BIM技術在武漢恒隆廣場購物中心項目中的應用*

葉 建，段超龍，周曉帆，魏 恒，黃心穎

(中國建筑第三工程局有限公司，湖北 武漢 430064)

0 引言

隨著社會經濟的迅猛發展，人們對物質文化的需求愈加多元化，隨之而生的大型綜合類購物中心建筑在城市中不斷興起，且該類建筑的功能涵蓋的范圍越來越大[1]。為滿足人們的多元化需求，大型綜合類購物中心建筑功能布局豐富，使用空間要求高和空間人流、物流等流線復雜，且會將停車場、商業、設備用房、庫房和電氣用房等功能設置在地下空間[2]。隨著建筑行業向信息化和智慧化轉型的推進，利用建筑信息模型(building information modeling，BIM)技術的三維虛擬建筑模型來解決建筑設計、施工及運營維護階段存在的問題，已經在眾多項目中進行了廣泛應用[3-7]。其中，李久林等[8]通過昆明新機場和北京英特宜家購物中心等工程研究了利用BIM技術解決傳統工程管理模式存在的問題；付海峰等[9]通過天津東疆保稅港區國際商品展銷中心項目介紹了BIM技術在項目中的應用過程；劉春艷[10]通過北京某大型購物中心項目介紹了在設計階段引入BIM技術解決設計過程中經常出現的專業錯誤、機電綜合和標識導視等問題；琚娟[11]通過董家渡金融城項目研究了BIM技術在超大型商業綜合體項目建設中的應用難點和解決方案。本文依托武漢恒隆廣場購物中心項目，應用BIM技術解決超大型項目中設計協調難度大、造型復雜、多專業交叉施工難點多等問題，同時利用BIM技術解決了因地質復雜、場地狹小、建筑體量大且工期緊等原因造成的施工組織難度大和施工穿插困難等問題。武漢恒隆廣場購物中心項目應用BIM技術進行設計管理、全專業應用，并結合基坑監測、云平臺和虛擬現實等技術應用，使項目大大縮短了工期，節約了費用，并順利達到綠色建筑和高質量施工的相關要求，可為之后BIM技術在大型購物中心項目和大型綜合體項目的實施提供借鑒經驗。

1 工程概況

武漢恒隆廣場購物中心大型綜合項目位于武漢市硚口區，項目總占地面積約82 637m2，呈矩形，地上部分被南北方向的游藝路劃分為東、西兩地塊，地下室則全場連通。項目總建筑面積約40.2萬m2，其中地上建筑面積約17.4萬m2，部分地下建筑面積約14.64萬m2，已完成 RT 標段面積約 8.16萬m2，建筑高度50m，商業裙房共6層，地下3層。其中，地下2，3層為地下車庫、設備用房及人防部分，地下1層為商業、自行車庫及設備用房；地上商業部分功能為商業、溜冰場、電影院、餐飲等，商業裙房首層及2層分布于東、西兩地塊，3層以上通過橫跨游藝路的鋼連廊連接在一起形成整體。其以寓意“無限循環”的中國結元素為設計理念，如圖1所示。

圖1 武漢恒隆廣場購物中心項目效果

2 重難點分析

1)本項目位于商業核心區，規模龐大。項目場地狹小、地質復雜、造型復雜和工程量超大，涉及專業多，因此在實際施工中具有組織難度大和多專業交叉施工技術難點多等特點。

2)由于為港資項目，采用了香港設計事務所模式，各專業均由不同設計事務所進行設計，協調難度大。

3)項目東側為“鯨魚頭”造型鋼結構，最前端為兩根桁架斜拉柱，屋頂造型復雜，曲面幕墻、鋼結構、混凝土斜梁多構件交叉。

4)項目商業業態多、變化頻繁，每層的功能分區均不一致，造成了機電管線錯綜復雜，且項目90%的管井上下不能貫通，存在很多管井轉換情況，轉換處因為管線系統復雜造成凈高不足。

5)設計事務所提交的機電圖紙僅為概念設計，只體現管線走向，對機電管線的綜合排布、凈高控制和機電工程施工造成了困難。

3 組織策劃

本項目在設計、施工圖深化、施工、采購和項目驗收等階段通過應用BIM技術推動各階段的協調運行，并在實際施工開始前解決圖紙問題，充分認識項目實施重難點和統籌資源，為項目高質量完成提供強有力的保障。為實現對外完成合同約定的BIM內容，對內利用BIM技術助力復雜商業綜合體建造，提升工程整體價值。在項目實施前，由業主創建BIM組織架構，將BIM職能與項目平衡矩陣式組織架構相融合，BIM工作人員同時分配到各專業組中履行對各專業分包的管理工作，實現利用項目施工方人員經驗，以保證BIM成果能滿足實際施工過程的需求，如圖2所示。以總承包方為主導來統籌各分包，組建BIM團隊，制定BIM實施策劃和BIM實施標準，并對各參與方的工作流程、建模規則、應用要求、應用深度及驗收標準等做了詳細規定。同時，采用廣聯達協筑及BDIP軟件作為項目協同平臺，各參建方基于權限設置進行模型瀏覽、問題反饋和文檔共享。

圖2 BIM組織架構

4 設計管理

通過BIM模型的可視化特點，能有效擺脫二維圖紙的束縛，形象且直觀地立體展示出建筑實物構建信息，如圖3所示。通過利用BIM模型保證各專業間的溝通與信息傳遞，協調各專業設計分工，更高效進行把控，保證了設計品質以及出圖效率。

圖3 三維BIM模型

在通過BIM模型協同各專業設計模式的基礎上，開展BIM三維審圖工作。首先根據各設計事務所提供的圖紙進行復核和BIM建模，并梳理過程中遇到的問題，之后以RFI的形式發送給業主和顧問公司，并限定時間解決。業主根據問題描述文件通過顧問公司回復解決方案，設計單位和總承包單位依據現場實際判定方案可實施性。在通過BIM進行三維審圖的設計管理階段，累計發現圖紙錯漏碰缺等問題1 701處，其中各專業間碰撞問題312處。

在利用BIM三維審圖方式的同時，引入施工方技術人員參與設計方案優化工作。其中，對項目地下室公共區域弱電橋架進行合并，有效提升了排布空間；在項目地下1層車道處修改建筑，增加設備間排布機電管線，解決了吊式風井下方凈高不足的問題；優化建筑結構布局，使影院區管線排布得到優化，并使凈空符合要求；通過對幕墻BIM模型進行光照分析，將原幕墻方案由18.5°調整為14.5°，解決了因玻璃幕墻的光照反射對京漢大道車輛行人產生光污染的難點問題，避免了交通安全隱患，如圖4所示。

圖4 幕墻方案BIM優化

5 各專業深化

本項目利用BIM技術進行深化設計工作，完成設計成果由設計階段向施工階段的過渡。通過利用BIM技術協同各專業三維模型并進行信息集成，有效地解決了傳統二維圖紙深化工作不準確、交底困難和信息不完整的問題。在深化工作開始前，總承包方制定了BIM深化流程和BIM深化模型出圖流程。在BIM審圖的基礎上，各專業模型深化后，進行集成并綜合檢查，進而解決各專業間的碰撞問題。通過利用BIM深化成果協助施工管理，解決項目實施過程中由于專業交叉多、參建方多、項目體量大和協調面繁雜影響施工質量、施工進度和施工成本的難題。

5.1 土建深化

本項目通過BIM模型反映現場材料堆場、塔式起重機覆蓋半徑和人員進出口是否設置合理，以及進行各階段現場總體形象預覽，進而達到場內交通組織與材料堆場布置合理。屋面造型為雙曲面，結構完成面標高有1 000多個，利用BIM模型準確定位標高，并給出各軸線剖面，為班組施工提供可視化交底，如圖5所示。同時，為避免各專業工作面不清晰，將鋼結構吊柱和土建砌體墻以及出屋面風道利用BIM模型進行定位，整體合并為一張施工圖，為后續專業做好預留預埋工作和專業間交叉施工提供準確的信息。之后進一步將土建BIM模型與施工方案深度融合，可視化模擬施工方案、施工工藝和過程控制要點，提升現場精細化管理水平。

圖5 異形屋面BIM深化

5.2 鋼結構深化

本項目利用Tekla軟件對鋼結構進行三維模型創建，基于三維模型對鋼結構設計進行分析，并按模數拆分鋼桁架樓承板尺寸、減少邊角料和確定現場下料尺寸。在項目東側“鯨魚頭”造型鋼結構施工過程中，最前端為2根桁架斜拉柱，現場施工時因安裝誤差導致下部折角柱往東南方向偏移。為解決安裝誤差，通過Tekla模型導出斜柱折角部位坐標點，并利用三維模型與各參建方進行溝通。之后根據Tekla模型坐標點，調整坐標系并進行全站儀打點，比較出現場與模型誤差，采用氧氣-乙炔切割折角焊縫，利用塔式起重機及電動葫蘆調整折角角度，將下部折角柱調整至三維模型設計理論值，如圖6所示。

圖6 鋼結構BIM深化

5.3 機電深化

為進一步完善設計成果以保證施工順利進行，項目組建了BIM團隊進行機電系統正向設計出圖。在BIM深化設計開展前，以聯系函的形式要求業主、顧問明確綜合排布原則。通過BIM深化完成凈高分析圖、管線綜合圖、綜合剖面圖、管線三維圖、結構留洞圖、砌體留洞圖和支架基礎定位圖等內容，并完成冷卻塔機房深化、制冷站深化、采暖機房深化和生活水泵房深化以精確指導機組安裝。利用深化模型協調土建機電分工，為土建定位預留提供依據(見圖7)。同時，解決由于項目每層的功能分區不一致，管井轉換多且轉換處因為管線系統復雜造成凈高不足及綜合排布的問題。

圖7 機電BIM深化

5.4 幕墻專業深化

本項目菱形玻璃幕墻造型復雜，玻璃板塊尺寸不易控制，龍骨拼角多，現場龍骨安裝放線定位難度高。通過采用Rhino + Grasshopper對幕墻專業進行三維建模，以便于精確細部控制；再通過三維模型的坐標控制點預先模擬放線，確定方案后現場使用全站儀進行打點，保證安裝精度；最后，采用多角度切割機進行鋁龍骨加工，切角固定型材保證切割精度，組裝后進行整體吊裝(見圖8)。

圖8 幕墻BIM深化

6 深入應用

本項目在BIM設計管理和BIM各專業深化輔助設計過程和施工過程的基礎上，在地下工程施工階段，針對項目位于商業核心區，深基坑開挖時場地狹小、地質復雜和周圍防護要求高的情況，將深基坑開挖過程的監測數據通過虛擬三維技術在BIM模型中進行實時可視化展示，即通過二次開發實現BIM模型與監測數據的自動關聯，在模型中自動顯示危險部位，根據監測數據自動繪制安全走勢圖，形成自動化基坑預警。最終實現了模型關聯監測數據報告和點擊監測點彈出原始監測數據。在項目介入前期，同業主進行后期運維需求的溝通，明確了后期物業運營所需的BIM數據，提前將數據錄入模型，提高了模型復用性，并為后期物業管理及商戶入駐提供數據支持，通過建設基于BIM模型的VR體驗倉，形成沉浸式漫游體驗，直觀高效進行安全體驗技術交底。

7 效益分析

本項目通過采用BIM技術輔助設計和施工過程管理，并將BIM深化模型與專項施工方案融合，圖紙報審及方案審批一次性通過率達到了95%以上，提高了業主滿意度及建造品質，并助力后期4億元機電總包合同的承接。在設計管理階段，利用BIM技術依據各設計事務所圖紙進行BIM建模創建及圖紙復核，梳理過程中累計發現圖紙問題1 701處，其中有效解決機電、建筑、結構等各專業間的碰撞312處。圖紙深化階段采用BIM三維技術對土建、鋼結構、幕墻、機電和場地布置等專業進行設計優化，通過BIM審圖避免了拆改，并基于BIM模型采取了諸如設計優化、弱電合并和管線路由調整等多種措施，使項目地下工程實際進度提前了190d，被業主譽為新的“恒隆時速”，為項目節約可計量費用700萬元。

8 結語

本項目應用BIM技術解決超大型項目中設計協調難度大、造型復雜、多專業交叉等問題。通過應用BIM技術進行深化管理和協同管理，利用BIM模型對機電管線進行綜合出圖報審，保證了各標段施工依據的一致性；協調處理了多專業交叉問題，滿足了土建、鋼結構、機電和幕墻等專業協調、預留尺寸及精確定位等需求；解決了由于機電設備設置集中、機電管線路由長、尺寸大、豎直管井每層都有轉換、管線交叉多等原因引起的各區域設計凈高不足的問題。同時，項目通過應用BIM技術進行設計管理、全專業應用，結合基坑監測、云平臺和虛擬現實等深入應用，解決了因地質復雜、場地狹小、建筑體量大且工期緊等原因造成的施工組織難度大和施工穿插困難等問題，使項目工期大大縮短，節約了費用，并順利達到綠色建筑和高質量施工的相關要求，可為之后BIM技術在大型購物中心項目和大型綜合體項目的實施提供借鑒經驗。