基于BIM技術的智慧管理體系在清華大學深圳研究生院創新基地(二期)項目的應用

(上海市地下空間設計研究總院有限公司，上海 200002)

1 工程概況

1.1 項目簡介

清華大學深圳研究生院創新基地(二期)項目(圖1)總建筑面積約51 485.43m2，為22層辦公實驗綜合樓，高度約96.1m，設二層地下室。一層至屋架層外墻、樓梯為PC預制構件，預制構件總量1 846塊，預制構件最重的為9.74t，預制率為20.04%，本項目為深圳市第一個高層公共建筑產業化PC項目。

1.2 工程特點和難點

1) 采用成品支吊架，管道綜合、機電安裝要求高

本項目地下室停車區域、部分教室、實驗室及走道為無吊頂區域，所有管線安裝采用成品支吊架，對管線綜合質量及美觀度要求高。同時，本項目機電管線建模精細度要求深，閥門、保溫層、彎頭按需實際產品尺寸建立。

2) 場地狹小、工序復雜、新技術應用多

本項目施工場地狹小，PC構件對場地需求較大，如何應用BIM技術對場地布置的動態管理尤為重要；外墻及樓梯采用預制形式，如何科學組織安排預制件及現澆工序是保障施工進度的關鍵；爬架方案、懸挑剛鋼平臺方案、塔吊附墻方案的優化比選是本項目實施過程的重點。

圖1 項目效果圖

3) 施工難度大，實體質量要求高

本項目為清華大學深圳研究生院綜合辦公實驗樓，外立面造型復雜，內部樓層通高較多，施工難度大；同時項目內含學術報告廳、實驗室、學術交流中心，伯克利學院是作為國際學術交流的場所，對實體質量要求高。

4) 信息化的管理要求、創新的管理模式

本項目作為深圳市智慧建造智慧監管首批試點項目，應用三級巡檢APP、工程質量APP對人員、設備、環境進行監控，同時也是深圳建筑工務署BIM應用試點項目，利用BIM協同管理平臺對項目進度、質量、安全進行精細化管理。

2 BIM組織與應用環境

2.1 BIM應用目標

在項目初期，BIM工作團隊便明確了項目的4條BIM應用目標，分別為：

1) BIM相關工作要落地實用，解決現場具體問題，體現BIM價值；

2) 通過BIM深度應用，加強項目管控力度，保障項目建設進度；

3) 提高現場質量驗收的精細度、合理性、真實性和及時性；

4) 探索BIM項目管理機制創新，提高項目管控細度及效率。

2.2 團隊組織

項目采用“業主主導、專業咨詢、各方參與”的BIM應用模式，由具有建筑工程設計能力、BIM應用和管理經驗的設計院作為BIM咨詢單位，開展BIM技術研究，為施工過程提供BIM技術應用標準流程和應用指導；施工單位的工程師開展BIM應用，基于BIM施工深化模型導出二維白圖進行施工交底與現場施工，實現對施工進度和質量的切實提高；設計院的設計人員開展BIM施工深化模型及二維白圖的審核工作，減少施工過程中的各項變更；監理單位的工程師開展基于BIM的施工指導及驗收工作，實現對施工質量的嚴格把控。

2.3 BIM管理體系

上海市地下空間設計研究總院有限公司作為項目的BIM咨詢單位，在項目初期便指定了整套BIM管理體系文件(圖2)，包括戰略層指導文件《BIM實施總體方案》，為項目的BIM實施提供了有效保障；管理層的《BIM實施管理制度》，保證BIM工作有序合理推進，提升項目整體效益；操作層的《BIM施工模型標準》及《BIM實施管理細則》，提高模型應用及質量管理，保證模型的有效轉遞和使用，同時明確各應用點的主要流程、信息交換及職責分配。

圖2 項目BIM管理體系文件

2.4 軟硬件環境等

根據項目BIM應用的實際需求，配置了軟硬件環境，如表1-2所示。

表1 硬件配置表

表2 軟件配置表

3 BIM應用

3.1 場地布置策劃

本項目場地較狹小，由于需要存放預制構件，對場地排布又有更高的要求。如現場PC構件存放堆場需設置在塔吊工作范圍內，堆垛之間需設置通道。運輸車輛進入施工現場的道路，應滿足預制構件的運輸要求。卸放、吊裝工作方位內不應有障礙物，并應有滿足預制構件周轉使用的場地。項目利用BIM技術對狹小場地空間進行合理布置，各階段統籌策劃保證多數堆場在施工的各個階段都適用，運輸模擬與堆場設置保證作業高峰期的交通組織，同時每周對場地布置動態更新，優化及校核場布的合理性，如圖3-5所示。

圖3 地下室施工階段場地

圖4 PC構件堆場場地策劃

圖5 地上施工階段場地策劃

3.2 虛擬樣板引入

安全文明管理是工程項目管理的重中之重，利用BIM模型對場內臨建元素建立標準化族庫，通過應用BIM技術，利用其三維、直觀的特點，可以將施工樣板數字化、虛擬化，替代傳統方式的施工樣板[1]。做到樣板先行，保證施工質量。如圖6-9所示。

3.3 管線綜合及凈高分析

利用BIM技術進行管線綜合，優化管道排布，控制吊頂標高。項目采用綜合支吊架，BIM模擬支吊架排布，節約現場支吊架材料使用，同時實現管道安裝美觀。根據設計凈高要求進行凈高分析，提前發現凈高不滿足要求的地方，合理排布管線或優化管線路徑，避免施工返工或舒適度不滿足要求的情況。

圖6 柱模樣板 圖7 PC樓梯樣板

圖8 PC與梁板連接樣板 圖9 剪力墻樣板

圖10 行車通道綜合管線優化前

圖11 行車通道綜合管線優化前

圖11 凈高分析圖

3.4 方案策劃

1)大體積混凝土澆筑方案策劃

本項目地下室底板混凝土澆筑量大，利用BIM模擬，對泵車的數量及站位、混凝土運輸車的調度協調、地下室底板的澆筑順序等進行模擬分析；確保地下室底板的順利澆筑。

圖12 大體積混凝土澆筑分區模擬

2)塔吊附墻方案策劃

本項目采用PC外墻，由于PC構建的特殊性，塔吊不能直接附在PC外墻上面。項目通過BIM技術進行塔吊位置比選，滿足PC構件堆場的最優覆蓋方案；同時利用外墻窗洞進行塔吊附墻，避免外墻開洞。

3)外架方案策劃

根據原設計，外架搭設后將會與PC外墻進行附墻連接，需在PC外墻上預留埋件，建模后發現，PC預埋件位置參差不齊，每塊構件預埋位置都需不同定位。BIM小組以埋件位置統一、施工美觀的標準進行模型預埋件位置及標高的調整，將BIM模型進行深化，從而確定每塊構件預留位置。

圖13 塔吊附墻方案模擬

4)爬架方案策劃

本項目外防護采用爬架，結構形式在11層的位置有一個轉換，結構平面旋轉90°，提前利用BIM模型對爬架方案進行模擬，對11層模擬爬架的旋轉，驗證爬架方案的可行性。

圖14 爬架方案模擬

3.5 二次結構深化

本項目對砌筑質量要求較高，運用BIM技術對砌體工程進行模擬排布，以直觀的三維模型，降低排磚過程中的空間想象成本。利用模型導出的二維白圖進行施工，確保砌筑質量的同時以便施工班組能夠將更多精力專注于提升砌筑觀感。

圖15 構造柱定位 圖16 BIM砌體排布

在滿足砌筑規范的前提條件下，通過BIM技術對本項目砌體工程進行砌塊排磚布置，獲得多個排磚方案。以某一墻體為例，構造柱、砌塊、門洞口、過梁等布置以及材料用量如圖17所示，方案二相比方案一，其構造柱布置美觀、磚尺寸種類較少、切割量少，降低了材料損耗率。利用BIM技術先后進行構造柱定位、BIM排磚、砌體下料BIM交底、現場貼圖指導施工，解決現場砌體工程不符合規范，材料浪費、砌筑質量差、外觀效果不佳等問題。

圖17 砌體排布方案對比

4 項目應用效果

4.1 工期效益

提高項目工期效益主要體現在對所有的預留洞口進行準確定位，二次開鑿的孔洞數量為零；機電安裝無需現場調整，避免機電安裝返工；管線多數采用綜合支吊架，提高了支吊架及管線的安裝效率；工人快速理解方案意圖，方案實施順暢；減少工人現場測量及排磚的時間；進度把控合理安排協調現場工序，實現現場施工最優化；節約了各方用于溝通協調的時間，實現高效溝通。

4.2 經濟效益

提高項目經濟效益主要體現在實現套管預留1 500處；管線優化，節約機電管道約2 800m；通過模型深化，避免機電安裝返工，節約人工；相比綜合管線前的支吊架安裝數量，節省約2 500m支吊架材料；BIM排磚優化砌體損耗；通過進度把控，避免窩工；同時最大限度地節約了溝通成本。

5 結語

BIM是社會信息技術發展的必然產物，是實現建筑信息化的必要途徑。隨著大型復雜建筑項目的興起以及BIM應用軟件的不斷完善，越來越多的項目參與方在關注和應用BIM技術，使用BIM技術進行設計和項目管理的涵蓋范圍和領域也越發廣泛。

雖然從短期來來看，在我國建筑環境下，BIM的應用面臨著許多困難與挑戰，特別是BIM在全壽命周期過程管理中的推廣難度較大。但是從長遠來看，BIM技術必然會對我國建筑業信息化發展產生深遠的影響和產生巨大的價值。