(上海市地下空間設(shè)計研究總院有限公司，上海 200002)

1 工程概況

1.1 項目簡介

清華大學深圳研究生院創(chuàng)新基地(二期)項目(圖1)總建筑面積約51 485.43m2，為22層辦公實驗綜合樓，高度約96.1m，設(shè)二層地下室。一層至屋架層外墻、樓梯為PC預(yù)制構(gòu)件，預(yù)制構(gòu)件總量1 846塊，預(yù)制構(gòu)件最重的為9.74t，預(yù)制率為20.04%，本項目為深圳市第一個高層公共建筑產(chǎn)業(yè)化PC項目。

1.2 工程特點和難點

1) 采用成品支吊架，管道綜合、機電安裝要求高

本項目地下室停車區(qū)域、部分教室、實驗室及走道為無吊頂區(qū)域，所有管線安裝采用成品支吊架，對管線綜合質(zhì)量及美觀度要求高。同時，本項目機電管線建模精細度要求深，閥門、保溫層、彎頭按需實際產(chǎn)品尺寸建立。

2) 場地狹小、工序復(fù)雜、新技術(shù)應(yīng)用多

本項目施工場地狹小，PC構(gòu)件對場地需求較大，如何應(yīng)用BIM技術(shù)對場地布置的動態(tài)管理尤為重要；外墻及樓梯采用預(yù)制形式，如何科學組織安排預(yù)制件及現(xiàn)澆工序是保障施工進度的關(guān)鍵；爬架方案、懸挑剛鋼平臺方案、塔吊附墻方案的優(yōu)化比選是本項目實施過程的重點。

圖1 項目效果圖

3) 施工難度大，實體質(zhì)量要求高

本項目為清華大學深圳研究生院綜合辦公實驗樓，外立面造型復(fù)雜，內(nèi)部樓層通高較多，施工難度大；同時項目內(nèi)含學術(shù)報告廳、實驗室、學術(shù)交流中心，伯克利學院是作為國際學術(shù)交流的場所，對實體質(zhì)量要求高。

4) 信息化的管理要求、創(chuàng)新的管理模式

本項目作為深圳市智慧建造智慧監(jiān)管首批試點項目，應(yīng)用三級巡檢APP、工程質(zhì)量APP對人員、設(shè)備、環(huán)境進行監(jiān)控，同時也是深圳建筑工務(wù)署B(yǎng)IM應(yīng)用試點項目，利用BIM協(xié)同管理平臺對項目進度、質(zhì)量、安全進行精細化管理。

2 BIM組織與應(yīng)用環(huán)境

2.1 BIM應(yīng)用目標

在項目初期，BIM工作團隊便明確了項目的4條BIM應(yīng)用目標，分別為：

1) BIM相關(guān)工作要落地實用，解決現(xiàn)場具體問題，體現(xiàn)BIM價值；

2) 通過BIM深度應(yīng)用，加強項目管控力度，保障項目建設(shè)進度；

3) 提高現(xiàn)場質(zhì)量驗收的精細度、合理性、真實性和及時性；

4) 探索BIM項目管理機制創(chuàng)新，提高項目管控細度及效率。

2.2 團隊組織

項目采用“業(yè)主主導(dǎo)、專業(yè)咨詢、各方參與”的BIM應(yīng)用模式，由具有建筑工程設(shè)計能力、BIM應(yīng)用和管理經(jīng)驗的設(shè)計院作為BIM咨詢單位，開展BIM技術(shù)研究，為施工過程提供BIM技術(shù)應(yīng)用標準流程和應(yīng)用指導(dǎo)；施工單位的工程師開展BIM應(yīng)用，基于BIM施工深化模型導(dǎo)出二維白圖進行施工交底與現(xiàn)場施工，實現(xiàn)對施工進度和質(zhì)量的切實提高；設(shè)計院的設(shè)計人員開展BIM施工深化模型及二維白圖的審核工作，減少施工過程中的各項變更；監(jiān)理單位的工程師開展基于BIM的施工指導(dǎo)及驗收工作，實現(xiàn)對施工質(zhì)量的嚴格把控。

2.3 BIM管理體系

上海市地下空間設(shè)計研究總院有限公司作為項目的BIM咨詢單位，在項目初期便指定了整套BIM管理體系文件(圖2)，包括戰(zhàn)略層指導(dǎo)文件《BIM實施總體方案》，為項目的BIM實施提供了有效保障；管理層的《BIM實施管理制度》，保證BIM工作有序合理推進，提升項目整體效益；操作層的《BIM施工模型標準》及《BIM實施管理細則》，提高模型應(yīng)用及質(zhì)量管理，保證模型的有效轉(zhuǎn)遞和使用，同時明確各應(yīng)用點的主要流程、信息交換及職責分配。

圖2 項目BIM管理體系文件

2.4 軟硬件環(huán)境等

根據(jù)項目BIM應(yīng)用的實際需求，配置了軟硬件環(huán)境，如表1-2所示。

表1 硬件配置表

表2 軟件配置表

3 BIM應(yīng)用

3.1 場地布置策劃

本項目場地較狹小，由于需要存放預(yù)制構(gòu)件，對場地排布又有更高的要求。如現(xiàn)場PC構(gòu)件存放堆場需設(shè)置在塔吊工作范圍內(nèi)，堆垛之間需設(shè)置通道。運輸車輛進入施工現(xiàn)場的道路，應(yīng)滿足預(yù)制構(gòu)件的運輸要求。卸放、吊裝工作方位內(nèi)不應(yīng)有障礙物，并應(yīng)有滿足預(yù)制構(gòu)件周轉(zhuǎn)使用的場地。項目利用BIM技術(shù)對狹小場地空間進行合理布置，各階段統(tǒng)籌策劃保證多數(shù)堆場在施工的各個階段都適用，運輸模擬與堆場設(shè)置保證作業(yè)高峰期的交通組織，同時每周對場地布置動態(tài)更新，優(yōu)化及校核場布的合理性，如圖3-5所示。

圖3 地下室施工階段場地

圖4 PC構(gòu)件堆場場地策劃

圖5 地上施工階段場地策劃

3.2 虛擬樣板引入

安全文明管理是工程項目管理的重中之重，利用BIM模型對場內(nèi)臨建元素建立標準化族庫，通過應(yīng)用BIM技術(shù)，利用其三維、直觀的特點，可以將施工樣板數(shù)字化、虛擬化，替代傳統(tǒng)方式的施工樣板[1]。做到樣板先行，保證施工質(zhì)量。如圖6-9所示。

3.3 管線綜合及凈高分析

利用BIM技術(shù)進行管線綜合，優(yōu)化管道排布，控制吊頂標高。項目采用綜合支吊架，BIM模擬支吊架排布，節(jié)約現(xiàn)場支吊架材料使用，同時實現(xiàn)管道安裝美觀。根據(jù)設(shè)計凈高要求進行凈高分析，提前發(fā)現(xiàn)凈高不滿足要求的地方，合理排布管線或優(yōu)化管線路徑，避免施工返工或舒適度不滿足要求的情況。

圖6 柱模樣板 圖7 PC樓梯樣板

圖8 PC與梁板連接樣板 圖9 剪力墻樣板

圖10 行車通道綜合管線優(yōu)化前

圖11 行車通道綜合管線優(yōu)化前

圖11 凈高分析圖

3.4 方案策劃

1)大體積混凝土澆筑方案策劃

本項目地下室底板混凝土澆筑量大，利用BIM模擬，對泵車的數(shù)量及站位、混凝土運輸車的調(diào)度協(xié)調(diào)、地下室底板的澆筑順序等進行模擬分析；確保地下室底板的順利澆筑。

圖12 大體積混凝土澆筑分區(qū)模擬

2)塔吊附墻方案策劃

本項目采用PC外墻，由于PC構(gòu)建的特殊性，塔吊不能直接附在PC外墻上面。項目通過BIM技術(shù)進行塔吊位置比選，滿足PC構(gòu)件堆場的最優(yōu)覆蓋方案；同時利用外墻窗洞進行塔吊附墻，避免外墻開洞。

3)外架方案策劃

根據(jù)原設(shè)計，外架搭設(shè)后將會與PC外墻進行附墻連接，需在PC外墻上預(yù)留埋件，建模后發(fā)現(xiàn)，PC預(yù)埋件位置參差不齊，每塊構(gòu)件預(yù)埋位置都需不同定位。BIM小組以埋件位置統(tǒng)一、施工美觀的標準進行模型預(yù)埋件位置及標高的調(diào)整，將BIM模型進行深化，從而確定每塊構(gòu)件預(yù)留位置。

圖13 塔吊附墻方案模擬

4)爬架方案策劃

本項目外防護采用爬架，結(jié)構(gòu)形式在11層的位置有一個轉(zhuǎn)換，結(jié)構(gòu)平面旋轉(zhuǎn)90°，提前利用BIM模型對爬架方案進行模擬，對11層模擬爬架的旋轉(zhuǎn)，驗證爬架方案的可行性。

圖14 爬架方案模擬

3.5 二次結(jié)構(gòu)深化

本項目對砌筑質(zhì)量要求較高，運用BIM技術(shù)對砌體工程進行模擬排布，以直觀的三維模型，降低排磚過程中的空間想象成本。利用模型導(dǎo)出的二維白圖進行施工，確保砌筑質(zhì)量的同時以便施工班組能夠?qū)⒏嗑Ｗ⒂谔嵘鲋^感。

圖15 構(gòu)造柱定位 圖16 BIM砌體排布

在滿足砌筑規(guī)范的前提條件下，通過BIM技術(shù)對本項目砌體工程進行砌塊排磚布置，獲得多個排磚方案。以某一墻體為例，構(gòu)造柱、砌塊、門洞口、過梁等布置以及材料用量如圖17所示，方案二相比方案一，其構(gòu)造柱布置美觀、磚尺寸種類較少、切割量少，降低了材料損耗率。利用BIM技術(shù)先后進行構(gòu)造柱定位、BIM排磚、砌體下料BIM交底、現(xiàn)場貼圖指導(dǎo)施工，解決現(xiàn)場砌體工程不符合規(guī)范，材料浪費、砌筑質(zhì)量差、外觀效果不佳等問題。

圖17 砌體排布方案對比

4 項目應(yīng)用效果

4.1 工期效益

提高項目工期效益主要體現(xiàn)在對所有的預(yù)留洞口進行準確定位，二次開鑿的孔洞數(shù)量為零；機電安裝無需現(xiàn)場調(diào)整，避免機電安裝返工；管線多數(shù)采用綜合支吊架，提高了支吊架及管線的安裝效率；工人快速理解方案意圖，方案實施順暢；減少工人現(xiàn)場測量及排磚的時間；進度把控合理安排協(xié)調(diào)現(xiàn)場工序，實現(xiàn)現(xiàn)場施工最優(yōu)化；節(jié)約了各方用于溝通協(xié)調(diào)的時間，實現(xiàn)高效溝通。

4.2 經(jīng)濟效益

提高項目經(jīng)濟效益主要體現(xiàn)在實現(xiàn)套管預(yù)留1 500處；管線優(yōu)化，節(jié)約機電管道約2 800m；通過模型深化，避免機電安裝返工，節(jié)約人工；相比綜合管線前的支吊架安裝數(shù)量，節(jié)省約2 500m支吊架材料；BIM排磚優(yōu)化砌體損耗；通過進度把控，避免窩工；同時最大限度地節(jié)約了溝通成本。

5 結(jié)語

BIM是社會信息技術(shù)發(fā)展的必然產(chǎn)物，是實現(xiàn)建筑信息化的必要途徑。隨著大型復(fù)雜建筑項目的興起以及BIM應(yīng)用軟件的不斷完善，越來越多的項目參與方在關(guān)注和應(yīng)用BIM技術(shù)，使用BIM技術(shù)進行設(shè)計和項目管理的涵蓋范圍和領(lǐng)域也越發(fā)廣泛。

雖然從短期來來看，在我國建筑環(huán)境下，BIM的應(yīng)用面臨著許多困難與挑戰(zhàn)，特別是BIM在全壽命周期過程管理中的推廣難度較大。但是從長遠來看，BIM技術(shù)必然會對我國建筑業(yè)信息化發(fā)展產(chǎn)生深遠的影響和產(chǎn)生巨大的價值。