湯昱澤 孫昱晨 于 江 唐覺民

(南京長江都市建筑設(shè)計(jì)股份有限公司，南京 210002)

引言

早在國家“十二五”、“十三五”發(fā)展規(guī)劃中，國家多次強(qiáng)調(diào)了發(fā)展工程總承包、加強(qiáng)建筑信息化的重要戰(zhàn)略。近年來，住建部及各省市相繼發(fā)布政策，積極推進(jìn)EPC和BIM技術(shù)。2015年6月國務(wù)院印發(fā)《關(guān)于同意設(shè)立南京江北新區(qū)的批復(fù)》，江北新區(qū)正式成為江蘇唯一的國家級新區(qū)。在大力推動江北新區(qū)的高速發(fā)展的同時，也對工程建設(shè)的質(zhì)量提出了新的要求，在此背景下，EPC管理模式和BIM全過程應(yīng)用作為項(xiàng)目管控的有力抓手，在許多建設(shè)項(xiàng)目中得到了廣泛的應(yīng)用。

1 項(xiàng)目概況

南京江北新區(qū)人才公寓(一號地塊)項(xiàng)目占地面積約5.96萬m2，總面積為23.25萬m2，是江北新區(qū)第一個以設(shè)計(jì)為龍頭的EPC管理項(xiàng)目，于2018年4月正式啟動，計(jì)劃于2020年10月完工； 本項(xiàng)目是2018年度住建部、江蘇省、南京市建筑產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化示范項(xiàng)目，同時也是江蘇省首個獲得綠色三星、健康三星雙標(biāo)識的項(xiàng)目。其中，項(xiàng)目3號樓采用了裝配式組合結(jié)構(gòu)，是百年住宅的試點(diǎn)示范； 12號樓社區(qū)服務(wù)中心采用裝配式木結(jié)構(gòu)體系，是江蘇省首棟木結(jié)構(gòu)零碳建筑。項(xiàng)目全過程依托BIM技術(shù)，進(jìn)行設(shè)計(jì)和施工管理。

圖1 江北人才公寓一號地塊項(xiàng)目

圖2 BIM+EPC模式與傳統(tǒng)模式對比

圖3 依托BIM的項(xiàng)目管理機(jī)制

2 BIM整體實(shí)施框架

2.1 BIM+EPC打破傳統(tǒng)模式下的局限性

傳統(tǒng)EPC模式下，信息化程度較低，業(yè)主對項(xiàng)目監(jiān)管缺乏手段和方法； 同時EPC承包商責(zé)任壓力大，整體成本不易控制。傳統(tǒng)的BIM應(yīng)用模式下，BIM會存在較多應(yīng)用瓶頸，協(xié)同率不高，業(yè)主設(shè)計(jì)施工兩頭抓，管控困難； 設(shè)計(jì)BIM、施工BIM相互割裂，數(shù)據(jù)模型的價值不易延續(xù)，最終BIM成為“空殼”。BIM+EPC的模式較好地“繼承”了各自的優(yōu)勢，可以讓BIM應(yīng)用貫穿全過程，并成為各參與方得力的工具，解決各方面問題，真正實(shí)現(xiàn)風(fēng)險共擔(dān)、利益共享。

2.2 BIM全過程應(yīng)用的目標(biāo)和解決方案

項(xiàng)目初期，為更好地落地項(xiàng)目實(shí)施，制定了4點(diǎn)BIM應(yīng)用目標(biāo)：

(1)通過應(yīng)用BIM來實(shí)現(xiàn)全過程的監(jiān)管，全方面提高項(xiàng)目的質(zhì)量；

(2)提高協(xié)同效率，高效解決設(shè)計(jì)問題，并結(jié)合其他設(shè)計(jì)點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)創(chuàng)新；

(3)實(shí)現(xiàn)數(shù)字施工、數(shù)字建造，有效管理施工現(xiàn)場的質(zhì)量、進(jìn)度、成本、構(gòu)件等；

(4)全過程信息數(shù)據(jù)的錄入和對接，做到項(xiàng)目圖紙、數(shù)字孿生模型、平臺存檔成果的數(shù)字同步交付。

同時，我們又提出了三個“統(tǒng)一”解決方案：

(1)統(tǒng)一BIM平臺:應(yīng)用協(xié)同平臺和施工管理平臺推進(jìn)BIM全過程實(shí)施。項(xiàng)目通過BIM模型、平臺對接各個團(tuán)隊(duì)及部門，成為項(xiàng)目管理的有效抓手。

(2)統(tǒng)一整體規(guī)劃：包括統(tǒng)一的項(xiàng)目標(biāo)準(zhǔn)、族庫標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)置統(tǒng)一的模型樣板參數(shù)，確保模型搭建的統(tǒng)一性、規(guī)范性；

(3)統(tǒng)一BIM模型：全過程一版模型，在一版BIM模型中進(jìn)行優(yōu)化、深化，把BIM的價值從設(shè)計(jì)延續(xù)到施工、竣工交付、運(yùn)維管理；

明確BIM應(yīng)用目標(biāo)，并且制定了統(tǒng)一規(guī)劃、模型和平臺的解決方案后，再根據(jù)本項(xiàng)目情況和特點(diǎn)，建立以BIM為中心的管控流程和分工職責(zé)，形成有效的管理機(jī)制(圖3)。

圖4 基于協(xié)筑平臺設(shè)計(jì)階段流程架構(gòu)

圖5 項(xiàng)目地下施工預(yù)留與設(shè)計(jì)BIM管綜模型

3 BIM重點(diǎn)應(yīng)用

3.1 EPC模式提高BIM應(yīng)用質(zhì)量

EPC模式中，打破了傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)流程，總包方很早就參與到項(xiàng)目過程中(圖4)，BIM也打破了傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)BIM、施工BIM的壁壘，協(xié)同應(yīng)用更加整體。項(xiàng)目全過程依托協(xié)筑協(xié)同平臺，幫助項(xiàng)目的文檔、任務(wù)、圖紙、模型管理等。設(shè)計(jì)方、施工方較早進(jìn)行溝通和互動，可以前置大量問題，以管線綜合為例，存在以下優(yōu)勢：

(1)前置設(shè)計(jì)問題：施工方較早介入，規(guī)避施工、安裝難點(diǎn)，減少設(shè)計(jì)變更，有效控制整體成本。

(2)降低材料成本：結(jié)合施工安裝建議，合理進(jìn)行梁、板開洞及管線布置，控制材料消耗。

(3)優(yōu)化施工組織：優(yōu)化施工安裝的組織順序，合理的排布管線，確保安裝過程的有序進(jìn)行，保障項(xiàng)目進(jìn)度實(shí)施。

本項(xiàng)目地庫有較高的凈高要求，大量管線需要穿梁設(shè)計(jì)，施工方前期的介入，有利管綜優(yōu)化操作，避免后續(xù)返工(圖5)。

3.2 BIM與裝配式技術(shù)應(yīng)用

項(xiàng)目全區(qū)域應(yīng)用裝配式技術(shù)，各樓預(yù)制裝配率如表1。

表1 預(yù)制裝配率表

項(xiàng)目總計(jì)包含10大類(預(yù)制內(nèi)剪力墻、預(yù)制外剪力墻、預(yù)制疊合板、預(yù)制樓梯、預(yù)制陽臺、預(yù)制凸窗、預(yù)制空調(diào)板、預(yù)制陽臺隔板、預(yù)制填充墻、預(yù)制外掛墻板)、223種不同種規(guī)格預(yù)制構(gòu)件(不包含12#樓木結(jié)構(gòu)預(yù)制構(gòu)件)。這對預(yù)制構(gòu)件的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)提出了很高的要求，BIM技術(shù)的應(yīng)用對項(xiàng)目中預(yù)制構(gòu)件質(zhì)量把控起到了至關(guān)重要的作用。我們建立對應(yīng)BIM構(gòu)件庫，從族分類、族命名、族參數(shù)三個角度規(guī)范BIM預(yù)制構(gòu)件。參照項(xiàng)目模型標(biāo)準(zhǔn)以及國標(biāo)《建筑信息模型設(shè)計(jì)交付標(biāo)準(zhǔn)》，搭建預(yù)制構(gòu)件模型到G3深度，并保證項(xiàng)目構(gòu)件信息的有效錄入。拆分標(biāo)準(zhǔn)層預(yù)制構(gòu)件，進(jìn)行預(yù)制裝配率計(jì)算； 核查深化設(shè)計(jì)問題，出具準(zhǔn)確的凈量。

同時，裝配式建筑“設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、裝配一體化”過程中，信息傳遞非常重要，我們通過BIM5D管理平臺構(gòu)建跟蹤系統(tǒng)模塊將BIM模型中的構(gòu)件信息通過二維碼直接傳送給生產(chǎn)廠家，幫助廠家進(jìn)行物料采購、模板加工、生產(chǎn)控制、構(gòu)件質(zhì)量控制、庫存和運(yùn)輸?shù)刃畔⒒芾?。在現(xiàn)場對預(yù)制構(gòu)件的監(jiān)管核查，保證預(yù)制構(gòu)件有序、準(zhǔn)確進(jìn)入施工場地。

項(xiàng)目采用了工業(yè)化內(nèi)裝的手段，設(shè)計(jì)了集成式的廚房和衛(wèi)浴。通過BIM模型對吊頂空間、地面空間、墻面夾層等進(jìn)行模型深化，確保模塊化的衛(wèi)浴、廚房在生產(chǎn)加工過程中不出現(xiàn)設(shè)計(jì)問題。通過完善了墻面、地面、天花板等材質(zhì)和效果，對裝修模型進(jìn)行渲染并可用于VR可視化展示。

(b)構(gòu)件信息錄入

(c)單一構(gòu)件(飄窗)出量清單

(d)出具預(yù)制裝配率

(e)構(gòu)件跟蹤和構(gòu)件現(xiàn)場管理圖6 BIM與裝配式建筑的應(yīng)用

(a)一體化衛(wèi)浴、廚房的BIM深化模型

(b)裝修BIM模型(VR體驗(yàn)?zāi)Ｐ?圖7 BIM與集成式衛(wèi)浴、廚房、裝修的應(yīng)用

圖8 BIM與機(jī)電豎向分離技術(shù)

圖9 GRC構(gòu)件模型和實(shí)體

3.3 百年住宅與BIM創(chuàng)新設(shè)計(jì)

項(xiàng)目三號(3#)樓是新一代百年住宅的示范項(xiàng)目，獲得包括綠色三星標(biāo)識、健康三星標(biāo)識等多項(xiàng)標(biāo)識和專利。項(xiàng)目預(yù)制裝配率超過80%，采用鋼結(jié)構(gòu)+混凝土核心筒結(jié)構(gòu)體系，致力于建設(shè)新時代2.0建筑。3#樓包含了大量的設(shè)計(jì)創(chuàng)新點(diǎn)，例如：可變建造技術(shù)、豎向機(jī)電分離技術(shù)(智慧樹理念)、高效節(jié)能綠色技術(shù)、預(yù)制外掛墻板技術(shù)、智慧建造技術(shù)等。BIM串聯(lián)多個專項(xiàng)應(yīng)用，為項(xiàng)目技術(shù)創(chuàng)新提供有力支持。

(1)BIM與機(jī)電豎向分離技術(shù)

項(xiàng)目在設(shè)計(jì)創(chuàng)新的過程中，結(jié)合智慧樹的理念，將豎向機(jī)電管線集中在兩個核心筒內(nèi)，再延生至各樓層。這打破了傳統(tǒng)機(jī)電管線設(shè)計(jì)的思維，機(jī)電管線的排布也變得更加復(fù)雜，且需要多個專業(yè)的配合和調(diào)整。通過整合豎向核心筒的BIM機(jī)電模型，給出整體的空間優(yōu)化建議。

(2)BIM與預(yù)制GRC幕墻

3#樓項(xiàng)目集成了被動式設(shè)計(jì)和工業(yè)化預(yù)制裝配技術(shù)，建立了標(biāo)準(zhǔn)化GRC模塊構(gòu)件+玻璃幕墻立面系統(tǒng)。BIM模型從基本構(gòu)件到構(gòu)件的組合和復(fù)制，將整合的整體GRC模塊構(gòu)件模型應(yīng)用于遮陽分析和構(gòu)件設(shè)計(jì)優(yōu)化。優(yōu)化后，南向的GRC構(gòu)件實(shí)現(xiàn)了水平和垂直綜合遮陽，減少夏季輻射40%，窗戶可開啟率達(dá)到35%以上； 構(gòu)件中間高性能太陽光伏板可支持整棟樓一到六層的全部用電，實(shí)現(xiàn)節(jié)能綠色的目標(biāo)。

(3)BIM與預(yù)制外掛墻板技術(shù)

(a)預(yù)制外掛槍版的拆分

(b)預(yù)制外掛墻板模型用于結(jié)構(gòu)受力分析

(c)BIM模型節(jié)點(diǎn)的剖切和出圖圖10 BIM與預(yù)制外掛墻板的應(yīng)用結(jié)合

預(yù)制混凝土外掛墻板具有施工速度快、質(zhì)量好、維修成本低、具備建筑外墻獨(dú)特表現(xiàn)力等優(yōu)點(diǎn)。在3#項(xiàng)目中，立面設(shè)計(jì)整體目標(biāo)以標(biāo)準(zhǔn)化為基礎(chǔ)，遵循模數(shù)協(xié)調(diào)的要求，采用模塊化的設(shè)計(jì)方法，按“少規(guī)格多組合”的原則，實(shí)現(xiàn)“現(xiàn)代化和工業(yè)化”。通過先對單層模型進(jìn)行拆分，輔助設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)“多組合的標(biāo)準(zhǔn)化”，搭建預(yù)制外掛墻板的BIM深化模型，給出局部的剖切圖。

3.4 BIM應(yīng)用助力施工創(chuàng)新

(1)BIM平臺應(yīng)用提高施工管理水平

(a)現(xiàn)場進(jìn)度與模型比對

(b)質(zhì)量問題核查

(c)生產(chǎn)任務(wù)管理圖11 基于BIM5D平臺的施工管理

施工階段參與方較多，紙質(zhì)文檔、二維圖紙作為產(chǎn)業(yè)鏈成員之間信息溝通的載體，其弊端也越來越明顯。應(yīng)用協(xié)同平臺和BIM5D施工管理平臺，幫助施工管理在施工過程中實(shí)時收集信息、修正信息、分析信息、應(yīng)用信息，有效地實(shí)施現(xiàn)場管理、生產(chǎn)任務(wù)管理、構(gòu)件跟蹤管理、整體進(jìn)度管理、質(zhì)量安全把控等，提升整體施工管理水平，保證項(xiàng)目的有序推進(jìn)。

(2)虛擬建造提高施工質(zhì)量

設(shè)計(jì)階段施工方早期的介入，保證了BIM模型在施工圖交付階段符合現(xiàn)場施工和安裝的基本要求。通過細(xì)化模型，構(gòu)建項(xiàng)目施工階段支撐模型、鋁模板模型、木模版模型、構(gòu)件堆場模型、二次排磚模型等，來指導(dǎo)整個施工，為施工質(zhì)量提供保障。

(a)木模版模擬指導(dǎo)施工

(b)鋁模版模擬指導(dǎo)施工

(c)構(gòu)件支撐指導(dǎo)施工

(d)二次排磚模型圖12 部分施工BIM模型指導(dǎo)施工現(xiàn)場

(3)可視化技術(shù)輔助施工

BIM技術(shù)具備可視化、模擬性的優(yōu)勢。項(xiàng)目為方便施工管理，解決預(yù)制構(gòu)件多、工期緊張等難點(diǎn)，通過場地模擬，裝配式構(gòu)件的吊裝安裝模擬，項(xiàng)目進(jìn)度的整體模擬等，實(shí)現(xiàn)了動態(tài)可視化展示，幫助項(xiàng)目管理團(tuán)隊(duì)管理和決策。

(a)場布模擬(場地和臨建)

(b)吊裝模擬和進(jìn)度模擬圖13 可視化指導(dǎo)施工

4 BIM應(yīng)用效果

(1)全過程一體化管控：BIM+EPC模式的應(yīng)用，是幫助BIM落地的有益實(shí)踐。全過程BIM平臺的應(yīng)用，是項(xiàng)目管理的有效工具。對比常規(guī)分階段、多BIM模型參與方的BIM的應(yīng)用，由一個團(tuán)隊(duì)完成BIM全過程模型、平臺管理和現(xiàn)場服務(wù)更具優(yōu)勢，也讓BIM應(yīng)用更加務(wù)實(shí)落地。同時，這也對BIM實(shí)施方提出了更高的要求，是對BIM團(tuán)隊(duì)能力和人力資源的考驗(yàn)。高頻率、高時效的BIM模型修改，才能做到平行設(shè)計(jì)，緊跟施工進(jìn)度，實(shí)現(xiàn)更大的BIM應(yīng)用價值。

(2)標(biāo)準(zhǔn)化管理：項(xiàng)目初期的應(yīng)用目標(biāo)，就決定了項(xiàng)目從管理標(biāo)準(zhǔn)化和模型標(biāo)準(zhǔn)化兩個維度入手，提升項(xiàng)目的管理成效。統(tǒng)一協(xié)同管理平臺和施工管理平臺，保障數(shù)據(jù)的統(tǒng)一性。參考國標(biāo)體系，建設(shè)項(xiàng)目級的BIM模型標(biāo)準(zhǔn)、族庫標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)施于全過程BIM模型，保證項(xiàng)目各階段模型、預(yù)制構(gòu)件模型、竣工交付模型的統(tǒng)一性； 項(xiàng)目級的BIM模型樣板，幫助BIM出圖、工程量清單等成果標(biāo)準(zhǔn)化輸出。一系列標(biāo)準(zhǔn)化的措施，讓項(xiàng)目管理的過程有了追溯的根據(jù)，讓項(xiàng)目的數(shù)字化交付具備統(tǒng)一性并可在運(yùn)維端沿用。

(3)以點(diǎn)帶面，多點(diǎn)應(yīng)用：重點(diǎn)項(xiàng)目的建造過程中，專項(xiàng)應(yīng)用和創(chuàng)新較多，但是多數(shù)專項(xiàng)應(yīng)用相對獨(dú)立。在和其他設(shè)計(jì)專業(yè)、專項(xiàng)應(yīng)用配合過程中，協(xié)同工作往往會遇到困難和瓶頸。在本項(xiàng)目3#樓的設(shè)計(jì)創(chuàng)新過程中，BIM將各設(shè)計(jì)創(chuàng)新點(diǎn)進(jìn)行了整合，多項(xiàng)應(yīng)用可以基于BIM模型進(jìn)行直接的計(jì)算分析和設(shè)計(jì)優(yōu)化，大大提高了設(shè)計(jì)效率和設(shè)計(jì)成果質(zhì)量，打破了各專業(yè)、專項(xiàng)應(yīng)用的壁壘，形成了以點(diǎn)帶面的效果。

5 結(jié)語

南京江北新區(qū)人才公寓(一號地塊)項(xiàng)目是長江都市對EPC管理項(xiàng)目的研究和探索，BIM全過程的應(yīng)用，成為了串聯(lián)眾多參與團(tuán)隊(duì)的抓手。BIM平臺、模型提供了開放、共享的環(huán)境，解決了各設(shè)計(jì)專業(yè)部門、EPC項(xiàng)目管理部、綠色、裝配、智慧、景觀等專項(xiàng)部門、施工參與方及分包方、監(jiān)理方、采購方等各方共同工作的問題。面對困難和挑戰(zhàn)，各方共同討論，共同解決，共同應(yīng)對，為后續(xù)的EPC+BIM的管理項(xiàng)目提供寶貴的經(jīng)驗(yàn)。