BIM技術(shù)在東合中心H棟全生命周期的應(yīng)用分析

BIM技術(shù)作為一種應(yīng)用于工程設(shè)計建造管理的數(shù)據(jù)化工具，通過參數(shù)模型整合各種項目的相關(guān)信息，使其在項目策劃、運(yùn)行和維護(hù)的全生命周期過程中進(jìn)行共享和傳遞，可實(shí)現(xiàn)BIM技術(shù)的價值最大化。

近年來，在國家和地方政府的大力推動下，BIM技術(shù)在我國發(fā)展迅速，各建設(shè)單位、設(shè)計單位、施工單位、軟件廠商和設(shè)備廠商也積極響應(yīng)，在各自領(lǐng)域不斷探索創(chuàng)新。然而，能夠?qū)IM技術(shù)應(yīng)用貫穿建筑的全生命周期的建設(shè)項目卻不多，BIM模型作為信息流和工作流的載體，并未很好地起到共享數(shù)據(jù)、促進(jìn)協(xié)同的作用。

本文將以東合中心三期南區(qū)H棟辦公樓EPC項目為例，簡單介紹BIM技術(shù)在該項目全生命周期中的應(yīng)用。

圖1 東合中心三期南區(qū)H棟辦公樓效果圖

項目概況

東合中心三期南區(qū)H棟辦公樓位于湖北省武漢市經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)東風(fēng)二路，總建筑面積約8.6萬平方米，其中地上部分23層，建筑面積約6.9萬平方米，高度達(dá)101.5米，標(biāo)準(zhǔn)層平面呈H形布局，分為左、中、右三塔，外部采用金屬和玻璃幕墻，局部屋面采用42米大跨度鋼桁架，如圖1所示。地下部分2層，建筑面積約1.7萬平方米，含智能平面移動類機(jī)械車庫。項目預(yù)計于2018年底完工，2019年中交付。

項目建設(shè)方為武漢東合置業(yè)有限公司，由東風(fēng)設(shè)計研究院有限公司（以下簡稱“東風(fēng)院”）承擔(dān)EPC總承包，建成后將作為5A級高端辦公寫字樓使用，并成為武漢市經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)CBD地標(biāo)性建筑。（圖1）

該項目以EPC總承包模式為依托，在建筑的全生命周期應(yīng)用BIM技術(shù)，使項目信息能夠準(zhǔn)確、對稱且流暢地在各參與方之間交互，達(dá)到高效協(xié)同的目的，以解決施工階段面臨的各類問題并實(shí)現(xiàn)智慧運(yùn)維管理。

前期準(zhǔn)備

項目運(yùn)行過程中將存在各類來源不同的動態(tài)數(shù)據(jù)，如不加以管控，很容易導(dǎo)致數(shù)據(jù)的錯誤或缺失。項目初期，BIM團(tuán)隊必須作好充分準(zhǔn)備。

圖2 東風(fēng)院BIM云平臺

圖3 模型拆分

實(shí)施策劃

BIM團(tuán)隊結(jié)合項目需求、成本、技術(shù)實(shí)力等多方面因素，制定了BIM實(shí)施策劃來約束和指導(dǎo)各參與方，以保證數(shù)據(jù)的一致性、準(zhǔn)確性和完整性。策劃內(nèi)容有以下幾部分：

總體規(guī)劃：編制依據(jù)、應(yīng)用目標(biāo)和軟硬件平臺部署等；

組織架構(gòu)：涉及BIM應(yīng)用的團(tuán)隊人員組織、各方職責(zé)等；

文件管理：模型及其他文檔的存儲、權(quán)限和備份等；

模型管理：模型拆分、模型深度、各類命名和數(shù)據(jù)整合等；

實(shí)施流程：階段進(jìn)度、協(xié)同機(jī)制、質(zhì)量控制和變更管理等；

模型應(yīng)用：各階段BIM應(yīng)用方法、成果交付等。

以上策劃內(nèi)容由總包BIM團(tuán)隊統(tǒng)一管理執(zhí)行。

軟硬件平臺

該項目采用東風(fēng)院BIM云平臺，其硬件架構(gòu)和使用界面如圖2所示，具有權(quán)限的用戶可以隨時隨地在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下利用現(xiàn)有設(shè)備接入平臺，平臺內(nèi)置Autodesk BDS套件及其他常用BIM軟件，用戶無需另外配置工作站和軟件，一定程度上降低了采購和維護(hù)成本，數(shù)據(jù)安全也得到有效保障。

項目運(yùn)行階段，各參與方按照約定的職責(zé)在平臺中有序協(xié)同，共用一套數(shù)據(jù)模型，以避免設(shè)計單位交付模型后，施工單位無法使用并重新建模所導(dǎo)致的數(shù)據(jù)割裂的情況。（圖2）

除BIM建模以Revit為主外，項目還采用了東風(fēng)院自主研發(fā)的DGP（Digital Graphic Platform，數(shù)字圖形平臺）用于數(shù)據(jù)整合、項目管理和運(yùn)營維護(hù)，DGP經(jīng)過多年的開發(fā)和迭代，可以容納大部分三維軟件格式且保留構(gòu)件信息，并進(jìn)行各類模擬仿真，現(xiàn)已獲得5項軟件著作權(quán)。

模型管理

模型的深度將隨著項目的推進(jìn)越來越精細(xì)，這意味著模型文件將逐步增大，可能出現(xiàn)卡頓等影響正常使用的情況；項目存在諸多系統(tǒng)，除建筑本身所包含的構(gòu)件外，還有基坑、施工場地和施工措施等，這些系統(tǒng)的模型分別由總包、設(shè)計單位、施工單位或者設(shè)備廠商完成。（圖3）

基于以上條件，該項目將模型拆分為如圖3所示的部分，模型有各自的責(zé)任單位，按照圖示的關(guān)系相互鏈接，其深度、構(gòu)件信息、各類命名甚至工作集的劃分均在策劃中有詳細(xì)規(guī)定。

階段應(yīng)用

該項目依據(jù)時間順序和實(shí)際情況，將BIM實(shí)施的過程分為5個階段，各階段間相對獨(dú)立，但始終基于同一套模型。

方案階段

BIM技術(shù)在方案階段主要用于確定建筑形體、外部形式和內(nèi)部布局，以及進(jìn)行初步的建筑性能分析，為詳細(xì)設(shè)計建立基礎(chǔ)。

建筑形體推敲

項目的概念設(shè)計借助FormIT完成，設(shè)計師在軟件中通過地圖定位到項目所在地址，開始推敲建筑形體并定義樓層，完成最初的體量模型。體量模型可以為設(shè)計師提供非常直觀的視角，是設(shè)計師靈感的載體，可反映建筑的外觀和層高，也為建筑賦予第一批數(shù)據(jù)。

閱讀能力是學(xué)習(xí)能力中基礎(chǔ)而重要的構(gòu)成部分，學(xué)生具備了優(yōu)越的閱讀能力，才能進(jìn)行復(fù)雜內(nèi)容的學(xué)習(xí)，從而提升個人綜合能力。在當(dāng)下的小學(xué)教育中，已經(jīng)有越來越多的語文老師重視培養(yǎng)學(xué)生的閱讀能力，這影響著閱讀教學(xué)手段的不斷更新，推動著小學(xué)閱讀教學(xué)實(shí)踐的發(fā)展進(jìn)步。

立面方案設(shè)計

基于逐步推敲的形體、功能空間的方案和分析優(yōu)化的結(jié)果，利用可視化編程工具Dynamo快速劃分幕墻網(wǎng)格，確定建筑立面之后開始布局內(nèi)部空間，并將模型導(dǎo)入3ds Max進(jìn)行處理，得到畫質(zhì)更優(yōu)的效果圖和視頻。同時在Revit中進(jìn)行建筑內(nèi)部空間規(guī)劃，生成初步的平立剖，向下游專業(yè)傳遞。

環(huán)境初步分析

由于項目建成后將成為園區(qū)內(nèi)高度最高的建筑，考慮到其本身各樓層各朝向的自然采光和熱輻射以及對周邊建筑的影響，在體量模型的基礎(chǔ)上利用Insight對其進(jìn)行簡單的能效分析，并根據(jù)分析結(jié)果，對外墻開窗等設(shè)計做出調(diào)整，達(dá)到室內(nèi)舒適、節(jié)約能源等目的。

電梯運(yùn)行模擬

建筑共設(shè)12個垂直電梯井道，左右兩塔各6個，6個井道中有一個作為消防電梯井道。基于人員分布、電梯運(yùn)載能力等輸入條件，通過物流仿真軟件，對上下班高峰期5個常規(guī)電梯井道的運(yùn)行情況進(jìn)行模擬，比較不同的電梯服務(wù)策略。通過優(yōu)化，最終設(shè)置一部轉(zhuǎn)換電梯，另有兩個井道設(shè)置雙轎廂，既能緩解上下班高峰期的擁堵狀況又可減少人員等候時間。

施工圖設(shè)計階段

施工圖設(shè)計階段的BIM模型是在方案階段BIM模型的基礎(chǔ)上深化而來的，采用東風(fēng)院成熟的BIM施工圖設(shè)計流程，大幅減少了后續(xù)階段出現(xiàn)問題的可能性。

模型生成圖紙

該項目施工圖設(shè)計主要在Revit中進(jìn)行，建筑、暖通、給排水專業(yè)100%完成BIM出圖，結(jié)構(gòu)、電氣、總圖專業(yè)部分BIM出圖，在BIM團(tuán)隊的技術(shù)支持和企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的嚴(yán)格控制下，圖紙質(zhì)量和深度得到了業(yè)主的高度認(rèn)可。（圖4）

結(jié)構(gòu)模型轉(zhuǎn)換

項目中地上主體混凝土結(jié)構(gòu)的模型是由設(shè)計師通過探索者系列插件將PKPM計算模型導(dǎo)入Revit生成的，相比手動布置結(jié)構(gòu)構(gòu)件，該方法減小了設(shè)計師的工作量，提高了BIM模型的準(zhǔn)確性，BIM模型能夠與計算模型同步被修改，并從中獲取鋼筋和混凝土初步工程量。同時，構(gòu)件的尺寸、強(qiáng)度、編號和受力等信息得以最大程度地保留，為數(shù)據(jù)的傳遞和整合奠定了基礎(chǔ)。

管線綜合

項目嚴(yán)格執(zhí)行東風(fēng)院《BIM管道匯總流程及標(biāo)準(zhǔn)》，從施工圖設(shè)計初期開始，將管道匯總?cè)谌朐O(shè)計過程。建筑、結(jié)構(gòu)、機(jī)電和匯總等角色在管線規(guī)劃、主管確認(rèn)和管道會簽3個階段，依據(jù)管線分層、分區(qū)及避讓等原則，相互配合協(xié)同，減少干涉的發(fā)生，特別是減少發(fā)現(xiàn)干涉后修改的工作量。管道調(diào)整完成以后，將建筑劃分為若干區(qū)域，并將區(qū)域內(nèi)管道的平面圖、剖面圖、軸測圖和透視圖布局在圖紙中，發(fā)布一系列具有企業(yè)特色的管線綜合圖紙，令業(yè)主和項目其他參與方一目了然。

圖4 基于BIM模型生成的建筑施工圖

圖5 外架深化設(shè)計BIM模型

圖6 模架（模板）體系BIM模型

圖7 砌體工程排磚方案圖

圖8 施工安全教育VR場景

深化設(shè)計階段

深化設(shè)計階段的BIM應(yīng)用主要體現(xiàn)在對建筑細(xì)部構(gòu)造的推敲和對工程量的詳細(xì)統(tǒng)計上，在施工圖設(shè)計階段BIM模型的基礎(chǔ)上進(jìn)行增加或修改，并根據(jù)策劃控制構(gòu)件權(quán)限和顯示樣式。

幕墻深化

景觀深化

建筑主、次出入口的景觀方案由設(shè)計師在Sketch Up中完成，Revit可以快速將其導(dǎo)入并作為參考，實(shí)施進(jìn)一步的深化，協(xié)調(diào)與外網(wǎng)管道、建筑立面和消防等因素的關(guān)系，以達(dá)到綠色、和諧的景觀效果。此外，項目還將通過Revit和Infraworks對園區(qū)道路、植物和景觀小品等進(jìn)行規(guī)劃和統(tǒng)計。

鋼結(jié)構(gòu)深化

建筑中塔頂部的屋面結(jié)構(gòu)為鋼桁架形式，該項目在Advance Steel中對這部分鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行深化設(shè)計，軟件涵蓋的型鋼截面和連接節(jié)點(diǎn)滿足項目需求，且與Revit實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的無縫對接。針對屋面鋼桁架結(jié)構(gòu)的BIM深化，可以為主結(jié)構(gòu)的優(yōu)化提供依據(jù)，進(jìn)行精準(zhǔn)的工程量統(tǒng)計，也可以讓分包商制定更加合理的加工方案，協(xié)調(diào)施工階段的構(gòu)件運(yùn)輸、進(jìn)場和安裝。

專用設(shè)備深化

該項目采用的智能平面移動類機(jī)械式停車設(shè)備由分包商通過Solidworks進(jìn)行設(shè)計建模，將模型導(dǎo)入Inventor后利用其BIM交換功能，機(jī)械模型可以被快速導(dǎo)入Revit文件，并鏈接至建筑模型中。深化的機(jī)械停車設(shè)備模型一方面可以輔助土建和機(jī)電設(shè)計師進(jìn)行決策，如更合理地規(guī)劃墻體、管線和燈具，另一方面也可以為智能建筑規(guī)劃提供數(shù)據(jù)支撐。

施工階段

在施工階段，施工單位基于前期的BIM模型按照策劃的要求進(jìn)行一系列BIM應(yīng)用，以保證施工進(jìn)度，提升作業(yè)質(zhì)量，降低安全風(fēng)險并減少運(yùn)行成本，管理單位也依據(jù)BIM模型對施工現(xiàn)場進(jìn)行全方位的控制。

施工進(jìn)度

施工前，將相關(guān)Revit模型整合至Navisworks，從Project導(dǎo)入施工計劃關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，并通過東風(fēng)院的編碼系統(tǒng)與模型構(gòu)件快速關(guān)聯(lián)，優(yōu)化交叉作業(yè)的工序。然而僅有關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的施工進(jìn)度模擬是不夠的，本項目根據(jù)施工過程中的3周滾動計劃，每周發(fā)布一套圖紙和一個模擬視頻用于指導(dǎo)現(xiàn)場施工，更加直觀地體現(xiàn)了每周施工各構(gòu)件的起止時間、工程量、工序等信息。

施工方案模擬

項目還對一些重點(diǎn)施工方案進(jìn)行BIM施工模擬，通過比選得出質(zhì)量、費(fèi)用、進(jìn)度和安全綜合最優(yōu)的施工方案。

圖9 GNSS系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

項目結(jié)構(gòu)平面呈H型，按照傳統(tǒng)的施工經(jīng)驗，可采用整體懸挑外腳手架與爬模外架，考慮到整體懸挑外架腳手架用量大、成本高，而爬模外架須整體定制，復(fù)用性不強(qiáng)，團(tuán)隊通過Inventor快速建立模型及深化設(shè)計模型，最終確定施工方案為每4層為一個外架懸挑段，兩個懸挑段相互周轉(zhuǎn)使用，確認(rèn)方案并完成模型后，直接輸出腳手架排版施工圖與工程量清單，從而保障外架工藝實(shí)現(xiàn)的效率。（圖5）

同時，項目還創(chuàng)建了模架體系族，根據(jù)安全計算軟件結(jié)果，輸入?yún)?shù)后能自動生成符合現(xiàn)場的模架體系BIM模型，并能快速統(tǒng)計出工程量。（圖6）砌體排磚及建筑幕墻等分項工程均通過模型分析，用比選施工模擬方案的方法確定最優(yōu)綜合方案，以保證限額領(lǐng)料、定點(diǎn)投放、統(tǒng)籌施工、環(huán)形監(jiān)管的目標(biāo)。（圖7）

施工安全教育

通過Revit Live可以將Revit模型一鍵導(dǎo)出為VR場景，讓一線作業(yè)人員戴上頭盔進(jìn)行培訓(xùn)，通過沉浸式體驗識別施工現(xiàn)場的危險源，并結(jié)合突發(fā)狀況演練，增強(qiáng)安全防范意識。同時，該項目還制作了更多可交互的施工安全VR場景。（圖8）

工程量統(tǒng)計

東風(fēng)院通過大量的測試研究和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫的建立工作，制定了一套服務(wù)于設(shè)計人員和造價人員的標(biāo)準(zhǔn)，在保證模型質(zhì)量和深度的前提下，直接從Revit明細(xì)表中統(tǒng)計工程量，并通過二次開發(fā)實(shí)現(xiàn)模型數(shù)據(jù)和Excel表格的互相轉(zhuǎn)換，避免算量軟件的規(guī)則和企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)生分歧，施工圖中90%的構(gòu)件工程量均能正確統(tǒng)計。

基坑形變監(jiān)測

圖10 施工場地BIM模型

深基坑形變監(jiān)測是施工安全中十分重要的內(nèi)容，項目利用GNSS（Global Navigation Satellite System，全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)）組建CORS（Continuously Operating Reference Stations，連續(xù)運(yùn)行參考站）進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)RTK監(jiān)測，相較傳統(tǒng)的采用全站儀、水準(zhǔn)儀等設(shè)備勘察的方式，具有自動化程度高、抗惡劣天氣能力強(qiáng)等特點(diǎn)，提高了工作效率并減少生產(chǎn)成本。將勘測數(shù)據(jù)通過一定的方式和規(guī)則集成在BIM模型中，使BIM模型中采集到的信息更加完整，此外，項目的施工放樣、吊裝機(jī)械施工定位和地下管網(wǎng)探測等工作，也通過該方式進(jìn)行。（圖9）

施工監(jiān)控

該項目通過定點(diǎn)攝像頭不間斷拍攝和定期無人機(jī)全方位巡航結(jié)合的方式，對施工現(xiàn)場進(jìn)行監(jiān)控。結(jié)合BIM模型，可以選擇視野最佳的布控點(diǎn)，監(jiān)察進(jìn)度和質(zhì)量，并杜絕不安全、不文明的施工行為，利用移動端隨時隨地總覽全局。相比傳統(tǒng)的巡查方式，施工監(jiān)控令項目管理效率得到極大提升。

施工場地優(yōu)化

相比二維平面施工場地布置圖，三維施工場地布置模型兼顧水平和垂直方向，可以針對項目運(yùn)行各階段進(jìn)行動態(tài)管理，更加貼近施工現(xiàn)場的真實(shí)情況。基于BIM模型的施工場地優(yōu)化，可以提升客戶企業(yè)形象，通過規(guī)劃材料和設(shè)備的堆放及進(jìn)場路徑降低物流成本，對場地構(gòu)件進(jìn)行工程量統(tǒng)計，并及時發(fā)現(xiàn)安全隱患。此外，施工場地模型可以作為智慧工地的載體，為施工現(xiàn)場的運(yùn)轉(zhuǎn)管理提供信息。（圖10）

銷售和運(yùn)維階段 機(jī)械停車和室內(nèi)布置模擬

圖11 室內(nèi)布置VR場景

項目將Revit模型導(dǎo)入到三維圖形引擎編寫交互腳本中，得到一系列VR場景?？蛻羰褂肰R頭盔可以身臨其境地體驗車輛進(jìn)出地下車庫、自動機(jī)械停車以及辦公環(huán)境從毛坯到精裝修的全過程，并根據(jù)所見提出定制化方案。（圖11）

智能建筑管理

在BIM模型的基礎(chǔ)上，通過DGP圖形數(shù)字平臺，將三維構(gòu)件與實(shí)際設(shè)備的傳感器關(guān)聯(lián)，在模型中發(fā)送和接收信號，構(gòu)建iBMS智能樓宇管理系統(tǒng)。設(shè)施管理方通過計算機(jī)及遠(yuǎn)程終端，可直接在三維環(huán)境下控制整棟樓的照明系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)、新風(fēng)系統(tǒng)、給排水系統(tǒng)、電梯系統(tǒng)、停車管理、視頻監(jiān)控、能源供給和消防系統(tǒng)，以及常規(guī)的信息發(fā)布、電子巡更和門禁管理，實(shí)現(xiàn)了整棟建筑的智能化控制、管理與運(yùn)營。（圖12）

圖12 智能建筑預(yù)診斷APP示意圖

行業(yè)認(rèn)可

該項目于2017年8月獲得國家綠色建筑三星認(rèn)證，2017年9月獲得第八屆“創(chuàng)新杯”建筑信息模型應(yīng)用大賽優(yōu)秀工程全生命周期BIM應(yīng)用獎，并于2018年1月在項目現(xiàn)場成功舉行武漢市2018年建設(shè)工程新技術(shù)應(yīng)用暨質(zhì)量安全施工觀摩會，觀摩會展示了該項目在安全管控、質(zhì)量監(jiān)督、新技術(shù)運(yùn)用、綠色施工、黨建工作、人文關(guān)懷等方面的探索和突破，特別把全生命周期的BIM技術(shù)應(yīng)用、項目綠色建造、盤扣式內(nèi)架、以鋼代木模板系統(tǒng)、核心筒定型內(nèi)模、鋪反粘防水卷材、種植屋面耐穿刺防水卷材等方面作了重點(diǎn)展示和介紹，獲得了與會領(lǐng)導(dǎo)和同行的高度評價。（圖13）

圖13 觀摩會現(xiàn)場照片

結(jié)語

建筑項目全生命周期管理，BIM技術(shù)的應(yīng)用是關(guān)鍵，它把傳統(tǒng)模式下被割裂的信息流和工作流重新整合在一起，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的共享和角色的協(xié)同，而EPC總承包模式為BIM技術(shù)在建筑全生命周期過程的應(yīng)用提供了施展的空間。BIM團(tuán)隊在初期需要基于項目需求、成本周期、技術(shù)實(shí)力等因素，對項目的BIM應(yīng)用進(jìn)行策劃，挑選有價值的應(yīng)用，指導(dǎo)和約束項目的各參與方，并在項目運(yùn)行過程中，堅持各方在同一套模型中協(xié)同，以保障數(shù)據(jù)的一致性、完整性和準(zhǔn)確性。

運(yùn)營維護(hù)階段，項目將通過在樓宇管理系統(tǒng)中控制BIM模型，實(shí)現(xiàn)綠色、智能的5A級高端辦公寫字樓，為業(yè)主創(chuàng)造安全、舒適、節(jié)能和便利的工作環(huán)境。

東風(fēng)院BIM云平臺在項目協(xié)同過程中發(fā)揮了重要作用，DGP則在施工現(xiàn)場管理和運(yùn)維設(shè)施管理方面功不可沒，本項目全生命周期BIM技術(shù)的成功應(yīng)用，離不開東風(fēng)院基于云平臺、DGP數(shù)字圖形平臺、各類BIM標(biāo)準(zhǔn)和多年人才培養(yǎng)所構(gòu)建的BIM體系。