王 族 張子建 王 偉 許 通 馬 捷

(中建科工集團有限公司，深圳 518000)

引言

改革開放四十載，勇闖敢干志不改，在大灣區(qū)與先行示范區(qū)雙區(qū)驅(qū)動下，深圳市啟動公安系統(tǒng)第一個“國內(nèi)領(lǐng)先，國際一流”的第三代指揮中心建設(shè)。項目以“現(xiàn)代化、國際化、規(guī)范化、專業(yè)化”四化警隊發(fā)展思路為理念，利用移動互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)等先進技術(shù)支撐，推動和強化情報與指揮體系融合，建設(shè)具有先進性、科學(xué)性和實用性的指揮中心。本項目建設(shè)完成后，能夠有效提高深圳市公安機關(guān)的治安防控、應(yīng)急處突能力，顯著提升保障公共安全能力[1]，如圖1所示。

圖1 深圳市公安局第三代指揮中心效果圖

1 工程概況

1.1 項目簡介

深圳市公安局第三代指揮中心項目位于深圳市羅湖區(qū)。建筑面積25 752 m2，地上為鋼框架-中心支撐結(jié)構(gòu)，地下室為鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)。地上部分6層，高度52.4 m，地下4層，深度19.5 m。

1.2 風(fēng)險識別

(1)基坑深度大，建筑密集區(qū)環(huán)境復(fù)雜。深基坑達19.5 m，周邊建筑密集，多為天然地基淺基礎(chǔ)，對沉降、地下水控制要求高且地下管線密集； 塔吊受周邊建筑位置制約，運行限位及速率受到嚴(yán)重影響，效率僅為正常情況下的二分之一。

(2)場地狹小，材料運輸困難。本工程身處建筑密集區(qū)，基坑四周緊鄰建構(gòu)筑物，平均距離僅2.5 m，施工場地極其有限； 項目僅有一個出入口，無法形成環(huán)形道路，12 m以上長車無法通過； 車輛主要出入道路需經(jīng)過長度約60 m的單向道路，嚴(yán)重影響施工效率，材料運輸困難。

表1 BIM總體實施路徑

表2 各階段BIM實施目標(biāo)

(3)新舊建筑接駁，防水搭接施工難。東側(cè)為原有建筑，新建指揮中心地下室與原建筑地下室直接連通； 為保證副樓不受施工現(xiàn)場影響，新舊接駁處設(shè)置高達近10 m的鋼板墻，后期拆除困難； 新舊建筑接駁處需預(yù)先破除原有建筑地下室，留設(shè)后澆帶，防水施工工藝復(fù)雜。

(4)大跨度鋼結(jié)構(gòu)施工。地上部分34m多層連續(xù)大跨度鋼桁架施工，最高層高12 m； 立柱、桁架與斜撐等節(jié)點形式多樣，質(zhì)量控制難度大； 現(xiàn)場無構(gòu)件拼裝場地，只能采用塔吊進行原位吊裝，施工效率低下。

1.3 精準(zhǔn)應(yīng)對

1.3.1 提升方法

高效協(xié)同、降低風(fēng)險——第Ⅲ類EPC模式：采用深圳市先行先試新型建管模式，EPC聯(lián)合體從方案階段開始介入，高效率完成報批報建，全過程把控工程設(shè)計、采購、施工，打通設(shè)計與施工壁壘，降低項目整體風(fēng)險。

提高設(shè)計質(zhì)量——BIM正向設(shè)計：項目設(shè)計階段采用模型為主的BIM應(yīng)用模式，先建模后出圖，專業(yè)分包提前介入輔助設(shè)計，提高施工圖紙質(zhì)量。

信息化手段管理——智慧工地應(yīng)用[2]：通過應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)、BIM、仿真、可視化、網(wǎng)絡(luò)通訊等先進技術(shù)應(yīng)用，將施工過程中涉及到的人、機、料、法、環(huán)等要素進行實時、動態(tài)采集，通過智慧化手段保證品質(zhì)、提高效率、保障安全。

1.3.2 探索突破

計劃通過實踐探索實現(xiàn)兩個專項突破：

(1)打破設(shè)計-施工兩套模型問題，真正做到設(shè)計與施工一體化；

(2)解決生產(chǎn)流程和建設(shè)項目組織之間的矛盾，讓信息化手段真正創(chuàng)效。

2 整體策劃

2.1 實施路徑

項目BIM實施采取“六步走”策略[3]，針對每一步制定相應(yīng)措施，確保BIM實施落地(總體實施路徑如表1所示)。

2.2 實施目標(biāo)

各階段BIM實施目標(biāo)[4]如表2所示。

2.3 資源配置

2.3.1 管理模式

項目應(yīng)用EPC+Partnering事項小組管理模式，根據(jù)項目各參建單位人員責(zé)任板塊，將所有人員分為十大事項小組。各小組包含建設(shè)單位、全過程咨詢單位、EPC總承包與專業(yè)分包相應(yīng)責(zé)任人員。此模式下可打破組織壁壘，建立共同愿景，實現(xiàn)團隊間良性競爭。

BIM事項小組由建設(shè)單位、全過程咨詢、EPC總承包、專業(yè)分包BIM負(fù)責(zé)人組成。在項目層面由建設(shè)單位統(tǒng)籌領(lǐng)導(dǎo)，EPC總承包單位牽頭實施，各專業(yè)分包單位進行BIM應(yīng)用落地； 在業(yè)務(wù)層面由各單位技術(shù)部門牽頭，其余部門設(shè)置BIM專員進行配合，真正實現(xiàn)“全員BIM”。

2.3.2 人才賦能

項目采取分層級的培訓(xùn)策略進行人才BIM賦能。通過邀請外部BIM專家進行實操培訓(xùn)及管控培訓(xùn)，達到領(lǐng)導(dǎo)班子懂戰(zhàn)略、懂決策； 技術(shù)人員懂技術(shù)、懂實操； 一線人員懂概念、會查看的全員BIM程度。

2.3.3 軟硬件配置

針對不同BIM應(yīng)用內(nèi)容，項目利用高性能硬件作為基礎(chǔ)，搭配多種專業(yè)BIM軟件落地各項BIM應(yīng)用。項目BIM軟件體系如圖2所示。

圖2 BIM軟件體系

2.3.4 平臺配置

項目應(yīng)用廣聯(lián)達協(xié)筑平臺作為協(xié)同辦公平臺，供各參建人員瀏覽BIM模型。此外，項目自主開發(fā)完成深圳住建局首個“智慧建造”項目端平臺以及集成智能設(shè)備的駕駛艙平臺，實現(xiàn)信息化管理。

2.4 體系建設(shè)

根據(jù)招標(biāo)文件及各類指引要求，制定項目BIM實施導(dǎo)則，包含BIM管理標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、實施流程、建模標(biāo)準(zhǔn)、信息傳遞流程等，為項目BIM實施定標(biāo)準(zhǔn)、定流程、定制度[5]。

3 BIM應(yīng)用

3.1 總體思路

項目BIM應(yīng)用總體思路是以多系統(tǒng)需求推動BIM應(yīng)用，即根據(jù)項目各部門需要針對性開展BIM工作。

3.2 BIM正向設(shè)計

設(shè)計階段從初步設(shè)計開始采用模型為主的BIM應(yīng)用模式[6]，先建模后出圖(圖3)。

圖3 模型為主的BIM應(yīng)用模式

依托BIM實施導(dǎo)則，建立完善的項目樣板，內(nèi)容包含出圖視圖樣板(圖4)、各專業(yè)過濾器樣板(圖5)以及各專業(yè)系統(tǒng)樣板和族樣板，保證設(shè)計完成后模型能夠成功傳遞到施工單位。

圖4 視圖樣板設(shè)置

設(shè)計過程中，設(shè)計院各個專業(yè)采用中心文件、文件鏈接、文件集成結(jié)合的形式進行協(xié)同設(shè)計。全項目共設(shè)置三個中心文件，分別為建筑結(jié)構(gòu)模型、地下機電模型、地上機電模型，各中心文件啟用工作集，專業(yè)設(shè)計師共同使用同一BIM中心文件工作。三個中心文件模型之間通過鏈接的方式進行整合。在模型審查過程中使用Navisworks進行文件集成，便于模型檢查。

設(shè)計階段建模完成后，在Revit原始視圖基礎(chǔ)上，添加設(shè)計圖框、圖例說明、尺寸標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合三維模型視圖，將復(fù)雜節(jié)點導(dǎo)出三維軸側(cè)圖，在滿足施工圖出圖規(guī)范的前提下直接導(dǎo)出圖紙，圖紙整體準(zhǔn)確性、實用性增強(圖6～7為BIM正向設(shè)計導(dǎo)出的各專業(yè)圖紙)。

圖5 過濾器設(shè)置

圖6 建筑專業(yè)圖紙

3.2.1 過程管控方法

設(shè)計與深化建模階段，設(shè)計院或?qū)I(yè)分包每周完成階段模型后，將模型提交BIM事項小組平行審查，建設(shè)單位、全過程咨詢單位、EPC聯(lián)合體、專業(yè)分包利用每周BIM例會對BIM模型從時效性、合規(guī)性、完整性、準(zhǔn)確性、圖模一致性、合理性等角度進行審查(圖8為審查過程中遇到的各類典型問題)，審查過程中發(fā)現(xiàn)的問題以對實際施工影響大小作為標(biāo)準(zhǔn)分為三類并以專業(yè)進行區(qū)分并出具問題報告(圖9)反饋給設(shè)計院進行修改，類別分類如下：

圖7 暖通專業(yè)圖紙

圖8 主要問題類型

圖9 模型審查報告

A類：影響工程構(gòu)造或建成后會影響使用功能的問題；

B類：專業(yè)間有沖突，但現(xiàn)場有空間或余地調(diào)整的問題；

C類：圖紙類問題，比如圖紙不完整，前后矛盾等問題。

EPC總承包單位對于設(shè)計和深化階段進行全過程把控，共解決設(shè)計不合理、專業(yè)協(xié)調(diào)、施工考慮不足、后期運維等方面問題599項，最終保證了設(shè)計與深化階段模型完成度和現(xiàn)場落地性。

3.2.2 輔助設(shè)計驗證

設(shè)計過程中，利用BIM設(shè)計模型，對項目進行風(fēng)、光、熱、聲等物理環(huán)境進行分析模擬(圖10)，分析不同時段建筑物體內(nèi)采光、通風(fēng)和日照等因素，優(yōu)化設(shè)計方案，提升項目品質(zhì)。

圖10 環(huán)境分析報告

運用專業(yè)消防疏散軟件，對建筑BIM模型進行疏散模擬分析，設(shè)置空間分割、疏散人數(shù)、疏散口和疏散樓梯等參數(shù)，驗證消防設(shè)計合規(guī)性。

3.3 設(shè)計—施工一體化

設(shè)計階段專業(yè)分包提前招采，初步設(shè)計結(jié)束后，完成了鋼結(jié)構(gòu)與機電等專業(yè)分包招采，施工圖設(shè)計過程中專業(yè)分包深化人員進駐設(shè)計院，利用BIM模型與設(shè)計師溝通，在完成全專業(yè)的BIM正向設(shè)計出圖的同時，由于標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一與過程緊密配合，設(shè)計模型完美傳承到施工單位。施工圖階段同步完成了鋼結(jié)構(gòu)與機電深化設(shè)計(圖11-12分別為鋼結(jié)構(gòu)與機電深化模型展示)。

圖11 鋼結(jié)構(gòu)深化整體模型

圖12 機電深化部分模型

(1)鋼結(jié)構(gòu)深化設(shè)計

鋼結(jié)構(gòu)深化過程中考慮設(shè)計合理性、工藝可行性與施工便利性，例如設(shè)計中梁-梁節(jié)點多為雙夾板，但深化過程中多數(shù)大梁接小梁節(jié)點出現(xiàn)桁架隔板阻擋夾板情況(圖13)，項目統(tǒng)一優(yōu)化為單夾板并增加螺栓數(shù)量，既保證了施工便利性，又保證了結(jié)構(gòu)安全性。

圖13 大梁接小梁節(jié)點

地下室鋼混組合結(jié)構(gòu)U型梁(圖14)深化中，內(nèi)部螺栓、隔板設(shè)置及開孔通過TEKLA參數(shù)化設(shè)置，自動生成(圖15)。

圖14 U型梁模型

圖15 U型梁參數(shù)化設(shè)計

(2)機電深化設(shè)計

機電分包單位在施工圖設(shè)計階段與設(shè)計院配合過程中，參與設(shè)計定案與管線綜合排布，從施工和后期檢修兩個方面提出問題，最終保證施工圖完成階段：DN50以上管線零碰撞，提升30%凈高，解決圖紙問題87項，并為后續(xù)機電深化設(shè)計節(jié)省30天時間。

地下機房層管線較多，走廊凈高僅有2.2m，深化前置階段考慮管線安裝空間、支架空間、后期檢修空間與凈高要求，對機電管線進行排布，保證管廊高度滿足設(shè)計要求(圖16-17為管廊優(yōu)化前后對比)。

圖16 管廊優(yōu)化前

圖17 管廊優(yōu)化后

除此之外，還完成了屋面機房、消防泵房深化、制冷機房深化(圖18)及支吊架設(shè)計(圖19)等專項深化。

圖18 制冷機房深化

圖19 支吊架設(shè)計

3.4 預(yù)制加工

3.4.1 鋼結(jié)構(gòu)智能制造

鋼結(jié)構(gòu)深化設(shè)計完成后，出具深化圖紙，最終鋼構(gòu)件由國內(nèi)首條智能制造生產(chǎn)線——中建科工廣東廠加工制作(圖20)，下料、加工、運輸、安裝全程使用BIM跟蹤(圖21)。

圖20 鋼結(jié)構(gòu)智能制造生產(chǎn)線

圖21 鋼構(gòu)件BIM跟蹤

3.4.2 機電設(shè)備機房預(yù)制加工

為彌補現(xiàn)場無拼裝場地的缺陷，機電冷凍與冷卻機房采用基于BIM的預(yù)制化加工(圖22)，成品機房直接運輸?shù)浆F(xiàn)場一天內(nèi)拼裝完成，提高現(xiàn)場機電安裝的精度和品質(zhì)，減少現(xiàn)場施工成本和材料浪費，加快現(xiàn)場施工進度，避免現(xiàn)場材料堆放，降低施工組織的復(fù)雜性，施工垃圾減少60%(圖23)。

圖22 機電BIM預(yù)制加工流程圖

圖23 預(yù)制裝配機房

3.5 現(xiàn)場管理

3.5.1 進度管理

計劃管理[7]使用BIM模型與斑馬夢龍結(jié)合的模式，利用快速算量，在雙代號網(wǎng)絡(luò)圖中加入人材機與產(chǎn)值數(shù)據(jù)，結(jié)合三維圖直觀展示(圖24)，各項工作一目了然。

圖24 BIM結(jié)合雙代號網(wǎng)絡(luò)圖

根據(jù)計劃，各專業(yè)施工前對復(fù)雜方案進行BIM的施工模擬(圖25)，結(jié)合時間與資源投入進行動態(tài)展示。

圖25 方案模擬

每周制作工況進度模型(圖26)，包含本周進度分析與下周進度計劃，并對每周進行場地布置提前預(yù)判，動態(tài)調(diào)整，解決各專業(yè)堆場、運輸問題。

圖26 每周工況進度模型

3.6 技術(shù)應(yīng)用

3.6.1 方案驗證

在大跨度連續(xù)鋼桁架施工中，使用BIM模擬從經(jīng)濟、工期、措施三個方面進行兩個方案比選。

方案一為率先完成鋼結(jié)構(gòu)施工，施工方法為：①每層支撐； ②鋼結(jié)構(gòu)吊裝； ③樓板自上而下澆筑； ④樓板澆筑后胎架卸載，使用胎架94 t，總工期為42天，工期短，但過程中其他專業(yè)無法插入，且措施量大。

圖27 方案一

圖28 方案二

方案二為逐層完成鋼結(jié)構(gòu)施工，施工方法為：①每層樓板澆筑后，胎架拆除； ②兩層胎架周轉(zhuǎn)，使用胎架33 t，總工期為66天，施工期間其他專業(yè)可穿插施工，但施工周期相對較長(方案一、方案二分別如圖27、圖28所示)。

出于經(jīng)濟性考慮，利用有限元分析軟件Midas對于方案二進行施工模擬，建立了29個施工工況，最終出具相應(yīng)受力分析報告，方案具備安全可行性，同時優(yōu)化施工步驟，將鋼管混凝土澆筑與樓板混凝土澆筑同時進行，可壓縮每層施工工期2天，總體工期54天，節(jié)省工期12天。

圖29 結(jié)構(gòu)工況分析報告

最終綜合考慮，選擇方案二，鋼結(jié)構(gòu)施工總體工期54天，部分樓層實現(xiàn)一周一層，縮短結(jié)構(gòu)工期20%,結(jié)構(gòu)工況分析報告如圖29所示。

3.6.2 可視化交底

(1)技術(shù)交底

施工中鋼桁架節(jié)點位置工序復(fù)雜，在交底過程中使用三維模型進行交底[8]，對8道工序詳細(xì)描述(圖30)。

圖30 鋼桁架技術(shù)交底

(2)虛擬樣板

BIM在效果類定版定樣中發(fā)揮了重要作用，通過虛擬樣板制作，一次成優(yōu)率高，避免直接施工帶來的后期反復(fù)修改，例如幕墻虛擬樣板輔助定版定樣(圖31-32)。

圖31 幕墻虛擬樣板BIM模擬

圖32 幕墻實體樣板

為彌補現(xiàn)場場地狹小，無法擺放實體質(zhì)量樣板的不足，制作了BIM虛擬樣板(圖33)，將模型導(dǎo)入到VR設(shè)備中，為管理人員及工人進行實時交底。

(3)工藝圖集

為保障施工質(zhì)量，對重大危險源及質(zhì)量通病常發(fā)節(jié)點，制作BIM施工工藝圖集(圖34)，使規(guī)范要求更加直觀。

4 智慧工地應(yīng)用

項目共上線智慧工地功能20項，其中按政府要求上線基本應(yīng)用7項，拓展應(yīng)用7項，特色亮點應(yīng)用6項，并對接3個智慧工地信息集成平臺。通過各功能模塊的應(yīng)用，為項目部決策層提供準(zhǔn)確及時的數(shù)據(jù)采集、智能的數(shù)據(jù)挖掘和分析及智慧的綜合預(yù)測，呈現(xiàn)項目整體狀態(tài)信息，監(jiān)控項目關(guān)鍵目標(biāo)執(zhí)行情況及預(yù)期情況，為項目完美履約保駕護航(項目智慧工地架構(gòu)如圖35所示)。

圖33 BIM虛擬質(zhì)量樣板

圖34 BIM施工工藝圖集

圖35 智慧工地架構(gòu)

4.1 協(xié)同辦公系統(tǒng)應(yīng)用

應(yīng)用廣聯(lián)達協(xié)筑平臺作為實現(xiàn)項目全員信息化管理的重要手段，此平臺集成文檔管理、任務(wù)管理及BIM模型輕量化查看功能。

4.1.1 文檔管理

項目各參建單位可在文檔功能中查閱、上傳、下載各類文件，減少互相索要文件等問題，提高辦公效率。

項目制定相應(yīng)使用要求，對每個文件夾設(shè)定相關(guān)責(zé)任人并統(tǒng)一分配權(quán)限，由信息化專員每月對協(xié)筑系統(tǒng)進行統(tǒng)一整理，針對文件未更新或任務(wù)未閉合的相關(guān)責(zé)任人員進行通報并限時責(zé)令整改，保證系統(tǒng)內(nèi)文件保持最新。

4.1.2 任務(wù)管理

傳統(tǒng)紙質(zhì)任務(wù)流程審批需逐級傳遞，流程緩慢，遇到文件修改需重復(fù)報審，且相關(guān)審批人員不在場時流程將停滯。使用協(xié)同平臺可平行發(fā)布用印申請、方案審批等任務(wù)流程，加快審批效率。

4.1.3 BIM輕量化應(yīng)用

項目BIM模型可通過上傳至協(xié)同平臺使用手機、筆記本電腦輕量化查看，方便現(xiàn)場人員進行模型漫游、模型測量及模型剖切等操作，為“全員BIM”落地奠定基礎(chǔ)。

4.2 智慧工地平臺應(yīng)用

項目自主開發(fā)智慧工地平臺，集項目各類智慧工地軟硬件數(shù)據(jù)展示[9]。此平臺為深圳市首個與住建局智慧建造APP數(shù)據(jù)互通的智慧工地平臺,首頁、質(zhì)量安全頁分別如圖36-37所示，平臺內(nèi)容展示見表3。

圖36 項目大數(shù)據(jù)展示平臺首頁

圖37 質(zhì)量安全問題展示頁

表3 平臺內(nèi)容展示

4.3 全方位智慧工地

項目投入多種軟硬件與平臺打造“智慧工地”，實現(xiàn)項目全信息化管理[10](項目智慧工地系統(tǒng)功能如表4所示)。

圖38 EPC模式下設(shè)計—施工一體化途徑

表4 智慧工地系統(tǒng)

5 經(jīng)驗總結(jié)

通過本項目BIM技術(shù)運用，結(jié)合項目實際本身，根據(jù)經(jīng)驗得出，EPC模式下BIM正向設(shè)計與專業(yè)分包深化前置結(jié)合是設(shè)計施工一體化的有效途徑(圖38)，如果沒有專業(yè)分包在設(shè)計階段配合，BIM正向設(shè)計的成果將不具備施工意義，如果不是EPC模式，也很難實現(xiàn)分包招采前置。

雖然成果完成良好，但同樣出現(xiàn)整體進度緩慢的問題，主要原因是深化前置配合中，設(shè)計院與專業(yè)分包對待統(tǒng)一問題的角度不同。同時設(shè)計院出圖任務(wù)重、專業(yè)分包現(xiàn)場壓力大、多方審核流程時間長都給深化前置過程造成了阻力。

在以后的深化設(shè)計工作開展中，要明確專業(yè)分包介入時間點，明確各專業(yè)深化成果的內(nèi)容，在審核方面采用信息化手段，平行發(fā)布成果，重點關(guān)注專業(yè)交叉的節(jié)點，提出合理化修改意見。

總體來看，BIM與智慧工地是當(dāng)前推進新型建筑工業(yè)化發(fā)展的重要手段，在未來的項目管理中，要從建設(shè)單位自上而下推動，而后由基層員工落實，必須全員具備信息化意識，并通過長年累月的堅持、重視，積累經(jīng)驗，讓信息化在建筑領(lǐng)域真正落地。