王 鵲 曹 樂(lè) 魯相宜 郝學(xué)潮 張 凱 劉 璐 劉昆鵬 曹 勝 唐開(kāi)春

(1.中國(guó)建筑科學(xué)研究院有限公司，北京 100013； 2.北京文化置業(yè)有限公司，北京 100031)

引言

BIM技術(shù)是一種基于三維數(shù)字技術(shù)將項(xiàng)目全生命周期內(nèi)的各種數(shù)字信息加以整合并對(duì)其進(jìn)行有效管理的新興技術(shù)手段，是一種應(yīng)用于工程設(shè)計(jì)建造管理的數(shù)據(jù)化工具。近年來(lái)，BIM技術(shù)貫穿于項(xiàng)目策劃、建造到后期運(yùn)營(yíng)維護(hù)等項(xiàng)目的全生命周期內(nèi)對(duì)建筑信息進(jìn)行收集、整合、分享和傳遞，為參建各方良好的協(xié)同合作打下基礎(chǔ)，提高工作效率，節(jié)約建造和管理成本[1-3]。

通州區(qū)宋莊鎮(zhèn)0301-1201地塊F3其他多功能用地項(xiàng)目作為北京市的副中心通州區(qū)文化創(chuàng)新建設(shè)的重要組成部分，以BIM協(xié)同管理平臺(tái)為依托，在項(xiàng)目建造的設(shè)計(jì)—施工階段全員全專(zhuān)業(yè)參與，利用BIM技術(shù)對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行管理和優(yōu)化。本文主要講述BIM技術(shù)在宋莊文化中心項(xiàng)目設(shè)計(jì)階段的BIM數(shù)據(jù)協(xié)同應(yīng)用。

1 項(xiàng)目概況

北京市通州區(qū)宋莊鎮(zhèn)0301-1201地塊F3其他多功能用地項(xiàng)目位于北京市通州區(qū)宋莊鎮(zhèn)，緊鄰宋莊文化聚集區(qū)中心街，周邊藝術(shù)人才聚集，區(qū)位優(yōu)勢(shì)明顯，輻射“首都城市圈”和“京津冀都市圈”。本項(xiàng)目旨在打造包含文藝創(chuàng)作與展示、文藝交流鑒賞、文創(chuàng)用品交易、會(huì)客休憩等多種功能的國(guó)際化的藝術(shù)聚集區(qū)。

圖1 項(xiàng)目效果圖

本項(xiàng)目規(guī)劃總用地面積為13.7萬(wàn)m2，其中建設(shè)用地面積約為6.6萬(wàn)m2，總建筑面積約25.9萬(wàn)m2，包含七棟塔樓。其中1、2#塔樓為文創(chuàng)藝術(shù)辦公樓，地上建筑4層； 3#塔樓為藝術(shù)創(chuàng)意辦公樓，地上建筑12至14層； 4、5、6#塔樓為文創(chuàng)傳媒辦公室，地上建筑5層； 7#塔樓為文創(chuàng)總部辦公樓，地上建筑14層； 地下車(chē)庫(kù)和主要設(shè)備機(jī)房布置在地下二、三層。

2 項(xiàng)目特點(diǎn)與難點(diǎn)

本項(xiàng)目工程體量大，地下室建筑面積約9萬(wàn)m2，其中地下二層與地下三層為機(jī)動(dòng)車(chē)庫(kù)，地下一層與地上的七個(gè)獨(dú)立塔樓分別連成一體。導(dǎo)致地下一層結(jié)構(gòu)存在多處錯(cuò)層，施工難度大，投入成本高。

本項(xiàng)目地下室單層面積大，地上部分塔樓數(shù)量多。機(jī)電管線在水平方向和垂直方向涉及面積廣，布置復(fù)雜。尤其是在地下室結(jié)構(gòu)和各塔樓的頂層，管線布置與綜合優(yōu)化難度大。

本項(xiàng)目從設(shè)計(jì)階段到施工及后期運(yùn)營(yíng)階段涉及的參與方眾多，海量的建筑信息在各方之間傳遞過(guò)程中容易發(fā)生信息碎片化和關(guān)鍵信息的缺失。合理的收集、整合、傳遞和保存建筑信息，提高各參建方之間的協(xié)同合作效率和處理突發(fā)危機(jī)時(shí)的能力也是本項(xiàng)目的難點(diǎn)之一。

3 BIM的工作目標(biāo)

針對(duì)本項(xiàng)目自身的特點(diǎn)與難點(diǎn)，結(jié)合BIM技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，BIM工作目標(biāo)主要有以下幾點(diǎn)：

(1)優(yōu)化設(shè)計(jì)，規(guī)避返工

利用BIM技術(shù)的可視化等應(yīng)用特點(diǎn)，在設(shè)計(jì)階段將各專(zhuān)業(yè)二維設(shè)計(jì)圖紙搭建成BIM模型，建模完成后將所有模型梳理整合進(jìn)行審核優(yōu)化專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)間不交圈的問(wèn)題，提前解決，以減少設(shè)計(jì)變更、節(jié)約成本、提高建筑品質(zhì)。

(2)施工圖階段的設(shè)計(jì)交底

通過(guò)搭建項(xiàng)目專(zhuān)屬的的BIM協(xié)同工作平臺(tái)，賦予不同參建方不同的專(zhuān)業(yè)權(quán)限，實(shí)現(xiàn)三維技術(shù)施工云交底及線上協(xié)同溝通，更加真實(shí)地展示待建構(gòu)件的技術(shù)做法，提高各方溝通效率，為在突發(fā)情況下項(xiàng)目的有效運(yùn)轉(zhuǎn)提供保障。

(3)探索創(chuàng)新

通州區(qū)作為北京市的城市副中心，也是北京智慧城市的試點(diǎn)區(qū)域。利用BIM技術(shù)打造智慧工地也是本項(xiàng)目實(shí)施目標(biāo)之一。除此之外，為業(yè)主方培養(yǎng)BIM 管理人才，為項(xiàng)目后期維護(hù)和其他項(xiàng)目的開(kāi)展存儲(chǔ)后備力量也是本項(xiàng)目期待達(dá)到的目標(biāo)。

4 BIM工作流程

圖2展示了BIM在設(shè)計(jì)階段的工作流程，主要參與方有設(shè)計(jì)單位、BIM咨詢單位和業(yè)主單位等，主要流程如下：

首先設(shè)計(jì)單位向BIM咨詢單位提交設(shè)計(jì)圖紙，BIM咨詢單位根據(jù)已收到圖紙搭建各專(zhuān)業(yè)模型，優(yōu)化審核設(shè)計(jì)圖紙，并且反饋各專(zhuān)業(yè)圖紙審核報(bào)告、機(jī)電專(zhuān)業(yè)碰撞報(bào)告、機(jī)電管線綜合優(yōu)化報(bào)告等到設(shè)計(jì)院，設(shè)計(jì)院依據(jù)反饋報(bào)告修改圖紙。經(jīng)過(guò)多次上述流程優(yōu)化設(shè)計(jì)圖紙、更新BIM模型，并上傳至協(xié)同工作平臺(tái)上供業(yè)主單位查閱審核模型，如果發(fā)現(xiàn)問(wèn)題再返回上述流程進(jìn)行修改，無(wú)需要修改的地方直接將BIM模型移交給總承包單位以供參考。

圖2 BIM設(shè)計(jì)階段工作流程

5 BIM的專(zhuān)業(yè)化應(yīng)用

5.1 BIM模型的搭建

根據(jù)本項(xiàng)目的特點(diǎn)，制定項(xiàng)目BIM實(shí)施策劃及建模應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)創(chuàng)建本項(xiàng)目各專(zhuān)業(yè)的BIM模型樣板文件和參數(shù)化構(gòu)件族庫(kù)。根據(jù)設(shè)計(jì)院提供的圖紙資料，利用BIM 建模軟件建立建筑、結(jié)構(gòu)和機(jī)電專(zhuān)業(yè)模型。

圖3 建筑模型展示

圖4 結(jié)構(gòu)模型展示

5.2 設(shè)計(jì)圖紙審核

在各專(zhuān)業(yè)建模過(guò)程中記錄總結(jié)各專(zhuān)業(yè)圖紙錯(cuò)漏碰缺問(wèn)題，在建模完成后通過(guò)對(duì)各專(zhuān)業(yè)模型整合以對(duì)設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行審核，發(fā)現(xiàn)專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)間不交圈問(wèn)題以及專(zhuān)業(yè)之間的沖突，制作各專(zhuān)業(yè)圖紙審核報(bào)告反饋于設(shè)計(jì)單位，輔助設(shè)計(jì)單位進(jìn)行施工圖優(yōu)化； 提高各專(zhuān)業(yè)間的溝通效率，減少后期施工階段的設(shè)計(jì)變更，優(yōu)化設(shè)計(jì)流程[9]。

利用BIM軟件的檢測(cè)功能和專(zhuān)業(yè)工程師復(fù)核對(duì)項(xiàng)目整體BIM模型各專(zhuān)業(yè)之間進(jìn)行檢測(cè)，主要包括：

(1)檢查建筑、結(jié)構(gòu)專(zhuān)業(yè)間是否存在沖突;

(2)檢查機(jī)電專(zhuān)業(yè)間是否存在沖突;

(3)檢查機(jī)電專(zhuān)業(yè)與其他專(zhuān)業(yè)之間的沖突;

(4)檢查各專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)不合理位置和不合理構(gòu)件;

(5)檢查結(jié)構(gòu)、建筑構(gòu)件套管預(yù)留預(yù)埋位置的合理性。

在本項(xiàng)目中利用BIM技術(shù)共出具建筑和結(jié)構(gòu)專(zhuān)業(yè)審核報(bào)告5份，解決問(wèn)題點(diǎn)103個(gè)； 解決機(jī)電碰撞點(diǎn)700余個(gè)，極大地提高了工作效率，為后期施工階段節(jié)約了時(shí)間成本。

圖6-7為BIM技術(shù)在項(xiàng)目設(shè)計(jì)階段圖紙審核的典型應(yīng)用。

圖6 設(shè)計(jì)圖紙審核展示

圖7 設(shè)計(jì)圖紙審核展示

5.3 管線綜合優(yōu)化

本項(xiàng)目機(jī)電專(zhuān)業(yè)管線復(fù)雜，地下車(chē)庫(kù)面積大、機(jī)房多，主干管道通過(guò)地下車(chē)庫(kù)區(qū)域通往各個(gè)塔樓，管道密集且交叉情況嚴(yán)重； 作為藝術(shù)中心對(duì)于溫度濕度要求嚴(yán)格，設(shè)備機(jī)房的布置也尤為重要。BIM模型建立完成后，由各專(zhuān)業(yè)工程師出具相應(yīng)的碰撞報(bào)告、凈高分析報(bào)告和管線綜合優(yōu)化報(bào)告提交給設(shè)計(jì)單位。

管線綜合內(nèi)容主要包括[7-8]：

(1)使用BIM技術(shù)在管道優(yōu)化原則的指導(dǎo)下對(duì)各專(zhuān)業(yè)系統(tǒng)的管線進(jìn)行優(yōu)化深化排布，規(guī)避管線間的碰撞，合理提高項(xiàng)目功能使用空間；

(2)提前預(yù)留結(jié)構(gòu)洞口，降低土建專(zhuān)業(yè)和機(jī)電專(zhuān)業(yè)交叉施工時(shí)產(chǎn)生二次破壞的風(fēng)險(xiǎn)；

(3)優(yōu)化地下基礎(chǔ)的位置和相應(yīng)的地磚、墻磚等排布，保證其合理美觀；

(4)對(duì)重點(diǎn)區(qū)域進(jìn)行凈高分析，通過(guò)對(duì)不滿足凈高要求區(qū)域的各專(zhuān)業(yè)間管線進(jìn)行綜合排布，優(yōu)化凈高以滿足使用需求，達(dá)到該區(qū)域的使用空間最大化；

此外，填筑粘土前先將砼表面打掃干凈，涂上3～5 mm的一層泥漿（土水比1∶2.5～3.0）并抹平，泥漿濕潤(rùn)后及時(shí)填筑粘性摻灰土，所有砼表面填筑1.5 m厚的粘性摻灰土。各區(qū)及結(jié)合部位（含兩岸岸邊）的填筑及碾壓根據(jù)本工程的特點(diǎn)及要求，采用“先砂后土，土砂平起、跨縫碾壓”法施工。

(5)地下室管線密集、設(shè)備機(jī)房管徑大且排布復(fù)雜，管底高度相對(duì)較低，利用BIM 技術(shù)在地下室及設(shè)備機(jī)房進(jìn)行優(yōu)化，同時(shí)進(jìn)行行車(chē)路線模擬，以保證地下車(chē)庫(kù)的正常使用。

圖8 重點(diǎn)區(qū)域管線優(yōu)化展示

圖9 重點(diǎn)區(qū)域管線優(yōu)化展示

5.4 專(zhuān)項(xiàng)深化設(shè)計(jì)

利用BIM技術(shù)對(duì)項(xiàng)目中較為復(fù)雜的、二維圖紙表達(dá)欠缺的構(gòu)件1∶1建立構(gòu)件BIM模型并輔助設(shè)計(jì)單位對(duì)其進(jìn)行專(zhuān)項(xiàng)深化，提交相應(yīng)的BIM 模型和各種尺寸信息表達(dá)完整的大樣圖紙。主要包括有：

(1)各塔樓屋頂造型各異，均不是由常規(guī)線條組成的模型，部分詳細(xì)尺寸無(wú)法確認(rèn)，在已經(jīng)建立好的屋頂構(gòu)件模型使用軟件出圖技術(shù)生成可直接用于施工的大樣圖紙；

(2)各塔樓垂直方向的樓梯布置層數(shù)多，各層標(biāo)高不一致，通過(guò)BIM可視化對(duì)樓梯的布置合理性進(jìn)行檢查，輔助設(shè)計(jì)單位深化樓梯設(shè)計(jì)；

(3)對(duì)專(zhuān)項(xiàng)的施工工藝及節(jié)點(diǎn)進(jìn)行深化設(shè)計(jì)。

6 BIM數(shù)據(jù)協(xié)同應(yīng)用

6.1 BIM圖文檔管理

在項(xiàng)目進(jìn)行過(guò)程中由于更新優(yōu)化會(huì)產(chǎn)生多版BIM 模型，平臺(tái)根據(jù)上傳模型時(shí)間自動(dòng)排布版本，可以實(shí)現(xiàn)版本溯源管理，同時(shí)在項(xiàng)目進(jìn)行過(guò)程中產(chǎn)生的所有圖紙、審核報(bào)告、碰撞報(bào)告、優(yōu)化建議報(bào)告分批次上傳，關(guān)聯(lián)各版本模型。在BIM協(xié)同平臺(tái)上，各參建方可以根據(jù)自己所被授權(quán)的權(quán)限對(duì)BIM模型及所有相關(guān)項(xiàng)目資料進(jìn)行上傳、管理、變更、維護(hù)、查看、審批，對(duì)項(xiàng)目的進(jìn)展有實(shí)時(shí)和直觀的了解。

圖10 BIM協(xié)同管理平臺(tái)展示

6.2 協(xié)同管理

項(xiàng)目參建方眾多，如果單純靠線下會(huì)議和線上微信群溝通等方式無(wú)法將相關(guān)工作留痕管理，容易造成各參與方遇事推卸責(zé)任及工作效率低。利用BIM 平臺(tái)的協(xié)同管理功能，各參建方可隨時(shí)查看權(quán)限內(nèi)的線上文檔，對(duì)文檔審核批注，及時(shí)上傳意見(jiàn)報(bào)告，進(jìn)行線上會(huì)議等以做到對(duì)項(xiàng)目的責(zé)任歸屬明確和高效、有痕管理。

圖11 BIM協(xié)同管理平臺(tái)展示

6.3 輕量化應(yīng)用

項(xiàng)目體量大，模型文件大，為了便于非BIM專(zhuān)業(yè)的各參建方對(duì)BIM模型的瀏覽、查詢、審核、批注和模型內(nèi)漫游等功能訴求，將BIM模型進(jìn)行輕量化處理上傳至BIM平臺(tái)上，便于各參建方在未安裝BIM專(zhuān)業(yè)軟件的情況下也能在Web端及移動(dòng)端瀏覽查看。

圖12 BIM協(xié)同管理平臺(tái)展示

7 BIM效益分析

不同于傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)流程，本項(xiàng)目利用BIM技術(shù)輔助的設(shè)計(jì)流程，在前期初步設(shè)計(jì)階段，通過(guò)建立的全專(zhuān)業(yè)BIM模型將待建項(xiàng)目的數(shù)據(jù)信息具體化和可視化，豐富設(shè)計(jì)理念，優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。利用BIM平臺(tái)在設(shè)計(jì)和施工階段的精細(xì)化管理，節(jié)約了建設(shè)成本，減少了施工階段的設(shè)計(jì)變更，有效規(guī)避了施工、返工等風(fēng)險(xiǎn)，保證施工的準(zhǔn)確性。

通過(guò)BIM 協(xié)同管理平臺(tái)，促進(jìn)了各參建方對(duì)于本項(xiàng)目的參與熱情和溝通效率，提高了項(xiàng)目的管理效率和處理突發(fā)危機(jī)的能力，為項(xiàng)目在其全生命周期內(nèi)有序高效、安全高質(zhì)量的完成打下了良好的基礎(chǔ)[4-6]。

8 結(jié)語(yǔ)

宋莊鎮(zhèn)0301-1201地塊F3其他多功能用地項(xiàng)目在設(shè)計(jì)階段的BIM技術(shù)綜合應(yīng)用最大限度地優(yōu)化了設(shè)計(jì)方案，為工程建設(shè)項(xiàng)目提供了有效地綜合解決方案，大大節(jié)省了成本和時(shí)間成本。利用BIM協(xié)同管理平臺(tái)達(dá)到各專(zhuān)業(yè)各部門(mén)之間的信息互享、有效協(xié)同，為未來(lái)的工程建設(shè)項(xiàng)目提供了寶貴的成功經(jīng)驗(yàn)。

BIM技術(shù)將利用其強(qiáng)大的功能和清晰的表現(xiàn)手法繼續(xù)服務(wù)于本項(xiàng)目的全生命周期的其他階段，如何把設(shè)計(jì)階段的BIM模型轉(zhuǎn)化為可以用于指導(dǎo)施工和維護(hù)項(xiàng)目后期運(yùn)維的施工階段模型以及后期配合智慧建筑運(yùn)維階段的BIM模型是我們下一階段的主要工作內(nèi)容。