史偉民1 徐兆穎1 何季昆1 明艷麗 李醒春
(1.深圳市建筑工務(wù)署,深圳 518006; 2.上海市地下空間設(shè)計研究總院有限公司,上海 200020)
深圳市醫(yī)療器械檢測和生物醫(yī)藥安全評價中心建設(shè)項(xiàng)目,位于深圳市南山區(qū)科技園中區(qū)藥檢院內(nèi),北環(huán)大道和深南中路之間,周邊是以醫(yī)療器械和生物研發(fā)為主的產(chǎn)業(yè)園。新建大樓總建筑面積約4.8萬m2、總建筑高度94.8m,建筑層數(shù)為地上19層,地下3層。
本項(xiàng)目集醫(yī)療器械檢測、GLP安全性評價、微生物檢測、?;纠頇z測及實(shí)驗(yàn)動物用房等各類功能復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)室為一體,垂直分布在一棟建筑中,是為科學(xué)檢測與研究提供的一種特殊實(shí)驗(yàn)場所,在全國乃至全球范圍都尚屬首例。
圖1 項(xiàng)目效果圖
圖2 項(xiàng)目場地現(xiàn)狀
本項(xiàng)目將各類型實(shí)驗(yàn)室以及實(shí)驗(yàn)動物用房均集中放置在同一座建筑中,是目前全國藥檢系統(tǒng)中規(guī)模最大、工藝最復(fù)雜、涉及使用領(lǐng)域最廣的專業(yè)高層實(shí)驗(yàn)大樓,項(xiàng)目在建設(shè)過程中面臨諸多難點(diǎn),主要體現(xiàn)在以下四方面:
(1)基坑臨近原有建筑。深基坑臨近周圍老建筑,本項(xiàng)目基坑深度達(dá)16.1m,距離無樁基的藥檢一期建筑最近處僅6m;
(2)地下連廊等二次開挖。由于結(jié)構(gòu)設(shè)計的需要,污水處理間和地下室連廊在基坑圍護(hù)之外的負(fù)一層,且與地下室主體結(jié)構(gòu)連為一體,這樣勢必造成二次開挖,帶來深基坑圍護(hù)、咬合樁截樁、褥墊層保護(hù)、施工縫處理、底板防水與地下室墻體防水的閉合等施工難點(diǎn)需要突破。尤其是對唯一進(jìn)場道路的二次開挖與恢復(fù)期間,會造成其他區(qū)域斷料停工;
(3)機(jī)電設(shè)備管線復(fù)雜。根據(jù)綜合科學(xué)實(shí)驗(yàn)樓的需要,項(xiàng)目共設(shè)有8套空調(diào)系統(tǒng)、4套工藝系統(tǒng)、22套電氣系統(tǒng)、13套給排水系統(tǒng),多專業(yè)系統(tǒng)綜合管線復(fù)雜,數(shù)量、種類不同于一般建筑,為保證最終的凈高效果,管線安裝的空間管理難度很大;
(4)專業(yè)分包單位多。由于參與項(xiàng)目建設(shè)的專業(yè)單位多,在項(xiàng)目施工過程中會面臨不同專業(yè)、不同施工隊(duì)伍穿插施工,對施工工藝、施工順序、施工安全和質(zhì)量的協(xié)調(diào)與管理提出很大的挑戰(zhàn)。
針對本項(xiàng)目的特點(diǎn)及難點(diǎn),需要借助先進(jìn)的可視化工具來模擬和論證施工過程,提前發(fā)現(xiàn)并解決施工可能出現(xiàn)的問題,制定相關(guān)的應(yīng)對措施,為項(xiàng)目建設(shè)提供質(zhì)量、安全和進(jìn)度保障。因此,醫(yī)療器械項(xiàng)目組在初期策劃中確立了運(yùn)用BIM技術(shù)貫穿于整個設(shè)計、施工過程直至項(xiàng)目竣工的目標(biāo),為后續(xù)BIM管理體系建設(shè)和BIM實(shí)施工作開展提供有力保障。
基于設(shè)計BIM模型,在符合相關(guān)設(shè)計規(guī)范和施工規(guī)范的前提下,對模型進(jìn)行深化,消除各專業(yè)碰撞及設(shè)計不合理之處,提交審核,通過監(jiān)理單位、設(shè)計單位、咨詢單位審查確認(rèn)后,最終形成深化后的標(biāo)準(zhǔn)模型,并出具滿足施工要求的深化圖紙,指導(dǎo)現(xiàn)場施工。利用設(shè)計、施工階段的 BIM 應(yīng)用保障項(xiàng)目質(zhì)量和進(jìn)度; 建立基于 BIM 模型和平臺的工作模式,管控各參建單位的計劃任務(wù)和督辦事項(xiàng),遠(yuǎn)程、細(xì)粒度、閉環(huán)管理,顯著提升項(xiàng)目組的管控效率; 利用BIM平臺,提高現(xiàn)場質(zhì)量驗(yàn)收的直觀性、合理性; 有效監(jiān)管施工、監(jiān)理的履約情況,促進(jìn)質(zhì)量提升。以項(xiàng)目為依托優(yōu)化深圳市建筑工務(wù)署各項(xiàng)指引、規(guī)范文件,建立基于BIM的管理體系,實(shí)現(xiàn)面向全生命周期的BIM技術(shù)在城市建設(shè)工程中的集成綜合應(yīng)用,為后續(xù)相似工程推進(jìn)BIM技術(shù)應(yīng)用管理提供示范基礎(chǔ)。
為了明確項(xiàng)目BIM實(shí)施各方的職責(zé)和規(guī)范BIM實(shí)施流程,BIM咨詢方綜合深圳市建筑工務(wù)署標(biāo)準(zhǔn)《工程項(xiàng)目BIM普及應(yīng)用指引》及各方意見編制并完善了《BIM總體實(shí)施方案》、《BIM實(shí)施管理制度》、《施工BIM模型創(chuàng)建標(biāo)準(zhǔn)》、《BIM實(shí)施管控細(xì)則》四冊管理文件,從制度及流程上保證了各項(xiàng)BIM工作的進(jìn)度及質(zhì)量。
圖3 《工程項(xiàng)目BIM普及應(yīng)用指引》
2.2.1 BIM總體實(shí)施方案
BIM咨詢方綜合深圳市建筑工務(wù)署標(biāo)準(zhǔn)《工程項(xiàng)目BIM普及應(yīng)用指引》及各方意見編制并完善了《BIM總體實(shí)施方案》,明確工務(wù)署項(xiàng)目BIM實(shí)施統(tǒng)一要求與方案內(nèi)容,為項(xiàng)目BIM實(shí)施工作開展提供指導(dǎo)依據(jù)和保障。
2.2.2 BIM實(shí)施管理制度
為了使各方的BIM工作流程標(biāo)準(zhǔn)化,并明確各實(shí)施方的管理職責(zé),更好地推進(jìn)BIM在施工階段的管理工作,BIM咨詢方根據(jù)項(xiàng)目需求編制了《BIM實(shí)施管理制度》,保證BIM工作有序、合理推進(jìn),提升項(xiàng)目整體效益。
圖4 《BIM總體實(shí)施方案》
圖5 《BIM實(shí)施管理制度》
2.2.3 施工BIM模型創(chuàng)建標(biāo)準(zhǔn)
規(guī)范本項(xiàng)目施工階段的BIM模型創(chuàng)建,形成規(guī)范統(tǒng)一的模型創(chuàng)建要求,提高BIM建筑信息模型的應(yīng)用和質(zhì)量管理,保證模型的有效轉(zhuǎn)遞和使用。
2.2.4 BIM實(shí)施管控細(xì)則
為了明確本項(xiàng)目BIM實(shí)施的具體范圍和內(nèi)容,明確BIM實(shí)施的流程、責(zé)任主體、管理制度及評價機(jī)制,編制了BIM實(shí)施管控細(xì)則。
2.2.5 BIM應(yīng)用點(diǎn)實(shí)施流程
前期確定BIM應(yīng)用實(shí)施框架和管理辦法,利用施工標(biāo)準(zhǔn)模型、施工方案或相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)文件,創(chuàng)建施工BIM應(yīng)用模型。并基于模型開展相關(guān)應(yīng)用點(diǎn)制作; 應(yīng)用點(diǎn)通過內(nèi)部自審后,提交給項(xiàng)目相關(guān)單位進(jìn)行合理性、合規(guī)性、標(biāo)準(zhǔn)化審核; 審核通過后,由施工單位整理并分發(fā)相關(guān)應(yīng)用成果,用于指導(dǎo)或輔助項(xiàng)目施工。
圖6 《施工BIM模型創(chuàng)建標(biāo)準(zhǔn)》
圖7 《BIM實(shí)施管控細(xì)則》
圖8 BIM應(yīng)用點(diǎn)實(shí)施流程
項(xiàng)目BIM實(shí)施團(tuán)隊(duì)由項(xiàng)目組、全過程工程咨詢單位、BIM咨詢單位、設(shè)計單位、施工單位、監(jiān)理單位、造價咨詢單位等各參建單位的BIM團(tuán)隊(duì)共同組成,其組織框架如圖9所示。
圖9 項(xiàng)目BIM實(shí)施組織架構(gòu)
其中,醫(yī)療器械項(xiàng)目組負(fù)責(zé)項(xiàng)目BIM整體策劃和統(tǒng)籌; 項(xiàng)目管理單位負(fù)責(zé)協(xié)助項(xiàng)目組落實(shí)BIM事宜; BIM咨詢單位負(fù)責(zé)BIM實(shí)施組織、協(xié)調(diào)、管理和審核工作; 設(shè)計、施工及相關(guān)參建單位負(fù)責(zé)項(xiàng)目BIM實(shí)施工作。
模型是BIM實(shí)施的基礎(chǔ),為了使 BIM 模型能夠在實(shí)施過程中無障礙的傳遞和共享,在項(xiàng)目前期,規(guī)定項(xiàng)目各參建單位使用同系列和版本的 BIM 軟件,包括:Revit、Navisworks、Rhino、Lumion等BIM軟件,以及工務(wù)署工程管理平臺。硬件采用高性能臺式工作站、移動工作站、無人機(jī)以及移動終端等硬件設(shè)備。
本項(xiàng)目施工階段的《BIM模型創(chuàng)建標(biāo)準(zhǔn)》從模型創(chuàng)建標(biāo)準(zhǔn)、模型命名標(biāo)準(zhǔn)、模型圖形設(shè)色標(biāo)準(zhǔn)、模型拆分原則、模型交付標(biāo)準(zhǔn)等方面進(jìn)行編制,形成規(guī)范統(tǒng)一的模型創(chuàng)建要求,保證模型的有效轉(zhuǎn)遞和使用。為了提高BIM模型的質(zhì)量,在BIM管理文件《BIM實(shí)施管理制度》中對模型的審查機(jī)制做出了統(tǒng)一要求:項(xiàng)目在前期制定建模計劃和模型標(biāo)準(zhǔn),利用設(shè)計模型和圖紙,創(chuàng)建施工深化模型,模型通過內(nèi)部自審后,提交給設(shè)計單位和BIM咨詢單位進(jìn)行合理性、合規(guī)性、標(biāo)準(zhǔn)化審核,審核通過后,BIM咨詢單位組織模型會審會議,由各方共同確認(rèn)模型成果,并在施工前,利用最終的BIM模型成果生成施工深化圖紙,指導(dǎo)現(xiàn)場施工。
圖10 模型會審工作
為提高項(xiàng)目施工質(zhì)量,保障施工進(jìn)度和各項(xiàng)工作的順利開展,本項(xiàng)目利用BIM技術(shù)結(jié)合施工工藝、施工規(guī)范,對各項(xiàng)BIM應(yīng)用進(jìn)行深化和論證,并出具對應(yīng)的實(shí)施成果指導(dǎo)施工。本文將重點(diǎn)從方案論證、質(zhì)量管控、安全管控三個方面進(jìn)行舉例闡述。
3.2.1 基于BIM的方案論證
將所建的三維信息模型導(dǎo)入相關(guān)BIM施工管理軟件, 模擬現(xiàn)場的整個施工過程。通過對施工過程的模擬, 能更好地控制施工進(jìn)度、施工質(zhì)量, 及時發(fā)現(xiàn)施工中隱藏的問題并優(yōu)化施工方案, 極大地節(jié)約了成本, 縮短工期[1]。
(1)土方開挖方案BIM論證
本項(xiàng)目基坑開挖深度16.1m,采用咬合樁+兩道混凝土內(nèi)支撐的支護(hù)形式。施工現(xiàn)場場地狹小,臨近無樁基的藥檢一期建筑最近處僅6m?;娱_挖及內(nèi)支撐施工危險性大,施工組織難度大、技術(shù)難點(diǎn)較多,施工工期緊。
項(xiàng)目在基坑施工階段,根據(jù)基坑特點(diǎn)、施工難點(diǎn)、現(xiàn)場條件及周邊環(huán)境,結(jié)合基坑施工專項(xiàng)方案,通過對基于BIM的基坑開挖流程模擬分析[2],結(jié)合工時工序、施工進(jìn)度計劃、施工方案等內(nèi)容,重點(diǎn)解決了基于開挖機(jī)械、出土量計算的基坑開挖流程模擬及方案優(yōu)化、分層開挖分析[3]、車輛運(yùn)輸方案分析、倒運(yùn)階梯廢除部分垂直運(yùn)土方案可行性論證、內(nèi)支撐梁下小型挖機(jī)干涉分析及挖土方案優(yōu)化、洗車槽位置的合理性分析、坑內(nèi)12m長鋼筋運(yùn)輸方案分析,極大地保證了項(xiàng)目施工進(jìn)度,提高了項(xiàng)目施工質(zhì)量,有效規(guī)避了施工中可能存在的安全風(fēng)險。
圖11 基坑施工模擬流程
(2)施工場地布置BIM論證
本項(xiàng)目的施工場地狹小,周邊與多棟原有建筑相鄰,最近的建筑離基坑距離僅6m,如何緊湊合理地布置施工場地是本項(xiàng)目一大難題。
利用BIM技術(shù),對不同施工階段的場地布置進(jìn)行動態(tài)規(guī)劃,對不同的場布方案進(jìn)行比選,合理規(guī)劃施工現(xiàn)場布局,保證了施工道路的暢通,施工作業(yè)順利進(jìn)行。在施工場地布置時結(jié)合施工進(jìn)度,合理安排材料堆放,減少因?yàn)槎伟徇\(yùn)而產(chǎn)生的費(fèi)用,有效降低施工措施成本[4]。規(guī)避施工過程中可能出現(xiàn)的施工協(xié)調(diào)問題,保障施工計劃的順利實(shí)施。通過合理布置安全文明施工措施,有效地加強(qiáng)施工人員的安全意識,保障了建筑施工的質(zhì)量和安全。
圖12 主體施工階段場地布置
3.2.2 基于BIM的質(zhì)量管控
(1)砌體排磚BIM應(yīng)用
本項(xiàng)目是一棟集實(shí)驗(yàn)室檢測、動物飼養(yǎng)的科學(xué)實(shí)驗(yàn)樓,其每層機(jī)電管綜錯復(fù)雜,且每層因功能需求不同導(dǎo)致建筑格局都不一樣,在建筑墻需要預(yù)留的洞口較多。然而復(fù)雜區(qū)域的砌體排布若不合理又往往會影響周邊墻體的施工,一旦出現(xiàn)問題再來修改勢必會對工期造成影響,甚至?xí)霈F(xiàn)大面積返工的情況。通過BIM管線綜合排布后,確定砌體墻預(yù)留孔洞位置后,優(yōu)化過梁、構(gòu)造柱位置以及砌體排布,減少砌塊種類,減少切割量,降低材料耗損率,提升砌筑觀感和砌筑質(zhì)量[5]。
圖13 砌體預(yù)留洞口
(2)基于BIM的施工指導(dǎo)
本項(xiàng)目專業(yè)分包多,施工作業(yè)交叉面廣,工序穿插困難,總承包管理難度大,利用BIM技術(shù),將建筑、結(jié)構(gòu)、水暖電系統(tǒng)、純水軟水系統(tǒng)、實(shí)驗(yàn)室空調(diào)及廢氣等系統(tǒng)進(jìn)行整合,并建立綜合支吊架、抗震支吊架模型,綜合分析支吊架對機(jī)電模型的影響,形成完整的模型體系。生成碰撞檢測報告,調(diào)整并優(yōu)化模型,完成深化設(shè)計。經(jīng)深化設(shè)計后的各系統(tǒng)管線走向合理,各功能設(shè)備用房布局美觀, 滿足相關(guān)規(guī)范及現(xiàn)場施工要求[6]。
在機(jī)電管線安裝施工前,根據(jù)優(yōu)化后的BIM機(jī)電深化模型,輸出各專業(yè)BIM施工圖紙,指導(dǎo)現(xiàn)場施工,減少各專業(yè)溝通成本、提高現(xiàn)場安裝質(zhì)量,加快安裝施工進(jìn)度。
圖14 模型(左)與現(xiàn)場(右)對比
3.2.3 基于BIM的施工現(xiàn)場安全管理[7]
(1)內(nèi)支撐拆除BIM論證
本項(xiàng)目內(nèi)支撐階段難點(diǎn)主要有兩大方面:一方面,項(xiàng)目施工場地狹小,施工場地內(nèi)施工作業(yè)車輛的運(yùn)輸路線、吊車的停放位置受到很大的制約; 另一方面,施工工期緊張,如何才能安全高效地拆除內(nèi)支撐,這對施工管理提出了很大的挑戰(zhàn)。
采用BIM技術(shù)對內(nèi)支撐拆除方案模擬、叉車行駛路徑優(yōu)化、局部高低板處理、核心筒區(qū)域內(nèi)支撐構(gòu)件吊運(yùn)、安全文明施工措施等內(nèi)容進(jìn)行BIM論證,有效保證了內(nèi)支撐拆除過程的安全性和高效性,從而為內(nèi)支撐拆除施工提供有效的依據(jù)和保障。
圖15 局部高低板處理
(2)外腳手架BIM論證
外腳手架方案編制的傳統(tǒng)方式是建立在對CAD圖紙的深入分析、基于二維平面圖紙對外架進(jìn)行設(shè)計、從而輔助方案編制,但傳統(tǒng)方式對于外架的設(shè)計無法直觀地表現(xiàn)出來,對腳手架材料計劃也無法做到精細(xì)化統(tǒng)計管理。利用BIM技術(shù),對主體結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行創(chuàng)建,能更加直觀表現(xiàn)結(jié)構(gòu)形體,而根據(jù)對外架的設(shè)計,通過對外架精細(xì)化模型搭建,對外架施工進(jìn)行提前模擬,能更直觀地對外架施工方案進(jìn)行優(yōu)化,提前發(fā)現(xiàn)并解決特殊結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)的架體搭設(shè),保證了架體的安全性、美觀度。
圖16 外腳手架圍護(hù)
根據(jù)BIM深化出圖的懸挑工字鋼及連墻件[8]定位圖,指導(dǎo)現(xiàn)場預(yù)埋,通過精細(xì)化模型準(zhǔn)確控制周轉(zhuǎn)材料使用量,減少了材料浪費(fèi)現(xiàn)象,從而降低了材料成本,在保證施工材料足夠的情況下最大程度地緩解了現(xiàn)場材料堆放的壓力。對腳手架安全系統(tǒng)進(jìn)行高度模擬保障,最大程度地降低施工風(fēng)險,提高了施工質(zhì)量與施工效率。
(1)基于BIM的精裝色彩方案應(yīng)用
本項(xiàng)目集實(shí)驗(yàn)室和動物房為一體,傳統(tǒng)的精裝設(shè)計表現(xiàn)形式以效果圖和二維方案圖為主,效果圖僅僅是視覺效果,基本不能利用在二維方案圖中[9],存在圖面比例不準(zhǔn)確、無法查看每個功能區(qū)域色彩搭配的情況。
運(yùn)用BIM技術(shù),建立精裝BIM模型,結(jié)合相關(guān)方對各個樓層裝飾裝修的要求,對墻面、地面、天花、門窗、實(shí)驗(yàn)設(shè)備臺柜、燈具等模型進(jìn)行材質(zhì)、顏色選型。利用BIM技術(shù)的可視化模擬功能,通過第一人稱漫游或VR的方式直觀展示項(xiàng)目每個空間的裝修風(fēng)格、色彩搭配等精裝方案,并邀請項(xiàng)目使用方參與其中,從多角度、全方位地查看項(xiàng)目未來狀態(tài),從而為材質(zhì)、色彩的選定提供決策依據(jù),減少后期因材料選擇、色彩搭配問題而引起的變更、拆改,從而保證項(xiàng)目的工期和品質(zhì)。
圖17 色彩方案確認(rèn)
圖18 BIM模型(左)和實(shí)景(右)
(2)移動端“掃碼看?!睉?yīng)用
由于本項(xiàng)目的特殊性,機(jī)電設(shè)備管線錯綜復(fù)雜,現(xiàn)場施工僅查閱BIM深化圖紙仍無法理清各標(biāo)段、各專業(yè)管線的空間關(guān)系。其次,項(xiàng)目管理人員需實(shí)時對比機(jī)電管線施工情況與模型的吻合度,作為現(xiàn)場施工是否按BIM成果實(shí)施的依據(jù)。為此,項(xiàng)目引入了BIM協(xié)同管理平臺。
利用平臺中的視圖“二維碼”分享功能,將各樓層的全專業(yè)模型分別生成二維碼。經(jīng)排版、印刷后,粘貼在項(xiàng)目各樓層主要出入口處,使用移動端掃碼,即可方便、快捷地查看相應(yīng)樓層的BIM模型。
圖19 樓層二維碼展板
圖20 移動端“掃碼看?!?/p>
BIM技術(shù)應(yīng)用對于經(jīng)濟(jì)成本和時間成本的節(jié)約,主要體現(xiàn)在碰撞檢測、管線優(yōu)化、預(yù)留點(diǎn)位、孔洞復(fù)核、方案論證、精細(xì)化管理等部分,產(chǎn)生了良好的經(jīng)濟(jì)效益。根據(jù)可量化的數(shù)據(jù),經(jīng)過施工總承包單位技術(shù)部門的測算,對本項(xiàng)目做了大致的統(tǒng)計,如表1和表2。
表1 BIM投入費(fèi)用
表2 BIM應(yīng)用產(chǎn)出
從BIM產(chǎn)出和BIM投入費(fèi)用比較,效益分析對比差額為:743.7-216.17=527.53萬元,獲得良好的經(jīng)濟(jì)效益。
建筑信息模型(BIM)作為一項(xiàng)信息化前沿技術(shù),廣泛應(yīng)用于工程建設(shè)領(lǐng)域,有效提升工程項(xiàng)目建設(shè)管理的質(zhì)量和效率,推進(jìn)工程建設(shè)行業(yè)的健康發(fā)展。醫(yī)療器械項(xiàng)目以深圳市建筑工務(wù)署各項(xiàng)指引、規(guī)范文件為基礎(chǔ),結(jié)合項(xiàng)目目標(biāo),建立基于BIM的管理體系,明確項(xiàng)目BIM實(shí)施各方的職責(zé)和規(guī)范BIM實(shí)施流程。在基于BIM的管理體系下,項(xiàng)目通過BIM技術(shù)應(yīng)用,能在施工準(zhǔn)備階段更好地發(fā)現(xiàn)和解決傳統(tǒng)工作模式中不可避免的問題,將工程價值前置,減少施工實(shí)施階段的變更和返工。利用BIM輸出的成果對現(xiàn)場施工進(jìn)行指導(dǎo),有效提高施工生產(chǎn)效率和質(zhì)量,降低溝通協(xié)調(diào)的成本。通過BIM論證和模擬施工,及時發(fā)現(xiàn)施工方案中存在的問題,在需要更改某些施工措施的時候,提供直觀的影響評估數(shù)據(jù),輔助項(xiàng)目管理決策。
醫(yī)療器械項(xiàng)目利用BIM技術(shù)應(yīng)用,為項(xiàng)目高質(zhì)量建設(shè)提供有力保障,實(shí)現(xiàn)面向全生命周期的BIM技術(shù)在城市建設(shè)工程中的集成綜合應(yīng)用,為后續(xù)相似工程推進(jìn)BIM技術(shù)應(yīng)用管理提供示范基礎(chǔ)。