(中國建筑第八工程局有限公司上海分公司，上海 201204)

1 工程概況

1.1 項目簡介

西岸美術館位于上海市徐匯區(qū)開放空間近龍?zhí)m路段，由英國建筑大師戴衛(wèi)·奇普菲爾德的建筑事務所擔綱設計，總建筑面積約23 400m2。為鋼筋混凝土框架結構，地上兩層，建筑面積8 138.56m2，地下兩層，建筑面積14 216.74m2，建成以后主要為法國蓬皮杜藝術中心進行展覽。如圖1所示。

圖1 項目效果圖

設計從場地分析入手，著眼于建筑與周邊環(huán)境的相互滲透融合。三個高約18m的地塊分別從西、南、北三面界定了建筑體量。在體塊內部巧妙采用了上下層疊的布置方式，形成了下層利用側高窗采光，上層利用頂光的采光方式。此外，還設有一片視野開闊的全景視窗，可以欣賞浦江河畔秀美風景。

1.2 工程特點和難點

中法-西岸美術館具有大跨度、高支模、高要求和高精度等重點、難點。該美術館展廳要求恒溫恒濕，外加法國業(yè)主簡潔不簡單的理念，使得工序復雜，并且在施工過程中處處體現(xiàn)出高質量的要求。同時，該項目作為中法文化交流的紐帶，具有重要的政治意義，項目運用新型的“BIM+”管理方式向法國業(yè)主展示精細化管理，以增加業(yè)主的可信度。

2 BIM組織與應用環(huán)境

2.1 BIM應用目標

本工程由中建八局上海公司推動實現(xiàn)項目建設全生命周期BIM技術應用[1]，努力實現(xiàn)施工全過程BIM應用[2]、BIM技術實施藝術建造[3-4]和BIM技術促進總承包管理，項目在設計管理、質量管理、協(xié)調管理、商務管理全面推進，實現(xiàn)全專業(yè)的BIM技術應用[5]。如圖2-4所示。

圖2 建筑模型圖

圖3 暖通模型圖

圖4 強弱電模型圖

2.2 實施方案

本項目制定了完備的BIM技術實施方案。在本項目實施開始前，首先根據(jù)法國的建模標準和中建八局公司的建模標準，制定了完整的BIM實施方案；土建、鋼結構、機電專業(yè)、幕墻專業(yè)按照相關要求，利用Revit軟件繪制土建、鋼結構、機電模型。

2.3 組織體系

本項目采用團隊加項目的形式，本身經(jīng)理部有一個深化設計小組，在前期大量建模、深化，在本階段是以后臺團隊為主，項目為輔。在項目實施階段以項目為主，團隊為輔。同時本項目的BIM團隊根據(jù)國際BIM標準相對應編制了配套的建模標準、管理標準及具體的項目實施方案，相互聯(lián)動，相互協(xié)同[6]。

2.4 軟硬件環(huán)境

本項目主要應用軟件有：AutoCAD、Autodesk Revit、Autodesk Navisworks、Tekla、Rhino、lumion中建八局BIM協(xié)同管理平臺、中建八局BIM鋼筋算量系統(tǒng)、中建八局BIM機電算量模型系統(tǒng)[7-8]。

圖5 使用軟件圖

圖6 硬件設施圖

3 基于BIM的藝術建造

3.1 BIM建模

BIM技術是一系列的軟件進行協(xié)同工作，信息共享，建立起的BIM信息化平臺。經(jīng)理部BIM小組根據(jù)BIM技術應用方案進行模型建立，如土建模型、機電模型、場布模型、鋼結構模型、幕墻模型等，同時匯集各專業(yè)分包單位模型，組織BIM小組進行深化設計，并開展總承包管理應用方面。

利用BIM信息化平臺，將建立的BIM模型導入到NavisWorks中，進行模型碰撞，在同一參數(shù)化的BIM信息平臺上，協(xié)調各方[9]，對模型進行修改，使各參與方能及時了解建筑項目的情況，能夠隨時對裝配式建筑進行調整，消除交流障礙。

3.2 恒溫恒濕的要求

本工程建筑主要是為法國蓬皮杜藝術中心量身定做，法國展方對本項目具有很高的恒溫恒濕要求，如何能完成這個要求，這需要施工各個階段保證系統(tǒng)的設計在設計階段有相關分析考慮，在施工階段我們完成深化設計后進行復核，在設備完成采購后進行復核；首先根據(jù)法國蓬皮杜藝術中心給的設計文件，本項目了解到溫度20°，正負1°，濕度50%，正負5%，通過軟件計算可以滿足恒溫恒濕的要求。

圖7 設計文件圖

圖8 計算頁面圖

(1) 施工模擬

面層一次澆筑成形，平整度在3mm以內；本項目利用3Dmax制作施工模擬視頻，將施工步驟制作成視頻，給施工人員交底，直觀、三維地告訴施工人員操作工序[10]，保證了面層一次澆筑成型，平整度在3mm以內。如圖9-10所示。

圖9 架空樓板優(yōu)化前

圖10 架空樓板優(yōu)化后

(2)碰撞優(yōu)化[11]

架空層設有滿足恒溫恒濕的機電系統(tǒng)，而且所有預留預埋也是隨著樓板一次成形；利用BIM協(xié)調管理的特性對架空樓板中的導墻進行優(yōu)化設計，保證風管和導墻沒有碰撞，其次，在支模板時發(fā)現(xiàn)優(yōu)化的模板與風管有碰撞，該架空樓板的高度不可調，同時有恒溫恒濕的要求，風管的截面面積不可調，因此只能優(yōu)化支模體系。本項目利用BIM技術建立模型，將木模板換成鋼模板，之后利用MIDAS軟件進行計算，發(fā)現(xiàn)完全滿足承載力的要求，并且滿足凈高的要求，這樣一個棘手的問題就迎刃而解了。如圖11-12所示。

圖11 架空樓板優(yōu)化前

圖12 架空樓板優(yōu)化后

(3) 協(xié)同設計

架空地板的框架與機電管線的綜合深化，機電管線末端的精準定位，等于把原來頂上的工作在地面上做，同時還要考慮模板承載力的計算。綜合考慮設計的美感、機電的最優(yōu)效果、施工工藝的綜合因素。所有模型通過業(yè)主、設計、機電施工團隊、精裝修施工確認后，形成一系統(tǒng)的深化圖、節(jié)點圖用于指導施工。

在質量保證上我們也借助BIM機器人進行放線定位，控制地平面的控制線，施工完成后，進行復核。最后我們整個平面控制在1.8mm以內。

3.3 室外異形大臺階

BIM技術最顯著的特點是可視化。即在建筑設計、碰撞檢查、施工模擬、優(yōu)化模擬操作等都是可視化的。隨著技術的發(fā)展，建筑結構越來越復雜，體型越來越多樣，CAD圖紙未免會表達不出，利用BIM可視化的特點，用三維模型來展示傳統(tǒng)用線條表達的構件或構造，提高工作效率和準確性。

單從模型中看到外觀很普通，實則結構很復雜，梁與柱之間有角度、梁與臺階之間有角度、還有折梁，基本上沒有一個地方是同一平面上，施工圖表達的很含糊，本項目利用Revit進行建模，將最優(yōu)模型導出施工圖紙，然后利用測量機器人進行放樣，找到定位和標高，這樣我們才把異形臺階做出來。如圖13所示。

圖13 室外異形臺階

3.4 大跨度懸挑板、高支模主要是復核計算的應用

室外的懸挑型鋼結構懸挑雨棚只有一根柱子，設計單位計算不均勻沉降是6-7cm，這個沉降影響到后續(xù)鋼結構的施工定位，為保證工序的順利銜接，本項目通過建模復核計算，計算結果起拱10cm，經(jīng)過與設計單位確認，修改了后型鋼結構的施工連接點。

本項目有高大空間5處和有高支模14處，依據(jù)施工要求，高支模必須經(jīng)過計算和專家論證才能施工。本項目通過建立模型，將模型導入到MIDAS中進行計算，得出了初步結果，根據(jù)結果編制了施工方案，然后再進行了專家論證，施工方案通過專家論證后，我們才進行了施工。如圖14-16所示。

3.5 復雜的型鋼節(jié)點

本項目不同的型鋼節(jié)點就有19種，專業(yè)分包單位深化不出，總包單位利用Tekla軟件進行建模，對鋼結構柱與鋼筋的復雜節(jié)點進行優(yōu)化[12]，采用在鋼柱H板上開洞的做法，并焊接套筒連接節(jié)點形式進行連接，利用軟件做出每種節(jié)點，根據(jù)節(jié)點導出節(jié)點詳圖，專業(yè)分包單位根據(jù)圖紙讓加工廠進行加工，解決了型鋼節(jié)點多且復雜的問題。如圖17-18所示。

圖14 大跨度懸挑板模型

圖15 大跨度懸挑板照片

圖16 MDIAS計算

圖17 鋼結構三維模型Ⅰ

圖18 鋼結構三維模型Ⅱ

3.6 協(xié)同管理

利用中建八局BIM協(xié)同管理平臺，將模型上傳至平臺上，使項目各參與人員通過PC端或手機端隨時隨地地進行溝通交流，并依托BIM模型快速準確獲知工程信息，使得各參見單位查詢、獲取、協(xié)調更加便捷，實現(xiàn)了工程項目管理由傳統(tǒng)的點對點的溝通交流方式到多方隨時隨地溝通交流協(xié)同，提高項目管理的效率[13]。

使用手機端登錄平臺，可隨時查看施工進度、質量問題、安全問題、設計協(xié)調內容，極大地方便了項目協(xié)作管理，同時也形成了從發(fā)現(xiàn)問題到問題追蹤再到整改落實的閉合管理流程。如圖19-21所示。

3.7 質量管理

本項目參與開發(fā)了公司的質量管理平臺，通過中建八局網(wǎng)頁端、PC端和移動端，輔助項目的現(xiàn)場質量管理。將質量問題拍照上傳至云平臺上，基于云實現(xiàn)數(shù)據(jù)同步，并以多種表現(xiàn)形式在模型中展現(xiàn)現(xiàn)場實際情況，協(xié)助各管理人員對問題進行直觀管理。限期整改，同時統(tǒng)計問題生成報表，實現(xiàn)了對現(xiàn)場問題的動態(tài)監(jiān)控，提高了質量安全管理的靈活性和可靠性[14]。

3.8 商務管理

利用中建八局開發(fā)的BIM土建、機電和鋼筋算量模型系統(tǒng)，將建立好的模型導入到中建八局算量系統(tǒng)中，得出工程量，對工程量進行統(tǒng)計，為前期招投標提供可靠依據(jù)，同時，在施工前，已經(jīng)得到初步的工程量，為項目的總承包管理打下基礎[2]。如圖22-23所示。

圖19 網(wǎng)頁端

圖20 PC端

圖22 中建八局算量系統(tǒng)

圖23 算量比較

中建八局算量系統(tǒng)，一鍵建立模型，包括土建模型、結構模型、裝飾裝修模型、鋼筋模型、機電模型、施工措施模型，然后一鍵出量，包括模板算量、混凝土算量、鋼筋算量等等。經(jīng)驗算與市場上的廣聯(lián)達軟件只有0.03%的誤差。如圖24所示。

圖24 中建八局鋼筋算量系統(tǒng)

3.9 BIM技術的其它應用

1)方案模擬

已在各校區(qū)公寓布放15000余個ONT終端，ONT出廠時已登記批次，ONT上線后能直接與管理云通信，完成注冊和配置自動下發(fā)，全部做到終端零配置上線，工期比傳統(tǒng)ONT布設縮短近一半。

項目充分利用BIM三維可視化的優(yōu)點，以及方便簡單的三維標注，BIM人員通過模擬優(yōu)化確定最合理的實施方案。同時借助4D模擬技術對施工人員進行交底，詳細展示外墻盤扣架的搭設方式以及細部搭設節(jié)點，使施工人員更好地理解設計意圖，施工工序合理有序[15]。如圖25所示。

圖25 施工方案模擬圖

2)物料跟蹤

在幕墻方面，本項目建筑外圍是超白玉石玻璃，它一塊200kg重，造價達到了4 000元/m2，因此通過建立幕墻模型，對每一塊白玉石玻璃進行深化，將深化后的白玉石玻璃設置二維碼，白玉石玻璃從生產(chǎn)、運輸?shù)桨惭b完成，都能在平臺上看到其狀態(tài)，實現(xiàn)了物聯(lián)網(wǎng)與BIM技術的融合[16]。如圖26-28所示。

圖26 玻璃幕墻

圖27 玻璃幕墻深化

圖28 玻璃幕墻二維碼

3)MR應用

MR(簡稱混合現(xiàn)實)，既包括增強現(xiàn)實，又包括增強虛擬，指的是合并現(xiàn)實和虛擬世界而產(chǎn)生的新的可視化環(huán)境。在新的可視化環(huán)境里物理和數(shù)字對象共存，并實時互動。功能：利用MR數(shù)字技術強烈的沉浸感和友好的人機交互性對建筑進行設計和指導施工，讓使用者置身如同真實的環(huán)境中進行移動、透入建筑物全息影像展示，并通過互聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)多地協(xié)同操作，不受地域和空間的影響，對復雜建筑三維空間設計和施工工藝虛擬演示與指導。法國業(yè)主比較關心建成后的效果，因此本項目利用微軟的混合顯示頭盔，通過TCH平臺查看模型文件，掃描周邊建筑環(huán)境，將虛擬的模型融入顯示場景，實現(xiàn)BIM模型的全息影像和恒濕環(huán)境的融合。業(yè)主觀看后稱贊不已。同時，項目用MR技術進行深化方案模擬，建立模型，確保構件尺寸的加工精度，避免二次加工，很好地縮短了工期。如圖29-30所示。

圖29 MR眼鏡

圖30 法國業(yè)主來現(xiàn)場視察

4)3D打印

因本項目位于西岸藝術中心對面，西岸藝術中心9月份計劃召開世界人工智能峰會，所以本項目的室外要求比較高。業(yè)主計劃在建筑外圍建立一個垃圾房，只有概念，沒有效果，我們利用BIM技術建立模型結合3D打印技術，將模型打印出來，把建成的效果告知業(yè)主，幫助業(yè)主選定方案，提前達到業(yè)主想要的效果，業(yè)主根據(jù)BIM效果確定了實施方案[17]。如圖31-32所示。

圖31 3D模型

圖32 3D打印過程

無人機具有小巧、靈活等優(yōu)點。今年年底在上海要舉辦世界人工智能峰會會議，法國業(yè)主和國內的業(yè)主比較關心工程進度，因此利用無人機每周進行一次拍照，將進度告知業(yè)主，方便業(yè)主隨時了解施工進度。如圖33-34所示。

圖33 無人機拍攝圖

圖34 無人機拍攝照片

4 應用效果

通過BIM技術在總承包中應用，解決了參與方眾多、溝通難、協(xié)調難、施工難度大的恒溫恒濕的一系列問題；利用技術引領設計，利用測量機器人成功將異形臺階的尺寸、標高放出來；基于BIM模型優(yōu)化設計變更，節(jié)約投資320萬；增強各參與方的交流和協(xié)同；在總承包過程中BIM技術成功應用，保證了中法-西岸美術館準時開館，保證了中法文化的交流。法國業(yè)主多次參觀本項目并稱贊項目BIM技術應用達到了國際水平，產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟效益和社會效益。

5 總結

5.1 創(chuàng)新點

1)利用BIM技術的特點，進行恒溫恒濕的機電優(yōu)化、樓板優(yōu)化、地插坑優(yōu)化等，保證達到美術館恒溫恒濕的要求；

2)利用3D打印技術，將復雜的模型或重要節(jié)點的BIM模型進行打印，形成實體模型，可有效指導現(xiàn)場施工，使一線工人能夠更清晰地理解設計意圖和施工工藝；

3)使用自主研發(fā)的中建八局BIM協(xié)同管理平臺，實現(xiàn)業(yè)主、施工單位、建立單位、分包單位等隨時隨地查看工程模型和工程進度等，同時實現(xiàn)了設計、技術、質量、安全等全方位的管理作用；

4)基于物聯(lián)網(wǎng)的玻璃幕墻全過程監(jiān)控技術，將實際建造管理與BIM有機融合，通過為每一塊玻璃標記特定的二維碼標簽，并在生產(chǎn)加工的各個環(huán)節(jié)掃描對應的二維碼，清晰地了解玻璃幕墻的位置，并實時了解工程進度情況；

5)利用MR技術，將裝修后的建筑效果展現(xiàn)給法國業(yè)主，提供多種裝修方案供業(yè)主挑選，提前確定裝修方案，節(jié)約時間成本，同時可查看現(xiàn)場場地布置，查看工程結構和工程效果。

6)開發(fā)了基于BIM的中建八局土建、機電、鋼筋算量系統(tǒng)，簡化了建模次數(shù)，可以為造價人員提供造價管理需要的項目構件和部件信息，從而大大減少根據(jù)圖紙人工統(tǒng)計工程量的繁瑣工作以及由此引起的潛在錯誤。

5.2 經(jīng)驗與總結

本工程工期緊、任務重、難度大，BIM技術的應用很好地助推了項目總承包管理目標的實現(xiàn)，但不足與缺陷仍有很多。作為總承包，在實施過程中與專業(yè)分包之間存在著一道不可逾越的深溝。在以后的BIM工作中，持續(xù)推進BIM全員培訓，加強新興軟件深入應用，以設計引領為關鍵，技術引領設計優(yōu)化。努力探索BIM技術對施工行業(yè)的新應用，爭取為行業(yè)發(fā)展做出更多貢獻。