東土城路5號科研樓項目
——基于EPC模式的BIM技術(shù)應(yīng)用

(北京城建二建設(shè)工程有限公司，北京 100039)

1 工程概況

1.1 項目簡介

東土城路5號科研樓項目，位于北京市朝陽區(qū)東土城路5號地，東二環(huán)與三環(huán)之間，框架剪力墻結(jié)構(gòu)，建筑功能為科研辦公樓，總建筑面積為58 835.39m2，其中地下室四層，建筑面積24 783.74 m2，主要使用功能為餐廳、汽車庫及設(shè)備用房，地上分為共A座、B座兩個單體，A座地上14層，建筑檐高49.50m，B座地上12層(裙樓4層)，建筑檐高59.85m，地上建筑面積34 051.65m2，如圖1所示 。

圖1 效果圖

1.2 工程特點和難點

(1)本項目屬于EPC總承包模式，涉及參建單位多，如何提高參建各方間信息傳遞效率，避免因信息傳遞失誤造成不必要損失是本項目的重要課題；

(2)工程地處東二環(huán)與三環(huán)之間，施工場地狹小，西側(cè)基坑邊距施工圍擋僅4m，且緊鄰軸周邊住宅樓，對綠色文明施工要求較高，給施工組織和施工現(xiàn)場布置帶來了極大的困難；

(3)地下四層冷凍機房凈空高度8.75m，A座首層入口大堂凈空高度9.93m，均屬于超限模架施工范圍，對施工質(zhì)量、安全控制要求較高。

2 BIM組織和應(yīng)用環(huán)境

2.1 BIM應(yīng)用目標

設(shè)計階段目標為提高方案決策效率，并通過深化設(shè)計提高建筑性能及用戶舒適度；施工階段目標為復(fù)雜施工工藝三維模擬，提高施工管理精細化程度；運維階段目標為提高運維管理的自動化程度及應(yīng)急響應(yīng)效率。

2.2 團隊組織

成立由公司副職領(lǐng)導(dǎo)、公司部門負責人、項目部實施人員組成的三層級BIM應(yīng)用總控小組，為BIM技術(shù)應(yīng)用落地實施提供應(yīng)用環(huán)境保證和技術(shù)支持。

2.3 管理體系

為了實現(xiàn)設(shè)計管理系統(tǒng)、施工管理系統(tǒng)、運維管理系統(tǒng)，需建立建筑專業(yè)、結(jié)構(gòu)專業(yè)、機電專業(yè)、精裝專業(yè)、工程造價等一系列模型，其中rvt格式的revit模型是其他軟件應(yīng)用的基礎(chǔ)，可以直接或通過插件導(dǎo)入其它軟件，從而提高模型在各項目管理階段的利用效率，體現(xiàn)EPC+BIM管理優(yōu)勢。

2.4 應(yīng)用流程

EPC+BIM技術(shù)應(yīng)用涉及策劃、設(shè)計、施工、運維四個階段，策劃和設(shè)計階段形成施工圖模型，施工階段形成竣工模型，運維階段形成運維模型，各階段的承擔方以前一階段模型為基礎(chǔ)進行深化，有用于本階段管理，并為下一次的應(yīng)用提供模型基礎(chǔ)。材料、設(shè)備的相關(guān)信息通過模型屬性在各階段共享，并為采購提供參數(shù)信息。

2.5 軟硬件環(huán)境

核心建模類、動畫制作類、精細化管理類軟件共計使用12種，見圖3。工作平臺采用BIMfish協(xié)同管理平臺。硬件除配備臺式工作站、移動工作站外，另配北了一臺320G內(nèi)存、16個用戶端口的服務(wù)器，用于數(shù)據(jù)儲存共享。

圖2 EPC+BIM管理體系圖

圖3 BIM技術(shù)應(yīng)用流程

圖4 軟件及功能

3 BIM應(yīng)用

BIM推進EPC管理的融合，我們進行了5個方向的實踐分析，包括設(shè)計與功能融合、設(shè)計與商務(wù)融合、施工與采購融合、施工與設(shè)計融合和施工與運維融合。

3.1 設(shè)計與功能融合

模擬各設(shè)計方案的視覺效果，便于業(yè)主綜合考慮建筑面積、容積率、建筑密度、層數(shù)的需求與實際效果，提高方案決策的效率；建筑布局深化設(shè)計，我們通過BIM輔助軟件對本項目進行太陽輻射模擬、室外風環(huán)境模擬、采光分析等一系列分析，提高了建筑性能及用戶舒適度。

圖5 采光分析 圖6 可視度分析

圖7 室內(nèi)光線分析

3.2 設(shè)計與商務(wù)融合

模擬夜間照明方案及精裝方案，并根據(jù)自動生成材料計劃，給出相應(yīng)方案造價信息，助力方案決策。

圖8 夜間照明方案比選

圖9 A座首層大堂精裝方案比選

3.3 設(shè)計與采購融合

針對項目的土建、設(shè)備類型，累計定制標準族1 000余個，在設(shè)備構(gòu)件屬性中增加相應(yīng)的參數(shù)要求，儲存于BIMfish協(xié)同管理平臺，共享給參與各方，根據(jù)特殊的構(gòu)件信息確定招采。

給水、消防、空調(diào)管線采用共用支吊架，實現(xiàn)了模型直接出圖，用于支吊架加工。自動計算支吊架各類材料用量，核算廠家報價的合理性。

3.4 施工與設(shè)計融合

為解決施工場地狹小、現(xiàn)場布置困難問題，建立現(xiàn)場布置模型，直觀的對現(xiàn)場布置方案進行比選，以達到排布合理，外觀方案與實際效果統(tǒng)一的目的。

對機電管線進行綜合排布、凈高分析，針對管線穿結(jié)構(gòu)、凈空高度不滿足等問題，與設(shè)專業(yè)設(shè)計、甲方溝通，確定最終的管線綜合排布模型，導(dǎo)出施工圖。

本工程核心筒墻體和框架柱采用定型木工字梁模板，屬于新型模板，現(xiàn)場工人對其組裝及安裝流程并不熟悉，為保證施工質(zhì)量，制作了定型木工字梁模板安裝、組裝的視頻，方便操作人員隨時查看。

圖10 族庫及信息

圖11 共用支架出圖流程

圖12 施工現(xiàn)場平面布置模型 圖13 施工現(xiàn)場布置實景

圖14 管線綜合排布模型 圖15 凈空高度分析

本工程地下四層冷凍機房、A座首層大堂支模高度均大于8m，屬于超限模架施工范圍，為保證施工方案信息傳遞的準確性，建立支撐架布置模型，對施工人員交底以可視化交底與文字交底相結(jié)合的形式進行。

應(yīng)用BIM云翻樣軟件進行鋼筋翻樣，提高翻樣的效率和準確率，減少手工翻樣失誤引起的鋼筋浪費，并基于云翻樣的平臺優(yōu)化墻柱豎向鋼筋、后澆帶處板水平鋼筋的下料方案，對于復(fù)雜節(jié)點處鋼筋的排布進行三維可視化交底，提高驗收成功率。

圖16 模板組裝流程 圖17 模板安裝流程

圖18 超限模架施工范圍支撐架模型

圖19 鋼筋優(yōu)化示意圖 圖20 鋼筋節(jié)點大樣

對易損耗材料的使用方案進行深化設(shè)計，包括頂板模板面板裁切方案、二次結(jié)構(gòu)砌塊排布，并自動計算材料用量，以提高材料利用效率，施工管理的精力化程度。

由于二次結(jié)構(gòu)墻體砌筑工藝流程多，使用傳統(tǒng)的文字交底容易產(chǎn)生信息傳遞誤區(qū)。通過視頻動畫直觀的表現(xiàn)施工流程，并將規(guī)范對各流程的要求體現(xiàn)在視頻中，完成了文字交底向可視化交底的100%轉(zhuǎn)化。

通過構(gòu)件級的精細化建模，為每一個構(gòu)件賦予獨立的構(gòu)件編號，通過二維碼平臺自動生成二維碼，內(nèi)容包括：構(gòu)件的構(gòu)件信息、資料信息、位置信息、鋼筋信息，使構(gòu)件在施工中的各個環(huán)節(jié)做到責任到人，增加施工過程的可追溯性。

圖21 二次結(jié)構(gòu)排磚 圖22 頂板模板面板裁切圖

圖23 二次結(jié)構(gòu)施工流程圖

圖24 結(jié)框架柱二維碼信息

使用三維激光掃描儀對澆筑完成的混凝土構(gòu)件進行脈沖式激光掃描，將掃描到的點云模型和BIM模型擬合進行對比分析，檢查現(xiàn)場混凝土施工質(zhì)量情況，提高施工質(zhì)量檢查效率和準確性，也為裝飾等專業(yè)深化設(shè)計提供了依據(jù)。

基于BIM和移動定位技術(shù)的施工質(zhì)量管理系統(tǒng)，將BIM模型導(dǎo)入，檢查人員可統(tǒng)一瀏覽，并基于模型和國家相關(guān)驗收規(guī)范自動生成檢驗批列表和檢查項目列表，在模型上顯示檢查點，驗收人員填寫的現(xiàn)場記錄表中的數(shù)據(jù)，系統(tǒng)自動生成檢驗批質(zhì)量驗收記錄表。

BIM+VR沉浸式培訓，利用虛擬現(xiàn)實引擎的特性實現(xiàn)BIM信息交互、BIM協(xié)同工作、虛擬漫游等BIM應(yīng)用讓施工人員提前對施工時的危險源進行預(yù)判，直觀地對危險源提前排查，有效培養(yǎng)安全責任意識，從根本上進行“內(nèi)心教育”。

圖25 A座首層核心筒點云模型 圖26 A座核心筒Revit模型

圖27 質(zhì)量管理系統(tǒng)操作流程

圖28 BIM+VR沉浸式培訓

圖29 含裝修做法模型 圖30 隱藏裝修做法模型

圖31 消防報警應(yīng)急響應(yīng)流程圖

3.5 設(shè)計與運維融合

本項目A座主樓作為自持物業(yè)對外出租，業(yè)主變更時，不可避免的對原有墻體進行拆改，傳統(tǒng)的建筑信息都存放于二維圖紙上，需要專業(yè)人員去查找信息，過程比較繁瑣。但是基于BIM交付三維竣工模型，就可以直觀地查看需要拆改的墻體是否為承重墻，且墻體中是否存在不能拆除的管線，從而快速地制定墻體拆改方案。

將建筑模型與消防報警中控系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)，火災(zāi)時，在建筑模型上快速定位所在的位置，并查看周邊的疏散通道和重要設(shè)備情況信息。通過建筑監(jiān)控系統(tǒng)，觀察受災(zāi)區(qū)域人流的疏散情況，確定完善的逃生方案，從而高效地組織疏散。

4 應(yīng)用效果

4.1 項目效益

目前應(yīng)用BIM技術(shù)，在方案優(yōu)化、深化設(shè)計、成本管理、專項工程等方面，取得了約90.05萬元的經(jīng)濟效益。

表1 項目收益統(tǒng)計表

項目應(yīng)用成果經(jīng)濟效益深化設(shè)計減少圖紙變更,優(yōu)化鋼筋、模板方案優(yōu)化40萬元機電碰撞檢查解決管線碰撞830處19.6萬元BIM管理平臺確保材料供應(yīng),成本管控13.1萬元施工模擬15次施工模擬,減少返工6.3萬元孔洞預(yù)留減少預(yù)留錯誤95處11.05萬元

4.2 專利研發(fā)

利用BIM技術(shù)助力“圓(弧)形粗鋼筋成型器”研發(fā)工作。建立成型器模型，模擬成型器工作原理，成功地解決了大直徑圓弧形鋼筋成型質(zhì)量這一難題。應(yīng)用BIM技術(shù)進行，便于成型器的加工人員和使用人員操作。

此創(chuàng)新成果于2017年4月20日已獲得國家實用新型專利，并2017年參加了由北京市建筑業(yè)聯(lián)合會舉辦的工程建設(shè)優(yōu)秀質(zhì)量管理小組第一名，此成果的創(chuàng)新性得到了專家組的一直好評，并在推薦參賽的360個成果中進行演示，得到了業(yè)界同行及兄弟單位的認可，推薦參加了由中國施工企業(yè)管理協(xié)會組織質(zhì)量管理小組并獲得一等獎。

5 總結(jié)

5.1 創(chuàng)新點

(1)項目以EPC模式承包模式的管理難點為導(dǎo)向，提出了基于BIM技術(shù)的項目管理框架，提高了管理效率；

(2)突破BIM應(yīng)用以設(shè)計方、施工方、運維方為主要參與人員的桎梏，借助高校人才，將產(chǎn)學研相結(jié)合。

圖32 圓(弧)形鋼筋成型器模型

5.2 經(jīng)驗總結(jié)

(1)注重BIM技術(shù)應(yīng)用過程中專業(yè)人才的培養(yǎng)，形成人才培養(yǎng)機制，打造更專業(yè)人才隊伍，滿足公司各項目深入應(yīng)用BIM技術(shù)的需求；

(2)突破施工項目的，探索BIM技術(shù)在高預(yù)制率裝配式建筑、綠色建筑等新技術(shù)方面的應(yīng)用；

(3)梳理項目級BIM應(yīng)用標準化流程、分析整理匯總企業(yè)級的大數(shù)據(jù)、探索智慧工地與互聯(lián)網(wǎng)+的應(yīng)用。

圖33 圓(弧)形鋼筋成型器實物