BIM+VR在打造物流倉(cāng)儲(chǔ)智能建造項(xiàng)目中的應(yīng)用

楊文博1 王春節(jié) 王志新1 朱 潔1 任 建 于左宜

(1.中建五局第三建設(shè)有限公司，長(zhǎng)沙 410004；2.天津市東麗區(qū)建設(shè)工程質(zhì)量安全監(jiān)督管理支隊(duì)，天津 300300)

1 工程概況

京東集團(tuán)亞洲一號(hào)天津東麗物流園項(xiàng)目位于天津市東麗區(qū)華明工業(yè)園，北臨弘泰道，西臨華興路，由3座雙層坡道庫(kù)、1棟六層綜合樓、1棟配電用房、1棟生產(chǎn)輔助用房和3棟門(mén)房組成，總建筑面積11萬(wàn)m2。

(1)1#倉(cāng)庫(kù)，建筑面積33 211.25m2，地上二層，主體建筑高度22.9m;

(2)2#倉(cāng)庫(kù)，建筑面積33 202.13m2，地上二層，主體建筑高度22.9m;

(3)3#倉(cāng)庫(kù)，建筑面積26 144.7m2，地上二層，主體建筑高度22.9m;

(4)VR展廳及貨車(chē)坡道平臺(tái)，建筑面積15 273.41m2，地上一層，主體建筑高度10.0m;

(5)綜合辦公樓，建筑面積6 638.44m2，地上六層，主體建筑高度21.6m。

建筑專業(yè)模型、結(jié)構(gòu)專業(yè)模型、鋼結(jié)構(gòu)及維護(hù)結(jié)構(gòu)專業(yè)模型、機(jī)電專業(yè)模型如圖1所示。

2 工程難點(diǎn)分析

本項(xiàng)目目標(biāo)是爭(zhēng)創(chuàng)國(guó)家優(yōu)質(zhì)工程獎(jiǎng)，質(zhì)量要求高，主要難點(diǎn)如下：

(1)60萬(wàn)m3高大支模架。本工程框架柱截面最大達(dá)1.3m×1.2m，高度達(dá)11.8m，數(shù)量多達(dá)870根，保證全部框架柱一次澆筑成型質(zhì)量施工難度大；

(2)360°直立鎖縫金屬屋面。屋面工程采用雙面鍍鋁鋅壓型鋼板360°直立鎖縫施工技術(shù)，無(wú)防水設(shè)計(jì)；

圖1 項(xiàng)目多專業(yè)數(shù)據(jù)模型

(3)20萬(wàn)m綜合管線機(jī)電安裝。本工程機(jī)電管線安裝復(fù)雜，多專業(yè)綜合管線交叉施工難度大。

3 BIM+VR在物流園項(xiàng)目中的應(yīng)用

3.1 BIM應(yīng)用目標(biāo)

京東亞洲一號(hào)天津東麗物流園項(xiàng)目在開(kāi)工前根據(jù)本工程施工中的難點(diǎn)、管理中的重點(diǎn)等實(shí)施需求，制定了針對(duì)本項(xiàng)目的BIM技術(shù)應(yīng)用實(shí)施技術(shù)及BIM技術(shù)應(yīng)用管理目標(biāo)，主要包含BIM+VR永臨結(jié)合綠色施工場(chǎng)地布置[1]、大截面高大框架柱施工質(zhì)量控制[2]、高大支模架深化設(shè)計(jì)及輔助驗(yàn)算模擬、BIM+AR虛擬樣板質(zhì)量引路制度、360°直立鎖縫施工深化設(shè)計(jì)、鋼結(jié)構(gòu)深化設(shè)計(jì)[3]、4D進(jìn)度管理應(yīng)用[4]、BIM+VR安全教育管理[5]、臨邊洞口可視化安全分析等實(shí)施內(nèi)容，力求通過(guò)BIM技術(shù)解決倉(cāng)庫(kù)工程建造中的施工難點(diǎn)、管理重點(diǎn)、質(zhì)量控制點(diǎn)等問(wèn)題。

3.2 實(shí)施方案

為了保證所建立的BIM模型精度達(dá)到LOD400級(jí)以上，方便多專業(yè)之間的協(xié)同溝通，實(shí)現(xiàn)各個(gè)數(shù)據(jù)模型直接的數(shù)據(jù)共享，項(xiàng)目部明確了合理的崗位職責(zé)，確保BIM實(shí)施工作推進(jìn)的有序進(jìn)行，以制度的形式進(jìn)行規(guī)范化管理，并在專項(xiàng)工程BIM技術(shù)應(yīng)用管理方面，在招標(biāo)交底過(guò)程中，要求專業(yè)分包單位根據(jù)總包單位制定的BIM技術(shù)應(yīng)用統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)以及《建筑信息模型統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》中的要求進(jìn)行數(shù)據(jù)模型的建立，并通過(guò)VR技術(shù)將多專業(yè)模型進(jìn)行整合，上傳至云管理平臺(tái)，便于施工現(xiàn)場(chǎng)管理、方案可視化交底及虛擬樣板先行，具體實(shí)施階段及實(shí)施內(nèi)容如表1所示。

3.3 團(tuán)隊(duì)組織

為有效地應(yīng)對(duì)本工程施工難點(diǎn)，保證“海河杯”及“國(guó)優(yōu)獎(jiǎng)”創(chuàng)獎(jiǎng)目標(biāo)的順利實(shí)現(xiàn)，項(xiàng)目在開(kāi)工前分別由項(xiàng)目、分公司、局總部三個(gè)層面對(duì)BIM技術(shù)應(yīng)用先后進(jìn)行了多次深入討論，并根據(jù)建筑信息模型應(yīng)用統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，編制了詳細(xì)的BIM技術(shù)應(yīng)用策劃，并成立了涵蓋土建、機(jī)電、鋼結(jié)構(gòu)、維護(hù)結(jié)構(gòu)、精裝修等專職BIM人員組成的深化應(yīng)用領(lǐng)導(dǎo)小組[6-7]。

3.4 應(yīng)用流程

實(shí)施初期，項(xiàng)目部制定了較詳細(xì)的BIM建模計(jì)劃及VR+BIM云管理平臺(tái)應(yīng)用計(jì)劃，主要體現(xiàn)在技術(shù)、生產(chǎn)、質(zhì)量、安全、商務(wù)等各個(gè)部門(mén)的日常工作中以及最終的竣工模型交付，在圖紙會(huì)審階段，運(yùn)用BIM設(shè)計(jì)分別對(duì)土建、機(jī)電、鋼結(jié)構(gòu)、圍護(hù)結(jié)構(gòu)、幕墻進(jìn)行翻模及二次深化設(shè)計(jì)，過(guò)程中共計(jì)發(fā)現(xiàn)圖紙問(wèn)題435處，極大程度地避免了施工過(guò)程中不必要的返工，保證了數(shù)據(jù)模型的準(zhǔn)確性。

3.5 軟硬件環(huán)境等

(1)BIM工作硬件環(huán)境

在硬件配置方面項(xiàng)目采購(gòu)大型圖形工作站1臺(tái)、高配電腦3臺(tái)、VR體感控制器1臺(tái)，切實(shí)滿足日常工作的需求，具體硬件配置如表2。

表1 BIM實(shí)施計(jì)劃表

(2)BIM工作軟件環(huán)境

項(xiàng)目采用Revit 2014、Navisworks 2014、廣聯(lián)達(dá)算量軟件(GCL)、廣聯(lián)云、After Effects CS4、Photoshop CC、Auto CAD 2014、3d Max 2014、Fuzor 2018管理平臺(tái)等軟件進(jìn)行BIM模型的搭建及應(yīng)用[8-9]。

圖2 BIM技術(shù)應(yīng)用流程

硬件名稱硬件配置數(shù)量HTC VIVE定位器2個(gè)操控手柄2個(gè)GT1070主機(jī)1臺(tái)大型圖形工作站CPUE5-2620V4 1臺(tái)顯卡NVIDIA P5000內(nèi)存128G硬盤(pán)2TG建模臺(tái)式電腦CPUIntel Core i7-8700K 3臺(tái)顯卡NVIDIA GeForce GTX1080Ti內(nèi)存64G硬盤(pán)256G SSD

圖3 軟件應(yīng)用環(huán)境

圖4 BIM+VR永臨結(jié)合場(chǎng)地布置應(yīng)用

圖5 高精度耐磨地坪深化設(shè)計(jì)

4 BIM+VR應(yīng)用創(chuàng)新點(diǎn)及效益

(1)BIM+VR級(jí)永臨結(jié)合場(chǎng)地布置

項(xiàng)目部利用BIM技術(shù)融合時(shí)尚、現(xiàn)代、簡(jiǎn)約的設(shè)計(jì)理念，對(duì)辦公區(qū)進(jìn)行自主設(shè)計(jì)，確保建筑風(fēng)格上既有時(shí)間上的流動(dòng)性，又有空間上的開(kāi)放性，并通過(guò)BIM+VR技術(shù)打造具有永臨結(jié)合綠色施工理念的場(chǎng)地布置，利用單倉(cāng)微型綜合管廊技術(shù)，將截水溝、排水溝、臨電管道倉(cāng)、臨水管道倉(cāng)相結(jié)合，提前完成正式室外管網(wǎng)、正式路基、正式圍墻基礎(chǔ)的施工工作，極大程度上減少二次場(chǎng)地轉(zhuǎn)化的臨建投入[10]。

(2)高精度耐磨地坪信息化施工

本工程2mm高精度耐磨地坪施工面積達(dá)9.4萬(wàn)m2，采用BIM技術(shù)對(duì)倉(cāng)庫(kù)地面跳倉(cāng)及補(bǔ)倉(cāng)法施工進(jìn)行方案模擬，每3跨為一個(gè)澆筑倉(cāng)，跳倉(cāng)澆筑，在柱間和柱子四周設(shè)置20mm寬的伸縮縫，并采用激光整平機(jī)攤鋪混凝土，利用精密激光整平技術(shù)、閉環(huán)控制技術(shù)和高度精密的液壓系統(tǒng)，從施工技術(shù)上減少地面開(kāi)裂風(fēng)險(xiǎn)[11]。

(3)高大支模架深化設(shè)計(jì)

為保證60萬(wàn)m3高大支模架施工的安全，項(xiàng)目部采用自鎖式插銷(xiāo)連接盤(pán)扣架，作為支撐模板的主要受力構(gòu)件，通過(guò)利用BIM技術(shù)結(jié)合有限元分析方法，對(duì)盤(pán)扣架進(jìn)行虛擬排布，合理配置連接桿件，優(yōu)化分析架體受力，充分利用新型盤(pán)扣架高強(qiáng)度材料性能，減少外架搭設(shè)，降低了施工成本[12]。

(4)虛擬樣板質(zhì)量管理平臺(tái)

項(xiàng)目部根據(jù)公司要求制作了獨(dú)立承臺(tái)樣板、方圓柱模加固體系、主體施工樣板、新型承插式腳手架樣板、混凝土屋面工程深化設(shè)計(jì)、鋼梁連接樣板、輕鋼屋面樣板、綜合辦公樓裝飾裝修樣板等8項(xiàng)虛擬樣板體系，并通過(guò)720云平臺(tái)的應(yīng)用，可以通過(guò)移動(dòng)端、PC端、Web端等多重媒介對(duì)虛擬樣板、施工方案、質(zhì)量照片、實(shí)測(cè)實(shí)量數(shù)據(jù)等信息進(jìn)行動(dòng)態(tài)查詢，更加便捷地進(jìn)行質(zhì)量管理[13]。

(5)BIM+AR虛擬樣板交底

本工程應(yīng)用BIM+AR增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)，變革了傳統(tǒng)形式的工藝樣板先行制度，項(xiàng)目部應(yīng)用BIM技術(shù)對(duì)實(shí)體樣板、方圓柱模加固、管道井、支吊架等細(xì)部節(jié)點(diǎn)做法進(jìn)行深化設(shè)計(jì)，并引入AR虛擬增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)，強(qiáng)化了樣板先行及技術(shù)交底的可視化、直觀性等特點(diǎn)，通過(guò)掃描相應(yīng)圖片立體地展示工藝樣板效果。

圖6 承插式盤(pán)扣架搭設(shè)虛擬樣板

圖7 虛擬樣板體系

圖8 BIM+AR樣板交底

圖9 4D可視化進(jìn)度管理

圖10 綜合管線排布

(6)4D進(jìn)度信息化管理

本工程建筑面積達(dá)11萬(wàn)m2，分2個(gè)片區(qū)共計(jì)12個(gè)流水段，施工工序繁雜，為此項(xiàng)目采用4D進(jìn)度管理方法，將Project進(jìn)度相關(guān)的時(shí)間信息和多專業(yè)整合的信息模型鏈接產(chǎn)生4D的施工進(jìn)程動(dòng)態(tài)模擬，將整個(gè)施工過(guò)程直觀地展示出來(lái)，實(shí)現(xiàn)施工作業(yè)流水的可視化，施工計(jì)劃的可視化，施工內(nèi)容的可視化，并利用VR技術(shù)便于項(xiàng)目一線管理人員在實(shí)施計(jì)劃階段更易識(shí)別和預(yù)測(cè)潛在的多專業(yè)流水施工沖突，以便更高效地與不同項(xiàng)目參與方進(jìn)行溝通和協(xié)調(diào)[14]。

(7)機(jī)電管線綜合排布

本工程機(jī)電管線種類(lèi)繁多、系統(tǒng)復(fù)雜，管線相互交錯(cuò)，為確保各專業(yè)管線分布合理、安裝到位、整齊美觀，項(xiàng)目部在設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上構(gòu)建BIM模型，對(duì)多專業(yè)管線進(jìn)行綜合排布，通過(guò)碰撞檢查和凈高分析等技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)管線的最優(yōu)布置，滿足凈空使用要求。

(8)鋼結(jié)構(gòu)及維護(hù)結(jié)構(gòu)深化設(shè)計(jì)

本工程鋼架梁最大跨度為22.8m，單根最大重量為2.2t，采用“節(jié)間綜合法”安裝，利用Midas對(duì)鋼構(gòu)吊裝進(jìn)行施工輔助驗(yàn)算模擬，采用Tekla對(duì)主鋼結(jié)構(gòu)及維護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行輔助深化設(shè)計(jì)，并利用3D打印技術(shù)對(duì)各種復(fù)雜精密的構(gòu)件進(jìn)行預(yù)拼裝模擬，確認(rèn)無(wú)誤后生成構(gòu)件加工圖，在保證施工精度的同時(shí)，提高了生產(chǎn)效率。

為保證360°直立鎖縫金屬屋面的施工質(zhì)量，項(xiàng)目部建立金屬屋面虛擬工藝樣板，明確了金屬屋面各節(jié)點(diǎn)細(xì)部構(gòu)造，通過(guò)對(duì)屋脊及女兒墻支座的深化設(shè)計(jì)，保證熱脹冷縮時(shí)屋面的整體移動(dòng)，消除溫度應(yīng)力對(duì)屋面板的破壞，保證無(wú)防水設(shè)計(jì)金屬屋面的施工質(zhì)量。

(9)VR沉浸式虛擬驗(yàn)收

為了保障施工質(zhì)量，項(xiàng)目部將樣板引路制度與BIM技術(shù)相合，通過(guò)VR沉浸式虛擬驗(yàn)收，對(duì)虛擬樣板間進(jìn)行三維空間垂直測(cè)量、兩點(diǎn)凈空檢測(cè)等實(shí)測(cè)實(shí)量方法，提前發(fā)現(xiàn)各專業(yè)存在的問(wèn)題，利用移動(dòng)終端數(shù)據(jù)模型，可對(duì)管線位置、構(gòu)件數(shù)據(jù)、問(wèn)題照片等信息進(jìn)行動(dòng)態(tài)查詢，輔助項(xiàng)目管理人員進(jìn)行節(jié)點(diǎn)驗(yàn)收[15]。

(10)BIM+VR安全教育

項(xiàng)目部采用BIM+VR技術(shù)對(duì)施工作業(yè)人員進(jìn)行安全教育，根據(jù)不同的施工環(huán)境正確合格地使用施工機(jī)具，嚴(yán)格按照要求進(jìn)行規(guī)范化、可視化安全教育與安全管理，通過(guò)語(yǔ)言、特效文字引導(dǎo)提示等技術(shù)手段。

圖11 鋼結(jié)構(gòu)深化設(shè)計(jì)

圖12 360°直立鎖縫金屬屋面深化設(shè)計(jì)

圖13 精裝樣板間虛擬驗(yàn)收

圖14 BIM+VR安全教育與管理

圖15 基于BIM的成本管理應(yīng)用

(11)4D安全部署模擬

利用BIM+VR技術(shù)對(duì)項(xiàng)目所建立信息模型的安全檢測(cè)分析，快速查找出容易被忽視的臨邊洞口等安全隱患問(wèn)題，并通過(guò)VR可視化技術(shù)對(duì)定型防護(hù)進(jìn)行虛擬布置，還原現(xiàn)場(chǎng)的安全防護(hù)布置，為制訂更為準(zhǔn)確的現(xiàn)場(chǎng)安全設(shè)計(jì)方案提供了依據(jù)。

(12)基于BIM的成本管控

通過(guò)廣聯(lián)達(dá)BIM—GTJ2018算量軟件，快速準(zhǔn)確地核算工程量，生成各種量表，將BIM實(shí)際應(yīng)用到商務(wù)方面，多方協(xié)同。鋼筋模型可直接轉(zhuǎn)為土建模型，擺脫了繁瑣的二次建模。另外在變更簽證方面，以BIM模型為工具，能夠方便快捷地理清變更工程量，使商務(wù)工作更加高效。

5 總結(jié)與展望

5.1 經(jīng)濟(jì)效益

通過(guò)對(duì)機(jī)電綜合管線排布、鋼結(jié)構(gòu)及維護(hù)結(jié)構(gòu)的深化設(shè)計(jì)，各項(xiàng)材料累計(jì)節(jié)約率達(dá)10%，為項(xiàng)目開(kāi)源節(jié)流；圖紙會(huì)審過(guò)程中提前發(fā)現(xiàn)各專業(yè)圖紙問(wèn)題達(dá)165處，并及時(shí)進(jìn)行變更，有效避免了工程返工，累計(jì)節(jié)約施工成本68萬(wàn)元，通過(guò)BIM+VR技術(shù)建立的虛擬質(zhì)量管理工藝樣板引路制度，更加有利于對(duì)施工生產(chǎn)作業(yè)進(jìn)行班前技術(shù)交底，有效克服了實(shí)體工藝樣板占地面積大、施工成本高、材料投入多、生產(chǎn)周期長(zhǎng)、周轉(zhuǎn)效率低的弊端，通過(guò)BIM+VR級(jí)虛擬樣板的建立，實(shí)現(xiàn)了節(jié)地、節(jié)材、節(jié)能的綠色施工的管理理念；運(yùn)用信息化的施工管理手段，提高了施工質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)；同時(shí)本發(fā)明為建立虛擬樣板質(zhì)量管理平臺(tái)提供了數(shù)據(jù)支撐，并為工藝樣板的信息保存與施工工藝質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)查詢提供了可靠的幫助，具有很高的經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益。

5.2 經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)

(1)在總承包工程BIM管理中，總包單位應(yīng)建立本項(xiàng)目的BIM技術(shù)應(yīng)用統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，明確建模規(guī)則及建模精度，為多專業(yè)模型的整合提供便利。

(2)為提高工作效率，方便全員參與BIM管理，需通過(guò)云平臺(tái)、數(shù)據(jù)中心、人工智能等技術(shù)手段，對(duì)多專業(yè)數(shù)據(jù)模型進(jìn)行輕量化管理，方便施工作業(yè)人員進(jìn)行數(shù)據(jù)查詢。

(3)為順利推動(dòng)BIM技術(shù)在項(xiàng)目管理中的應(yīng)用，應(yīng)保證各個(gè)單位工程數(shù)據(jù)模型的精度不少于LOD300，且應(yīng)隨設(shè)計(jì)變更進(jìn)行同步調(diào)整，持續(xù)做好數(shù)據(jù)模型的更新工作。

5.3 趨勢(shì)展望

在建筑業(yè)不斷發(fā)展的新常態(tài)下,BIM技術(shù)的運(yùn)用能夠有效地解決工程建造中數(shù)據(jù)的創(chuàng)建、存儲(chǔ)、共享、查詢、運(yùn)維等方面的管理應(yīng)用，通過(guò)BIM技術(shù)的運(yùn)用，為工程建設(shè)在質(zhì)量控制、安全管理、進(jìn)度管控、成本分析等方面提供了可視化、數(shù)字化、協(xié)同化的支撐。BIM技術(shù)的運(yùn)用已經(jīng)滲透到建筑產(chǎn)業(yè)及其相關(guān)產(chǎn)業(yè)中的各個(gè)領(lǐng)域，不斷地改進(jìn)傳統(tǒng)建筑行業(yè)的管理方式及運(yùn)行模式，取代了傳統(tǒng)的施工管理模式及施工工藝方法，而B(niǎo)IM技術(shù)與VR技術(shù)的有機(jī)結(jié)合，能夠給設(shè)計(jì)者、實(shí)施者、體驗(yàn)者帶來(lái)不一樣的感知交互體驗(yàn)，通過(guò)形象直觀的聲像處理方式可以為三者之間提供更好的信息數(shù)據(jù)的交流，BIM+VR技術(shù)的有機(jī)結(jié)合勢(shì)必會(huì)持續(xù)促進(jìn)相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)層次，讓建筑數(shù)據(jù)變的觸手可及。

綜上所述，本工程通過(guò)BIM+VR技術(shù)、BIM+AR技術(shù)、BIM深化設(shè)計(jì)、BIM輔助驗(yàn)算模擬等信息化手段的運(yùn)用，顯著提高了京東亞洲一號(hào)天津東麗物流園項(xiàng)目的工程實(shí)體質(zhì)量，有效保障了施工過(guò)程中現(xiàn)場(chǎng)的作業(yè)安全，減少了工程建造成本，節(jié)約施工工期達(dá)2個(gè)月以上，其中，通過(guò)BIM技術(shù)結(jié)合VR技術(shù)在虛擬工藝樣板中的應(yīng)用，代替了傳統(tǒng)建筑行業(yè)中對(duì)實(shí)體施工工藝樣板的定義，有效克服了實(shí)體工藝樣板占地面積大、施工成本高、材料投入多、生產(chǎn)周期長(zhǎng)、周轉(zhuǎn)效率低的弊端，實(shí)現(xiàn)了節(jié)地、節(jié)材、節(jié)能的綠色施工的管理理念；并運(yùn)用BIM+AR虛擬增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)信息化的施工管理手段，實(shí)現(xiàn)場(chǎng)地布置、安全教育、技術(shù)交底、竣工漫游等方面的應(yīng)用，提高了施工管理標(biāo)準(zhǔn)，具有很高的經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益，項(xiàng)目部將持續(xù)總結(jié)創(chuàng)新BIM技術(shù)在項(xiàng)目管理中的應(yīng)用，持續(xù)創(chuàng)新BIM技術(shù)，以期在今后的智能化運(yùn)維管理應(yīng)用方面有更大的突破。