2022世界杯主場館BIM模型命名體系與劃分標準研究*

張 健

(中國鐵建國際集團有限公司，北京 100039)

0 引言

近年來，BIM技術在國內外各類大型項目中得到越來越廣泛的應用，已逐漸成為改變傳統工程建造模式和項目管理方式最為重要的技術手段[1]。目前在項目全生命周期內，設計階段BIM應用最為成熟和廣泛，而建模工作是BIM技術應用的基礎與核心，因此在設計階段的建模過程中如何科學合理地對模型進行命名和劃分成為保證設計質量和項目全生命周期BIM應用效果的關鍵[2]。

針對不同類型的項目，模型命名體系和劃分標準可能千差萬別[3]。目前，國內外還未就不同類型的項目建立統一的模型劃分體系與命名標準[4]。隨著世界經濟和體育事業的發展，大型體育場項目如雨后春筍般應運而生[5]。卡塔爾世界杯主場館盧賽爾體育場具有項目規模大、新技術應用多和專業接口復雜等特點，因此建模過程中的模型劃分與命名成為該項目BIM技術應用前需要首先解決的難題。目前我國缺乏在海外大型體育場項目全生命周期中應用BIM技術的成功經驗，此類項目的模型命名體系與劃分標準研究幾乎處于空白狀態，無先例可循。

1 工程概況

為舉辦2022年世界杯，卡塔爾斥巨資新建或擴建了8座體育場，體育場和相關配套設施的總投資達數百億美元[6]。

盧賽爾體育場為2022年卡塔爾世界杯的主場館，體育場外部主體結構由屋面索網、受壓環梁和V形鋼結構柱(簡稱V柱)等組成，內部主體結構由現澆鋼筋混凝土框架結構以及預制鋼筋混凝土看臺等組成。體育場設計建設過程中需遵守的標準涵蓋英標、美標、歐盟標準、ISO標準、國際足聯(FIFA)標準以及卡塔爾當地施工標準(QCS)。專業接口眾多，專業整合與協調難度巨大。項目管理采用國際化團隊，項目部管理人員、設計分包、施工分包、供應商和勞務工人來自全球數十個國家。

2 BIM應用概述

2.1 BIM綜合應用管理體系

作為超大型國際工程，對BIM應用提出了需求，也給BIM應用帶來了挑戰。面對挑戰，本項目建立了國際化的BIM應用管理體系。

1)應用模式方面，本項目投入BIM專項資金近1億元，實現了100%正向設計，制定了明確的建模標準，由473個分專業模型進行出圖、計量以及設計成果的交付和審查。

2)應用階段方面，涵蓋了規劃設計階段、施工建設階段、賽時運營階段、賽后改建和運維階段的項目全生命周期。

3)具體應用方面，項目成熟運用BIM技術近百項。其中高精度3D激光掃描、4D施工模擬與監控、5D成本預測與管控，以及結構安全模擬分析、日照光線模擬分析、座椅視線模擬分析等，為項目的順利實施發揮了巨大作用。

4)在軟件平臺方面，本項目采用的BIM軟件超過30種，涵蓋國際主流建模軟件、專業分析軟件和BIM平臺等。主要選用Autodesk系列產品，標準建模軟件為Revit，鋼結構初始建模軟件為Midas和Tekla。盧賽爾體育場主體結構模型如圖1所示。

圖1 盧賽爾體育場主體結構模型

2.2 施工圖模型(IFC)設計階段BIM應用

本項目招標階段提供了模型發展等級(LOD)200的方案設計模型(SD)。總承包商在中標后對設計進行優化，形成LOD250的優化方案設計模型(RSD)，之后由總承包商的設計分包建立LOD300的施工圖模型(IFC)，再由總承包商的施工分包建立LOD400的深化設計模型(shop-drawing)。最終的竣工模型(as-build)將達到LOD500，并按照建設運營建筑信息交換(CObie)標準交付資產信息模型(AIM)。

在IFC設計階段，所有圖紙均要以Revit圖紙集的方式從模型導出，模型為設計成果的主要交付方式。模型交付的格式包括RVT，NWC，NWD和IFC(工業基礎類，industry foundation classes)，圖紙的交付格式包括Revit模型中的圖紙集、DWG和PDF。

3 模型命名體系

3.1 模型命名需要考慮的關鍵因素

對2022年卡塔爾世界杯工程與盧賽爾體育場項目的建設特點進行分析，模型命名需考慮以下因素。

1)項目(project) 本項目的業主SC負責整個卡塔爾世界杯所有工程的建設和交付工作，包括8座體育場和多處訓練場等體育建筑、商務中心和酒店等公共建筑、機場和輕軌等基礎設施，因此需要在模型的名稱中對不同項目進行區分。

2)模型創作方(initiator organization) 在每一個項目的建模過程中，將涉及不同的模型創作方，因此需要在模型名稱中進行體現。

3)子項目(sub-project) 項目建設涵蓋體育場主體工程和大場區室外工程等多個子項目。

4)階段(mood) 卡塔爾世界杯8座體育場中的大部分將會在賽后進行拆除和改建，BIM技術將在體育場全生命周期進行應用，因此應對不同階段的模型進行區分。

5)專業、樓層和區域(discipline, level & zone) 為了加快建模速度和實現協同設計，大型房建類項目一般會分專業進行建模[7]。對于構成復雜、建模工作量大的專業，還可按照樓層和區域進行再劃分。

此外，由于盧賽爾體育場項目為100%正向設計，圖紙全部由模型導出，因此圖紙和模型采用統一的命名體系，方便設計成果的檢索與交付。

3.2 模型命名體系的建立

將每個因素以英文縮寫形式定義為一個字段(part)，最后一個字段定義為編號(number)，構建的模型命名體系如表1所示。

在本命名體系中，將所有因素劃分為9個字段，共21個字符(CHR)，每個字段間用“-”連接。

表1 盧賽爾體育場模型命名體系

3.3 模型命名體系各字段含義

字段1～4的主要目的為確定模型所屬的具體項目和創作方，其英文縮寫主要由業主統一制定，適用于2022年卡塔爾世界杯工程的所有項目。

具體到盧賽爾體育場項目中，字段1“項目”的英文縮寫為“C01”；字段2“模型創作方”為項目的總承包商，英文縮寫為“HBC”；字段3“類型”的英文縮寫分為“D”圖紙(drawing)和“M”模型(model)；字段4“子項目”的英文縮寫分為“STA”體育場主體工程(stadium)和“CAI”室外工程(external works)。如圖2所示，室外工程為實線內區域(共分12個區)，體育場主體為虛線內區域(02，05區)。

圖2 室外工程與體育場主體工程區域

為方便出圖和后續施工，將主體工程周邊基礎設施又劃分為10個分區，具體如圖3所示。

圖3 體育場主體工程周邊基礎設施再分區

字段5～9的主要目的為確定模型的內容和編號，其英文縮寫由總承包商制定并報業主審批確定，僅適用于盧賽爾體育場，英文縮寫直接決定模型劃分標準。

4 模型劃分標準

4.1 按階段劃分

盧賽爾體育場項目在舉辦完世界杯后將會拆除所有座椅，改建為學校、醫院和酒店等，服務于當地社區建設。因此，總承包商在IFC階段的主要設計任務既包含了賽時階段，又包含了賽后階段。將字段5“階段”的英文縮寫分為“T”賽時階段(tournament)和“L”賽后階段(legacy)。

4.2 按專業劃分

按專業劃分為建模軟件普遍采用的方式，有利于不同專業間工程師的協同設計[8]。

本項目的專業數量和模型數量隨著項目的推進而不斷優化完善。截至2020年6月，IFC設計已經完成98%，共涉及專業22個，模型473個。其中室外工程專業6個，模型36個；體育場主體工程專業22個，模型437個。利用Navisworks對模型進行整合，如圖4所示。

圖4 工程全專業模型

所有專業的英文縮寫、英文全稱、中文名稱、涉及子項目、涉及階段和模型數量如表2所示。

表2 體育場模型按專業劃分

4.3 按樓層和區域劃分

按照體育場的建筑結構，將體育場劃分為0～8共9層。由于體育場每層面積過大，按照結構變形縫將體育場劃分為1～9共9個區。其中體育場主體工程為1～8區，球場為9區，其區域劃分如圖5所示。

圖5 體育場區域劃分

5 結語

通過在盧賽爾體育場項目中建立IFC設計階段的BIM模型命名體系與模型劃分標準，并在項目推進過程中不斷優化和完善，可以得到以下結論。

1)世界杯主場館結構復雜、專業眾多、新技術應用多，在IFC設計階段對BIM模型進行合理命名和科學劃分將直接決定建模質量與效率，也會直接決定項目全生命周期BIM應用的成敗。

2)在建立BIM模型命名體系時，必須根據項目特點對關鍵因素進行分析、選擇和排序，為方便檢索、查看和存檔，BIM模型命名體系各字段可采用英文縮寫形式。

3)世界杯主場館類大型體育建筑的模型劃分標準，應充分考慮項目階段、專業、樓層和區域，優先將專業作為劃分的第一層級，其次為樓層和區域。

4)在具體實踐中，模型劃分過細將會增加各模型間的協調難度，而模型劃分過少又會導致單個模型較大，影響建模速度。因此需要在項目實施過程中不斷對專業和模型數量進行優化。

在大型體育場館全生命周期中，BIM技術將得到越來越廣泛的應用，盧賽爾體育場項目在IFC設計階段BIM模型命名體系和劃分標準中的探索和實踐，不僅填補了我國在該領域的空白，更為今后同類項目的BIM應用提供了寶貴經驗。