超高層房建項目設(shè)計施工一體化BIM應(yīng)用

曾 樂

(中鐵城建集團有限公司總承包分公司，長沙 410208)

1 項目簡介

“中國鐵建·洋湖苑”(二期)項目位于湖南省長沙市岳麓區(qū)洋湖大道與含浦中路交叉口東北角，靳江河白菜堤西岸。該項目是集辦公、配套商業(yè)和公寓為一體的超高層建筑。由兩棟塔樓及車庫組成，占地面積18 635.98m2，總建筑面積89 036.73m2，其中地下18 242.43m2，地上70 794.30m2。南塔樓地上二十四層，地下一層，建筑高度99.4m； 北塔樓地上三十三層，地下二層，建筑高度為149.6m，如圖1所示。

圖1 項目效果圖

2 采用BIM技術(shù)的原因

(1)如何避免室外管線與建筑結(jié)構(gòu)、消防車道、園林小品之間的沖突，以及滿足覆土深度要求并確保管線的順利安裝[1]是個難點。

(2)地下車庫與塔樓銜接處結(jié)構(gòu)高差大，管線眾多，如何優(yōu)化管線[2]是個難點。

(3)公寓層高4.5m，如何為業(yè)主增加居住空間，優(yōu)化戶型[3，4]并向業(yè)主直觀展示為一個難點。

(4)施工場地狹小，如何進行平面布置[5]并優(yōu)化是個難點。

(5)項目擬創(chuàng)建設(shè)工程“魯班獎”，細(xì)部節(jié)點做法需優(yōu)化設(shè)計[6]。

(6)屋面兩層為架構(gòu)層，且樓層板預(yù)留洞多，高空作業(yè)及臨邊作業(yè)多[7]，安全防護難度大。

(7)目前建設(shè)工程的生產(chǎn)對智慧工地的需求日益明顯，而BIM對生產(chǎn)有很重要的指導(dǎo)意義，能夠?qū)⑸a(chǎn)中的重點、難點直觀地表現(xiàn)出來[8]，進行可視化交底[9，10]，提前做好技術(shù)準(zhǔn)備，避免返工[11]。

3 BIM應(yīng)用成果

3.1 BIM應(yīng)用的軟硬件情況

本項目選用Revit、魯班系列軟件建立模型，并整合搭建BIM技術(shù)應(yīng)用平臺，主要用于技術(shù)、進度、安全、質(zhì)量、物資應(yīng)用和成本管控。項目硬件配置表，如表1所示。

表1 BIM應(yīng)用硬件配置表

3.2 項目BIM組織架構(gòu)

本項目依據(jù)全員參與、全員建設(shè)的原則，由項目負(fù)責(zé)人擔(dān)任組長，技術(shù)負(fù)責(zé)人擔(dān)任副組長，公司技術(shù)中心副主任擔(dān)任技術(shù)指導(dǎo)，下設(shè)模型組、應(yīng)用組。模型組分為土建與機電建模，負(fù)責(zé)BIM建模與模型調(diào)整； 應(yīng)用組由工程技術(shù)部部長、安全環(huán)保部部長、成本管理部部長、設(shè)備物資部部長牽頭，帶領(lǐng)各自部門學(xué)習(xí)應(yīng)用BIM系統(tǒng)。

3.3 設(shè)計階段

3.3.1 覆土深度校核

本項目在設(shè)計階段利用Revit模型，添加設(shè)計上的覆土元素，找出管線覆土深度不足的部位，通過與景觀專業(yè)協(xié)作的方式，調(diào)整了部分管道線路和部分區(qū)域的覆土高度，查錯補漏，減少了后期的設(shè)計變更。

圖2 場地管網(wǎng)局部3D效果圖

3.3.2 室外管線優(yōu)化

本項目的室外管線隱蔽性強、管線錯綜復(fù)雜，由于前期信息不對稱，設(shè)計精度較低。 本項目在施工之前，通過建立BIM模型，將室外管井等元素添加入模型，發(fā)現(xiàn)多處井道與道路沖突，將檢查結(jié)果反饋至圖紙進行調(diào)整，避免了后期在施工中對這些問題的后知后覺，如圖2～3所示。

圖3 室外管線優(yōu)化

3.3.3 室內(nèi)管線優(yōu)化

本項目的室內(nèi)管線復(fù)雜，數(shù)量繁多，多處交匯節(jié)點容易碰撞，需優(yōu)化設(shè)計。通過傳統(tǒng)的優(yōu)化，難以計算每一層優(yōu)化管線排布后的室內(nèi)凈高。本項目利用Revit軟件將土建模型與機電模型關(guān)聯(lián)，進行管道漫游，發(fā)現(xiàn)多處管道位置未預(yù)留孔洞，管道排布錯亂，不利于增加凈高，將檢查結(jié)果導(dǎo)出報告之后，優(yōu)化室內(nèi)管網(wǎng)的排布，在管道穿過混凝土的位置開設(shè)孔洞。

圖4 二層剖面1處軸側(cè)圖

3.3.4 三維施工交底

對于場地管網(wǎng)中復(fù)雜部位，本項目利用三維模型進行交底，讓原本在平面圖上難以表達的管線空間位置關(guān)系變得直觀易懂，相比于傳統(tǒng)的抽象性文字配圖紙的交底更加直觀，極大地提高了施工交底的質(zhì)量和效率，如圖4～5所示。

圖5 復(fù)雜部位局部3D效果圖

3.3.5 裝修方案對比分析

在裝修方案制定中，將不同的裝修方案進行建模，利用Fuzor軟件進行渲染，將原本在施工后才能展現(xiàn)的視覺效果通過模型形象地展示出來，配合模型來對比各裝修方案的優(yōu)劣，簡化了方案制定的流程與選擇方案的困難，如圖6所示。

3.3.6 公寓空間分析

本項目還對模型的尺寸進行標(biāo)注，對公寓凈高進行標(biāo)注分析，并利用人物漫游功能進行虛擬漫游，測試處各裝修方案與預(yù)期的效果偏差不大，得出裝修方案可行的結(jié)論，如圖7所示。

圖6 裝修方案對比圖

圖7 公寓空間分析

3.3.7 設(shè)計工程概算

在設(shè)計過程中，摒棄了傳統(tǒng)手算的方式，對BIM模型的工程量進行提取，與當(dāng)?shù)囟~、材料信息價相結(jié)合，同時經(jīng)過手算復(fù)核，發(fā)現(xiàn)BIM提量與實際偏差不大，大大減輕了業(yè)務(wù)工作量，同時利用BIM平臺，很方便保存了數(shù)據(jù)，如圖8所示。

圖8 利用Revit模型導(dǎo)出工程量

3.4 施工階段

3.4.1 現(xiàn)場布置

由于項目施工場地狹窄，地勢起伏較大，施工部署工作面有限，針對項目特點，經(jīng)理部建立BIM三維場地模型，將塔吊添加至方案規(guī)劃的位置，發(fā)現(xiàn)部分區(qū)域塔吊無法覆蓋，不適合作為場地堆放區(qū)及加工區(qū)，便將此處規(guī)劃為混凝土泵送點，其余塔吊覆蓋區(qū)域設(shè)置材料堆放區(qū)及加工區(qū)，通過模型直觀展現(xiàn)出來，選擇最優(yōu)方案，并且發(fā)現(xiàn)項目兩處塔吊覆蓋的交匯區(qū)與材料堆放區(qū)沖突，通過模型來對比方案，將塔吊覆蓋的交匯區(qū)更改為材料周轉(zhuǎn)區(qū)，如圖9所示。

圖9 施工現(xiàn)場場地布置

3.4.2 室內(nèi)管線施工優(yōu)化

通過模型檢查還發(fā)現(xiàn)，管線總體排布寬度超過1 200mm時，中間區(qū)域預(yù)留300mm寬檢修通道，為后期檢修提供了便利，避免后期檢修困難，如圖10所示。

圖10 室內(nèi)管線深化前后對比

3.4.3 室內(nèi)管線一體化整體施工

本項目在施工過程中，創(chuàng)新性地使用管道一體化施工，結(jié)合BIM模型，進行管線分段、管線深化、尺寸批量提取等工作，將所需要加工的管道導(dǎo)出大樣圖對廠家進行交底，并對沒根管道配置特定的二維碼，由廠家在工廠加工并掃碼驗收合格后，再運送至施工現(xiàn)場進行整體吊裝，省去了現(xiàn)場加工的時間，減小了現(xiàn)場施工的制約，提高了工程質(zhì)量，縮短了工期。

圖11 機電管線預(yù)制、編碼與安裝

在模擬過程中還發(fā)現(xiàn)，各管線彎頭如果彎曲角度根據(jù)現(xiàn)場隨意調(diào)整，施工過程中會因為彎頭混亂導(dǎo)致管道碰撞，影響施工，所以項目基于BIM模型修改方案，必須采用45°/90°標(biāo)準(zhǔn)彎頭，不能采用其他角度彎頭，如圖11～12所示。

圖12 漫游模型與現(xiàn)場實際對比

3.4.4 細(xì)部節(jié)點深化

鋼結(jié)構(gòu)與混凝土結(jié)構(gòu)節(jié)點處需深化模型，避免鋼結(jié)構(gòu)與混凝土結(jié)構(gòu)沖突，具體做法是單獨建立鋼梁節(jié)點與混凝土構(gòu)件連接的模型，模擬施工，發(fā)現(xiàn)混凝土梁與鋼梁連接處確定焊接點，在鋼梁加工過程中提前定位，提前焊接，免去了安裝后焊接困難的缺點； 對于混凝土柱與鋼梁連接處，箍筋按照通常間距布置，會導(dǎo)致預(yù)埋件無法放入柱中，基于BIM模型，提前調(diào)整連接處的柱箍筋分布位置并進行交底，如圖13所示。

圖13 鋼結(jié)構(gòu)與混凝土節(jié)點碰撞

3.4.5 可視化技術(shù)交底

通過BIM系統(tǒng)，項目部建立了施工關(guān)鍵節(jié)點的三維模型，以可視化技術(shù)交底的方式代替?zhèn)鹘y(tǒng)文字交底，使施工作業(yè)人員更加直觀、更形象地了解施工工藝，如圖14所示。

圖14 承臺開挖可視化技術(shù)交底

3.4.6 一鍵排磚

在砌體墻施工伊始，項目運用BIM軟件一鍵排磚功能，從排磚的外觀、材料的損耗等數(shù)據(jù)來對比傳統(tǒng)手算排磚，確定排磚方案，并將不同的墻體分別導(dǎo)出施工圖，編制二維碼，現(xiàn)場根據(jù)墻體排磚圖進行砌筑，通過二維碼驗收，相比于傳統(tǒng)的排磚方式，BIM一鍵排磚不僅節(jié)約大量排磚及計算工程量時間，而且可以直觀查看砌筑工藝，優(yōu)化用料，降低砌體損耗量，如圖15所示。

圖15 運用BIM軟件輸出排磚圖

3.4.7 工藝工法庫

BIM技術(shù)人員將項目各項技術(shù)交底、工藝、工法上傳至BIM系統(tǒng)工藝工法庫，形成項目級工藝工法庫平臺，現(xiàn)場管理人員通過手機端BIM平臺，避免了因施工方案不熟導(dǎo)致的施工不暢，隨時隨地查看工藝要求、工法流程，實現(xiàn)了動態(tài)施工工藝的企業(yè)級集中創(chuàng)建和集成管理，有效地助力了現(xiàn)場管理，如圖16所示。

圖16 工藝工法庫與BIM手機應(yīng)用端

3.4.8 通過BIM模型提取工程量

在施工過程中，將BIM模型根據(jù)現(xiàn)場施工需要進行分區(qū)分塊，相較于傳統(tǒng)需要1名技術(shù)員+一名預(yù)算員+一名物資員配合核對的方式，減小了工作的難度，報量速度提高數(shù)百倍，核量更方便，追蹤更輕松，如圖17所示。

圖17 BIM報量(南塔混凝土工程量)

3.4.9 BIM+成本核算

項目部運用廣聯(lián)達BIM模型進行成本計價，根據(jù)當(dāng)月形象進度勾選已完構(gòu)件，直接導(dǎo)出工程量，一鍵套用定額，一鍵導(dǎo)出工程量清單，系統(tǒng)地保存在BIM平臺中，相較于傳統(tǒng)的人工核算方式不僅僅大大縮短了時間，還將資料有序地規(guī)整在軟件中，便于后期核對，如圖18所示。

圖18 利用BIM模型+成本核量計價

3.4.10 質(zhì)量安全管理閉環(huán)

項目在BIM平臺中建立了現(xiàn)場問題整改記錄，由現(xiàn)場質(zhì)量員將發(fā)現(xiàn)的質(zhì)量問題上傳并指定整改負(fù)責(zé)人，整改負(fù)責(zé)人接到整改通知后前往整改地點整改，完成后拍照上傳系統(tǒng)，由檢查人確認(rèn)是否合格，形成質(zhì)量管理閉環(huán)； 由安全總監(jiān)設(shè)置現(xiàn)場巡視點或巡視周期，巡視人到巡視點使用BIM系統(tǒng)手機端掃描二維碼簽到，描述巡視點的現(xiàn)場情況； 直接用手機端發(fā)起安全問題，同時查看該巡視點之前的問題是否整改閉合，如圖19所示。

圖19 現(xiàn)場安全定點巡視

3.4.11 現(xiàn)場施工實時監(jiān)控

公司和項目部成立兩級施工現(xiàn)場視頻監(jiān)控中心，結(jié)合BIM系統(tǒng)，負(fù)責(zé)公司施工現(xiàn)場視頻監(jiān)控的日常管理及聯(lián)絡(luò)工作， 并與湖南湘江新區(qū)建設(shè)工程質(zhì)量安全監(jiān)督站視頻監(jiān)控系統(tǒng)關(guān)聯(lián)，共同對項目施工實時監(jiān)控，大大提高了項目的文明施工、綠色施工及施工進度水平，如圖20所示。

圖20 公司監(jiān)控系統(tǒng)

3.4.12 特種設(shè)備智能感應(yīng)與監(jiān)測

通過傳感器實時監(jiān)控塔吊運行，保障作業(yè)安全及使用規(guī)范：塔吊防碰撞及吊鉤可視化系統(tǒng)能夠全方位保證塔機的安全運行，包括塔機區(qū)域安全防護、塔機防碰撞、塔機超載、塔機防傾翻、吊鉤可視化等功能，同時能夠提供塔機安全狀態(tài)的實時預(yù)警，并進行制動控制，如圖21所示。

圖21 超載報警系統(tǒng)與塔機智能檢測平臺

3.4.13 勞務(wù)實名制

項目通過BIM系統(tǒng)集成應(yīng)用，將各施工人員的工種、三級安全教育、具體班組負(fù)責(zé)人等錄入平臺中，導(dǎo)出二維碼，做到一人一碼，結(jié)合智能門禁系統(tǒng)，建立勞務(wù)實名制體系，實時加強了對勞務(wù)人員的安全管理，規(guī)范用工、安全用工、高效用工，如圖22所示。

圖22 勞務(wù)工人二維碼

4 BIM應(yīng)用總結(jié)

本項目BIM應(yīng)用貫穿于設(shè)計、施工全生命周期。從軟硬件的配置、室內(nèi)外管線綜合優(yōu)化、覆土位置復(fù)核、三維交底、裝修方案、凈高分析、工程概預(yù)算、一體化施工、工藝工法庫、模型提量、質(zhì)量安全問題閉環(huán)等方面詳細(xì)闡述了BIM在建筑業(yè)中的應(yīng)用。BIM在項目中的應(yīng)用程度越高，產(chǎn)生的效益也越大，做到模型指導(dǎo)施工，BIM平臺集成項目數(shù)據(jù)服務(wù)施工。本項目通過BIM技術(shù)的應(yīng)用實現(xiàn)了各專業(yè)的協(xié)同合作及有效的信息互享，極大地優(yōu)化了施工組織，節(jié)約了施工工期，降低了施工成本，為今后其他項目開展智慧建造、打造智慧工地提供了全方位的寶貴經(jīng)驗。