BIM技術在北京冬季奧運村人才公租房項目一標段工程裝配式鋼結構住宅施工中應用方法

(北京城建集團有限責任公司，北京 100088)

引言

近幾年，住建部相繼公布一系列推進裝配式建筑發展的措施，這為裝配式鋼結構住宅提供了政策支持。與傳統粗放型的建筑不同，設計標準化、生產工廠化、施工裝配化、裝修一體化、管理信息化和應用智能化[1]這些裝配式建筑的典型特征，需要所有參與方及時的信息共享方能發揮其真正的價值，顯然傳統的項目管理方法無法滿足這樣的生產需求，迫使企業從優化技術及施工方法的革新方面尋找出路。

北京冬季奧運村人才公租房項目采用的裝配式鋼結構住宅建筑體系是當前一種比較新穎的建筑形式，融入綠色施工理念，具有設計標準化、生產工廠化、施工裝配化等特性，對我國建筑行業的發展具有引領示范作用。

本文依托北京冬季奧運村人才公租房項目進行BIM技術應用，探討BIM技術在裝配式鋼結構住宅施工過程中所帶來的革新與變化；主要在施工工序布置、工期計劃、成本管控、資源利用、場地布置[2]等方面動態管理進行深入應用，在進度、成本、質量[3]三大管理指標方面取得的良好成效進行總結；對BIM技術應用的全流程進行詳細描述，希望能夠為同類裝配式工程BIM技術全面應用提供價值參考。

1 工程概況

1.1 工程簡介

本工程位于北京市朝陽區奧體文化商務園區OS-11地塊，賽時為2022年冬奧會及冬殘奧會運動員公寓及配套服務用房，賽后作為北京市高端人才公租房進行持續運營。

工程占地面積約3.3萬m2，建筑面積188 617m2，其中地上建筑面積105 717m2，地下建筑面積82 900m2。地下車庫共3層，主樓及裙樓范圍為地下4層； 地上11棟主樓最高17層，建筑高度為60m， 地上裙樓層數為2/3層。

圖1 項目效果圖

1.2 工程全面應用BIM技術原因

(1)本工程是2022年冬奧會北京賽區重要的非競賽類場館之一，建設意義重大。采用裝配式鋼結構建筑體系，最大化發揮建筑產業化的綜合效益，需要創建完整的信息化管理方式。

(2)本工程位于北京市北四環內，施工現場占地十分狹小、周邊環境復雜，且現場文明施工要求高，現場場地布置十分困難。

(3)機電、幕墻、精裝修等專業分包較多，協調配合的工作多，協同管理難度大。

(4)新技術、新工藝運用多，許多技術無成成熟經驗可以借鑒，施工難度大。

2 BIM應用目標

項目前期準備階段，各參建單位明確了工程全面使用BIM技術的總目標和實施計劃，采用建設單位主導、各參建方實施的組織模式，BIM應用組織機構圖如圖2所示。

針對本工程特點，確立了項目使用BIM技術實現的目標：

(1)BIM技術提高深化質量和效率，減少圖紙中錯漏碰缺，優化裝配式建筑施工工藝。

(2)利用BIM技術對裝配式建筑新型施工工藝進行模擬和優化，形成工藝可視化資料，實現裝配式鋼結構住宅推廣應用示范性作用。

(3)實現鋼結構標準化設計、加工、現場安裝為一體的信息化管理。

結合實際情況及公司相關要求，制定了BIM應用策劃方案及實施方案，根據策劃期內任務劃分，逐項落實完善各項應用。

寶清縣在20世紀50—60年代，地下水資源組成為降水入滲補給量和地下水側向徑流補給量。地下水基本沒有開采，地下水排泄以蒸發為主，側向流出為輔；20世紀70—80年代開始開采地下水用于灌溉，但開采規模并不大；地下水資源量組成中，增加了井灌回滲補給量，但由于開采量小，所以灌溉回滲補給量所占的比例也相對較小。20世紀90年代年到現在，局部地段地下水開采增大，導致地下水水位逐年下降，地下水資源量中灌溉回滲補給量所占比例也逐漸增大，此外由于地下水水位下降，河流泄流補給量所占比例也不斷增加。

圖2 BIM應用組織機構圖

3 裝配式鋼結構施工中BIM技術應用

3.1 鋼結構BIM深化設計方法

本工程地上為鋼管混凝土柱鋼框架—防屈曲鋼板墻結構體系。地下部分為框架剪力墻結構，核心筒范圍內B05層設有鋼板墻。

勁性柱下插至B1層頂板(-3.250m)，核心筒范圍內鋼柱下插至B2層頂板(-7.550m)。

本項目地上鋼結構深化包含箱型柱、H型鋼及單曲弧形鋼箱梁等，其中地下勁型鋼柱與框架梁柱鋼筋連接是深化難點，CAD平面圖難以表達復雜空間結構對應關系。項目在設計圖紙的基礎上，將CAD設計圖紙為底圖，將CAD圖紙中結構的“線模”[4]導入TeklaStructure中，分別建立箱型柱、H型鋼，同時建立隔板、板肋及加勁板等細部構件，進行鋼結構深化設計，根據塔吊的起重能力及鋼柱截面特性，對鋼柱進行分段，確定分段口連接方式。

本項目鋼結構深化設計，不單單以滿足施工安裝簡便為目的，而是以數字化制造為目標，深化設計標準嚴格執行LOD400的精度，且模型深度達到數控制造的要求。將復雜部位以三維節點圖的形式進行技術交底，解決鋼結構安裝的各種問題，提高溝通效率，圖3為地下核心筒鋼板墻深化設計。通過模型輸出深化設計圖紙，指導復雜部位施工，切實保證工程質量。

3.2 幕墻BIM深化設計方法

本工程主樓及裙房外立面裝修均采用幕墻體系，幕墻系統復雜多樣，涵蓋鋁板幕墻、石材幕墻、裝配式單元窗、鋁板開啟扇、金屬格柵、石材格柵、鋁合金百葉、金屬格柵吊頂、玻璃欄板等。

利用BIM技術對幕墻系統進行深化設計，實現方式是通過Rhino建立幕墻表皮模型，同時建立參數化的幕墻構件，通過Grasshopper[5]將幕墻表皮與參數化構件相結合，生成工程整體幕墻模型，深化設計充分考慮現場安裝的要求，對節點細部做法進行可視化演示。主樓外立面采用層間裝配式半單元幕墻，如圖4所示，通過BIM標準化設計，對標準構件進行歸類統計，利用管理平臺實現了設計、加工、生產、安裝一體化管理。

圖3 地下核心筒鋼板墻深化設計

圖4 裝配式半單元幕墻深化設計

4 基于BIM的鋼結構、幕墻數字化制造

本工程以深化后的鋼結構模型為基礎，將鋼結構模型中的構件輸出DSTV格式的數控文件。然后將DSTV格式的數控文件導入SmartNest軟件進行排料并輸出數控程序代碼直接用于數控機床零件切割，最終完成了鋼結構構件的加工任務。利用BIM數字化管理平臺，實現業主、設計、加工、運輸、安裝為一體的數字建造方式[6]，大大地提高了工作效率，如圖5所示。

圖5 數字化管理技術流程

5 碰撞檢查

同時利用調整優化后的管線模型，對機電構件進行分解，并出具構件加工清單，大大提高了加工效率，節省了工程成本。

圖6 地下室管線排布

6 BIM技術應用于賽后改造方法

本工程精裝修包含：木地板、地磚、墻磚、金屬板、石膏板吊頂、鋁方通吊頂等；

機電系統包含：新風系統、VRV空調系統、給水系統、熱水系統、中水系統、排水系統、電氣系統、弱電系統等。為了實現賽后改造少拆改，利用BIM技術對賽時、賽后戶型進行方案比選，對機電管線布置考慮功能使用，同時滿足方便改造的要求。

項目以深化后的模型為基礎，通過VR虛擬樣板間展示，確定最適合拆改的方案，采用BIM技術制作工藝演示動畫，并對施工人員進行可視化交底[8]，如圖7所示，使操作工人熟悉工藝流程，明確質量標準，解決了傳統交底方式落實不到位的情況。

圖7 地下室管線排布

7 BIM在施工進度管理中的應用方法

進度是項目管理的核心要素之一，在工期比較緊張的項目中，如何完整考慮施工進度、設備交付安裝調試進度、資源費用優化平衡等，是每個管理者非常關心的。

相較傳統粗放的進度管理方式，計劃與實際工作脫節，單純考慮工序間的順序，而忽略了人、材料、機械的內在聯系，導致管理很難及時掌控全局，進度計劃成為一種擺設。

本工程在進度管理方面主要是通過BIM模型與Oracle Primavera P6聯動，首先在進度計劃編制時將影響項目的各種因素羅列出來，依據實際工序將各任務關聯起來，形成聯動的進度計劃，通過開發的API接口，將創建的計劃信息完整導入Synchro Pro中，同時使用BIM模型確定流水段[9]，將流水段內的構件與計劃信息相對應，形成模型+時間的聯動狀態，在進度計劃里確定里程碑目標后，合理分配資源、優化各任務時間，實現了4D施工模擬實現進度管理的微觀和宏觀控制。

以本工程樁間土施工工期為例(1月5日-3月25日)， 在編制進度計劃時考慮樁間土投入相關因素，人工因素有普工、挖機司機、測量工和管理人員，機械部分主要考慮挖掘機和渣土車。

工程開工日期為2019年1月6日，其中挖土計劃75天，A區挖土12 000m3，B區挖土10 000m3，C區挖土9 000m3。項目計劃于3月25日竣工。至3月5日之前，A區已完成9 250m3，B區已完成6 715m3，C區已完工5 080m3。根據該項目其中21天的具體投入與產出，對該項目的進度進行評估，預測到工程進度相對滯后，提醒項目管理人員及時做出決策。

在4D施工模擬中，如圖8所示，管理人員直觀地了解到項目進度偏差、預計完成時間相對滯后，通過整合優化資源，及時采用“平行分區，分段流水”的作業方式，使各班組施工任務最大化，避免了因工序銜接不順導致的窩工。

圖8 4D施工模擬

8 結論

本工程探索BIM技術在裝配式鋼結構建筑中的全面應用，通過BIM深化設計，大大提高了深化設計的工作效率，BIM深化設計成果與加工制造無縫銜接，解決了信息傳遞及時性問題，深化成果為各部門利用，為工程結算提供高價值的依據。

但也發現，由于裝配式鋼結構的特殊性，使用單一的建模軟件，無法滿足施工的不同需求。傳統項目人員的配置，BIM應用無法達到預期效果。

本工程BIM技術在裝配式鋼結構、幕墻數字化制造應用上，將新型的裝配式與BIM深度融合，利用BIM深化模型與數控文件的無縫轉接，結合BIM數字項目平臺，形成了排料、加工、運輸、安裝為一體的平臺化管理，為裝配式鋼結構住宅提供整體解決方案。

其次在進度管理上，探索項目管理軟件Oracle Primavera P6與Synchro結合，通過BIM模型與進度管理深度融合，形成了模型+時間聯動的進度計劃，直觀準確地反映出項目真實狀況。

研究結果表明，推進BIM深化設計、采購、加工、運輸、安裝產業化的發展模式，是工程降低成本、利潤最大化的最佳途徑。