徐曉紅 鄭 威 余士杰 周好翀

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2. 上海市建設工程監(jiān)理咨詢有限公司 上海 200080

1 工程概況

上海天文館作為上海科技館分館（圖1），是近年來社會關注的大型文化地標項目，旨在普及天文科學知識、完善城市功能、構建天文交流平臺及推進臨港地區(qū)城市建設等。項目地處上海東南角的臨港新城，占地58 600 m2，總建筑面積38 163.9 m2，其中，地上部分25 762.1 m2，地下部分12 401.8 m2?；貎鹊慕ㄖㄖ黧w建筑和附屬建筑2個部分。主體建筑地上3層，地下1層，以鋼筋混凝土框架剪力墻結構為主，大懸挑、球幕影院球體區(qū)域為鋼結構，倒穹頂區(qū)域為鋁合金結構，附屬建筑分為魔力太陽塔、青少年觀察基地、餐廳、大眾天文臺這4個建筑單體。

圖1 上海天文館效果圖

該項目具有以下施工難點：

1）滿足形態(tài)的建筑設計。項目外觀造型獨特，多為球體、橢圓體和不規(guī)則的曲面。內部夾層較多，空間多有跨層，傳統(tǒng)的二維建筑設計很難把復雜的三維空間表達得準確清晰。

2）契合造型的結構搭建。項目結構形式的組合極為特殊，不僅需要達到內外空間的連貫和美觀，更重要的是保證最基本的結構安全性。主體建筑結構材料多樣，構件分為大小不同的截面尺寸，對構件選擇、整體承載力提出了較高要求。需要在三維結構模型的基礎上進行計算分析、自選方案，才能滿足項目結構安全和經濟性要求。

3）融合建筑空間與布展陳列。作為文化展館類項目，布展區(qū)域要整齊、簡潔、富有美感，必須滿足陳列展示的需要。為展示區(qū)域留下足夠的凈高空間，匹配展示展覽的功能布局，管線綜合的排布至關重要。展示內容需在三維環(huán)境中演示，進一步與建筑空間相融合，以達到整體觀感效果，從而滿足業(yè)主對布展效果最優(yōu)化的要求。

2 基于BIM的全生命周期應用

2.1 基于BIM的設計階段應用

當前，BIM技術在建筑設計領域的應用已獲得廣泛認可，基于BIM的三維協(xié)同設計取代傳統(tǒng)的CAD設計方式，是未來建筑設計的主流。上海天文館項目利用BIM模型在設計過程中及時并直觀地發(fā)現圖紙中的錯誤、構件碰撞和遺漏問題，進行一系列的性能化分析并輔助優(yōu)化設計，從而提高設計質量并實現項目綠色節(jié)能減排的要求[1-6]。

2.1.1 三維協(xié)同設計

首先確定二維CAD設計師，由他們控制保證設計滿足規(guī)范要求，BIM設計師協(xié)調各個專業(yè)的分工及效果制作。在設計團隊提供的BIM方案設計模型的基礎上，生成CAD圖紙并將其上傳至設計協(xié)同管理平臺。二維CAD設計師從平臺上得到BIM提資，再進一步擴初，進而完成最終的施工圖設計圖紙，后將圖紙上傳至平臺。BIM設計師從平臺上得到CAD施工圖設計反提資，對BIM方案設計模型進行深化和完善，以交互的方式完成設計成果。方案及施工圖設計階段的協(xié)同流程如圖2所示。

圖2 三維協(xié)同設計工作流程

BIM設計師與二維CAD設計師協(xié)同工作，利用BIM軟件檢查碰撞、制作虛擬漫游動畫，及時協(xié)助檢查模型，解決涉及碰撞問題等，包括各專業(yè)間的錯誤、構件碰撞和遺漏，從而保證圖模一致。對于如曲面幕墻、鋼結構等復雜結構的設計，確定點位位置比較困難，BIM設計師通過BIM模型在平面上定位點和線，并提交給二維CAD設計師，以此協(xié)助設計師繪制二維圖紙。BIM技術的應用，使得大量設計協(xié)調工作提前，各專業(yè)工程師協(xié)同工作、緊密配合，設計質量得到顯著提升。

2.1.2 建筑性能化分析

在上海天文館項目中，通過利用BIM模型，進行日照、自然采光、室內外通風環(huán)境、人流疏散等性能化模擬分析，保證項目方案能夠達到節(jié)能減排的要求，滿足人體舒適性的需求，人員安全疏散也能得到保障。

上海天文館項目肩負著“綠色環(huán)?！钡慕ㄔ爝\營及躋身全球可持續(xù)發(fā)展設計典范的使命，項目初期就立下了要實現LEED白金級、國家標準三星等一系列目標。

2.2 基于BIM的施工階段應用

BIM技術在項目設計階段已得到廣泛應用，但在施工階段往往無法延續(xù)，或由于工期緊張等客觀條件導致未按原計劃實施。本項目在招標文件中明確要求總承包單位、監(jiān)理單位、專業(yè)分包單位必須利用BIM模型深化設計和開展現場交底，真正做到BIM技術全覆蓋。

2.2.1 基于BIM模型的深化設計

基于設計階段的BIM應用成果，在施工階段對BIM模型進行深化，創(chuàng)建了土建、鋼結構、幕墻、室內精裝、機電、弱電智能化和景觀專業(yè)深化模型，最后，整合成項目竣工模型（圖3）。在設計變更及現場情況的基礎上，及時更新BIM模型，保證BIM可視化技術協(xié)調工作在整個施工階段得到延續(xù)，例如，針對鋼結構深化埋件定位、機房與控制室的空間位置關系等問題提供了直觀、清晰的解決方案。

圖3 項目竣工模型

2.2.2 進度、質量、安全可視化交底

本項目局部區(qū)域的結構形式較復雜，因此對施工工藝提出了較高要求，例如，主體建筑的球幕影院球體和大懸挑區(qū)域的鋼結構吊裝工程對決定項目施工成敗影響重大，也是項目施工的難點。為解決這一難題，項目利用BIM模型，制作了施工專項方案模擬動畫，展示施工及拼裝方案，譬如鋼支撐搭設、定位及卸載，桁架吊裝組合，鋼結構節(jié)點安裝等工藝步驟，在施工前做好三維技術交底，在進程中不斷優(yōu)化，從而保證鋼結構施工能夠安全且高質量的完成。

應用多種不同的新技術設備對施工進行全面監(jiān)控，使用無人機從高處跟蹤現場總體施工進度并與三維進度模擬進行比對；預先建立好安全配置模型以預防安全風險；每周進行現場一致性核查比對，將質量驗收表單掛接至模型中；做到多方面可視化交底，根除施工隱患。

2.3 基于BIM的運維階段應用

本項目基于BIM竣工模型創(chuàng)建了運維模型，開發(fā)了基于IBMS可視化系統(tǒng)平臺的智慧運維管理系統(tǒng)，制訂了相關方案和維護機制；提升了設備、資產和空間的信息化管理水平，有效地降低運營維護的成本支出，為項目帶來經濟上的增值效益。

2.3.1 上海天文館BIM運維方案

根據上海天文館建設世界一流天文館的建設目標以及打造“多館合一，智慧運營”的運維目標，結合項目實際需求，編制了一整套的BIM運維方案作為指導。從運營模型處理方案、系統(tǒng)架構、系統(tǒng)數據對接、資產管理、能耗管理、安全管理、建筑體維護、設備維護、后期維護升級等多個維度，全方位部署運維階段系統(tǒng)平臺的BIM實施，為運維階段工作的開展提供了可靠的依據，打下了堅實的基礎。

2.3.2 基于BIM的IBMS可視化系統(tǒng)平臺

項目現已完成基于BIM的IBMS可視化系統(tǒng)平臺的現場搭建工作，子系統(tǒng)數據接入平臺的工作已步入最后階段。秉承“扁平結構、集中協(xié)調、分散監(jiān)控、統(tǒng)一界面”的理念，將傳統(tǒng)的二維IBMS系統(tǒng)與BIM技術進行有機融合，結合圖形、三維BIM模型、地理、圖標和二維地圖等方式，通過現場大屏幕進行展示和統(tǒng)一管理。

3 基于BIM的全生命周期管理

3.1 基于BIM的管理目標

高質量的管理是BIM高效應用的保障，上海天文館作為政府和社會各界重點關注的項目，具有高度的影響力。本項目進行了全面、完整的策劃，為使BIM在項目建設全過程的應用得以貫徹執(zhí)行，通過基于BIM的項目管理，形成了“設計先行、精益化建造、智能化運維”的項目應用特色，努力打造上海市BIM技術應用與管理案例的典范。

3.2 “四個一”的理念

為建設全球領先的智能化天文展館，本項目高度結合BIM與項目管理手段，并創(chuàng)新性地提出了 “四個一”理念，即“一個模型、一個標準、一個平臺、統(tǒng)一管理”的管理理念。

1）一個模型。在模型更新迭代的過程中，做好質量管控和不同階段的數據傳遞，體現了 “一個模型”的管理理念。在項目前期建立完整的應用成果審核機制及管理體系，利用三維模型及時發(fā)現圖紙設計存在的問題，并利用Navisworks軟件導出的視點與CAD圖紙相結合，編制問題核查報告；在施工階段對模型按不同專業(yè)進行拆分深化，并由各參建單位進行模型質量審核，優(yōu)化項目施工深化設計。通過從設計、施工到運維階段均基于一個模型的傳承、深化和應用，避免重復建模，保證BIM數據信息的一致性、準確性和完整性。

2）一個標準。在“一個標準”管理理念的基礎上，在項目前期制定好BIM實施策劃方案，并根據不同階段、逐步細化的統(tǒng)一管理實施細則等管理大綱，使各參建單位在BIM應用深度、技術要求和內容成果的標準上保持一致。

3）一個平臺。為了保障項目各參建單位能夠高效地開展協(xié)作，在準備階段就搭建了Autodesk Vault協(xié)同管理平臺，真正實現在數據管理的基礎上進行協(xié)同，保證參建單位之間能夠實現工程信息共享。在異地分布的2個機房里布設服務器，做好雙重備份，始終保證信息的安全性和完整性。秉承“線上、線下同步進行”的理念，由BIM管理咨詢單位每周編制Vault平臺執(zhí)行報告，監(jiān)督所有參建單位，將協(xié)同平臺的使用貫徹始終，為項目運維提供數據支撐和信息保障。

4）統(tǒng)一管理。編制BIM管理流程，把BIM工作納入各參建單位的招標要求中，使全員參與BIM的理念能夠付諸實際。通過編制BIM雙周工作計劃、BIM周月刊，開展BIM宣貫培訓、組織召開并積極參加不同類別的專題匯報或者研討會議等途徑管控BIM工作，各參建單位在統(tǒng)一的管理和協(xié)調下，以“BIM先行、技術先行和方案先行”為項目的核心理念和工作準則，提升BIM技術應用優(yōu)先級，推進BIM技術在項目質量、進度、成本等方面的應用，保證BIM價值的充分發(fā)揮。

3.3 BIM協(xié)同模式和組織方式

3.3.1 協(xié)同模式

本項目利用Autodesk Vault協(xié)同管理平臺對工程信息和數據進行協(xié)同、維護和傳承，利用布設的服務器管控工作流程，管理校審權限，避免了文件夾共享和中心文件有關版本控制的潛在安全隱患。Autodesk Vault平臺用于工程數據管理，讓各個專業(yè)團隊之間的設計協(xié)同更加高效。Autodesk Vault平臺利用大數據處理機制，緊密結合工程和項目管理數據，集成各個層級的數據，使各階段建設數據信息保持一致，從而達到對整個項目建設過程進行數據信息管理和控制的目的。

3.3.2 實施組織方式

本項目的BIM實施組織方式以業(yè)主為主體，由BIM管理咨詢單位全權負責策劃并落實BIM全過程應用與管理。充分利用BIM顧問單位在BIM應用技術及管理咨詢服務方面的優(yōu)勢，建立以BIM顧問單位為BIM實施和信息管理核心的組織架構（圖4），做到指令唯一，職責明確，保證項目順利開展。

3.4 實施成效

通過在項目中的應用，證明了全生命周期BIM應用模式及“四個一”的BIM管理理念實施頗具成效，主要體現在以下幾方面：

圖4 BIM顧問管理組織結構

1）設計變更與同類項目相比減少12%。

2）決策效率與同類項目相比提升14%。

3）由BIM團隊匯總提出的施工階段問題清單占60%。

4）由BIM技術發(fā)現和解決的設計變更問題占70%。

5）對于重大技術難點，BIM團隊參與率達到100%。

6）在專業(yè)深化設計（機電、鋼結構、幕墻）中，BIM使用率達到100%。

這些管理成效得到了建設方和參建各方的一致認可，并已推廣至其他項目中。

4 結語

為實現建設“世界一流天文館”及“多館合一、智慧場館”的宏偉目標，結合上海天文館項目的自身特點，利用信息化手段提升項目管理水平，進行覆蓋全生命周期的BIM應用管理，通過BIM技術提升了設計協(xié)同效率、施工質量和運維階段管理水平。本文簡要介紹了項目實踐的經驗心得，在積極推廣BIM技術應用的同時，可供今后大型公共展館類建設項目在BIM應用與管理的實施時借鑒。