多維化虛擬建造
——天府新區中交國際中心BIM設計施建應用

賀叢越, 林 升

(1. 中交天府成都實業有限公司, 四川成都 610000； 2. 山鼎設計股份有限公司, 四川成都 610000)

中交國際中心為天府新區在建第一超高層綜合體項目。項目主體結構于2017年順利封頂驗收，裝飾幕墻機電等工程進度過半。其富有特色的大跨門式天際線猶如天府新區的燈塔，形成了大氣而鮮明的超高層地標。項目完成高度216 m，涉及辦公商業酒店等多種綜合功能要求，采取多向內收異型超限結構及頂部大跨體系，項目同時嚴格的綠建認證等甲級國際化辦公商業物業要求。面對涉及數十種專業的復雜決策協調過程，建設初期即確定采用基于虛擬建造理念的BIM全流程應用。以落地項目來回溯這一理念施行也許更有說服力(圖1)。

圖1 項目成果樣例—分專業模型、渲染效果、二維、三維及統計成果

1 虛擬建造主要策略

受工具及技術所限，傳統勘察設計及施建模式，無論從交付成果或執行模式上更多體現為二維化、分隔化及人工化的三大特點。以上特點也是建筑工程行業的大量弊端的根源，如圖紙信息不完整準確、“仿真度”低、專業協同效率低且不全面及時、工程人為不確定性因素多、決策科學客觀性不強。

虛擬建造來源于虛擬制造、虛擬建設及虛擬建筑等概念。虛擬建造模式在項目全流程采用IT、智能化及仿真模擬等多種技術，以貼近工程實務的模擬方式及智能化手段完成項目設計施建。虛擬建造的技術應用超越了傳統方式，能極大提高建設項目的實施品質和管理效率。

作為虛擬建造的重要支撐手段——BIM，即建筑信息建模技術，滿足了從傳統2維到多維，從分隔到聯動，從人工化向智能化的跨越。 BIM技術的核心是對構筑物的各階段及各專業信息的工程數據模型創建及管理的過程。相較于CAD技術應用，BIM技術具備多維化、協調性、模擬性、優化性、可出圖性等優勢，是一次更有意義的建筑業“革命”。BIM 在全球建設行業經過數十年應用和研究，已被證明是 建設行業技術及管理升級的核心技術。根據相關統計數據，僅BIM三維可視化功能即有助提高企業競爭力66 %，減少50 %～70 %的信息需求，縮短5 %～10 %的施工周期，減少20 %～25 %的各專業協調時間。

中交國際項目著眼于依靠BIM技術為建設過程提供幾項核心改革方案及解決措施。

1.1 圖模聯動

圖模聯動提供復雜項目的二維信息(工程依據)與多維信息(虛擬建造依據)的實時準確對應，是實現虛擬建造管理的重要前提條件。二維設計交付及管理是工程行業的現狀標準，只有項目全維度數據信息對應，基于虛擬數據模型與二維交付的同步管控才是理想的模式。 圖模聯動要求設計基于所創建的信息模型以逆向工程方式出圖，業界也稱之為“前BIM”方式。該方式要求從勘察設計階段即展開BIM執行交付，對專業設計院是一項重大挑戰。建模出圖的聯動方式要求在項目全流程貫通，保障各項設計變更及統計在圖紙模型上同步體現。

受限于設計行業的技術熟練度及成本原因，目前在勘察設計行業更多采用“后BIM”模式，設計仍基于傳統CAD方式執行交付，由專項團隊根據圖紙搭建信息模型以檢查驗證設計成果。相較于“前BIM”模式，“后BIM”模式無法在設計階段實現多維化檢查優化統計，項目過程中無法保障圖紙模型實時準確對應。對于平臺化及多維化項目管控方向以及日趨復雜的項目類型，“后BIM”模式存在先天的缺陷，只能滿足作為虛擬建造的過渡階段方案。

虛擬建造模式要求BIM圖模聯動最大化涵蓋全專業范疇。 從土建機電等核心專業到總平場地及幕墻等各子項內容，皆能基于統一的平臺實現交互交底。 當然這是一個循序漸進的實現過程。受現階段規范及標準等影響，部分專業如結構等仍無法實現計算分析及信息建模同步。我們在中交國際項目上采用了基于RVT出模板圖的方式，保障結構幾何數據的準備性，從而實現有效的實時錯漏碰缺及凈空檢查。成熟的BIM工具對工程實務能進行高仿真度的呈現，而目前的制圖標準上采取了大量的簡化及減法操作，制約了模型出圖的效能。如施工圖平立剖面僅表達構造層，導致實際的窗墻洞等交接點與實際有出入，在BIM圖模聯動交付方式中不得不分拆墻體等構件在出圖時進行局部消隱。

通過圖模聯動的執行交付方式，項目在設計及施工管理過程中能充分基于模型與圖紙進行同步交底，大量減少各專業的后期變更及現場協調工作，部分專業在項目全過程的變更單只有個位數。開發、設計及施工單位等各部門能充分利用同一模型進行深化設計、信息傳遞、審核優化、竣工以及后期運維準備等各項工作(圖2)。

圖2 圖模聯動—典型圖紙模型聯動界面

1.2 多維可視化

基于BIM的設計執行交付提供了遠超二維圖紙的多維化成果。傳統設計過程也產生三維模擬成果如效果圖，體量模型等。相較于傳統三維設計成果，建筑信息模型導出的三維成果具備真實客觀性、實時性、全專業化及全程化等優勢特點。 勘察設計專業從方案階段即伴隨著模型的搭建深化，開發單位可以全程基于三維模型進行瀏覽審核及判斷決策。 借助BIM工具快速強大的云渲染分析功能，中交國際在項目全程可以對數十個重要節點進行實時瀏覽審查跟蹤，對構筑物的材質、光線、視覺條件及可選變量參數等進行仿真模擬，實現設計品質的精細化管理。借助虛擬現實(VR)工具可進一步對項目進行動態條件模擬。

BIM三維可視化在虛擬建造模式中所解決的不僅僅是可視化問題，更重要的是提供了高效客觀的管控手段。為了不過度增加投入成本以實現各參與單位的BIM應用普及化，通過輕量化工具或云平臺，在低配置PC端實現快速常態化瀏覽核查。借助BIM構件的參數化設定方式，項目可以快速實現重要節點的多選項三維模擬以滿足快速決策比對需求。中交國際項目基于BIM可視化的設計優化不勝枚舉，如入口門架對三層樓層的采光影響，幕墻構件的構造控制，頂層會所的空間結構匹配等都是通過三維瀏覽審查方式發現并設計比對優化。伴隨著信息模型的推演，項目進程中可以提供多版次無盲點三維可視化成果跟蹤。建筑信息模型可加載的另一個重要構件參數是時間信息，BIM可視化工具可以對構件時間或階段信息參數設定進行4維化模擬演示。4維可視化的典型成果包含特殊標段的施工工序指導， 施工計劃模擬以及日照輻射、采光等的模擬分析。滿足項目設計施建的精細化及科學化管控要求(圖3、圖4)。

1.3 智能化應用

Jerry Laiserin 提出過BIM應用三階段目標，分別是信息建模(Building Information Modelling)、信息管理(Building Information Management)、智能化(Intelligent Implementation)。作為BIM應用的終極目標，智能化工具及平臺將逐步替代工程中的人為操作，提高執行效率、減少風險、實現虛擬建造模式中最重要的一環升級換代。目前較為通用的BIM碰撞檢查即為智能化應用的一種初步體現，檢查條件基于企業級標準過濾器設定參數，但核查及報告提交是典型的智能化運行。中交國際從初設階段即展開全專業錯漏碰缺及凈空檢查，項目全過程中發現并優化了數千個問題， 且大量問題是在內外審基礎上發現的。 項目利用BIM自動統計工具，在數據地理信息模型基礎上加載設計模型后實時導出挖填方量分析統計數據，實現豎向設計的多方案實時比對。 作為國際化自持類物業，項目借助BIM云分析工具平臺對外維護節能、采光、風場、流體環境舒適度等綠建標準品質進行實時模擬，針對客觀數據進行評判，擺脫了傳統經驗論和粗放式的設計推導方式。 借助智能化工具如Pathfinder等對設計安全及合規性問題如疏散效果等進行精細化模擬比對。

圖3 全專業多維可視化節點及碰撞檢查樣例

圖4 基于多維可視化的設計優化樣例

BIM智能化應用的通用提效方式計有輔助建模及繪圖工具、自動統計、在線渲染、云端分析、互動體驗、項管平臺等。BIM智能化應用將是虛擬建造模式的各項應用中最具發展潛力的領域；在計算機生成設計(Computer Generated Design)，人工智能化管理系統(Artificial Intelligent Management)領域的后續研究成果將極大改變建造業的遠景(圖5、圖6)。

圖5 智能化應用樣例綠建模擬分析、 疏散合規檢查模擬、參數化多方案節點比對

2 BIM應用執行要點

中交國際項目總建面16.2×104m2，總層數42層，總工期約1 000 d，涵蓋30個以上分包工程子項。項目涉及高危重難節點計有塔冠大跨度鋼構、深基坑、人工挖孔樁、高支模、異形幕墻以及大型超高塔吊、電梯施工等。在如此規模及復雜度項目中一步到位順利實施基于虛擬建造的BIM執行方式。

2.1 標準化

虛擬建造模式下BIM應用目的在于優化品質、降低風險、提升效率。項目首先制定了一系列框架、流程、成果格式及團隊職責分劃。項目采用經過檢驗且最成熟的實施工具，項目執行過程與成果實現雙軌制。如所有圖紙成果保有Revit建模平臺上映射的DXF格式，確保各專業可在DXF及RVT界面同步跟進圖紙，同時通過鏈接映射方式實時反饋圖紙審核注釋意見到建模出圖人員。 解決了不具備BIM建模操作能力的總工及核心專業負責人都能參與到BIM實施項目中。 項目全流程無論是出圖或變更都嚴格按圖模聯動方式執行，確保信息端口準確性。限于成本因素不能無限制提交多維化成果，項目在先期確定30個重難點區域，抓住實施全程可視化跟蹤，以最有效的方式控制項目品質及風險。 項目在交付交底階段提供各項標準多維成果使用說明及使用培訓，確保BIM執行的延續性和普及化。 中交國際項目設計施建階段使用了20種以上軟件工具，包含建模、出圖、管理、分析、渲染、統計、瀏覽、物聯等多項內容。項目所設定虛擬建造標準先期對成果格式、參數設定及內容都進行了具體定義，確保從設計到運維端各項延伸應用的有效傳遞與對接交互(圖7)。

圖7 企業級標準樣例及族庫構件樣例

2.2 循序漸進

中交國際項目在勘察設計階段確定BIM應用要求。在前期土建機電設計執行及交付成果達標后，借助三維交底及培訓對深化設計及開發建管部門展現有說服力的正向效應。在施工招采階段進一步提出BIM應用要求。該項目各開發、勘察設計及施工單位都是首次在類似復雜度及廣度深度項目中實現BIM應用且都獲得了良性的價值回報。在地下室建設中，機電安裝基于BIM建模工具，分標段對機電管綜進行深化建模設計，實現零返工。 項目塔冠大跨鋼構基于設計及工程模型(PBIM)進行施工工序模擬，按期完成該重難點標段的施工并實現零事故率。 項目對5D項管平臺、P6項目進度模擬，基于物聯網的二維碼，RFID等技術進行了局部試點，為后續項目應用提供技術積累。項目的開發設計管理最大化進行先期審評決策，最小化銷售等決策因素帶來的變更影響，保障了設計施建階段BIM虛擬建造的順利實施。 項目實現階段竣工后目前已展開運維端BIM應用(圖8～圖10)。

圖8 BIM算量參數標準及實物清單樣例

圖9 虛擬拼裝深化設計樣例

2.3 技術要點

為實現虛擬建造模式，中交國際項目在技術層面嘗試積累了多種解決方法。如建筑采取分層三道墻方式搭建， 裝飾構件采取等厚度常規建模，標準化參數設定等以滿足出圖及算量要求。錯漏碰缺檢查的標準過濾器設定涵蓋90 %以上構件交叉核查。機電映射建筑平面視圖確保跨專業圖紙高效同步。 設定項目標準樣板文件，標準族庫及標準組等基礎信息資料，作為全模搭建基礎搭建，同時按標準進行編輯模

圖10 BIM算量參數標準及實物清單樣例

型分拆組合。 基于DWF與RVT格式的互動云審閱批注。 設定典型分專業協同及避讓原則(圖11)。

圖11 全息模型及項目軟件工具匯總

3 綜述

中交國際中心基礎上以務實的方式實現了全專業全流程多維度的BIM設計施建應用。項目囊括了省創新杯、開明杯等多項BIM大賽首獎；項目基地同時獲評為省市文明施工

標準化工地及機電觀摩工地；印證了虛擬建造理念的創新性和可行性。虛擬建造的理念和應用方式正處于持續性延展和深化的進程中；其大范圍應用落地也受到行業制約、成本因素及技術條件的制約；中交國際項目的實施也僅代表其中一段里程。基于虛擬建造理念基礎上的BIM算量應用，5D管理、物聯網、云交互及各項智能化技術都有待在后續工程中實現深度及廣度上的應用。 本文所總結的應用理念策略、要點及技術積累謹供建設同業相關創新及BIM應用執行參考。

[1] The Laiserin Letter-Jerry Laiserin[OL]. http://www.laiserin.com

[2] Toward a virtual building laboratory-Klems JH & E. U. FinlaysonLawrence Berkeley National Laboratory 1999.03.01

[3] 徐偉，陳震.建筑施工中的智能方法[M].上海：同濟大學出版社，1997.

[4] 鄧家緹.虛擬現實技術與虛擬企業中的產品模型問題[J].中國機械工程，1998(11).