張 健

(中國(guó)鐵建國(guó)際集團(tuán)有限公司，北京 100039)

0 引言

近年來(lái)，BIM技術(shù)在國(guó)內(nèi)外各類大型項(xiàng)目中得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，已逐漸成為改變傳統(tǒng)工程建造模式和項(xiàng)目管理方式最為重要的技術(shù)手段[1]。目前在項(xiàng)目全生命周期內(nèi)，設(shè)計(jì)階段BIM應(yīng)用最為成熟和廣泛，而建模工作是BIM技術(shù)應(yīng)用的基礎(chǔ)與核心，因此在設(shè)計(jì)階段的建模過(guò)程中如何科學(xué)合理地對(duì)模型進(jìn)行命名和劃分成為保證設(shè)計(jì)質(zhì)量和項(xiàng)目全生命周期BIM應(yīng)用效果的關(guān)鍵[2]。

針對(duì)不同類型的項(xiàng)目，模型命名體系和劃分標(biāo)準(zhǔn)可能千差萬(wàn)別[3]。目前，國(guó)內(nèi)外還未就不同類型的項(xiàng)目建立統(tǒng)一的模型劃分體系與命名標(biāo)準(zhǔn)[4]。隨著世界經(jīng)濟(jì)和體育事業(yè)的發(fā)展，大型體育場(chǎng)項(xiàng)目如雨后春筍般應(yīng)運(yùn)而生[5]。卡塔爾世界杯主場(chǎng)館盧賽爾體育場(chǎng)具有項(xiàng)目規(guī)模大、新技術(shù)應(yīng)用多和專業(yè)接口復(fù)雜等特點(diǎn)，因此建模過(guò)程中的模型劃分與命名成為該項(xiàng)目BIM技術(shù)應(yīng)用前需要首先解決的難題。目前我國(guó)缺乏在海外大型體育場(chǎng)項(xiàng)目全生命周期中應(yīng)用BIM技術(shù)的成功經(jīng)驗(yàn)，此類項(xiàng)目的模型命名體系與劃分標(biāo)準(zhǔn)研究幾乎處于空白狀態(tài)，無(wú)先例可循。

1 工程概況

為舉辦2022年世界杯，卡塔爾斥巨資新建或擴(kuò)建了8座體育場(chǎng)，體育場(chǎng)和相關(guān)配套設(shè)施的總投資達(dá)數(shù)百億美元[6]。

盧賽爾體育場(chǎng)為2022年卡塔爾世界杯的主場(chǎng)館，體育場(chǎng)外部主體結(jié)構(gòu)由屋面索網(wǎng)、受壓環(huán)梁和V形鋼結(jié)構(gòu)柱(簡(jiǎn)稱V柱)等組成，內(nèi)部主體結(jié)構(gòu)由現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)以及預(yù)制鋼筋混凝土看臺(tái)等組成。體育場(chǎng)設(shè)計(jì)建設(shè)過(guò)程中需遵守的標(biāo)準(zhǔn)涵蓋英標(biāo)、美標(biāo)、歐盟標(biāo)準(zhǔn)、ISO標(biāo)準(zhǔn)、國(guó)際足聯(lián)(FIFA)標(biāo)準(zhǔn)以及卡塔爾當(dāng)?shù)厥┕?biāo)準(zhǔn)(QCS)。專業(yè)接口眾多，專業(yè)整合與協(xié)調(diào)難度巨大。項(xiàng)目管理采用國(guó)際化團(tuán)隊(duì)，項(xiàng)目部管理人員、設(shè)計(jì)分包、施工分包、供應(yīng)商和勞務(wù)工人來(lái)自全球數(shù)十個(gè)國(guó)家。

2 BIM應(yīng)用概述

2.1 BIM綜合應(yīng)用管理體系

作為超大型國(guó)際工程，對(duì)BIM應(yīng)用提出了需求，也給BIM應(yīng)用帶來(lái)了挑戰(zhàn)。面對(duì)挑戰(zhàn)，本項(xiàng)目建立了國(guó)際化的BIM應(yīng)用管理體系。

1)應(yīng)用模式方面，本項(xiàng)目投入BIM專項(xiàng)資金近1億元，實(shí)現(xiàn)了100%正向設(shè)計(jì)，制定了明確的建模標(biāo)準(zhǔn)，由473個(gè)分專業(yè)模型進(jìn)行出圖、計(jì)量以及設(shè)計(jì)成果的交付和審查。

2)應(yīng)用階段方面，涵蓋了規(guī)劃設(shè)計(jì)階段、施工建設(shè)階段、賽時(shí)運(yùn)營(yíng)階段、賽后改建和運(yùn)維階段的項(xiàng)目全生命周期。

3)具體應(yīng)用方面，項(xiàng)目成熟運(yùn)用BIM技術(shù)近百項(xiàng)。其中高精度3D激光掃描、4D施工模擬與監(jiān)控、5D成本預(yù)測(cè)與管控，以及結(jié)構(gòu)安全模擬分析、日照光線模擬分析、座椅視線模擬分析等，為項(xiàng)目的順利實(shí)施發(fā)揮了巨大作用。

4)在軟件平臺(tái)方面，本項(xiàng)目采用的BIM軟件超過(guò)30種，涵蓋國(guó)際主流建模軟件、專業(yè)分析軟件和BIM平臺(tái)等。主要選用Autodesk系列產(chǎn)品，標(biāo)準(zhǔn)建模軟件為Revit，鋼結(jié)構(gòu)初始建模軟件為Midas和Tekla。盧賽爾體育場(chǎng)主體結(jié)構(gòu)模型如圖1所示。

圖1 盧賽爾體育場(chǎng)主體結(jié)構(gòu)模型

2.2 施工圖模型(IFC)設(shè)計(jì)階段BIM應(yīng)用

本項(xiàng)目招標(biāo)階段提供了模型發(fā)展等級(jí)(LOD)200的方案設(shè)計(jì)模型(SD)?？偝邪淘谥袠?biāo)后對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化，形成LOD250的優(yōu)化方案設(shè)計(jì)模型(RSD)，之后由總承包商的設(shè)計(jì)分包建立LOD300的施工圖模型(IFC)，再由總承包商的施工分包建立LOD400的深化設(shè)計(jì)模型(shop-drawing)。最終的竣工模型(as-build)將達(dá)到LOD500，并按照建設(shè)運(yùn)營(yíng)建筑信息交換(CObie)標(biāo)準(zhǔn)交付資產(chǎn)信息模型(AIM)。

在IFC設(shè)計(jì)階段，所有圖紙均要以Revit圖紙集的方式從模型導(dǎo)出，模型為設(shè)計(jì)成果的主要交付方式。模型交付的格式包括RVT，NWC，NWD和IFC(工業(yè)基礎(chǔ)類，industry foundation classes)，圖紙的交付格式包括Revit模型中的圖紙集、DWG和PDF。

3 模型命名體系

3.1 模型命名需要考慮的關(guān)鍵因素

對(duì)2022年卡塔爾世界杯工程與盧賽爾體育場(chǎng)項(xiàng)目的建設(shè)特點(diǎn)進(jìn)行分析，模型命名需考慮以下因素。

1)項(xiàng)目(project) 本項(xiàng)目的業(yè)主SC負(fù)責(zé)整個(gè)卡塔爾世界杯所有工程的建設(shè)和交付工作，包括8座體育場(chǎng)和多處訓(xùn)練場(chǎng)等體育建筑、商務(wù)中心和酒店等公共建筑、機(jī)場(chǎng)和輕軌等基礎(chǔ)設(shè)施，因此需要在模型的名稱中對(duì)不同項(xiàng)目進(jìn)行區(qū)分。

2)模型創(chuàng)作方(initiator organization) 在每一個(gè)項(xiàng)目的建模過(guò)程中，將涉及不同的模型創(chuàng)作方，因此需要在模型名稱中進(jìn)行體現(xiàn)。

3)子項(xiàng)目(sub-project) 項(xiàng)目建設(shè)涵蓋體育場(chǎng)主體工程和大場(chǎng)區(qū)室外工程等多個(gè)子項(xiàng)目。

4)階段(mood) 卡塔爾世界杯8座體育場(chǎng)中的大部分將會(huì)在賽后進(jìn)行拆除和改建，BIM技術(shù)將在體育場(chǎng)全生命周期進(jìn)行應(yīng)用，因此應(yīng)對(duì)不同階段的模型進(jìn)行區(qū)分。

5)專業(yè)、樓層和區(qū)域(discipline, level & zone) 為了加快建模速度和實(shí)現(xiàn)協(xié)同設(shè)計(jì)，大型房建類項(xiàng)目一般會(huì)分專業(yè)進(jìn)行建模[7]。對(duì)于構(gòu)成復(fù)雜、建模工作量大的專業(yè)，還可按照樓層和區(qū)域進(jìn)行再劃分。

此外，由于盧賽爾體育場(chǎng)項(xiàng)目為100%正向設(shè)計(jì)，圖紙全部由模型導(dǎo)出，因此圖紙和模型采用統(tǒng)一的命名體系，方便設(shè)計(jì)成果的檢索與交付。

3.2 模型命名體系的建立

將每個(gè)因素以英文縮寫(xiě)形式定義為一個(gè)字段(part)，最后一個(gè)字段定義為編號(hào)(number)，構(gòu)建的模型命名體系如表1所示。

在本命名體系中，將所有因素劃分為9個(gè)字段，共21個(gè)字符(CHR)，每個(gè)字段間用“-”連接。

表1 盧賽爾體育場(chǎng)模型命名體系

3.3 模型命名體系各字段含義

字段1～4的主要目的為確定模型所屬的具體項(xiàng)目和創(chuàng)作方，其英文縮寫(xiě)主要由業(yè)主統(tǒng)一制定，適用于2022年卡塔爾世界杯工程的所有項(xiàng)目。

具體到盧賽爾體育場(chǎng)項(xiàng)目中，字段1“項(xiàng)目”的英文縮寫(xiě)為“C01”；字段2“模型創(chuàng)作方”為項(xiàng)目的總承包商，英文縮寫(xiě)為“HBC”；字段3“類型”的英文縮寫(xiě)分為“D”圖紙(drawing)和“M”模型(model)；字段4“子項(xiàng)目”的英文縮寫(xiě)分為“STA”體育場(chǎng)主體工程(stadium)和“CAI”室外工程(external works)。如圖2所示，室外工程為實(shí)線內(nèi)區(qū)域(共分12個(gè)區(qū))，體育場(chǎng)主體為虛線內(nèi)區(qū)域(02，05區(qū))。

圖2 室外工程與體育場(chǎng)主體工程區(qū)域

為方便出圖和后續(xù)施工，將主體工程周邊基礎(chǔ)設(shè)施又劃分為10個(gè)分區(qū)，具體如圖3所示。

圖3 體育場(chǎng)主體工程周邊基礎(chǔ)設(shè)施再分區(qū)

字段5～9的主要目的為確定模型的內(nèi)容和編號(hào)，其英文縮寫(xiě)由總承包商制定并報(bào)業(yè)主審批確定，僅適用于盧賽爾體育場(chǎng)，英文縮寫(xiě)直接決定模型劃分標(biāo)準(zhǔn)。

4 模型劃分標(biāo)準(zhǔn)

4.1 按階段劃分

盧賽爾體育場(chǎng)項(xiàng)目在舉辦完世界杯后將會(huì)拆除所有座椅，改建為學(xué)校、醫(yī)院和酒店等，服務(wù)于當(dāng)?shù)厣鐓^(qū)建設(shè)。因此，總承包商在IFC階段的主要設(shè)計(jì)任務(wù)既包含了賽時(shí)階段，又包含了賽后階段。將字段5“階段”的英文縮寫(xiě)分為“T”賽時(shí)階段(tournament)和“L”賽后階段(legacy)。

4.2 按專業(yè)劃分

按專業(yè)劃分為建模軟件普遍采用的方式，有利于不同專業(yè)間工程師的協(xié)同設(shè)計(jì)[8]。

本項(xiàng)目的專業(yè)數(shù)量和模型數(shù)量隨著項(xiàng)目的推進(jìn)而不斷優(yōu)化完善。截至2020年6月，IFC設(shè)計(jì)已經(jīng)完成98%，共涉及專業(yè)22個(gè)，模型473個(gè)。其中室外工程專業(yè)6個(gè)，模型36個(gè)；體育場(chǎng)主體工程專業(yè)22個(gè)，模型437個(gè)。利用Navisworks對(duì)模型進(jìn)行整合，如圖4所示。

圖4 工程全專業(yè)模型

所有專業(yè)的英文縮寫(xiě)、英文全稱、中文名稱、涉及子項(xiàng)目、涉及階段和模型數(shù)量如表2所示。

表2 體育場(chǎng)模型按專業(yè)劃分

4.3 按樓層和區(qū)域劃分

按照體育場(chǎng)的建筑結(jié)構(gòu)，將體育場(chǎng)劃分為0～8共9層。由于體育場(chǎng)每層面積過(guò)大，按照結(jié)構(gòu)變形縫將體育場(chǎng)劃分為1～9共9個(gè)區(qū)。其中體育場(chǎng)主體工程為1～8區(qū)，球場(chǎng)為9區(qū)，其區(qū)域劃分如圖5所示。

圖5 體育場(chǎng)區(qū)域劃分

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)在盧賽爾體育場(chǎng)項(xiàng)目中建立IFC設(shè)計(jì)階段的BIM模型命名體系與模型劃分標(biāo)準(zhǔn)，并在項(xiàng)目推進(jìn)過(guò)程中不斷優(yōu)化和完善，可以得到以下結(jié)論。

1)世界杯主場(chǎng)館結(jié)構(gòu)復(fù)雜、專業(yè)眾多、新技術(shù)應(yīng)用多，在IFC設(shè)計(jì)階段對(duì)BIM模型進(jìn)行合理命名和科學(xué)劃分將直接決定建模質(zhì)量與效率，也會(huì)直接決定項(xiàng)目全生命周期BIM應(yīng)用的成敗。

2)在建立BIM模型命名體系時(shí)，必須根據(jù)項(xiàng)目特點(diǎn)對(duì)關(guān)鍵因素進(jìn)行分析、選擇和排序，為方便檢索、查看和存檔，BIM模型命名體系各字段可采用英文縮寫(xiě)形式。

3)世界杯主場(chǎng)館類大型體育建筑的模型劃分標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)充分考慮項(xiàng)目階段、專業(yè)、樓層和區(qū)域，優(yōu)先將專業(yè)作為劃分的第一層級(jí)，其次為樓層和區(qū)域。

4)在具體實(shí)踐中，模型劃分過(guò)細(xì)將會(huì)增加各模型間的協(xié)調(diào)難度，而模型劃分過(guò)少又會(huì)導(dǎo)致單個(gè)模型較大，影響建模速度。因此需要在項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中不斷對(duì)專業(yè)和模型數(shù)量進(jìn)行優(yōu)化。

在大型體育場(chǎng)館全生命周期中，BIM技術(shù)將得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，盧賽爾體育場(chǎng)項(xiàng)目在IFC設(shè)計(jì)階段BIM模型命名體系和劃分標(biāo)準(zhǔn)中的探索和實(shí)踐，不僅填補(bǔ)了我國(guó)在該領(lǐng)域的空白，更為今后同類項(xiàng)目的BIM應(yīng)用提供了寶貴經(jīng)驗(yàn)。