陽光保險金融中心工程BIM技術應用

(北京城建集團有限責任公司，北京 100083)

1 工程簡介

陽光保險金融中心是由北京陽光融和置業有限公司投資興建的超高層金融寫字樓，總承包單位為北京城建集團有限責任公司。地處CBD核心區Z2a地塊，建筑總高度220m，地下5層，地上44層，裙樓地上6層； 總占地面積8 264m2，總建筑面積132 471m2，其中地上90 000m2，地下42 471m2，建成后將是一集甲級辦公樓、會議、商業和餐飲以及多種配套服務功能于一體的綜合性超高層金融寫字樓。工程效果圖如圖1所示，BIM模型如圖2所示，工程現狀如圖3所示。

圖1 工程效果圖

圖2 BIM模型圖 圖3 工程現狀圖

2 工程難點

本工程在建筑專業、結構專業、機電專業、鋼結構專業、幕墻專業等均存在較多難點。

建筑專業：復雜造型與其他專業的協調問題，定位問題等；

結構專業：異形結構構件的定位，多構件相交部位的鋼筋施工，與鋼結構、機電專業的協調問題等；

機電專業：管線綜合優化，凈空凈高優化，管線穿墻問題等；

鋼結構專業：鋼筋穿鋼柱鋼梁等節點，鋼結構預埋，鋼結構吊裝問題等；

幕墻專業：各幕墻構件吊裝、定位問題等。

本項目為大型超高層建筑，建筑外觀、結構選型、設備工藝等均較為復雜，為了更高質量地完成項目，在各專業重難點工作開展之前，通過BIM的深化應用，將所有重難點部位做施工模擬，可視化交底。

3 BIM組織與應用環境

3.1 BIM應用目標

依據國家BIM相關標準，結合本項目的實際情況，隨著項目的開展，不斷總結項目經驗，完善BIM模型。基于BIM模型基礎上進行各專業方案BIM模擬、總平面協調管理、進度管理、成本管理、質量管理、BIM的竣工圖成果管理等。通過BIM的應用為項目的全生命周期提供重要支撐，實現可交付的工程數字化資產[1]。

3.2 實施方案

本項目在實施前，各專業編制項目BIM策劃書和模型標準、出圖標準以及圖紙報審標準，然后各專業根據圖紙進行深化建模，包括建筑、結構、鋼結構、幕墻及其他專業BIM模型復核、深化。各專業模型建成后，進行各專業模型整合及展示。基于BIM模型全專業的碰撞檢查，出具碰撞檢查報告及優化建議，同時進行各專業方案交底BIM模擬，模擬內容包括：高大支模及腳手架方案、砌體排布方案，鋼結構吊裝、幕墻安裝、機電及其它各專業方案模擬等[2]。項目經營部根據BIM模型進行工程量清單計算及提取。在施工過程中，依據BIM與現場施工結合進行進度、質量、物資、云端管理。

3.3 團隊組織

本工程BIM實施，由項目總工牽頭，按照專業組建BIM應用工作組，各專業BIM工程師要求具有專業的施工管理工作經驗及豐富的BIM應用經驗。每個專業BIM工程師的數量根據現場需要進行調整。項目總工對整個項目的BIM應用工作負責，對項目全方向及全過程進行組織、監督和協調，即對人員配置、工作安排和進度把控等具有決定權，并負責與甲方及相關方的工作溝通和協調[4-5]。各專業BIM組負責本專業深化設計BIM模型的建立及復核，負責本專業的施工方案BIM模擬，負責本專業的進度、質量、安全文明綠色施工管理過程中BIM應用。項目部BIM中心負責專業模型整合，負責全專業BIM模型碰撞檢查，負責深化設計BIM成果、施工過程BIM成果、竣工圖BIM成果的匯總整理。

3.4 軟硬件環境

本工程在模型創建階段最主要的是使用Autodesk Revit。Autodesk Revit軟件是世界領先的設計軟件和數字內容創建的Autodesk公司專為建筑信息模型而構建。并結合其他諸如Rhino、Catia、Tekla、Sketchup、Bentley STAAD Pro等軟件，進行各專業建模。在模擬瀏覽階段所使用的軟件為Navisworks、Lumion 3D、3D Studio Max、Fuzor等商用軟件[6]。

在硬件方面，本項目所有BIM工程師均配備戴爾(DELL)M7710圖形工作站，中央處理器為Inter i7～7700MQ CPU 處理器(6M 緩存，最高至3.9 GHz)； 顯卡配置為NVIDIA Quadro P5100 8G獨顯； 內存32GB+256SSD+2TB； 操作系統WIN7 專業版64位。

4 BIM技術綜合應用

4.1 創建全專業模型

本項目的施工圖在設計上仍然采用傳統的出圖模式，通過創建全專業的BIM模型，輔助進行深化設計圖紙審核工作，根據顧問公司審批的圖紙作為指導施工的圖紙。各專業BIM模型包括場土建、鋼結構、裝修、幕墻機電專業等，如圖4。本工程BIM中心合理組織和規劃各專業的模型建立，確保能被各方不斷應用和深化。

圖4 各專業BIM模型

各專業BIM模型均包含必要的施工數據，如機電設備，需包括名稱、規格尺寸、供應商、設備編號、其他施工參數信息，有利于指導施工，方便施工； 深度達到可做管線綜合、施工模擬、復雜節點施工深化、基本運維要求等應用要求[3]。交付模型深度達到LOD500精度要求，BIM模型與現場完成情況及竣工圖一致，交付成果幾何信息與非幾何信息可有效傳遞。

4.2 BIM應用情況

(1)利用BIM審圖

總承包方協同各專業分包利用BIM技術協助深化設計工作，各方提出圖紙優化意見。通過每周二的深化設計協調會議展開討論，截至目前，各專業提出圖紙意見1 455條，如圖5、圖6，圖紙修改及優化意見百分百得以解決。

圖5 圖紙報審面單

(2)參數校核

本項目機電系統尤為復雜，項目實施前，深化設計團隊對項目變壓器容量、電纜填充率、水泵揚程、管道流量等進行參數校核，通過參數校核，充分理解設計思路、設計理念，保障機電系統順利運行[7]。

圖8 電纜填充率計算書

圖9 管道流量校核計算

圖10 水泵揚程、流量計算書

(3)碰撞檢查

模型搭建完成后，將項目全專業模型進行整合，導入軟件中進行碰撞檢查。通過軟件模擬，提前發現施工過程中的碰撞點，得出碰撞檢查報告，本項目僅地下部分碰撞點解決800余處，大大加快現場施工的進度[8]。

(4)深化設計

機電專業根據充分協調的BIM模型，導出“平立剖圖紙”，同時，繪制綜合圖、專業圖、剖面圖、詳圖等，現場只需嚴格按照深化圖紙施工即可，節約大量施工協調時間[9]。

本項目幕墻模型完成后，用Catia軟件對模型進行切分，按照劃分情況將模型分解成部件，然后對組成模型的各部件分別進行深化設計，以此來驗證原設計的合理性與可行性。

(5)優化二次結構施工

本工程機電管線安裝晚于二次結構墻體施工，二次結構深化圖完成后，利用magicad軟件預留洞功能，在模型中自動創建墻體預留洞，極大地提高了洞口預留的準確性，避免了人工標注錯誤的發生，與以往相比，深化時間節約50%以上，預留洞口準確率提高20%以上，完全解決了因施工順序沖突導致的管線與構造柱打架、后期亂開洞等增加成本之類的問題。

(6)支吊架優化

為保證BIM模型準確指導施工，項目部在模型必要位置采用綜合支架并提供相應的尺寸以供預制安裝。

BIM團隊利用magicad支吊架功能，在BIM機電模型中進行支吊架布設，通過軟件的校核功能對綜合支架進行受力計算，并可快速出具支吊架計算書。

對于復雜的承重支吊架，依據《簡明管道支架計算及構造手冊》，對支吊架各受力點分別進行受力計算，得出承重支架校核計算書，并由設計院及顧問公司審核[10]。

通過計算選擇合理的支吊架，不僅節約了施工空間，達到更加美觀的效果，而且節約支吊架的材料成本和施工成本。此項技術應用，初步估算節約支吊架成本超過10%。

(7)施工方案優化

1)伸臂桁架層施工工藝優化

本工程核心筒15、30層為伸臂桁架層，桁架層層高6.5m，鋼筋混凝土的核心筒墻體內含雙層鋼板墻，依照傳統工藝，墻體箍筋無法依照傳統工藝與墻體的豎向鋼筋綁扎。按原設計要求，墻體箍筋需采用接駁器與鋼結構現場焊接，共需焊接16 000余個套筒，如圖11，評估工期需60天以上，施工難度極大，并且工期及質量均無法滿足要求。為解決此問題，項目部運用BIM技術進行方案比選和施工模擬，創新性地采用了鋼結構預焊接鋼板帶，取代現場焊接箍筋的做法，如圖12，鋼板帶在鋼結構加工廠焊接完成，鋼筋工人只需在現場連接豎向鋼筋即可，減少了常規施工中，大量鋼筋焊接、綁扎所需的施工時間和材料損耗，共節省工期22天，節約成本約55萬元，而且完全滿足結構可靠性的要求，取得了設計方的認可，認為可以推廣使用。

圖11 優化前設計原方案模型

圖12 優化后方案鋼板帶模型 圖13 鋼板帶現場照片

2)塔吊附著錨固優化

本工程塔吊公司提供的塔吊附著錨固形式為長臂桁架拉桿，固定在核心筒墻體上，如圖14、圖15，這種附著型式的優點在于核心筒的施工速度可以不受其他專業的制約，塔吊伴隨著核心筒一步步增高，但是該錨固形式經評估施工難度大，最長的桁架拉桿長度接近23m，每一道桁架拉桿重量都非常大，并且與幕墻單元板塊邊框位置沖突，給幕墻的安裝造成了很大的困難[11]。

圖14 塔吊附著方案原設計平面圖

圖15 調整前塔吊附著方案三維效果圖

項目部綜合評估了原塔吊附著方案的利弊，決定優化塔吊公司提供的附著方案，利用BIM技術的可視化，創建模型，重新布置塔吊附著，最終確定將塔吊附著錨固點由核心筒轉換至外框鋼管柱，如圖16、圖17，通過對塔吊附著形式進行轉換，塔吊的附著距離由原來的23m縮短至9m，并且拉桿型式由原來笨重的長臂桁架式改為相對較輕巧的普通鋼拉桿，重量大大減輕，塔吊附著施工難度大大降低，并且可以使塔吊錨固避開幕墻邊框，使幕墻工期不受影響，此項改進預計共節省工期40天，節約成本約30萬元。

圖16 調整后塔吊附著方案三維效果圖

圖17 調整后塔吊附著現場照片

圖18 設備優化前

圖19 設備優化后

3)設備優化

本工程冷卻塔在模型搭建完成后，發現冷卻塔排布及管線路由有進一步優化空間，BIM團隊結合商務部選定的品牌型號進行優化調整，替換原設計院設備基礎圖，確保土建屋面基礎圖紙準確性，另外據統計，對原設計進行優化后，屋面冷卻塔工程可減少閥門及軟接頭共計60個，管道節省107m，設備吊裝及運輸費用減少50%，共計節省成本約19.71萬元[12]。

4)樓層凈高優化

本工程管控標高是在業主提供的凈空要求上進一步優化，優化完成后能夠讓業主清晰地了解每個功能區域所能達到的凈空高度，通過凈高分析，本項目地下室部分的標高比原方案整體提高20cm，為后序精裝修施工提供了極大便利。

(8)方案模擬

1)爬模施工技術模擬

本工程核心筒施工中采用鋁合金模板配合液壓爬架施工工藝，項目利用BIM技術制作三維可視化爬模施工方案代替原始紙質版方案交底，更直觀、精確地反映整個爬模施工方案的施工工序和施工流程[13]。

2)幕墻施工方案模擬

本工程利用BIM技術，將幕墻進度計劃與施工方案整合在模型中，更直觀、精確地反應各個部位的施工工序流程，對進度計劃進行動態管理，保證工程進展順利。

3)冷卻塔吊裝方案模擬

項目通過BIM技術對大型設備運輸吊裝進行模擬，確定大型設備最優路線及最優吊裝方案，同時，針對設備尺寸和吊裝線路校核，保證大型設備的順利搬運和安裝就位。

(9)數字化加工

運用BIM技術，根據BIM模型和構件產品庫數據進行工廠數字化加工。在BIM模型中確定構件分段，利用BIM模型數據指導加工，提高工作效率，提升建筑質量[14]。

圖20 鋼結構三維模型

圖21 鋼結構構件加工

(10)BIM機電樣板引路

項目通過BIM技術對機電施工樣板進行施工工序模擬，利用模型虛擬施工，做到技術先行，提前發現并預防施工過程中存在的各種問題，杜絕因設計考慮不周到而引起的返工現象，節約施工成本，提高施工效率。

圖22 現場機電樣板間 圖23 機電樣板間三維模型

(11)提高質量安全管理水平

本工程在施工階段，利用廣聯達BIM 5D平臺與廣聯云的進度質量問題追蹤功能，管理人員發現質量安全問題立即拍照上傳，責任人實時收到問題整改通知，第一時間安排人員整改[15]。

移動端問題錄入后，在PC端自動形成圖表，對安全、質量問題類型統計整理，輸出分析圖表，為項目管理人員提供數據支持。

圖24 廣聯達BIM 5D平臺與廣聯云的進度質量問題追蹤

5 BIM拓展應用

5.1 BIM+三維掃描+云計算

本項目利用三維激光掃描儀對已完成的結構進行點云預處理，根據點云擬合出來的模型與原BIM模型進行偏差分析，并更新與實際施工相符合的模型[16]，模型更新后即可利用現場模型進行幕墻節點深化及下料工作，避免了因誤差導致的成本增加的問題。

圖25 三維掃描

5.2 BIM+三維掃描+攝影測量

本項目為了保證鋼構件的加工質量，采用精度為0.085mm的工業級光學三維掃描儀及攝影測量系統，對加工完成的構件逆向成形，通過實際的掃描模型和理論模型進行比較，偏差部位和偏差多少，其結果一目了然，這道步驟可以保證加工完成，運到現場的鋼構件百分之百的合格率。

5.3 BIM+3D打印技術

對于工程上須重點把控的位置和施工難度較大的部位，除了創建三維立體模型，在施工前將模型信息導入到3D打印機內打印出實體模型[17]，利用3D打印技術的可視化與無障礙溝通的特點，項目各參與方均可針對實體模型討論方案的可行性，節省大量的溝通討論時間。

圖26 3D打印技術

5.4 BIM+VR

各參建方在三維模型里溝通樣板段排布方案，確定后用于現場施工，并通過VR全景技術，制作二維碼，各參見方可以通過掃碼，在任何地點任何時間都能夠觀察樣板段。與傳統樣板段實施相比，避免了樣板討論階段的反復拆改，節約時間成本和經濟成本。在施工階段，也可以利用VR全景技術[18]，在重點區段張貼二維碼，作業人員可以隨時查看該區域的三維模型，正確理解圖紙，間接提高施工質量。

圖27 F6樣板段二維碼 圖28 掃描二維碼進入樣板段效果圖

6 總結

通過BIM技術在陽光保險金融中心工程施工過程中的實踐與應用，并結合本工程的施工特點，對各專業的施工工序和圖紙加以改良，解決了超高層施工工期慢及施工復雜的問題，并最終形成一套完整的超高層BIM應用與拓展，為今后類似工程提供參考和指導。通過采用BIM技術，質量管理提升33%，安全管理提升22%，施工進度提升11%，為項目節約成本9%，得到業主和監理單位的一致認可。在今后各類項目中，我們會繼續推廣BIM在施工過程中的應用，不斷完善，改進不足，為BIM的普及提供參考和思路。