BIM技術(shù)助力內(nèi)蒙古賽馬場項目榮獲全球卓越項目管理金獎

李永雙

2018年10月30日，國際項目管理協(xié)會（IPMA）2018年度頒獎盛典在芬蘭赫爾辛基隆重舉行。重慶聯(lián)盛建設(shè)項目管理有限公司（下稱“重慶聯(lián)盛”）負責管理的內(nèi)蒙古少數(shù)民族體育文化運動中心項目（下稱“賽馬場項目”），榮獲大型項目全球卓越項目管理（Global Project Excellence Award）金獎。

一號重點工程

賽馬場項目位于呼和浩特市新城區(qū)保合少鎮(zhèn)（呼和浩特市東北角），項目占地1 800畝，總建筑面積約8.2萬平方米，總投資約8.39億元。項目建設(shè)內(nèi)容包括標準賽道、主體建筑群、馬廄、停車場等，其中標準賽道單圈長度達3.2千米，主體建筑群自東向西由看臺樓、亮馬圈、多功能主樓三部分組成。

賽馬場項目是內(nèi)蒙古自治區(qū)2016—2017年一號重點工程，該項目于2016年3月開工，按計劃于2017年6月全面完工。2017年8月8日，內(nèi)蒙古自治區(qū)成立70周年盛大慶典在此成功召開。項目主建筑群設(shè)計氣勢宏偉，極具民族特色。項目建設(shè)單位為呼和浩特市城發(fā)投資經(jīng)營有限責任公司，建設(shè)單位通過公開招標方式委托重慶聯(lián)盛作為項目管理單位，對項目實施全過程管理。

截至目前，除前文所述IPMA國際項目管理大獎外，賽馬場項目也榮獲了眾多國內(nèi)獎項，包括2016年第十二屆中國鋼結(jié)構(gòu)金獎工程、中國金屬圍護系統(tǒng)工程金禹獎、本特利（Bentley）2016年全球BIM技術(shù)創(chuàng)新杯入圍獎（全國僅兩席）、呼和浩特市青城杯、內(nèi)蒙古草原杯等。

賽馬場項目的主要創(chuàng)新體現(xiàn)在以下兩個方面。

（1）管理模式創(chuàng)新?；谫愸R場項目施工進度與質(zhì)量的雙重要求，重慶聯(lián)盛提出一體化項目管理模式?；谠撃Ｊ?，項目實現(xiàn)了包括項目管理、工程監(jiān)理、招投標代理及造價咨詢管理等的全過程一體化管理，最大限度地提高了生產(chǎn)效率。

（2）技術(shù)應(yīng)用創(chuàng)新。BIM技術(shù)是目前建筑行業(yè)的技術(shù)革命方向，但在國內(nèi)工程領(lǐng)域仍處于分塊應(yīng)用階段，這主要是由于參加單位的角色分工不同。賽馬場項目采用一體化項目管理模式，重慶聯(lián)盛具備全過程實施BIM技術(shù)的條件。同時，針對項目造型復(fù)雜、成本控制及工期要求，BIM技術(shù)也是必須引入的。因此，重慶聯(lián)盛不僅力主將BIM技術(shù)引入本項目，而且主導(dǎo)了BIM技術(shù)在設(shè)計、施工、驗收、審計等全過程的應(yīng)用?；贐IM技術(shù)作為項目技術(shù)主線，真正實現(xiàn)了各主要相關(guān)方之間及各個施工環(huán)節(jié)之間的無縫銜接、深度融合和集成管理。

BIM技術(shù)應(yīng)用概述

重慶聯(lián)盛在賽馬場項目實施過程中，通過BIM技術(shù)將管理信息和數(shù)據(jù)模型整合，將各參建方整合，實現(xiàn)了對項目進度和成本的綜合管理。賽馬場項目基于項目管理目標的要求，制定了如下BIM技術(shù)實施方案。

（1）設(shè)計成果的審核與優(yōu)化。重慶聯(lián)盛應(yīng)用BIM技術(shù)，對各階段設(shè)計成果進行內(nèi)部審核及優(yōu)化，目的是解決設(shè)計矛盾與錯誤，從根源上對項目成本進行控制，全面提升項目的實施品質(zhì)。

（2）機電及鋼構(gòu)工程深化設(shè)計。賽馬場項目造型復(fù)雜，機電系統(tǒng)、鋁板及幕墻系統(tǒng)均非常復(fù)雜，現(xiàn)有BIM技術(shù)已經(jīng)相當成熟，其在項目的深化設(shè)計為項目施工奠定了堅實基礎(chǔ)。

（3）鋼結(jié)構(gòu)及分部工程的施工控制。賽馬場項目的施工進度要求非常嚴苛，另外，鋼結(jié)構(gòu)及分部工程均非常復(fù)雜。因此，在項目實施過程引入BIM技術(shù)，對鋼結(jié)構(gòu)加工、物流、安裝等全過程進行管理，有效保證了項目的整體實施進度。

另外，賽馬場項目參與建設(shè)方較多，為了嚴格管控各個分項工程的進度及質(zhì)量，重慶聯(lián)盛建立了基于BIM技術(shù)的統(tǒng)一模型及信息交互平臺、模型深度標準及數(shù)據(jù)交換標準，借此對各分部工程成果進行整合與管理。

數(shù)字化模型構(gòu)建與優(yōu)化

建筑方案模型解析

賽馬場項目建筑外立面方案為某蒙古族藝術(shù)家根據(jù)民族元素特色手工繪制，再由建筑方案單位使用3Dmax建立初步幾何模型描述，因此BIM建模工作需要對建筑方案模型進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和解析工作。例如，主樓馬鞍處（見圖1）的曲面非常復(fù)雜，其模型是通過對原模型的結(jié)構(gòu)線提取，重新放樣制作。中部為單曲面，邊緣及落地處為雙曲面，過渡區(qū)域復(fù)雜。

賽馬場項目建筑模型解析主要路徑為：基于原有建筑方案3Dmax的模型，對幾何曲面進行剖切解析，力求形成解析方程；建立了犀牛（Rhino）表皮模型，將表皮數(shù)據(jù)模型轉(zhuǎn)換至Revit軟件，進行建筑及結(jié)構(gòu)BIM基本模型建模工作；將結(jié)構(gòu)模型轉(zhuǎn)換至其他鋼結(jié)構(gòu)專業(yè)軟件進入詳圖及加工模型的完善。

參數(shù)化分析與優(yōu)化

賽馬場項目幕墻及鋁板屋面造型十分復(fù)雜，幕墻及屋面的分格設(shè)計既影響建筑的美觀，也影響構(gòu)件加工和安裝難度。因此，通過合理分格設(shè)計，用最標準的模數(shù)對幕墻和鋁屋面模型進行分格劃分，從而節(jié)約了大量的成本?；赗hino模型，使用Grasshopper進行參數(shù)化分析與優(yōu)化。以下以亮馬圈（見圖2）為例說明基于參數(shù)化分析方法對幕墻和鋁屋面分格優(yōu)化的效果。

圖2左側(cè)為優(yōu)化前幕墻分格，原設(shè)計玻璃材質(zhì)中間部分為方形劃分，而兩側(cè)球形為三角形劃分；所有單元分格均未標準化，且頂部交接區(qū)域分格過細，單元過小，建筑效果不理想，也加大了加工生產(chǎn)和安裝難度。圖2右側(cè)是基于BIM技術(shù)的分格解析及優(yōu)化結(jié)果。設(shè)計優(yōu)化后玻璃球形部分和頂部平板部分都由三角嵌板劃分而成，因而整個玻璃部分完整順暢統(tǒng)一；玻璃球形部分按照“菱形—三角形”邏輯劃分，邏輯更順暢；鋁板部分沿緯線等距離劃分，將兩側(cè)球狀面和中間柱狀面連接的誤差消化在每塊嵌板中。

設(shè)計管理的BIM技術(shù)應(yīng)用

土石方工程量優(yōu)化

賽馬場項目在設(shè)計管理初期，通過對設(shè)計成果的審核發(fā)現(xiàn)，設(shè)計標高確定未考慮原始地貌高差，導(dǎo)致三棟主體建筑采用統(tǒng)一的基底設(shè)計標高，由此帶來近40萬立方米工程量，并且凈缺土方量達到38萬立方米?？紤]項目實施周期不具備大范圍周轉(zhuǎn)土方條件，且周圍是萬畝草場，不具備土方資源，必須對設(shè)計標高進行優(yōu)化，從而控制土方工程量。

基于BIM技術(shù)建立原始地貌模型，并將設(shè)計BIM模型與地貌模型進行疊合，精確計算項目實際土方工程量。通過建筑標高調(diào)整進行土方量分析，實現(xiàn)土方量的減少并實現(xiàn)挖填方的平衡。賽馬場項目最終實現(xiàn)了土方的完全自平衡，為項目爭取了寶貴的工期及大量的成本投入。

設(shè)計成果審核及優(yōu)化

賽馬場項目為異形建筑，二維平面的專業(yè)配合及圖紙表達存在的局限是毋庸置疑的，因此需要基于BIM技術(shù)對項目設(shè)計成果進行審核及優(yōu)化。將BIM技術(shù)應(yīng)用到建筑設(shè)計中，設(shè)計平臺將承擔起各專業(yè)設(shè)計間“協(xié)調(diào)綜合”工作，設(shè)計工作中的錯漏碰缺得到有效控制。以多功能主樓（見圖3）為例，建筑不同標高的平面回收變化，導(dǎo)致設(shè)計時管線等沖出墻面。

賽馬場項目為大型公共建筑，因此項目凈高控制是項目最終品質(zhì)提升的關(guān)鍵因素之一。BIM技術(shù)模型將能有效協(xié)調(diào)各類專業(yè)設(shè)計，協(xié)調(diào)設(shè)計和施工，協(xié)調(diào)設(shè)備安裝和土建的工作。在三維環(huán)境下可以更好地優(yōu)化凈空，優(yōu)化管線排布方案，特別在設(shè)計復(fù)雜區(qū)域和管線密集區(qū)域。同時，應(yīng)用專業(yè)檢查工具，可以有效控制凈高，提高工作效率，保證項目的最終品質(zhì)。

專項深化設(shè)計管理

（1）管線綜合設(shè)計。傳統(tǒng)項目建設(shè)過程中，項目參建各方有時需要花費巨資來彌補由設(shè)備管線碰撞而引起的拆裝、返工及浪費，BIM技術(shù)應(yīng)用能完全避免這種浪費。在管線綜合設(shè)計時，可利用BIM技術(shù)的可視化功能進行管線碰撞檢測，將碰撞信息反饋給設(shè)計人員及時做出調(diào)整，以減少施工現(xiàn)場的管線碰撞及返工，降低工程成本。

（2）鋼結(jié)構(gòu)及分部工程深化設(shè)計。賽馬場項目鋼結(jié)構(gòu)及分部工程是項目的難點，也是項目成敗的關(guān)鍵因素。對于項目大范圍的異型雙曲屋面，鋼結(jié)構(gòu)受力構(gòu)件、屋面檁條、屋面板及玻璃幕墻的相對關(guān)系很難使用二維平面圖紙進行表達，其構(gòu)造內(nèi)容也十分復(fù)雜，因此項目實施必須借助BIM技術(shù)完成相關(guān)系統(tǒng)及節(jié)點的深化設(shè)計工作（見圖4）。

施工管理的BIM技術(shù)應(yīng)用

構(gòu)件數(shù)字化加工管理

由于賽馬場項目建筑立面不規(guī)則，導(dǎo)致鋼結(jié)構(gòu)絕大部分受力構(gòu)件存在彎弧、彎扭情況，鋁板屋面絕大部分為雙曲面造型，這些構(gòu)件及面板的加工制作及質(zhì)量控制均存難點。項目根據(jù)準確的BIM數(shù)字模型成果進行工廠數(shù)字化加工，從而提高了工作效率，提升了建筑質(zhì)量。

在鋼結(jié)構(gòu)工程數(shù)字加工實施過程中，要求：① 鋼結(jié)構(gòu)及分部工程數(shù)字加工需要基于加工模型完成，加工模型在深化設(shè)計模型基礎(chǔ)上得到，并補充關(guān)聯(lián)材料信息、生產(chǎn)批次信息、工期成本信息、生產(chǎn)責任主體等信息；②產(chǎn)品加工過程相關(guān)信息需要附加或關(guān)聯(lián)到鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件加工模型，實現(xiàn)加工過程的追溯管理。對于特殊構(gòu)件及節(jié)點需要制定專項加工方案。

構(gòu)件物流及存儲管理

賽馬場項目鋼結(jié)構(gòu)及分部工程涉及工廠加工的主要構(gòu)件及面板超過3.5萬個，這些構(gòu)件絕大部分是各不相同的，如何在構(gòu)件物流及存儲管理環(huán)節(jié)提高效率和準確率，是項目按期完工的關(guān)鍵因素之一。通過BIM技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)結(jié)合，實現(xiàn)構(gòu)件實時監(jiān)控：每個構(gòu)件上粘貼包含各種信息的二維碼“身份證”，實現(xiàn)對構(gòu)件在成品入庫、成品出廠、進場驗收、安裝完成各個關(guān)鍵環(huán)節(jié)的監(jiān)控。

此外，構(gòu)件狀態(tài)實時反應(yīng)到BIM模型，在BIM模型中通過不同顏色的形式展現(xiàn)實際工程進度狀態(tài)（見圖5），確保項目相關(guān)方實時掌握工程進度，并可以根據(jù)需要生成項目進度實時統(tǒng)計報表等功能。

鋼結(jié)構(gòu)施工過程管理

（1）施工平面布置。賽馬場項目三棟主體建筑距離較近，由于工期要求，三棟建筑必須全面展開作業(yè)面、平行施工才能保證項目按時完工。因此，需要基于BIM技術(shù)合理布置現(xiàn)場，規(guī)劃好施工組裝場地和進出通道，優(yōu)化原材料和半成品的堆放和加工地點，減少運輸費用和場內(nèi)二次倒運，有效利用場地的使用空間，提高勞動效率。

（2）施工方案及順序模擬。賽馬場項目鋼結(jié)構(gòu)工程所包含的結(jié)構(gòu)形式較多，其中包括大跨度三角拱桁架、平面單層網(wǎng)殼、環(huán)形網(wǎng)架、主次梁樓面系統(tǒng)等，因此三個單體、不同結(jié)構(gòu)形式同時施工的施工方案選擇、施工順序安排就顯得尤為重要。BIM技術(shù)對施工方案和施工順序進行了專項模擬（見圖6）。

賽馬場項目鋼結(jié)構(gòu)工程根據(jù)結(jié)構(gòu)形式不同，施工工藝采用了多種方法。鋼結(jié)構(gòu)施工方案模擬分析以施工工藝為基礎(chǔ)，針對不同的結(jié)構(gòu)形式、工程進度要求，采用不同的施工工藝。對于局部有特殊要求的部分創(chuàng)建施工工藝模型，將施工工藝信息與模型關(guān)聯(lián)，輸出資源配置計劃、施工進度計劃等。

（3）鋼結(jié)構(gòu)預(yù)拼裝管理。BIM技術(shù)的虛擬預(yù)拼裝技術(shù)的本質(zhì)是以三維激光掃描技術(shù)為基礎(chǔ)的逆向成模檢測技術(shù)。賽馬場項目通過三維激光掃描相關(guān)技術(shù)，實現(xiàn)實物模型數(shù)字化、數(shù)據(jù)預(yù)處理、三維模型重建，并應(yīng)用于結(jié)構(gòu)數(shù)字化預(yù)拼裝。

賽馬場項目主體鋼結(jié)構(gòu)造型復(fù)雜，彎扭構(gòu)件、鑄鋼件多，可利用激光掃描逆成模技術(shù)，采用精度達0.085毫米的工業(yè)級光學(xué)三維掃描儀及攝影測量系統(tǒng)，對加工完成的構(gòu)件逆向成形，并使用BIM技術(shù)進行預(yù)拼裝模擬。

項目使用結(jié)構(gòu)虛擬預(yù)拼裝技術(shù)，不僅節(jié)約了現(xiàn)場拼裝的成本投入，而且大大降低了傳統(tǒng)實體預(yù)拼裝對現(xiàn)場安裝工期的制約，有效保證了施工進度。

施工質(zhì)量及安全管理

在項目現(xiàn)場管理過程中，通過將場地布置、施工順序、機械調(diào)度等信息形成可視化的施工方案，讓建設(shè)單位更直觀明了地理解并把握項目管理理念和項目實施質(zhì)量。采用BIM技術(shù)進行施工方案的模擬與分析，及時基于BIM技術(shù)進行施工可視化交底，確保了項目實施質(zhì)量。此外，項目利用BIM技術(shù)對現(xiàn)場的文明施工及施工安全進行綜合管理，對施工現(xiàn)場存在的安全隱患在BIM模型數(shù)據(jù)中及時標示，并通知有關(guān)單位進行及時整改，對項目作業(yè)面范圍內(nèi)的裸漏土方進行及時覆蓋，避免揚塵對城市的污染影響，提高項目現(xiàn)場管理水平。

結(jié)語

項目管理的本質(zhì)是對項目全過程的目標管理，BIM技術(shù)是實現(xiàn)這些目標的有效技術(shù)手段。BIM技術(shù)通過項目管理發(fā)揮了更大作用，項目管理利用BIM技術(shù)實現(xiàn)了更高價值。

賽馬場項目管理過程中對BIM技術(shù)的應(yīng)用取得巨大成功，節(jié)約混凝土用量4 000余立方米、鋼材2 000余噸、土石方量38萬立方米， 減少設(shè)計變更1 000余處，土建工程投資額節(jié)約了10%（約3 800萬元）。以上成果已經(jīng)得到設(shè)計單位確認和項目業(yè)主認可。

可以預(yù)見，隨著基于BIM技術(shù)的一體化項目管理模式在行業(yè)內(nèi)的推廣，BIM技術(shù)在項目管理過程中必將發(fā)揮更大的作用。