(北京城建集團(tuán)有限責(zé)任公司,北京 100083)
陽(yáng)光保險(xiǎn)金融中心是由北京陽(yáng)光融和置業(yè)有限公司投資興建的超高層金融寫字樓,總承包單位為北京城建集團(tuán)有限責(zé)任公司。地處CBD核心區(qū)Z2a地塊,建筑總高度220m,地下5層,地上44層,裙樓地上6層; 總占地面積8 264m2,總建筑面積132 471m2,其中地上90 000m2,地下42 471m2,建成后將是一集甲級(jí)辦公樓、會(huì)議、商業(yè)和餐飲以及多種配套服務(wù)功能于一體的綜合性超高層金融寫字樓。工程效果圖如圖1所示,BIM模型如圖2所示,工程現(xiàn)狀如圖3所示。
圖1 工程效果圖
圖2 BIM模型圖 圖3 工程現(xiàn)狀圖
本工程在建筑專業(yè)、結(jié)構(gòu)專業(yè)、機(jī)電專業(yè)、鋼結(jié)構(gòu)專業(yè)、幕墻專業(yè)等均存在較多難點(diǎn)。
建筑專業(yè):復(fù)雜造型與其他專業(yè)的協(xié)調(diào)問(wèn)題,定位問(wèn)題等;
結(jié)構(gòu)專業(yè):異形結(jié)構(gòu)構(gòu)件的定位,多構(gòu)件相交部位的鋼筋施工,與鋼結(jié)構(gòu)、機(jī)電專業(yè)的協(xié)調(diào)問(wèn)題等;
機(jī)電專業(yè):管線綜合優(yōu)化,凈空凈高優(yōu)化,管線穿墻問(wèn)題等;
鋼結(jié)構(gòu)專業(yè):鋼筋穿鋼柱鋼梁等節(jié)點(diǎn),鋼結(jié)構(gòu)預(yù)埋,鋼結(jié)構(gòu)吊裝問(wèn)題等;
幕墻專業(yè):各幕墻構(gòu)件吊裝、定位問(wèn)題等。
本項(xiàng)目為大型超高層建筑,建筑外觀、結(jié)構(gòu)選型、設(shè)備工藝等均較為復(fù)雜,為了更高質(zhì)量地完成項(xiàng)目,在各專業(yè)重難點(diǎn)工作開(kāi)展之前,通過(guò)BIM的深化應(yīng)用,將所有重難點(diǎn)部位做施工模擬,可視化交底。
依據(jù)國(guó)家BIM相關(guān)標(biāo)準(zhǔn),結(jié)合本項(xiàng)目的實(shí)際情況,隨著項(xiàng)目的開(kāi)展,不斷總結(jié)項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn),完善BIM模型?;贐IM模型基礎(chǔ)上進(jìn)行各專業(yè)方案BIM模擬、總平面協(xié)調(diào)管理、進(jìn)度管理、成本管理、質(zhì)量管理、BIM的竣工圖成果管理等。通過(guò)BIM的應(yīng)用為項(xiàng)目的全生命周期提供重要支撐,實(shí)現(xiàn)可交付的工程數(shù)字化資產(chǎn)[1]。
本項(xiàng)目在實(shí)施前,各專業(yè)編制項(xiàng)目BIM策劃書和模型標(biāo)準(zhǔn)、出圖標(biāo)準(zhǔn)以及圖紙報(bào)審標(biāo)準(zhǔn),然后各專業(yè)根據(jù)圖紙進(jìn)行深化建模,包括建筑、結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)、幕墻及其他專業(yè)BIM模型復(fù)核、深化。各專業(yè)模型建成后,進(jìn)行各專業(yè)模型整合及展示。基于BIM模型全專業(yè)的碰撞檢查,出具碰撞檢查報(bào)告及優(yōu)化建議,同時(shí)進(jìn)行各專業(yè)方案交底BIM模擬,模擬內(nèi)容包括:高大支模及腳手架方案、砌體排布方案,鋼結(jié)構(gòu)吊裝、幕墻安裝、機(jī)電及其它各專業(yè)方案模擬等[2]。項(xiàng)目經(jīng)營(yíng)部根據(jù)BIM模型進(jìn)行工程量清單計(jì)算及提取。在施工過(guò)程中,依據(jù)BIM與現(xiàn)場(chǎng)施工結(jié)合進(jìn)行進(jìn)度、質(zhì)量、物資、云端管理。
本工程BIM實(shí)施,由項(xiàng)目總工牽頭,按照專業(yè)組建BIM應(yīng)用工作組,各專業(yè)BIM工程師要求具有專業(yè)的施工管理工作經(jīng)驗(yàn)及豐富的BIM應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)。每個(gè)專業(yè)BIM工程師的數(shù)量根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)需要進(jìn)行調(diào)整。項(xiàng)目總工對(duì)整個(gè)項(xiàng)目的BIM應(yīng)用工作負(fù)責(zé),對(duì)項(xiàng)目全方向及全過(guò)程進(jìn)行組織、監(jiān)督和協(xié)調(diào),即對(duì)人員配置、工作安排和進(jìn)度把控等具有決定權(quán),并負(fù)責(zé)與甲方及相關(guān)方的工作溝通和協(xié)調(diào)[4-5]。各專業(yè)BIM組負(fù)責(zé)本專業(yè)深化設(shè)計(jì)BIM模型的建立及復(fù)核,負(fù)責(zé)本專業(yè)的施工方案BIM模擬,負(fù)責(zé)本專業(yè)的進(jìn)度、質(zhì)量、安全文明綠色施工管理過(guò)程中BIM應(yīng)用。項(xiàng)目部BIM中心負(fù)責(zé)專業(yè)模型整合,負(fù)責(zé)全專業(yè)BIM模型碰撞檢查,負(fù)責(zé)深化設(shè)計(jì)BIM成果、施工過(guò)程BIM成果、竣工圖BIM成果的匯總整理。
本工程在模型創(chuàng)建階段最主要的是使用Autodesk Revit。Autodesk Revit軟件是世界領(lǐng)先的設(shè)計(jì)軟件和數(shù)字內(nèi)容創(chuàng)建的Autodesk公司專為建筑信息模型而構(gòu)建。并結(jié)合其他諸如Rhino、Catia、Tekla、Sketchup、Bentley STAAD Pro等軟件,進(jìn)行各專業(yè)建模。在模擬瀏覽階段所使用的軟件為Navisworks、Lumion 3D、3D Studio Max、Fuzor等商用軟件[6]。
在硬件方面,本項(xiàng)目所有BIM工程師均配備戴爾(DELL)M7710圖形工作站,中央處理器為Inter i7~7700MQ CPU 處理器(6M 緩存,最高至3.9 GHz); 顯卡配置為NVIDIA Quadro P5100 8G獨(dú)顯; 內(nèi)存32GB+256SSD+2TB; 操作系統(tǒng)WIN7 專業(yè)版64位。
本項(xiàng)目的施工圖在設(shè)計(jì)上仍然采用傳統(tǒng)的出圖模式,通過(guò)創(chuàng)建全專業(yè)的BIM模型,輔助進(jìn)行深化設(shè)計(jì)圖紙審核工作,根據(jù)顧問(wèn)公司審批的圖紙作為指導(dǎo)施工的圖紙。各專業(yè)BIM模型包括場(chǎng)土建、鋼結(jié)構(gòu)、裝修、幕墻機(jī)電專業(yè)等,如圖4。本工程BIM中心合理組織和規(guī)劃各專業(yè)的模型建立,確保能被各方不斷應(yīng)用和深化。
圖4 各專業(yè)BIM模型
各專業(yè)BIM模型均包含必要的施工數(shù)據(jù),如機(jī)電設(shè)備,需包括名稱、規(guī)格尺寸、供應(yīng)商、設(shè)備編號(hào)、其他施工參數(shù)信息,有利于指導(dǎo)施工,方便施工; 深度達(dá)到可做管線綜合、施工模擬、復(fù)雜節(jié)點(diǎn)施工深化、基本運(yùn)維要求等應(yīng)用要求[3]。交付模型深度達(dá)到LOD500精度要求,BIM模型與現(xiàn)場(chǎng)完成情況及竣工圖一致,交付成果幾何信息與非幾何信息可有效傳遞。
(1)利用BIM審圖
總承包方協(xié)同各專業(yè)分包利用BIM技術(shù)協(xié)助深化設(shè)計(jì)工作,各方提出圖紙優(yōu)化意見(jiàn)。通過(guò)每周二的深化設(shè)計(jì)協(xié)調(diào)會(huì)議展開(kāi)討論,截至目前,各專業(yè)提出圖紙意見(jiàn)1 455條,如圖5、圖6,圖紙修改及優(yōu)化意見(jiàn)百分百得以解決。
圖5 圖紙報(bào)審面單
(2)參數(shù)校核
本項(xiàng)目機(jī)電系統(tǒng)尤為復(fù)雜,項(xiàng)目實(shí)施前,深化設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)對(duì)項(xiàng)目變壓器容量、電纜填充率、水泵揚(yáng)程、管道流量等進(jìn)行參數(shù)校核,通過(guò)參數(shù)校核,充分理解設(shè)計(jì)思路、設(shè)計(jì)理念,保障機(jī)電系統(tǒng)順利運(yùn)行[7]。
圖8 電纜填充率計(jì)算書
圖9 管道流量校核計(jì)算
圖10 水泵揚(yáng)程、流量計(jì)算書
(3)碰撞檢查
模型搭建完成后,將項(xiàng)目全專業(yè)模型進(jìn)行整合,導(dǎo)入軟件中進(jìn)行碰撞檢查。通過(guò)軟件模擬,提前發(fā)現(xiàn)施工過(guò)程中的碰撞點(diǎn),得出碰撞檢查報(bào)告,本項(xiàng)目?jī)H地下部分碰撞點(diǎn)解決800余處,大大加快現(xiàn)場(chǎng)施工的進(jìn)度[8]。
(4)深化設(shè)計(jì)
機(jī)電專業(yè)根據(jù)充分協(xié)調(diào)的BIM模型,導(dǎo)出“平立剖圖紙”,同時(shí),繪制綜合圖、專業(yè)圖、剖面圖、詳圖等,現(xiàn)場(chǎng)只需嚴(yán)格按照深化圖紙施工即可,節(jié)約大量施工協(xié)調(diào)時(shí)間[9]。
本項(xiàng)目幕墻模型完成后,用Catia軟件對(duì)模型進(jìn)行切分,按照劃分情況將模型分解成部件,然后對(duì)組成模型的各部件分別進(jìn)行深化設(shè)計(jì),以此來(lái)驗(yàn)證原設(shè)計(jì)的合理性與可行性。
(5)優(yōu)化二次結(jié)構(gòu)施工
本工程機(jī)電管線安裝晚于二次結(jié)構(gòu)墻體施工,二次結(jié)構(gòu)深化圖完成后,利用magicad軟件預(yù)留洞功能,在模型中自動(dòng)創(chuàng)建墻體預(yù)留洞,極大地提高了洞口預(yù)留的準(zhǔn)確性,避免了人工標(biāo)注錯(cuò)誤的發(fā)生,與以往相比,深化時(shí)間節(jié)約50%以上,預(yù)留洞口準(zhǔn)確率提高20%以上,完全解決了因施工順序沖突導(dǎo)致的管線與構(gòu)造柱打架、后期亂開(kāi)洞等增加成本之類的問(wèn)題。
(6)支吊架優(yōu)化
為保證BIM模型準(zhǔn)確指導(dǎo)施工,項(xiàng)目部在模型必要位置采用綜合支架并提供相應(yīng)的尺寸以供預(yù)制安裝。
BIM團(tuán)隊(duì)利用magicad支吊架功能,在BIM機(jī)電模型中進(jìn)行支吊架布設(shè),通過(guò)軟件的校核功能對(duì)綜合支架進(jìn)行受力計(jì)算,并可快速出具支吊架計(jì)算書。
對(duì)于復(fù)雜的承重支吊架,依據(jù)《簡(jiǎn)明管道支架計(jì)算及構(gòu)造手冊(cè)》,對(duì)支吊架各受力點(diǎn)分別進(jìn)行受力計(jì)算,得出承重支架校核計(jì)算書,并由設(shè)計(jì)院及顧問(wèn)公司審核[10]。
通過(guò)計(jì)算選擇合理的支吊架,不僅節(jié)約了施工空間,達(dá)到更加美觀的效果,而且節(jié)約支吊架的材料成本和施工成本。此項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用,初步估算節(jié)約支吊架成本超過(guò)10%。
(7)施工方案優(yōu)化
1)伸臂桁架層施工工藝優(yōu)化
本工程核心筒15、30層為伸臂桁架層,桁架層層高6.5m,鋼筋混凝土的核心筒墻體內(nèi)含雙層鋼板墻,依照傳統(tǒng)工藝,墻體箍筋無(wú)法依照傳統(tǒng)工藝與墻體的豎向鋼筋綁扎。按原設(shè)計(jì)要求,墻體箍筋需采用接駁器與鋼結(jié)構(gòu)現(xiàn)場(chǎng)焊接,共需焊接16 000余個(gè)套筒,如圖11,評(píng)估工期需60天以上,施工難度極大,并且工期及質(zhì)量均無(wú)法滿足要求。為解決此問(wèn)題,項(xiàng)目部運(yùn)用BIM技術(shù)進(jìn)行方案比選和施工模擬,創(chuàng)新性地采用了鋼結(jié)構(gòu)預(yù)焊接鋼板帶,取代現(xiàn)場(chǎng)焊接箍筋的做法,如圖12,鋼板帶在鋼結(jié)構(gòu)加工廠焊接完成,鋼筋工人只需在現(xiàn)場(chǎng)連接豎向鋼筋即可,減少了常規(guī)施工中,大量鋼筋焊接、綁扎所需的施工時(shí)間和材料損耗,共節(jié)省工期22天,節(jié)約成本約55萬(wàn)元,而且完全滿足結(jié)構(gòu)可靠性的要求,取得了設(shè)計(jì)方的認(rèn)可,認(rèn)為可以推廣使用。
圖11 優(yōu)化前設(shè)計(jì)原方案模型
圖12 優(yōu)化后方案鋼板帶模型 圖13 鋼板帶現(xiàn)場(chǎng)照片
2)塔吊附著錨固優(yōu)化
本工程塔吊公司提供的塔吊附著錨固形式為長(zhǎng)臂桁架拉桿,固定在核心筒墻體上,如圖14、圖15,這種附著型式的優(yōu)點(diǎn)在于核心筒的施工速度可以不受其他專業(yè)的制約,塔吊伴隨著核心筒一步步增高,但是該錨固形式經(jīng)評(píng)估施工難度大,最長(zhǎng)的桁架拉桿長(zhǎng)度接近23m,每一道桁架拉桿重量都非常大,并且與幕墻單元板塊邊框位置沖突,給幕墻的安裝造成了很大的困難[11]。
圖14 塔吊附著方案原設(shè)計(jì)平面圖
圖15 調(diào)整前塔吊附著方案三維效果圖
項(xiàng)目部綜合評(píng)估了原塔吊附著方案的利弊,決定優(yōu)化塔吊公司提供的附著方案,利用BIM技術(shù)的可視化,創(chuàng)建模型,重新布置塔吊附著,最終確定將塔吊附著錨固點(diǎn)由核心筒轉(zhuǎn)換至外框鋼管柱,如圖16、圖17,通過(guò)對(duì)塔吊附著形式進(jìn)行轉(zhuǎn)換,塔吊的附著距離由原來(lái)的23m縮短至9m,并且拉桿型式由原來(lái)笨重的長(zhǎng)臂桁架式改為相對(duì)較輕巧的普通鋼拉桿,重量大大減輕,塔吊附著施工難度大大降低,并且可以使塔吊錨固避開(kāi)幕墻邊框,使幕墻工期不受影響,此項(xiàng)改進(jìn)預(yù)計(jì)共節(jié)省工期40天,節(jié)約成本約30萬(wàn)元。
圖16 調(diào)整后塔吊附著方案三維效果圖
圖17 調(diào)整后塔吊附著現(xiàn)場(chǎng)照片
圖18 設(shè)備優(yōu)化前
圖19 設(shè)備優(yōu)化后
3)設(shè)備優(yōu)化
本工程冷卻塔在模型搭建完成后,發(fā)現(xiàn)冷卻塔排布及管線路由有進(jìn)一步優(yōu)化空間,BIM團(tuán)隊(duì)結(jié)合商務(wù)部選定的品牌型號(hào)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整,替換原設(shè)計(jì)院設(shè)備基礎(chǔ)圖,確保土建屋面基礎(chǔ)圖紙準(zhǔn)確性,另外據(jù)統(tǒng)計(jì),對(duì)原設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化后,屋面冷卻塔工程可減少閥門及軟接頭共計(jì)60個(gè),管道節(jié)省107m,設(shè)備吊裝及運(yùn)輸費(fèi)用減少50%,共計(jì)節(jié)省成本約19.71萬(wàn)元[12]。
4)樓層凈高優(yōu)化
本工程管控標(biāo)高是在業(yè)主提供的凈空要求上進(jìn)一步優(yōu)化,優(yōu)化完成后能夠讓業(yè)主清晰地了解每個(gè)功能區(qū)域所能達(dá)到的凈空高度,通過(guò)凈高分析,本項(xiàng)目地下室部分的標(biāo)高比原方案整體提高20cm,為后序精裝修施工提供了極大便利。
(8)方案模擬
1)爬模施工技術(shù)模擬
本工程核心筒施工中采用鋁合金模板配合液壓爬架施工工藝,項(xiàng)目利用BIM技術(shù)制作三維可視化爬模施工方案代替原始紙質(zhì)版方案交底,更直觀、精確地反映整個(gè)爬模施工方案的施工工序和施工流程[13]。
2)幕墻施工方案模擬
本工程利用BIM技術(shù),將幕墻進(jìn)度計(jì)劃與施工方案整合在模型中,更直觀、精確地反應(yīng)各個(gè)部位的施工工序流程,對(duì)進(jìn)度計(jì)劃進(jìn)行動(dòng)態(tài)管理,保證工程進(jìn)展順利。
3)冷卻塔吊裝方案模擬
項(xiàng)目通過(guò)BIM技術(shù)對(duì)大型設(shè)備運(yùn)輸?shù)跹b進(jìn)行模擬,確定大型設(shè)備最優(yōu)路線及最優(yōu)吊裝方案,同時(shí),針對(duì)設(shè)備尺寸和吊裝線路校核,保證大型設(shè)備的順利搬運(yùn)和安裝就位。
(9)數(shù)字化加工
運(yùn)用BIM技術(shù),根據(jù)BIM模型和構(gòu)件產(chǎn)品庫(kù)數(shù)據(jù)進(jìn)行工廠數(shù)字化加工。在BIM模型中確定構(gòu)件分段,利用BIM模型數(shù)據(jù)指導(dǎo)加工,提高工作效率,提升建筑質(zhì)量[14]。
圖20 鋼結(jié)構(gòu)三維模型
圖21 鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件加工
(10)BIM機(jī)電樣板引路
項(xiàng)目通過(guò)BIM技術(shù)對(duì)機(jī)電施工樣板進(jìn)行施工工序模擬,利用模型虛擬施工,做到技術(shù)先行,提前發(fā)現(xiàn)并預(yù)防施工過(guò)程中存在的各種問(wèn)題,杜絕因設(shè)計(jì)考慮不周到而引起的返工現(xiàn)象,節(jié)約施工成本,提高施工效率。
圖22 現(xiàn)場(chǎng)機(jī)電樣板間 圖23 機(jī)電樣板間三維模型
(11)提高質(zhì)量安全管理水平
本工程在施工階段,利用廣聯(lián)達(dá)BIM 5D平臺(tái)與廣聯(lián)云的進(jìn)度質(zhì)量問(wèn)題追蹤功能,管理人員發(fā)現(xiàn)質(zhì)量安全問(wèn)題立即拍照上傳,責(zé)任人實(shí)時(shí)收到問(wèn)題整改通知,第一時(shí)間安排人員整改[15]。
移動(dòng)端問(wèn)題錄入后,在PC端自動(dòng)形成圖表,對(duì)安全、質(zhì)量問(wèn)題類型統(tǒng)計(jì)整理,輸出分析圖表,為項(xiàng)目管理人員提供數(shù)據(jù)支持。
圖24 廣聯(lián)達(dá)BIM 5D平臺(tái)與廣聯(lián)云的進(jìn)度質(zhì)量問(wèn)題追蹤
本項(xiàng)目利用三維激光掃描儀對(duì)已完成的結(jié)構(gòu)進(jìn)行點(diǎn)云預(yù)處理,根據(jù)點(diǎn)云擬合出來(lái)的模型與原BIM模型進(jìn)行偏差分析,并更新與實(shí)際施工相符合的模型[16],模型更新后即可利用現(xiàn)場(chǎng)模型進(jìn)行幕墻節(jié)點(diǎn)深化及下料工作,避免了因誤差導(dǎo)致的成本增加的問(wèn)題。
圖25 三維掃描
本項(xiàng)目為了保證鋼構(gòu)件的加工質(zhì)量,采用精度為0.085mm的工業(yè)級(jí)光學(xué)三維掃描儀及攝影測(cè)量系統(tǒng),對(duì)加工完成的構(gòu)件逆向成形,通過(guò)實(shí)際的掃描模型和理論模型進(jìn)行比較,偏差部位和偏差多少,其結(jié)果一目了然,這道步驟可以保證加工完成,運(yùn)到現(xiàn)場(chǎng)的鋼構(gòu)件百分之百的合格率。
對(duì)于工程上須重點(diǎn)把控的位置和施工難度較大的部位,除了創(chuàng)建三維立體模型,在施工前將模型信息導(dǎo)入到3D打印機(jī)內(nèi)打印出實(shí)體模型[17],利用3D打印技術(shù)的可視化與無(wú)障礙溝通的特點(diǎn),項(xiàng)目各參與方均可針對(duì)實(shí)體模型討論方案的可行性,節(jié)省大量的溝通討論時(shí)間。
圖26 3D打印技術(shù)
各參建方在三維模型里溝通樣板段排布方案,確定后用于現(xiàn)場(chǎng)施工,并通過(guò)VR全景技術(shù),制作二維碼,各參見(jiàn)方可以通過(guò)掃碼,在任何地點(diǎn)任何時(shí)間都能夠觀察樣板段。與傳統(tǒng)樣板段實(shí)施相比,避免了樣板討論階段的反復(fù)拆改,節(jié)約時(shí)間成本和經(jīng)濟(jì)成本。在施工階段,也可以利用VR全景技術(shù)[18],在重點(diǎn)區(qū)段張貼二維碼,作業(yè)人員可以隨時(shí)查看該區(qū)域的三維模型,正確理解圖紙,間接提高施工質(zhì)量。
圖27 F6樣板段二維碼 圖28 掃描二維碼進(jìn)入樣板段效果圖
通過(guò)BIM技術(shù)在陽(yáng)光保險(xiǎn)金融中心工程施工過(guò)程中的實(shí)踐與應(yīng)用,并結(jié)合本工程的施工特點(diǎn),對(duì)各專業(yè)的施工工序和圖紙加以改良,解決了超高層施工工期慢及施工復(fù)雜的問(wèn)題,并最終形成一套完整的超高層BIM應(yīng)用與拓展,為今后類似工程提供參考和指導(dǎo)。通過(guò)采用BIM技術(shù),質(zhì)量管理提升33%,安全管理提升22%,施工進(jìn)度提升11%,為項(xiàng)目節(jié)約成本9%,得到業(yè)主和監(jiān)理單位的一致認(rèn)可。在今后各類項(xiàng)目中,我們會(huì)繼續(xù)推廣BIM在施工過(guò)程中的應(yīng)用,不斷完善,改進(jìn)不足,為BIM的普及提供參考和思路。