超高層房建項目設計施工一體化BIM應用

曾 樂

(中鐵城建集團有限公司總承包分公司，長沙 410208)

1 項目簡介

“中國鐵建·洋湖苑”(二期)項目位于湖南省長沙市岳麓區洋湖大道與含浦中路交叉口東北角，靳江河白菜堤西岸。該項目是集辦公、配套商業和公寓為一體的超高層建筑。由兩棟塔樓及車庫組成，占地面積18 635.98m2，總建筑面積89 036.73m2，其中地下18 242.43m2，地上70 794.30m2。南塔樓地上二十四層，地下一層，建筑高度99.4m； 北塔樓地上三十三層，地下二層，建筑高度為149.6m，如圖1所示。

圖1 項目效果圖

2 采用BIM技術的原因

(1)如何避免室外管線與建筑結構、消防車道、園林小品之間的沖突，以及滿足覆土深度要求并確保管線的順利安裝[1]是個難點。

(2)地下車庫與塔樓銜接處結構高差大，管線眾多，如何優化管線[2]是個難點。

(3)公寓層高4.5m，如何為業主增加居住空間，優化戶型[3，4]并向業主直觀展示為一個難點。

(4)施工場地狹小，如何進行平面布置[5]并優化是個難點。

(5)項目擬創建設工程“魯班獎”，細部節點做法需優化設計[6]。

(6)屋面兩層為架構層，且樓層板預留洞多，高空作業及臨邊作業多[7]，安全防護難度大。

(7)目前建設工程的生產對智慧工地的需求日益明顯，而BIM對生產有很重要的指導意義，能夠將生產中的重點、難點直觀地表現出來[8]，進行可視化交底[9，10]，提前做好技術準備，避免返工[11]。

3 BIM應用成果

3.1 BIM應用的軟硬件情況

本項目選用Revit、魯班系列軟件建立模型，并整合搭建BIM技術應用平臺，主要用于技術、進度、安全、質量、物資應用和成本管控。項目硬件配置表，如表1所示。

表1 BIM應用硬件配置表

3.2 項目BIM組織架構

本項目依據全員參與、全員建設的原則，由項目負責人擔任組長，技術負責人擔任副組長，公司技術中心副主任擔任技術指導，下設模型組、應用組。模型組分為土建與機電建模，負責BIM建模與模型調整； 應用組由工程技術部部長、安全環保部部長、成本管理部部長、設備物資部部長牽頭，帶領各自部門學習應用BIM系統。

3.3 設計階段

3.3.1 覆土深度校核

本項目在設計階段利用Revit模型，添加設計上的覆土元素，找出管線覆土深度不足的部位，通過與景觀專業協作的方式，調整了部分管道線路和部分區域的覆土高度，查錯補漏，減少了后期的設計變更。

圖2 場地管網局部3D效果圖

3.3.2 室外管線優化

本項目的室外管線隱蔽性強、管線錯綜復雜，由于前期信息不對稱，設計精度較低。 本項目在施工之前，通過建立BIM模型，將室外管井等元素添加入模型，發現多處井道與道路沖突，將檢查結果反饋至圖紙進行調整，避免了后期在施工中對這些問題的后知后覺，如圖2～3所示。

圖3 室外管線優化

3.3.3 室內管線優化

本項目的室內管線復雜，數量繁多，多處交匯節點容易碰撞，需優化設計。通過傳統的優化，難以計算每一層優化管線排布后的室內凈高。本項目利用Revit軟件將土建模型與機電模型關聯，進行管道漫游，發現多處管道位置未預留孔洞，管道排布錯亂，不利于增加凈高，將檢查結果導出報告之后，優化室內管網的排布，在管道穿過混凝土的位置開設孔洞。

圖4 二層剖面1處軸側圖

3.3.4 三維施工交底

對于場地管網中復雜部位，本項目利用三維模型進行交底，讓原本在平面圖上難以表達的管線空間位置關系變得直觀易懂，相比于傳統的抽象性文字配圖紙的交底更加直觀，極大地提高了施工交底的質量和效率，如圖4～5所示。

圖5 復雜部位局部3D效果圖

3.3.5 裝修方案對比分析

在裝修方案制定中，將不同的裝修方案進行建模，利用Fuzor軟件進行渲染，將原本在施工后才能展現的視覺效果通過模型形象地展示出來，配合模型來對比各裝修方案的優劣，簡化了方案制定的流程與選擇方案的困難，如圖6所示。

3.3.6 公寓空間分析

本項目還對模型的尺寸進行標注，對公寓凈高進行標注分析，并利用人物漫游功能進行虛擬漫游，測試處各裝修方案與預期的效果偏差不大，得出裝修方案可行的結論，如圖7所示。

圖6 裝修方案對比圖

圖7 公寓空間分析

3.3.7 設計工程概算

在設計過程中，摒棄了傳統手算的方式，對BIM模型的工程量進行提取，與當地定額、材料信息價相結合，同時經過手算復核，發現BIM提量與實際偏差不大，大大減輕了業務工作量，同時利用BIM平臺，很方便保存了數據，如圖8所示。

圖8 利用Revit模型導出工程量

3.4 施工階段

3.4.1 現場布置

由于項目施工場地狹窄，地勢起伏較大，施工部署工作面有限，針對項目特點，經理部建立BIM三維場地模型，將塔吊添加至方案規劃的位置，發現部分區域塔吊無法覆蓋，不適合作為場地堆放區及加工區，便將此處規劃為混凝土泵送點，其余塔吊覆蓋區域設置材料堆放區及加工區，通過模型直觀展現出來，選擇最優方案，并且發現項目兩處塔吊覆蓋的交匯區與材料堆放區沖突，通過模型來對比方案，將塔吊覆蓋的交匯區更改為材料周轉區，如圖9所示。

圖9 施工現場場地布置

3.4.2 室內管線施工優化

通過模型檢查還發現，管線總體排布寬度超過1 200mm時，中間區域預留300mm寬檢修通道，為后期檢修提供了便利，避免后期檢修困難，如圖10所示。

圖10 室內管線深化前后對比

3.4.3 室內管線一體化整體施工

本項目在施工過程中，創新性地使用管道一體化施工，結合BIM模型，進行管線分段、管線深化、尺寸批量提取等工作，將所需要加工的管道導出大樣圖對廠家進行交底，并對沒根管道配置特定的二維碼，由廠家在工廠加工并掃碼驗收合格后，再運送至施工現場進行整體吊裝，省去了現場加工的時間，減小了現場施工的制約，提高了工程質量，縮短了工期。

圖11 機電管線預制、編碼與安裝

在模擬過程中還發現，各管線彎頭如果彎曲角度根據現場隨意調整，施工過程中會因為彎頭混亂導致管道碰撞，影響施工，所以項目基于BIM模型修改方案，必須采用45°/90°標準彎頭，不能采用其他角度彎頭，如圖11～12所示。

圖12 漫游模型與現場實際對比

3.4.4 細部節點深化

鋼結構與混凝土結構節點處需深化模型，避免鋼結構與混凝土結構沖突，具體做法是單獨建立鋼梁節點與混凝土構件連接的模型，模擬施工，發現混凝土梁與鋼梁連接處確定焊接點，在鋼梁加工過程中提前定位，提前焊接，免去了安裝后焊接困難的缺點； 對于混凝土柱與鋼梁連接處，箍筋按照通常間距布置，會導致預埋件無法放入柱中，基于BIM模型，提前調整連接處的柱箍筋分布位置并進行交底，如圖13所示。

圖13 鋼結構與混凝土節點碰撞

3.4.5 可視化技術交底

通過BIM系統，項目部建立了施工關鍵節點的三維模型，以可視化技術交底的方式代替傳統文字交底，使施工作業人員更加直觀、更形象地了解施工工藝，如圖14所示。

圖14 承臺開挖可視化技術交底

3.4.6 一鍵排磚

在砌體墻施工伊始，項目運用BIM軟件一鍵排磚功能，從排磚的外觀、材料的損耗等數據來對比傳統手算排磚，確定排磚方案，并將不同的墻體分別導出施工圖，編制二維碼，現場根據墻體排磚圖進行砌筑，通過二維碼驗收，相比于傳統的排磚方式，BIM一鍵排磚不僅節約大量排磚及計算工程量時間，而且可以直觀查看砌筑工藝，優化用料，降低砌體損耗量，如圖15所示。

圖15 運用BIM軟件輸出排磚圖

3.4.7 工藝工法庫

BIM技術人員將項目各項技術交底、工藝、工法上傳至BIM系統工藝工法庫，形成項目級工藝工法庫平臺，現場管理人員通過手機端BIM平臺，避免了因施工方案不熟導致的施工不暢，隨時隨地查看工藝要求、工法流程，實現了動態施工工藝的企業級集中創建和集成管理，有效地助力了現場管理，如圖16所示。

圖16 工藝工法庫與BIM手機應用端

3.4.8 通過BIM模型提取工程量

在施工過程中，將BIM模型根據現場施工需要進行分區分塊，相較于傳統需要1名技術員+一名預算員+一名物資員配合核對的方式，減小了工作的難度，報量速度提高數百倍，核量更方便，追蹤更輕松，如圖17所示。

圖17 BIM報量(南塔混凝土工程量)

3.4.9 BIM+成本核算

項目部運用廣聯達BIM模型進行成本計價，根據當月形象進度勾選已完構件，直接導出工程量，一鍵套用定額，一鍵導出工程量清單，系統地保存在BIM平臺中，相較于傳統的人工核算方式不僅僅大大縮短了時間，還將資料有序地規整在軟件中，便于后期核對，如圖18所示。

圖18 利用BIM模型+成本核量計價

3.4.10 質量安全管理閉環

項目在BIM平臺中建立了現場問題整改記錄，由現場質量員將發現的質量問題上傳并指定整改負責人，整改負責人接到整改通知后前往整改地點整改，完成后拍照上傳系統，由檢查人確認是否合格，形成質量管理閉環； 由安全總監設置現場巡視點或巡視周期，巡視人到巡視點使用BIM系統手機端掃描二維碼簽到，描述巡視點的現場情況； 直接用手機端發起安全問題，同時查看該巡視點之前的問題是否整改閉合，如圖19所示。

圖19 現場安全定點巡視

3.4.11 現場施工實時監控

公司和項目部成立兩級施工現場視頻監控中心，結合BIM系統，負責公司施工現場視頻監控的日常管理及聯絡工作， 并與湖南湘江新區建設工程質量安全監督站視頻監控系統關聯，共同對項目施工實時監控，大大提高了項目的文明施工、綠色施工及施工進度水平，如圖20所示。

圖20 公司監控系統

3.4.12 特種設備智能感應與監測

通過傳感器實時監控塔吊運行，保障作業安全及使用規范：塔吊防碰撞及吊鉤可視化系統能夠全方位保證塔機的安全運行，包括塔機區域安全防護、塔機防碰撞、塔機超載、塔機防傾翻、吊鉤可視化等功能，同時能夠提供塔機安全狀態的實時預警，并進行制動控制，如圖21所示。

圖21 超載報警系統與塔機智能檢測平臺

3.4.13 勞務實名制

項目通過BIM系統集成應用，將各施工人員的工種、三級安全教育、具體班組負責人等錄入平臺中，導出二維碼，做到一人一碼，結合智能門禁系統，建立勞務實名制體系，實時加強了對勞務人員的安全管理，規范用工、安全用工、高效用工，如圖22所示。

圖22 勞務工人二維碼

4 BIM應用總結

本項目BIM應用貫穿于設計、施工全生命周期。從軟硬件的配置、室內外管線綜合優化、覆土位置復核、三維交底、裝修方案、凈高分析、工程概預算、一體化施工、工藝工法庫、模型提量、質量安全問題閉環等方面詳細闡述了BIM在建筑業中的應用。BIM在項目中的應用程度越高，產生的效益也越大，做到模型指導施工，BIM平臺集成項目數據服務施工。本項目通過BIM技術的應用實現了各專業的協同合作及有效的信息互享，極大地優化了施工組織，節約了施工工期，降低了施工成本，為今后其他項目開展智慧建造、打造智慧工地提供了全方位的寶貴經驗。