北京世界園藝博覽會國際館項目BIM綜合應用

肖 彤 吳 波 齊寶庫 李一婷 林新凱 張 鐸 白 雪

(1.沈陽建筑大學管理學院，沈陽 110168； 2.北京建工集團第五公司，北京 100007； 3.上海魯班軟件股份有限公司，上海 200433； 4.上海中建海外發展有限公司，上海 200120； 5.遼寧工程技術大學，阜新 123000)

引言

建筑信息模型(Building Information Modelling，以下簡稱BIM)是一類強調對工程項目全生命期相關信息進行參數化表達及集成化管理的里程碑技術[1]，為建筑從設計階段、深化設計階段、構件生產、現場施工、運維管理等各方面提供有效手段，是未來建筑行業發展的趨勢[2]。BIM在三維模型上增加時間進度和建設成本兩個維度，使得其應用能夠貫穿整個建筑生命期[3]。因此本文以北京世園會國際館項目為例，介紹BIM技術在項目全生命期中的應用，包括BIM協同管理平臺的應用、圖紙三維會審、機電管線綜合、施工模擬、進度管理及VR技術效果體驗等。國際館項目通過BIM技術的應用，保證了項目的成功實施，縮短工期，降低成本，突出地發揮了BIM技術在建筑物全生命期內的應用價值[4]，從而產生良好經濟及社會效益，實現大型博覽項目的可持續發展[5]。

1 項目實踐

1.1 項目簡介

中國北京世界園藝博覽會國際館項目位于北京市延慶區西南部，項目總建筑面積22 000m2，展覽面積12 770m2，分為四大展區，包括下沉廣場、序廳、國家(地區)與國際組織展區、室內花卉專項國際競賽展示區，是世園會的主要場館之一。館頂簇擁著的94把“花傘”是國際館的最大亮點(圖1)。國際館以“融和綻放”為展陳理念，采用“實物+多媒體+互動+氛圍”的多維方式，講述“一帶一路”沿線等世界園藝文化故事，通過園藝架起世界“開放包容、合作共贏、傳承創新”的橋梁。

圖1 國際館實景圖

1.2 工程特點及工作重難點

(1)地下及主體結構工期緊，工作量大，且技術準備時間短。地下面積6 597.6m2，地上面積15 402.4m2。項目開工日期2017年7月26日， 2017年12月31日之前完成主體結構封頂并完成驗收，主體結構施工總工期僅為159天。其中，泥漿護壁基礎灌注樁453根，累計4 425m。土方40 000m3?；A底板防水6 000m2，鋼結構7 600t。北京延慶夏秋多雨，冬季寒冷，雨施和冬施時間長[6]，技術準備時間緊張、鋼結構深化及加工安裝時間短，如何科學安排、策劃和組織好各種資源進行施工，確保工期及質量是本工程的難點。

(2)地基、基礎、結構、裝飾裝修、機電專業、綜合管廊、室外工程結構形式或建筑做法多、使用功能多、造型復雜、涉及施工方式較多，施工前技術準備工作是本工程的重點工作。

(3)深化設計工作量大，難度大。本工程地上為鋼結構工程，鋼結構制作、安裝、混凝土施工、幕墻以及設備安裝各專業工種均緊密相關，互相影響，存在大量的交叉施工。因此本工程深化設計工作必須綜合考慮工程的各方面要求。

(4)工程室外公共空間“花海”94支花傘鋼構件加工、安裝施工是本工程難點?；▊阕兘孛驿撝?、變截面主鋼梁、異型外包鋁板加工及安裝均需在較短時間內進行深化設計、材料采購、構件加工運輸安裝， 5 401個花傘節點空間位置的測設安裝，如何順利保質保量完成施工是本工程的難點，花傘鋼結構的安裝是整個工程的關鍵點，對項目部深化設計的能力和實踐經驗有相當高的要求。為此項目部組織專業BIM團隊對鋼結構與幕墻節點進行可視化深化設計。

(5)塔吊的選型、布置以及群塔作業的管理。本工程主體結構地上部分為鋼結構，施工中材料及構件的現場運輸主要采用塔吊，施工擬采用2臺C7050塔吊和1臺S450K20，塔吊之間有重疊區域。因此塔吊的運行安全及協調管理將成為施工管理的又一重點。

(6)由于項目的特殊性，對項目建成效果展示要求高，因此要通過多種形式對項目進行多方位全面的展示。

2 項目BIM應用策劃

2.1 BIM應用目標

項目部擬通過BIM技術的應用，力求最大限度地減少工程變更，更加科學地指導工程施工，有效地對工程管理目標進行控制，為工程的順利實施、降本增效提供強有力的技術保障。針對工程的重難點，國際館項目部計劃應用BIM技術進行深化設計，并在計劃管理、設計管理、技術管理、現場管理等方面發揮作用[7]，有助于總承包商提高技術和管理水平，從而更好地實現既定的項目目標[8]。

2.2 BIM應用項策劃

國際館項目的BIM應用項有如下幾點： 1)臨設模型、土建、機電模型建立； 2)機電深化設計、管線綜合排布； 3)復雜節點的三維模擬、方案交底； 4)施工模擬、場布模擬； 5)5D項目管理(質量、安全、成本、進度)； 6)三維動畫、VR技術展示等。

2.3 BIM團隊組織

本項目的總承包單位北京市第五建筑工程有限公司，投入了大量的人力、材料、設備資源，來實現工程建設的BIM應用目標。為確保滿足合同中對項目BIM管理的相關要求順利實現，以及考慮到本項目組織架構的復雜性，在施工總承包處設立 BIM 團隊，由沈陽建筑大學管理學院BIM研究與應用中心為總包提供BIM咨詢服務，統籌管理 BIM 應用工作。

2.4 軟硬件環境

(1)硬件配備

BIM應用中心的建模電腦均為intel i7 3.60 GHz， 32G內存，NVIDIA GeForce GTX 1060 及以上顯卡配置，保證建模極其BIM應用的速度。

(2)軟件應用

根據BIM應用目標，使用如下軟件完成BIM綜合應用：

1)建模軟件。土建、安裝專業建模使用Revit、鋼結構建模使用Tekla、幕墻建模使用Rhinoceros。

2)施工過程BIM軟件應用。Navisworks和Fuzor軟件用于施工工藝模擬等、廣聯達造價云用于全過程造價管理、筑業軟件用于合同資料管理、Luban Works用于管線碰撞檢查、用Luban Plan做進度計劃管理、Luban Node將鋼筋復雜節點進行可視化編輯與交底、廣聯達BIM 5D實現5D建造，為項目提供數據支持等。

3)效果展示軟件。Fuzor可進行虛擬漫游瀏覽、Lumion進行景觀設計和渲染、廣聯達VDP利用VR技術進行虛擬漫游體驗同時也是虛擬設計平臺、PTGui為全景拼接軟件、720云用于VR全景制作，以此滿足不同展示需要。

(3)BIM協同平臺

以魯班為BIM協同平臺，將各參建方納入BIM中心體系，并關聯BIM模型、照片和資料等，支持相關人員協同工作，完成審批、回復、生成報告等多項任務。這樣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，提高了管理效率和水平[9]。圖2為項目BIM軟件應用流程。

圖2 軟件應用流程

3 BIM綜合應用

針對工程的要求和重難點，BIM團隊通過與總承包、設計單位、相關分包單位的協作，結合相應的BIM軟件，制定了不同的解決方案，實現了BIM在施工過程的應用。本項目的BIM應用點主要包括以下內容。

3.1 模型構建與深化設計

(1)模型構建。首先BIM團隊統一了多專業協同建模規則，然后進行BIM協同平臺的部署及各單位賬號及權限分配。準備工作完成后，運用Revit、Tekla等軟件進行初期建模，如圖3所示。

圖3 國際館模型

(2)深化設計。圖紙深化設計在施工中尤為重要，使用Revit進行初期建模，BIM團隊發現各專業圖紙問題共61項，并將圖紙中的問題形成文檔并通過BIM平臺將圖紙問題進行多方面展示。經設計院審核更正后，BIM團隊再對模型優化，并定期與項目部進行模型會審。

(3)管線綜合。BIM團隊將各專業模型整合上傳至Luban Works中進行漫游及碰撞檢查。同時運用Fuzor可以與Revit同步的特點，進行多專業協同與碰撞，檢查出碰撞問題169項，疑似碰撞點87項(圖4)。通過與施工設計單位的技術交底，解決碰撞問題。

圖4 FUZOR檢測碰撞圖

(4)凈高檢查。本工程管線較為復雜，且對凈空要求高，BIM團隊通過Luban Works軟件，將土建與安裝各專業BIM模型整合，確定凈高，進行檢查，指導施工。

(5)預留孔洞。BIM團隊通過Luban Works平臺將土建與水暖電各專業模型整合，篩選碰撞結果，確定預留洞口位置，預留洞口數據通過BIM協同平臺將BIM模型及成果共享，施工現場技術人員隨時可以調閱查詢。

3.2 施工規劃與組織設計

(1)鋼筋節點。由于花傘鋼結構構件與鋼筋沖突碰撞問題發生較多，利用BIM的虛擬技術模擬建造后，可以在施工前發現沖突部位，再采取優化鋼構件或者鋼筋形狀、鋼筋綁扎順序等措施，有效解決這一問題[10]。同時，對于鋼筋部分采取局部難點構造創建了關鍵節點的方式進行可視化交底，并將節點上傳至BIM系統手機端、電腦端用于多方協同應用?；隰敯喙濣c軟件Luban Node，實時進行三維量取，查看鋼筋種類、級別、直徑、長度，并且掛接至BIM模型中相應位置，將鋼結構模型與鋼筋模型進行整合分析，對節點進行深化設計，優化鋼結構與鋼筋連接方式，降低現場施工難度(如圖5所示)。

圖5 鋼筋節點

(2)施工方案模擬及優化。國際館基礎深度高低不一，BIM團隊利用BIM協同平臺的互聯網優勢，對基坑開挖進行模擬，使各參建單位項目管理人員通過筆記本電腦、ipad、手機客戶端查看土方成型效果、查詢標高、坡度開挖平整等所需信息。利用Luban Plan將模型構件與時間相關聯，對比實際施工時間與計劃進行的時間，對施工進度有效的管理和控制。對于復雜節點的施工，結合Naviworks、3Dmax、Fuzor 4D施工模擬、圖片展示等多手段進行施工工藝模擬，如圖6所示，花傘拼裝模擬可以較為精確、直觀地展示具體的施工順序，方便指導施工。

圖6 花傘拼裝模擬

(3)場布模型及檢查。首先，BIM團隊將Revit模型導入Fuzor中，體驗場布的整體布局，檢驗構件擺放、施工機械器具是否合理，減少二次搬運。根據相關規范，檢查出不合理布置共12項，并出具了場布報告。其次，本項目施工場地狹小，為消除大型機械對場地中設施的影響，BIM團隊提前進行大型機械進場模擬，規劃進場路線。通過花傘安裝的施工模擬，并結合場地布置情況，對原計劃布置的三號塔吊方案進行優化，取消了三號塔吊，同時為了配合花傘安裝、吊裝，使用240t汽車吊配合施工(如圖7所示，場布模擬效果圖)。

圖7 場布模擬

(4)技術交底。BIM團隊在優化模型之后，建立了鋼筋三維節點圖，制定了特殊過程和關鍵工序的交底(圖8)。在項目實施過程中，團隊還積極嘗試和推廣二維碼的使用，創新管理模式[11]，通過掃描二維碼即可獲取交底資料，并定期與現場施工管理人員進行交底。二維碼的使用在后續的運維應用、全景效果圖等方面都有很好的表現。

(5)建立施工過程數據庫。BIM團隊利用魯班基礎數據管理平臺，將建設工程的整個施工過程、材料使用詳盡地記錄在案，并掛接至BIM模型中對應構件，上傳至后臺，進行“無紙化”的施工管理。相關工作人員可通過魯班平臺客戶端及時查詢相關構件信息，為后期運營維護等工作提供了方便條件。

3.3 項目目標與動態管理

(1)施工全過程造價管理。BIM團隊利用BIM模型協助造價咨詢單位做資源分析，造價文件上傳廣聯達造價軟件，隨時獲取生產計劃、采購計劃等準確數據，提高計劃準確性。

(2)5D虛擬建造。在整個項目施工過程中，BIM團隊對施工進度、施工質量以及施工成本等進行模擬化管理[12]。運用廣聯達BIM5D軟件，將三維模型與進度、成本數據緊密結合，形成5D模型，實現5D建造，直觀了解項目進度，資金走勢，為項目的合理資金準備及進度計劃提供依據。

(3)運維應用。BIM團隊將資料根據內容掛接至相關構件，點擊構件信息，或通過移動客戶端掃碼查看構件二維碼，均可查閱構件屬性、狀態、施工過程資料等信息，實現運維管理3D可視化，為后續日常運營維護管理提供了方便(圖9)。

3.4 效果設計與情景模擬

(1)VR技術的虛擬漫游體驗。廣聯達VDP為虛擬現實設計平臺，制作BIMVR內容，快速實現BIM游覽、專業查看、構件檢查、BIM施工流程、模擬BIM質量檢查等，提升建筑工程設計、施工方案效果。BIM團隊通過采用廣聯達VDP模擬三維空間，給觀看者帶來更加真實的效果，也為設計、施工、投資找到最佳決策。

(2)全景效果圖。BIM團隊將渲染后的模型結合720云和PTGui全景拼接軟件創建360度的網絡全景圖，模擬項目建成后三維空間實景效果，讓觀看者更加真實、全面的體驗項目全景(圖10)。

(3)渲染效果圖。BIM團隊參照設計院效果圖，利用Lumion對深化設計模型進行了渲染，展示出了項目建成后的實際效果，實現了建筑形態的仿真呈現(圖11)。

圖11 國際館室內效果渲染圖

4 結語

4.1 創新點

世園會國際館項目通過BIM技術的綜合應用，很好地將項目全生命期可視化、數據化、信息化，使項目建設轉化成高效、精細、協同的一種全新模式。在該項目中，創新點首先表現在基于BIM的虛擬拼裝技術，提前對造型新穎獨特的花傘進行拼裝模擬，有效降低實體拼裝過程中的成本、管理等問題，提高了構件加工精度，促使現場拼裝高效進行，縮短了工期。其次，BIM的應用實現了項目無紙化交底，電子化保存交底資料，不僅滿足了項目的建設需求，還為后期運營維護和追蹤管理提供了數據支持。最后，在該項目中，BIM技術應用到項目全階段、全部門、全專業，使BIM技術發揮了其真正價值。

4.2 展望與思考

BIM技術可以提高建筑業精細化管理水平，提升建筑行業的經濟效益，促進節能減耗，在參建各方共贏的情況下，減少社會資源浪費。但BIM行業管理制度不完善、正向設計瓶頸難突破、行業標準不統一、各參建方對BIM認知程度落后的問題普遍存在[13]。為了BIM技術可以更好地服務項目，取得預期應用效果，應當積極推進BIM技術在設計、施工、運營全過程的應用，使BIM技術在日常施工中的應用成為常態。