化模擬施工方案、施工工藝和過(guò)程控制要點(diǎn)，提升現(xiàn)場(chǎng)精細(xì)化管理水平。

圖5 異形屋面BIM深化

5.2 鋼結(jié)構(gòu)深化

本項(xiàng)目利用Tekla軟件對(duì)鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行三維模型創(chuàng)建，基于三維模型對(duì)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行分析，并按模數(shù)拆分鋼桁架樓承板尺寸、減少邊角料和確定現(xiàn)場(chǎng)下料尺寸。在項(xiàng)目東側(cè)“鯨魚(yú)頭”造型鋼結(jié)構(gòu)施工過(guò)程中，最前端為2根桁架斜拉柱，現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)因安裝誤差導(dǎo)致下部折角柱往東南方向偏移。為解決安裝誤差，通過(guò)Tekla模型導(dǎo)出斜柱折角部位坐標(biāo)點(diǎn)，并利用三維模型與各參建方進(jìn)行溝通。之后根據(jù)Tekla模型坐標(biāo)點(diǎn)，調(diào)整坐標(biāo)系并進(jìn)行全站儀打點(diǎn)，比較出現(xiàn)場(chǎng)與模型誤差，采用氧氣-乙炔切割折角焊縫，利用塔式起重機(jī)及電動(dòng)葫蘆調(diào)整折角角度，將下部折角柱調(diào)整至三維模型設(shè)計(jì)理論值，如圖6所示。

圖6 鋼結(jié)構(gòu)BIM深化

5.3 機(jī)電深化

為進(jìn)一步完善設(shè)計(jì)成果以保證施工順利進(jìn)行，項(xiàng)目組建了BIM團(tuán)隊(duì)進(jìn)行機(jī)電系統(tǒng)正向設(shè)計(jì)出圖。在BIM深化設(shè)計(jì)開(kāi)展前，以聯(lián)系函的形式要求業(yè)主、顧問(wèn)明確綜合排布原則。通過(guò)BIM深化完成凈高分析圖、管線綜合圖、綜合剖面圖、管線三維圖、結(jié)構(gòu)留洞圖、砌體留洞圖和支架基礎(chǔ)定位圖等內(nèi)容，并完成冷卻塔機(jī)房深化、制冷站深化、采暖機(jī)房深化和生活水泵房深化以精確指導(dǎo)機(jī)組安裝。利用深化模型協(xié)調(diào)土建機(jī)電分工，為土建定位預(yù)留提供依據(jù)(見(jiàn)圖7)。同時(shí)，解決由于項(xiàng)目每層的功能分區(qū)不一致，管井轉(zhuǎn)換多且轉(zhuǎn)換處因?yàn)楣芫€系統(tǒng)復(fù)雜造成凈高不足及綜合排布的問(wèn)題。

圖7 機(jī)電BIM深化

5.4 幕墻專業(yè)深化

本項(xiàng)目菱形玻璃幕墻造型復(fù)雜，玻璃板塊尺寸不易控制，龍骨拼角多，現(xiàn)場(chǎng)龍骨安裝放線定位難度高。通過(guò)采用Rhino + Grasshopper對(duì)幕墻專業(yè)進(jìn)行三維建模，以便于精確細(xì)部控制；再通過(guò)三維模型的坐標(biāo)控制點(diǎn)預(yù)先模擬放線，確定方案后現(xiàn)場(chǎng)使用全站儀進(jìn)行打點(diǎn)，保證安裝精度；最后，采用多角度切割機(jī)進(jìn)行鋁龍骨加工，切角固定型材保證切割精度，組裝后進(jìn)行整體吊裝(見(jiàn)圖8)。

圖8 幕墻BIM深化

6 深入應(yīng)用

本項(xiàng)目在BIM設(shè)計(jì)管理和BIM各專業(yè)深化輔助設(shè)計(jì)過(guò)程和施工過(guò)程的基礎(chǔ)上，在地下工程施工階段，針對(duì)項(xiàng)目位于商業(yè)核心區(qū)，深基坑開(kāi)挖時(shí)場(chǎng)地狹小、地質(zhì)復(fù)雜和周圍防護(hù)要求高的情況，將深基坑開(kāi)挖過(guò)程的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)通過(guò)虛擬三維技術(shù)在BIM模型中進(jìn)行實(shí)時(shí)可視化展示，即通過(guò)二次開(kāi)發(fā)實(shí)現(xiàn)BIM模型與監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的自動(dòng)關(guān)聯(lián)，在模型中自動(dòng)顯示危險(xiǎn)部位，根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)自動(dòng)繪制安全走勢(shì)圖，形成自動(dòng)化基坑預(yù)警。最終實(shí)現(xiàn)了模型關(guān)聯(lián)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)報(bào)告和點(diǎn)擊監(jiān)測(cè)點(diǎn)彈出原始監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。在項(xiàng)目介入前期，同業(yè)主進(jìn)行后期運(yùn)維需求的溝通，明確了后期物業(yè)運(yùn)營(yíng)所需的BIM數(shù)據(jù)，提前將數(shù)據(jù)錄入模型，提高了模型復(fù)用性，并為后期物業(yè)管理及商戶入駐提供數(shù)據(jù)支持，通過(guò)建設(shè)基于BIM模型的VR體驗(yàn)倉(cāng)，形成沉浸式漫游體驗(yàn)，直觀高效進(jìn)行安全體驗(yàn)技術(shù)交底。

7 效益分析

本項(xiàng)目通過(guò)采用BIM技術(shù)輔助設(shè)計(jì)和施工過(guò)程管理，并將BIM深化模型與專項(xiàng)施工方案融合，圖紙報(bào)審及方案審批一次性通過(guò)率達(dá)到了95%以上，提高了業(yè)主滿意度及建造品質(zhì)，并助力后期4億元機(jī)電總包合同的承接。在設(shè)計(jì)管理階段，利用BIM技術(shù)依據(jù)各設(shè)計(jì)事務(wù)所圖紙進(jìn)行BIM建模創(chuàng)建及圖紙復(fù)核，梳理過(guò)程中累計(jì)發(fā)現(xiàn)圖紙問(wèn)題1 701處，其中有效解決機(jī)電、建筑、結(jié)構(gòu)等各專業(yè)間的碰撞312處。圖紙深化階段采用BIM三維技術(shù)對(duì)土建、鋼結(jié)構(gòu)、幕墻、機(jī)電和場(chǎng)地布置等專業(yè)進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化，通過(guò)BIM審圖避免了拆改，并基于BIM模型采取了諸如設(shè)計(jì)優(yōu)化、弱電合并和管線路由調(diào)整等多種措施，使項(xiàng)目地下工程實(shí)際進(jìn)度提前了190d，被業(yè)主譽(yù)為新的“恒隆時(shí)速”，為項(xiàng)目節(jié)約可計(jì)量費(fèi)用700萬(wàn)元。

8 結(jié)語(yǔ)

本項(xiàng)目應(yīng)用BIM技術(shù)解決超大型項(xiàng)目中設(shè)計(jì)協(xié)調(diào)難度大、造型復(fù)雜、多專業(yè)交叉等問(wèn)題。通過(guò)應(yīng)用BIM技術(shù)進(jìn)行深化管理和協(xié)同管理，利用BIM模型對(duì)機(jī)電管線進(jìn)行綜合出圖報(bào)審，保證了各標(biāo)段施工依據(jù)的一致性；協(xié)調(diào)處理了多專業(yè)交叉問(wèn)題，滿足了土建、鋼結(jié)構(gòu)、機(jī)電和幕墻等專業(yè)協(xié)調(diào)、預(yù)留尺寸及精確定位等需求；解決了由于機(jī)電設(shè)備設(shè)置集中、機(jī)電管線路由長(zhǎng)、尺寸大、豎直管井每層都有轉(zhuǎn)換、管線交叉多等原因引起的各區(qū)域設(shè)計(jì)凈高不足的問(wèn)題。同時(shí)，項(xiàng)目通過(guò)應(yīng)用BIM技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)管理、全專業(yè)應(yīng)用，結(jié)合基坑監(jiān)測(cè)、云平臺(tái)和虛擬現(xiàn)實(shí)等深入應(yīng)用，解決了因地質(zhì)復(fù)雜、場(chǎng)地狹小、建筑體量大且工期緊等原因造成的施工組織難度大和施工穿插困難等問(wèn)題，使項(xiàng)目工期大大縮短，節(jié)約了費(fèi)用，并順利達(dá)到綠色建筑和高質(zhì)量施工的相關(guān)要求，可為之后BIM技術(shù)在大型購(gòu)物中心項(xiàng)目和大型綜合體項(xiàng)目的實(shí)施提供借鑒經(jīng)驗(yàn)。