趙靈敏 桑運(yùn)濤 李 磊 郭述超 / ZHAO Lingmin, SANG Yuntao, LI Lei, GUO Shuchao

ANWENDUNG VON BIM BEI DER VERFEINERTEN BAUVERWALTUNG IM DEUTSCH-CHINESISCHEN ?KOPARK

THE APPLICATION OF CONSTRUCTION DELICACY MANAGEMENT BASED ON BIM IN SINO-GERMAN ECOPARK PROJECT

1 概述

青島中德生態(tài)園（Sino-German Ecopark）是由中德兩國(guó)政府共同打造的具有可持續(xù)發(fā)展示范意義的生態(tài)園區(qū)，園區(qū)規(guī)劃面積11.6km2，拓展區(qū)面積29.0km2，遠(yuǎn)期規(guī)劃面積66.0km2。

青島中德生態(tài)園的被動(dòng)房技術(shù)中心項(xiàng)目是亞洲體量最大、功能最復(fù)雜的單體被動(dòng)式建筑，通過了德國(guó)被動(dòng)房研究所（Passive house Institute，PHI）的權(quán)威認(rèn)證，具有非線性建筑、異形雙曲面幕墻、異形板梁施工、復(fù)雜的管網(wǎng)體系等特點(diǎn)。

漢德創(chuàng)意設(shè)計(jì)基地項(xiàng)目是青島市示范項(xiàng)目，使用低碳裝配式建筑技術(shù)，尊重原有地貌，打造了錯(cuò)落有致的獨(dú)特景觀，充分體現(xiàn)了生態(tài)園的“雙100%原則”（100% 推行綠色施工、綠色建筑，100% 發(fā)展綠色產(chǎn)業(yè)）。為滿足使用要求，降低建設(shè)過程中的各種風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)為后期運(yùn)維提供技術(shù)保障，建設(shè)單位采用BIM（Building Information Modeling，建筑信息模型）技術(shù)輔助全過程的建設(shè)管理。項(xiàng)目前期建立了BIM應(yīng)用組織體系，全程輔助決策，并在重大設(shè)計(jì)方案、設(shè)計(jì)優(yōu)化方面，針對(duì)使用功能的科學(xué)性和合理性進(jìn)行可視化論證。同時(shí)，利用BIM技術(shù)的可模擬性，在施工準(zhǔn)備與施工階段，針對(duì)場(chǎng)地布置、各項(xiàng)施工模擬等方面進(jìn)行多角度、全方位的方案論證，從而節(jié)約工期，避免各類返工造成的浪費(fèi)。

2 BIM技術(shù)在建筑精細(xì)化管理的中的應(yīng)用

2.1 科學(xué)決策

BIM模型具有可視化的特點(diǎn)，可以讓各級(jí)管理者直觀地看到方案的優(yōu)缺點(diǎn)，從而做出評(píng)判及決策。運(yùn)用VR（Virtual Reality，虛擬現(xiàn)實(shí)）技術(shù)和模擬分析技術(shù)，對(duì)項(xiàng)目各階段做出定性、定量、可視化的分析，可以規(guī)避決策失誤，縮短決策時(shí)間，提高決策效率，使決策有據(jù)可依、更為科學(xué)。

漢德創(chuàng)意設(shè)計(jì)基地項(xiàng)目地形復(fù)雜，在規(guī)劃建筑布局時(shí)，針對(duì)5#、6#樓的位置和朝向的布置出現(xiàn)了分歧，業(yè)主難以抉擇。利用BIM技術(shù)將不同的布局形式呈現(xiàn)在業(yè)主面前，便于分析建筑單體與園區(qū)總體規(guī)劃之間的關(guān)系，提高了決策的效率和正確率（圖1、2）。

傳統(tǒng)的二維圖紙無法直觀地呈現(xiàn)建筑與地形的關(guān)系，往往與設(shè)計(jì)者意圖存在差異，不能很好地呈現(xiàn)設(shè)計(jì)意圖。BIM技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)精細(xì)化模型搭建，及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)方案存在的問題；實(shí)現(xiàn)信息的三維溝通，消除設(shè)計(jì)方與業(yè)主的溝通障礙；輔助進(jìn)行高效的設(shè)計(jì)修改，從而快速實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)意圖。

例如，針對(duì)漢德創(chuàng)意設(shè)計(jì)基地項(xiàng)目6#樓，業(yè)主希望結(jié)合園區(qū)地形打造一棟覆土建筑。根據(jù)設(shè)計(jì)單位提供的圖紙建立BIM模型并將之載入場(chǎng)地模型（根據(jù)實(shí)際勘測(cè)數(shù)據(jù)創(chuàng)建而成），發(fā)現(xiàn)最初的設(shè)計(jì)方案并沒有真正做到結(jié)合園區(qū)地形。通過對(duì)BIM模型進(jìn)行多輪推敲，最終的方案實(shí)現(xiàn)了業(yè)主要求，同時(shí)解決了大量土石方施工作業(yè)問題，降低了成本，縮短了工期（圖3、4）。

圖1 建筑方案與周邊環(huán)境

圖2 不同建筑方案與環(huán)境的協(xié)調(diào)對(duì)比

圖3 虛擬現(xiàn)實(shí)分析建筑單體與豎向關(guān)系

圖4 實(shí)際地形中的方案分析

2.2 圖紙審核

在設(shè)計(jì)階段利用BIM模型進(jìn)行可視化設(shè)計(jì)管理與審查，可優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。目前，參建各方已經(jīng)認(rèn)識(shí)到，未采用BIM技術(shù)的項(xiàng)目往往存在大量設(shè)計(jì)問題，如使用功能的問題、專業(yè)交叉的問題以及單專業(yè)本身的問題。

在進(jìn)行圖紙會(huì)審的同時(shí)，可利用BIM技術(shù)建立三維模型，對(duì)設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)進(jìn)行詳細(xì)分析，從而提前發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)自身的問題及與其他專業(yè)設(shè)計(jì)方案之間的沖突，及時(shí)反饋給設(shè)計(jì)方與建設(shè)單位，提高解決問題的時(shí)效性。由于三維模型具有可視化的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)單位得以更快、更好地理解建設(shè)意圖，優(yōu)化圖紙。設(shè)計(jì)院的每一版本施工圖都配有BIM模型，方便進(jìn)行設(shè)計(jì)交底。經(jīng)過幾輪檢查優(yōu)化，設(shè)計(jì)問題都在施工之前得到了解決，大大減少了施工過程中的設(shè)計(jì)變更，為項(xiàng)目順利實(shí)施提供了良好條件。漢德創(chuàng)意設(shè)計(jì)基地項(xiàng)目利用BIM模型發(fā)現(xiàn)并解決圖紙問題近百處，從而最大限度避免了后期施工中的返工拆改。被動(dòng)房技術(shù)中心項(xiàng)目的整個(gè)設(shè)計(jì)過程中，不斷調(diào)整模型，發(fā)現(xiàn)了300多處設(shè)計(jì)問題，極大地提高了設(shè)計(jì)的質(zhì)量，為精品工程施工創(chuàng)造了良好的條件。

2.3 深化設(shè)計(jì)

深化設(shè)計(jì)是在原設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，對(duì)各專業(yè)（設(shè)備管線、幕墻、鋼結(jié)構(gòu)、精裝修等）圖紙進(jìn)行完善補(bǔ)充，繪制具有可實(shí)施性的施工圖紙的過程。

幕墻、鋼結(jié)構(gòu)、精裝修等系統(tǒng)存在大量異形結(jié)構(gòu)，采用傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方式難以較好地完成深化設(shè)計(jì)，因此，土建建模、市政管網(wǎng)深化及精裝修設(shè)計(jì)深化應(yīng)采用Revit軟件，建筑內(nèi)機(jī)電深化應(yīng)采用Revit MEP軟件，幕墻深化應(yīng)采用Rhino軟件，從而完成全專業(yè)BIM模型建立及設(shè)計(jì)深化，同時(shí)可確保數(shù)據(jù)的交互利用。

2.3.1 市政管網(wǎng)

中德生態(tài)園區(qū)域內(nèi)地形復(fù)雜，若采用傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方式，極易造成市政管線與地形、建筑結(jié)構(gòu)的多處碰撞。因此，設(shè)計(jì)針對(duì)市政道路及管線建立BIM模型，從而實(shí)現(xiàn)以下目標(biāo)：（1）分析市政道路管線與地形之間的關(guān)系，合理進(jìn)行土石方平衡；（2）分析市政管線與單體建筑之間的關(guān)系，做好建筑單體管線與市政管線的對(duì)接；（3）利用市政道路及管線模型復(fù)核管道標(biāo)高，分析管線與道路之間的關(guān)系（圖5、6）。

2.3.2 設(shè)備安裝

土建、機(jī)電等專業(yè)間經(jīng)常出現(xiàn)碰撞問題，全專業(yè)建模便于及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的碰撞錯(cuò)誤。通過深化設(shè)計(jì)可以實(shí)現(xiàn)以下目標(biāo)：（1）減少管線沖突造成的返工，最大限度提高建筑的凈空；（2）保證各專業(yè)的有序施工，協(xié)調(diào)各專業(yè)間的施工沖突；（3）精確定位預(yù)留洞口，減少對(duì)梁板柱的影響，避免二次施工，從而合理布控、節(jié)約成本（圖7、8）。此外，借助BIM模型與施工技術(shù)人員進(jìn)行交流，不但具有查看靈活的特點(diǎn)，還可完成剖切CAD圖紙等工作（張濤 等，2014）。

設(shè)備機(jī)房?jī)?nèi)管線復(fù)雜，主管直徑較大，在空間狹小、設(shè)備繁多的情況下，管道排布難度較高。在深化過程中，不但要考慮管線的施工空間，還要兼顧施工工序及機(jī)房完工后的整體效果。本項(xiàng)目運(yùn)用BIM技術(shù)對(duì)機(jī)房?jī)?nèi)的管線排布進(jìn)行模擬，并與設(shè)計(jì)人員、專業(yè)技術(shù)人員進(jìn)行協(xié)調(diào)溝通，最終確定方案（劉利莎 等，2017）。依據(jù)此前制定的排布原則，利用BIM技術(shù)，進(jìn)行設(shè)備管線綜合排布，確定凈高，精確安排穿墻預(yù)留洞的位置，指導(dǎo)機(jī)電安裝施工，從而提高施工效率，減少不必要的返工，降低施工成本。制冷機(jī)房的深化效果如圖9所示。

被動(dòng)房技術(shù)中心項(xiàng)目完成了700余項(xiàng)設(shè)計(jì)優(yōu)化，具體包括以下6類設(shè)計(jì)優(yōu)化支持：管線排布碰撞（175項(xiàng)）；管線排布安全要求（40余項(xiàng)）；管線安裝和檢修要求（238項(xiàng)）；管線排布空間考慮（162項(xiàng)）；管線安裝經(jīng)濟(jì)性考慮（80余項(xiàng)）；管線安裝美觀考慮（70余項(xiàng)）。

2.3.3 幕墻工程

漢德創(chuàng)意設(shè)計(jì)基地項(xiàng)目幕墻工程中存在較多異形結(jié)構(gòu)，BIM技術(shù)在解決復(fù)雜形體的過程中發(fā)揮了巨大的作用。采用Rhino軟件建立參數(shù)化三維模型并進(jìn)行分析深化，模型的精度完全可以滿足施工要求，尤其是在雙曲面區(qū)域的定位安裝、科學(xué)施工、節(jié)約成本方面效果顯著（張濤 等，2014）。在異形幕墻及復(fù)雜節(jié)點(diǎn)的深化中，參數(shù)化的三維模型為在建單體建筑解決了技術(shù)難題。

本項(xiàng)目中幕墻專業(yè)與其他專業(yè)關(guān)系密切。采用BIM技術(shù)，通過Catia操作平臺(tái)，可以實(shí)現(xiàn)以下目標(biāo)：（1）檢查結(jié)構(gòu)尺寸及預(yù)埋件位置，防止幕墻安裝與土建、鋼結(jié)構(gòu)的碰撞；（2）確定模型尺寸，控制并優(yōu)化板材類型，確定規(guī)格、區(qū)域材質(zhì)等；（3）整理編號(hào)及對(duì)應(yīng)的加工圖紙（圖10），提取信息內(nèi)容，整理出量加工表格（張濤 等，2014），避免手工制表，提高工作效率。

2.3.4 異形墻體

漢德創(chuàng)意設(shè)計(jì)基地項(xiàng)目中存在異形墻體，利用Revit軟件確定其模板制作及搭設(shè)制作方案。BIM模型充分發(fā)揮了其三維可視化及可出圖的優(yōu)勢(shì)，指導(dǎo)異形墻體模板搭設(shè)并精確定位，縮減了現(xiàn)場(chǎng)模板制作的周期，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)效果。

2.3.5 裝飾專業(yè)

裝飾專業(yè)在BIM體系中是一個(gè)重要的“收口”，有別于傳統(tǒng)的單純展示的需求，精裝模型的搭建需要在全專業(yè)模型的基礎(chǔ)上進(jìn)行（張濤 等，2014），如建立三維效果，確定地面、天花板及墻面的做法、顏色和布局等。通過渲染功能獲得可預(yù)測(cè)的、照片級(jí)的渲染效果，建成的模型和施工完成后的效果基本一致。

此外，可通過三維模型在虛擬環(huán)境中尋找設(shè)計(jì)的碰撞沖突，準(zhǔn)確、全面地檢查錯(cuò)誤及遺漏的問題，例如機(jī)電專業(yè)與天花板龍骨吊桿的碰撞等。為保證裝飾施工的順利進(jìn)行，須解決此前各專業(yè)之間及裝飾施工之間兩種碰撞問題。由于工程量計(jì)算是基于BIM模型進(jìn)行的，因此對(duì)模型的深度提出較高要求。項(xiàng)目使用Revit軟件進(jìn)行裝飾參數(shù)化設(shè)計(jì)、虛擬展示等一體化設(shè)計(jì)，從而提高了裝修階段深化設(shè)計(jì)的效率，在繪制模型的同時(shí)還能生成詳細(xì)的表格、剖面施工圖等。被動(dòng)房技術(shù)中心項(xiàng)目采用BIM技術(shù)，效果非常明顯，施工前就解決了大量的錯(cuò)誤，提高了施工效率，同時(shí)優(yōu)化管理流程，實(shí)現(xiàn)了項(xiàng)目的精細(xì)化管理（王嶼川 等，2016）。

圖5 市政管網(wǎng)與道路標(biāo)高分析

圖6 市政管網(wǎng)與單體建筑對(duì)接分析

圖7 設(shè)備管線綜合及預(yù)留孔洞準(zhǔn)確定位

圖8 管線排布模擬及施工完成情況

圖9 設(shè)備機(jī)房設(shè)備及管線綜合排布

2.4 工程量統(tǒng)計(jì)

傳統(tǒng)工程量計(jì)算是根據(jù)二維圖紙進(jìn)行手工統(tǒng)計(jì)，這種計(jì)算方式不僅效率低下、準(zhǔn)確性較低，而且很難清晰地表達(dá)復(fù)雜節(jié)點(diǎn)的信息，利用BIM技術(shù)，可以在較短時(shí)間內(nèi)準(zhǔn)確地生成復(fù)雜建筑物的工程量清單。

采用BIM技術(shù)，可在三維模型的基礎(chǔ)上進(jìn)行拆分及分類，根據(jù)建筑工程特點(diǎn)，由專業(yè)技術(shù)人員按樓層、專業(yè)進(jìn)行拆分，拆分成滿足工程量計(jì)算要求的構(gòu)件，完成模型構(gòu)件與工程量計(jì)算分類的對(duì)應(yīng)關(guān)系。然后根據(jù)模型分專業(yè)、分部位進(jìn)行工程量統(tǒng)計(jì)，為項(xiàng)目設(shè)計(jì)概算及施工過程中投資控制提供了重要的參考指導(dǎo)。

漢德創(chuàng)意設(shè)計(jì)基地項(xiàng)目1#樓的屋面為不規(guī)則多面體的造型，傳統(tǒng)圖紙無法準(zhǔn)確表達(dá)龍骨的位置及各龍骨的尺寸，使得鈦鋅板龍骨的安裝定位遇到了極大的困難。通過BIM模型對(duì)1#樓鈦鋅板的每根龍骨做出精確定位，并標(biāo)注其尺寸（圖11、12），同時(shí)，利用BIM模型算量，配合審計(jì)完成1#樓鈦鋅板面積統(tǒng)計(jì)，指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)下料加工，減少了材料浪費(fèi)，更節(jié)省了寶貴的工期?？梢姡瑢?duì)于復(fù)雜建筑及構(gòu)件，BIM技術(shù)在工程量統(tǒng)計(jì)過程中發(fā)揮了巨大的作用。

項(xiàng)目利用BIM模型進(jìn)行深化設(shè)計(jì)，取得了良好的成果。利用可視化設(shè)計(jì)管理與審查，優(yōu)化方案及施工圖紙近百處，輔助現(xiàn)場(chǎng)專業(yè)深化出圖50余份。通過設(shè)計(jì)優(yōu)化、深化及指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施工，節(jié)約投資百余萬元，節(jié)省工期30余天，取得了較為可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

圖11 鈦鋅板模型及定位尺寸

圖12 基于BIM模型的龍骨出圖及現(xiàn)場(chǎng)圖片

2.5 運(yùn)維管理

項(xiàng)目運(yùn)維管理階段歷時(shí)較長(zhǎng)，能耗管理和設(shè)備運(yùn)營(yíng)維護(hù)貫穿整個(gè)過程。利用BIM提供的精細(xì)模型作為載體，將零碎分散的信息數(shù)據(jù)及運(yùn)維階段所需的機(jī)電設(shè)備信息進(jìn)行整合，實(shí)現(xiàn)了運(yùn)維階段的精細(xì)化管理。

得益于BIM技術(shù)的應(yīng)用，被動(dòng)房技術(shù)中心將西門子Desigo CC全集成智能樓宇管理平臺(tái)、ECO冷熱源節(jié)能控制系統(tǒng)、TRA整體房間智能控制等系統(tǒng)軟件整合為一體，實(shí)現(xiàn)了智能化節(jié)能管理、物業(yè)管理、機(jī)電設(shè)備管理、對(duì)外展示等系統(tǒng)的管理需求，各系統(tǒng)數(shù)據(jù)可在同一BIM平臺(tái)中實(shí)現(xiàn)信息集成應(yīng)用。

以能耗管理為例，不斷完善BIM竣工模型，增加與建筑能耗控制有關(guān)的信息數(shù)據(jù)及能耗管理規(guī)則等。首先，對(duì)運(yùn)營(yíng)階段的能耗管理進(jìn)行初始化調(diào)整，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定后，實(shí)時(shí)采集能源及設(shè)備等的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)信息。本項(xiàng)目中，被動(dòng)房設(shè)置冷熱量計(jì)量點(diǎn)29個(gè)、用電計(jì)量點(diǎn)101個(gè)、水位計(jì)量點(diǎn)9個(gè)，基于歷史數(shù)據(jù)信息和設(shè)備參數(shù)制定節(jié)能控制策略，并通過覆蓋系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)冷熱源系統(tǒng)的整體優(yōu)化，達(dá)到節(jié)能目的。系統(tǒng)可采集設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)和能耗數(shù)據(jù)，分析其運(yùn)行最優(yōu)性能曲線及最優(yōu)壽命曲線，標(biāo)識(shí)能效過低的設(shè)備，并在保證環(huán)境舒適的前提下，控制設(shè)備的運(yùn)行狀況，還可結(jié)合BIM模型中的靜態(tài)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行仿真預(yù)估，助力能源優(yōu)化方案。

BIM技術(shù)在社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保、生態(tài)等方面取得了良好的效益，在設(shè)計(jì)施工階段，可以提高工程質(zhì)量、優(yōu)化系統(tǒng)功能、節(jié)約資源、提高管理水平；在運(yùn)維管理階段，能夠在節(jié)能減排、生態(tài)環(huán)保、保障安全方面發(fā)揮較好的作用。

BIM的應(yīng)用必須與業(yè)主方的項(xiàng)目管理和目標(biāo)控制緊密結(jié)合。參建方需在項(xiàng)目全程的各個(gè)角度開展工作，輔助規(guī)劃設(shè)計(jì)階段的技術(shù)管理、施工安裝階段的工程管理、竣工驗(yàn)收與運(yùn)營(yíng)階段的設(shè)施管理。為控制項(xiàng)目建設(shè)的投資、進(jìn)度、質(zhì)量等提供更加科學(xué)、直觀的解決方案和決策依據(jù)。通過BIM模型討論、研究、分析、解決問題的工作方式，要貫穿項(xiàng)目設(shè)計(jì)、施工及運(yùn)營(yíng)全過程。

基于BIM的虛擬設(shè)計(jì)與施工具有較高的推廣應(yīng)用價(jià)值，尤其是對(duì)于復(fù)雜的大型工程，只有借助先進(jìn)的數(shù)字化工具，才能實(shí)現(xiàn)精細(xì)化管理，提高項(xiàng)目管控力度。BIM技術(shù)將越來越多地與其他技術(shù)，如大數(shù)據(jù)、云平臺(tái)、三維掃描、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)等相結(jié)合。隨著BIM應(yīng)用的增加及技術(shù)的發(fā)展，項(xiàng)目級(jí)、企業(yè)級(jí)的BIM應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)和相應(yīng)的制度流程也將逐步建立完善。BIM技術(shù)在BLM（Building Lifecycle Management，建設(shè)項(xiàng)目全壽命周期管理）中的應(yīng)用以及VDC（Virtual Design and Construction，虛擬設(shè)計(jì)與施工）管理體系的建設(shè)，將逐步構(gòu)建基于BIM的智慧化管理平臺(tái)，為智慧建造奠定良好的基礎(chǔ)。

3 結(jié)語

BIM技術(shù)解決了常規(guī)建筑設(shè)計(jì)深化過程中難以解決的問題，提高了項(xiàng)目推進(jìn)的效率，且有效地避免了返工問題，提高了精細(xì)化設(shè)計(jì)、施工水平和管理效率。BIM技術(shù)作為一個(gè)新的工具，在勘察、設(shè)計(jì)、施工及管理等單位的應(yīng)用日漸普及，其應(yīng)用范疇不斷擴(kuò)大，將被運(yùn)用到整個(gè)工程的各個(gè)方面，從而實(shí)現(xiàn)智慧化建造以及精細(xì)化管理。

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