BIM技術在中國鐵物大廈項目施工階段綜合應用

(中建八局第三建設有限公司，南京 100097)

1 依托工程簡介

某工程位于北京市豐臺麗澤商務區，總建筑面積23.25萬m2，由兩棟超高層主樓、兩棟裙樓組成，地下整體5層，A座主樓地上45層，結構高度203.95m，B座主樓地上32層，結構高度149.95m，C座、D座地上3層，結構高度30m。主要功能為國際5A甲級高端寫字樓、商業和會議中心，建造標準高，功能復雜，建筑、結構、機電等專業施工難度大。工程建造效果如圖1所示。

圖1 工程建造效果圖

2 BIM技術在工程施工階段應用目標

1)在項目施工過程中全專業全方位應用BIM技術[1]，輔助解決圖紙問題、施工效果展示、管線碰撞、深優化設計、可視化交底、重難點問題解決等[2]；

2)運用BIM平臺化技術，通過模擬和協同管理技術提升項目施工階段質量、安全、工期及成本等整體管理水平；

3)通過BIM技術應用，培養工程BIM建模和應用人才，為企業發展儲備BIM人才，提高企業核心競爭力[1]。

3 BIM技術在各專業的應用

3.1 土建專業應用

1)輔助解決圖紙問題

各專業BIM建模過程也是對工程設計的復盤，會暴露圖紙中存在的建筑、結構、機電、幕墻等各專業沖突及設計不明確的問題，同時也可借助模型立體直觀的特點，方便與設計等單位溝通，輔助找到解決問題的思路或方法，如圖2所示[3]。

圖2 輔助解決圖紙問題記錄

2)施工效果展示

在項目施工過程中應用BIM技術可視化特點[4-5]，建立工程整體建筑信息模型，方便為參建各方展現項目建設效果，提高溝通效率。特別是在建筑立面效果展示、精裝修效果展示和二次砌筑深化方面應用效果良好，充分發揮BIM技術立體、模擬現實技術，有效地減少了施工過程返工，如圖3～4所示。

圖3 建筑立面效果展示

3)施工模擬及可視化交底

為了更好地協助一線作業工人對工程施工方案的理解，對關鍵技術有直觀的理解，運用BIM技術可進行施工模擬及可視化交底，有效傳遞相關信息，避免誤解，影響工程施工。如圖5～6所示。

圖5 工程整體施工模擬

圖6 柱卡箍應用可視化交底

4)輔助現場平面管理[6]

本工程施工場地狹小，基坑開口線即為用地紅線，項目充分利用BIM仿真技術，在項目各階段綜合考慮建筑物、垂直運輸工具及各類機械、材料堆場及加工場、臨時道路、辦公區、水電管線及其他動力管線等排布，對施工現場動態仿真排布，輔助現場平面管理，合理有效利用每一塊土地[7]。如圖7～8所示。

3.2 鋼結構專業應用

1)深化設計

通過Tekla Structures軟件虛擬仿真技術建立鋼結構施工階段構件及節點深化設計模型，并對模型進行優化設計，特別是梁柱接頭、多桿件交接部位等復雜節點進行仿真模擬，在保證滿足設計要求的前提下充分考慮實際施工各專業配合和施工需要，極大地減少施工難度和避免返工。利用BIM軟件可將模型轉化為構件加工圖和施工圖紙，指導工廠加工和現場施工[8-9]。如圖9～10所示。

圖7 輔助現場臨建布置

圖8 輔助主體結構施工階段現場平面布置

圖9 裙樓大跨度復雜屋蓋鋼結構深化設計模型

圖10 復雜節點深化設計

2)模擬施工過程

針對工程為超高層項目，鋼結構含量大，施工復雜的特點，對關鍵工序及做法進行模擬，更好地方便操作人員理解和掌握，對關鍵的主樓鋼管混凝土外框柱安裝和澆筑、外框鋼結構梁安裝等工序進行仿真模擬，清晰直觀地反應操作過程和控制要點[10-12]。如圖11～13所示。

圖11 外框鋼管柱吊裝模擬

3.3 機電專業應用

1)碰撞檢測

根據設計圖紙建立項目各專業整體模型，利用Navisworks軟件進行管線碰撞檢測，形成碰撞檢測報告，根據報告找出存在問題的部位，查看模型，在滿足設計要求的前提下，調整各管線布置，最大限度的避免施工過程可能存在的因工序和標高等問題返工，保證工程施工的順利推進[10，13]。如圖14～15所示。

圖14 碰撞檢測發現的存在問題部位管線排布

圖15 調整后管線排布

2)優化管線及設備加工

通過BIM技術形成管線綜合排布平面圖、三維軸側圖、剖面圖等，結合定位分析，可方便的將模型轉化為管線加工圖，為管線預制、非標設備加工提供詳細圖紙，減少現場工作量，提高工廠化作業水平。如圖16～17所示。

圖16 局部地下管線綜合排布平面圖

圖17 局部管線綜合排布剖面圖

3)機房深優化設計

本工程功能復雜，存在大量機房，包含大量設備和管線，多專業交叉，施工工序較多，是最能體現工程機電安裝水平的部位，也是工程創優的重中之重。通過BIM技術可預先對機房內設備、管線等進行綜合排布，并模擬其施工過程，考量其最終完成效果能否滿足創優要求等，極大地促進機房施工質量。如圖18～19所示[14]。

圖18 制冷機房設備管線BIM模型圖

圖19 制冷機房內部模型圖

3.4 幕墻專業應用

1)輔助深化設計

利用BIM技術進行幕墻深化設計，明確幕墻與結構連接節點、幕墻單元體分塊大小、接縫處理、外觀效果等，出具加工圖紙，用來指導加工和現在安裝[15]。如圖20～21所示。

圖20 幕墻與結構連接節點

圖21 幕墻單元體分塊深化設計

2)復雜曲面幕墻造型深化

本工程裙樓幕墻外觀為多曲面幾何形式，造型復雜多變，運用犀牛軟件強大的曲面造型功能，對弧形幕墻進行三維建模、劃分幕墻表皮分格、進行曲率分析、劃分幕墻板塊。同時配合Grasshopper插件，提取加工、安裝數據，實現模型分析參數化。如圖22～23所示。

圖22 裙樓幕墻模型

圖23 提取加工安裝數據

3.5 計量計價專業應用

本工程廣泛運用BIM技術進行工程計量計價。在施工過程中，利用Revit和廣聯達BIM軟件建立全專業BIM信息模型，配合進行鋼筋翻樣、復雜節點的優化等，促進現場施工精細化管理。同時，利用建立起的計量計價模型，形成工程量清單、核算工程量和工程造價，極大地促進了工程物資及商務合約管理[16]。如圖24～25所示。

圖24 工程計量計價專業模型

圖25 形成工程量清單

4 BIM技術平臺化運用

本工程通過與合作單位共同研發，推廣使用BIM平臺化技術，從現場工作協同、進度、質量、安全、材料等各方面進行管理，極大地提高了現場施工效率。

4.1 BIM+VR技術

工程設置了VR虛擬現實體驗館，結合BIM建筑信息模型，對現場實際場景虛擬再現，模擬行為安全事故和施工工藝、施工工序，通過“BIM+VR”技術逼真的展示出來，達到對工人安全教育、技術培訓、交底的目的。如圖26所示。

圖26 VR虛擬現實體驗

同時，利用BIM+VR技術模擬建筑設計效果，將室內裝飾效果逼真的展示出來，在樣板施工前，判斷是否符合要求，減少返工。如圖27所示。

圖27 建筑設計效果模擬

4.2 BIM+全息投影技術

工程設置全息電子沙盤，結合BIM技術，直觀的展示工程建造過程和關鍵施工工序，有效地幫助施工管理人員了解和掌握項目建造方法，輔助項目管理。如圖28所示。

圖28 BIM+全息投影技術

4.3 BIM+二維碼技術

本工程鋼結構達到2.3萬t，各類構件多，管理難度大，項目通過利用BIM管理平臺將模型中各構件信息制作生成二維碼，構件出廠時即粘貼在構件上，在施工材料制作、運輸和安裝階段，通過二維碼去集成更多的信息，實現構配件制作信息、物流信息、安裝信息與設計信息的融合，大幅提高工程材料和施工管控水平。如圖29所示。

圖29 BIM+二維碼技術應用

4.4 BIM+進度管理

本工程合同工期緊，任務重，過程節點考核多，為保證工程順利履約，項目利用BIM管理平臺將進度計劃、責任人與BIM模型相結合，對工期節點進行分級預警，并實施考核，促進現場生產效率的提高。截至目前，各工期節點均提前完成。如圖30所示。

圖30 BIM+進度協同管理應用

4.5 BIM+質量、安全管理

本工程質量目標為爭創魯班獎，安全目標為AAA級安全文明標準化誠信工地，質量安全目標高。為保證合同目標的順利實現，項目利用BIM管理平臺將現場質量、安全問題進行協同處理，問題發現人將問題照片及相關信息描述利用手機端軟件錄入BIM管理平臺，限定期限指定落實責任人，問題整改完成后，相關責任人通過手機端軟件反饋相關信息。

5 總結

本文結合工程實例，詳細介紹了BIM技術在中國鐵物大廈項目施工階段的綜合應用場景和方法，通過實踐證明，極大地提高了工程管理水平，有效地輔助解決工程施工中的一系列重難點問題，取得了良好的應用效果，可為后續類似工程提供一定的參考。