北京中關村科技園—豐臺創新中心項目BIM技術綜合應用

(1.華夏幸福基業股份有限公司，北京 100071； 2.中國建筑科學研究院有限公司，北京 100013)

1 前言

1.1 項目簡介

北京中關村科技園豐臺園產業基地東區三期1516-35#36#地塊項目(以下簡稱豐臺創新中心項目)位于北京市豐臺區，是由華夏幸福基業股份有限公司與豐臺區政府合作投資建設的一個集行政辦公、商業、國際交流與休閑娛樂為一體的高層建筑。該項目規劃總建筑面積約為587 445.21m2。35#地塊總建筑面積210 135.71m2，其中地上部分139 096.4m2，共7個塔樓； 地下部分71 039.31m2。36#地塊總建筑面積377 309.5m2，其中地上部分194 081.76m2，共10個塔樓； 地下部分183 227.74m2。

圖1 項目整體效果圖

作為中關村科技園—豐臺園的新一代產品，豐臺創新中心奉行“產業優先、國際交往、創新驅動、智慧社區、魅力生活”的5 IN發展理念，力求成為構筑城市創新發展的加速器。豐臺創新中心是擁有最大中央公園生態綠芯的最智慧最安全的綜合性產業園區，緊密對接地方政府與客戶需求，旨在打造以科技創新為核心驅動的具有國際影響力的產業高地，成為豐臺區乃至全國科技產業與創新產業的孵化器，打造標桿工程。

1.2 項目特點與難點

(1)本項目體量巨大，兩個地塊地下室共有5層，地上部分單體塔樓17個； 從前期勘測、設計、施工到后期運營維護階段參與單位超過百家，參建各方之間工作協同效率及信息溝通準確性難以保證。

(2)本項目兩個地塊17個塔樓通過地下室聯通為一個整體，各塔樓機電管線匯集于地下室，管線水平垂直方向交叉多，排布密集，施工工藝復雜。

(3)園區內景觀范圍廣，景觀設計方案對于綠化及構筑物位置排布要求高，現場施工難度大。

(4)園區內地上十七個塔樓外立面均由石材幕墻與拉索幕墻組成，幕墻系統使用面積廣，造型多樣。

(5)項目整體工期緊張，工序繁多，采用BIM技術保證工作進度，保障工程質量。

2 BIM技術的計劃與組織

2.1 BIM應用目標

基于本項目的自有特點與難點，BIM技術的應用目標主要包含以下幾個方面：

(1)優化深化施工設計圖紙，避免質量問題、安全問題的出現，杜絕拆改返工等現象出現；

(2)利用BIM技術對復雜的機電管線系統進行3D碰撞檢測、深化優化設計及重點區域的優化凈高分析等，提前規避風險，保證管線系統實現最優排布；

(3)利用BIM技術對景觀建筑及幕墻工程進行預演，增強施工方案的合理性與科學性；

(4)提高參建各方的溝通效率，縮短項目設計周期與施工工期，降低綜合成本；

(5)將全景視圖技術與VR技術與BIM技術融合應用，打造智慧工地。

利用BIM技術的自身優勢將豐臺創新中心項目打造成為精品工程[1-4]。

2.2 實施方案與標準

在本項目實施之前，根據《建筑信息模型應用統一標準》(GB51212T-2016)同時參照集團公司的BIM 實施標準編制了《北京中關村科技園豐臺園產業基地東區三期1516-35#36#地塊項目BIM實施導則》，對于建模標準，協同流程，交付標準等方面做了詳細規定。

圖2 BIM 工作流程

2.3 軟硬件配置

根據本工程的特點，主要應用軟件為歐特克公司建筑設計系列軟件Revit、Navisworks、3DMAX、Lumion 等。除此之外，公司還配備BIM工作專用服務器、移動式工作站、工作機、VR設備及其他移動終端。

3 BIM技術應用情況

3.1 BIM技術在土建專業的應用

根據在項目策劃階段建立的實施導則、模型精度標準、模型拆分標準，建立各專業模型。

圖3 BIM結構模型

圖4 BIM建筑模型

在建模過程中，及時發現圖紙問題以報告的形式記錄下來并將圖紙問題及優化解決建議反饋于設計單位，協助設計單位修改圖紙以達到最優設計，提前規避施工現場返工等風險。在項目后期通過將建筑模型與結構模型進行整合，梳理在傳統的CAD二維平面圖紙內不易發現的問題，主要包括：

(1)檢查結構能否滿足建筑對于造型空間及功能的要求；

(2)檢驗建筑自身設計在空間上的問題；

(3)檢查建筑結構專業間的碰撞情況。

利用BIM技術對于土建模型進行圖紙梳理及三維圖審，及早發現問題，解決問題，最大程度地優化設計方案。

3.2 BIM技術在機電專業的應用

BIM技術在機電專業的應用主要有以下幾個方面：

(1)施工圖階段管線綜合

本項目機電安裝規模龐大，其中地下室功能眾多、管線密集，兼顧商業用途導致凈高要求較高。因此在設計階段，利用BIM技術進行三維建模，將機電模型與土建模型整合后，通過軟件檢查及人工復核的雙重排查，檢查所有專業的碰撞情況及凈高分析情況，生成碰撞報告及凈高優化報告，與設計單位進行溝通協調。利用碰撞報告反饋的碰撞問題，依據實際安裝施工中的管道避讓原則與垂直面管線排布原則，考慮管道間距，預留橋架檢修空間、機電末端空間等注意事項，作出機電綜合優化排布方案，優化管線碰撞節點，實現可利用空間的最大化。

圖5 BIM機電模型

圖6 36#地塊綜合辦公樓首層機電凈高優化成果

(2)施工階段管線綜合

在施工階段，根據設計變更對施工階段的三維模型進項更新維護，實時完善模型調整管線排布方案，提前了解可能產生的實際安裝問題，對項目在設備專業的精細化施工提供指導。利用BIM技術對工程施工中管道設備進行安裝預演，避免施工過程中因為施工工序、施工誤差等問題影響管線排布凈高，減少拆改數量，節約時間與經濟成本。

圖7 機電綜合優化效果圖

3.3 BIM算量

在模型完成二次優化后，根據模型利用BIM技術完成項目的工程量統計，提取模型中所有構件信息，包括墻、梁、板、柱等構件體積、個數，機電管線尺寸、長度等內容，生成模型工程量統計清單共55份，為工程預算專業為在材料成本估算方面提供最基礎數據，控制施工階段的物料成本。

圖8 工程量清單截圖

3.4 BIM技術在幕墻的應用

圖9 36#地塊的行政辦公塔樓幕墻及幕墻節點

本項目地上17個塔樓的外立面均由大面積的拉索式玻璃幕墻及石材幕墻組成。其中36地塊行政辦公樓南北兩側均為通高的雙向拉索幕墻，幕墻高達55.1m，施工難度較大。除此之外， 36地塊的文化中心與35地塊的健身中心，幕墻形狀不規則且分格設計方案較復雜，與外包弧形金屬網片間連接也是施工難點之一。

利用BIM技術對塔樓外立面石材幕墻與拉索幕墻進行三維虛擬分格設計及幕墻配件的繪制，通過設計方案對比，選擇最優方案并配合幕墻專業深化設計出圖。除此之外，利用三維模型模擬幕墻系統與外部弧形金屬網片間的連接，優化施工方案，解決幕墻嵌板裁剪安裝問題及幕墻與其他建筑構件間的安裝聯系問題，保證了建筑外立面的整體美觀。

3.5 BIM技術在景觀專業的應用

本項目景觀綠化面積范圍較廣，包括了運動公園、場地式游樂場、運動水吧、架空跑道、下沉廣場、會議公園等特色景觀。園區內植物種類及顏色繁多，綠化排布復雜，為了保證景觀設計方案最大程度的實現，利用BIM技術建立1∶1的綠化景觀三維模型，并與建筑結構模型整合，模擬樹木高度對視線的影響，檢查景觀建筑沖突，優化景觀植物顏色排布，提出修改樹坑位置及植物種類等優化建議，生成報告反饋于景觀設計單位，以保證最優化的景觀設計，提升使用者的舒適度。

除此之外，利用BIM技術對下沉廣場與塔樓間的進行視線模擬，保證景觀建筑沒有遮擋視線，最大程度實現“建筑專業十大特色對景”的設計方案，使創新中心與整個豐臺地區景觀完美融合。

本項目景觀專業的另一個復雜施工點就是處在36地塊的異形400m夜光架空跑道。為保證跑道的正常使用，建立跑道BIM模型，通過三維模型，優化跑道設計不合理問題及與其他建筑景觀的碰撞問題，并提出解決方案反饋于景觀設計單位。

3.6 BIM技術在裝修專業的應用

基于基本的土建與機電BIM模型，進行重點區域的精裝BIM模型建立與渲染出圖，并利用精裝樣板區BIM+VR方案沉浸式體驗向業主方展示精裝效果，協助比對精裝方案。

圖10 景觀BIM模型

圖11 BIM精裝模型

3.7 BIM技術的創新應用

在本項目中BIM技術的創新應用點主要有以下幾點：

(1)4D進度計劃模擬

基于project軟件編制的施工計劃，與三維模型進行進度掛接，以天、周、月為時間單位，按照不同的時間間隔對施工進度進行正序或者逆序的模擬，對施工物料及人員調配進行監測； 預測存在的工期風險及施工難點，生動形象地向外界展示建筑物建造過程； 合理優化施工進度計劃，縮短施工工期。在施工過程中將模擬數據與現實施工進度數據進行比對，分析偏差原因，及時合理地糾正偏差，調整施工進度，保證計劃順利實施。

圖12 4D進度計劃模擬

(2)BIM協同管理平臺的應用

針對項目實施過程中的重點與難點，搭建屬于本項目的BIM協同綜合管理平臺。采用云平臺模式，將數據存儲于云端，各應用端可根據自身權限調用內部數據，便于公司管理層實時了解項目情況，針對項目進行管理。

平臺集成了用戶權限管理、圖文檔管理、族庫管理、流程管理、模型數據輕量化管理等五大基本模塊，實現了對項目從設計到施工及后期運營維護階段的全生命周期統一管理。平臺可以導出結構化、輕量化的BIM模型數據，可以實現隨時隨地在各類移動設備上查閱模型，最大程度地發揮模型作用。

BIM協同管理平臺的應用，解決了傳統管理模式下的信息不全，檔案資料難以長期保存，追溯信息不準確，管理精細化水平不高，各專業協調效率低下等問題，保證政府與業主方對項目全過程的監督把控[5]。

(3)VR與全景視圖技術的應用

為保證每位施工人員都能夠進行體驗式教育，本項目在BIM模型完成后即導入VR軟件中，通過 VR眼鏡可以在施工項目初期就身臨其境地看到整個項目的設計方案全景，達到所見即所得的效果，保證質量技術安全交底。除此之外，利用360度全景視圖技術，展示園林、景觀、精裝等成果，協助項目進行前期宣傳[6-7]。

圖13 BIM協同管理平臺

圖14 豐臺創新中心全景展示

4 BIM技術應用效益

(1)運用BIM技術，將傳統的CAD二維平面圖紙轉換為BIM三維模型，通過設計建模、施工模型復核，更加形象直觀地對設計中的重點難點進行“預演”。共發現土建圖紙問題832處，機電專業碰撞檢查報告172份，提出碰撞檢查點5 209個，解決優化了大量的工程重點難點，降低返工率，保證工程施工質量，形成了一套完整的BIM綜合應用技術，為集團以后的工作培養了BIM人才。

(2)BIM技術對幕墻設計方案、景觀方案、精裝方案模擬確定了業主方對于設計方案的要求與效果，利用大場景動畫的制作及精裝樣板區BIM+VR方案沉浸式體驗對設計方案進行二次分析驗證，保證了設計方案的最大程度實現，提高工作效率。

(3)BIM技術輔助進行進度計劃管理，及時掌握施工進度，合理安排資源，避免返工情況發生，縮短了工期。

(4)通過搭建BIM協同管理平臺，共享BIM中的工程信息，實現智慧施工及網絡化協作，提高了材料管控效率，方便施工現場資源調度，加快施工進度，隱形提升了項目的管理能力。

5 結語

豐臺創新中心項目的BIM技術應用是由業主方進行全過程引導的，最大程度地發揮了BIM技術在建筑物全生命周期內的應用價值。通過BIM技術的應用實現了在項目中各專業的協同合作及各專業間有效的信息互享，在智能施工、打造智慧工地的道路上取得了良好的成績[8-9]。