BIM技術在宋莊文化中心項目設計階段的綜合應用

王 鵲 曹 樂 魯相宜 郝學潮 張 凱 劉 璐 劉昆鵬 曹 勝 唐開春

(1.中國建筑科學研究院有限公司，北京 100013； 2.北京文化置業有限公司，北京 100031)

引言

BIM技術是一種基于三維數字技術將項目全生命周期內的各種數字信息加以整合并對其進行有效管理的新興技術手段，是一種應用于工程設計建造管理的數據化工具。近年來，BIM技術貫穿于項目策劃、建造到后期運營維護等項目的全生命周期內對建筑信息進行收集、整合、分享和傳遞，為參建各方良好的協同合作打下基礎，提高工作效率，節約建造和管理成本[1-3]。

通州區宋莊鎮0301-1201地塊F3其他多功能用地項目作為北京市的副中心通州區文化創新建設的重要組成部分，以BIM協同管理平臺為依托，在項目建造的設計—施工階段全員全專業參與，利用BIM技術對項目進行管理和優化。本文主要講述BIM技術在宋莊文化中心項目設計階段的BIM數據協同應用。

1 項目概況

北京市通州區宋莊鎮0301-1201地塊F3其他多功能用地項目位于北京市通州區宋莊鎮，緊鄰宋莊文化聚集區中心街，周邊藝術人才聚集，區位優勢明顯，輻射“首都城市圈”和“京津冀都市圈”。本項目旨在打造包含文藝創作與展示、文藝交流鑒賞、文創用品交易、會客休憩等多種功能的國際化的藝術聚集區。

圖1 項目效果圖

本項目規劃總用地面積為13.7萬m2，其中建設用地面積約為6.6萬m2，總建筑面積約25.9萬m2，包含七棟塔樓。其中1、2#塔樓為文創藝術辦公樓，地上建筑4層； 3#塔樓為藝術創意辦公樓，地上建筑12至14層； 4、5、6#塔樓為文創傳媒辦公室，地上建筑5層； 7#塔樓為文創總部辦公樓，地上建筑14層； 地下車庫和主要設備機房布置在地下二、三層。

2 項目特點與難點

本項目工程體量大，地下室建筑面積約9萬m2，其中地下二層與地下三層為機動車庫，地下一層與地上的七個獨立塔樓分別連成一體。導致地下一層結構存在多處錯層，施工難度大，投入成本高。

本項目地下室單層面積大，地上部分塔樓數量多。機電管線在水平方向和垂直方向涉及面積廣，布置復雜。尤其是在地下室結構和各塔樓的頂層，管線布置與綜合優化難度大。

本項目從設計階段到施工及后期運營階段涉及的參與方眾多，海量的建筑信息在各方之間傳遞過程中容易發生信息碎片化和關鍵信息的缺失。合理的收集、整合、傳遞和保存建筑信息，提高各參建方之間的協同合作效率和處理突發危機時的能力也是本項目的難點之一。

3 BIM的工作目標

針對本項目自身的特點與難點，結合BIM技術的優勢，BIM工作目標主要有以下幾點：

(1)優化設計，規避返工

利用BIM技術的可視化等應用特點，在設計階段將各專業二維設計圖紙搭建成BIM模型，建模完成后將所有模型梳理整合進行審核優化專業設計間不交圈的問題，提前解決，以減少設計變更、節約成本、提高建筑品質。

(2)施工圖階段的設計交底

通過搭建項目專屬的的BIM協同工作平臺，賦予不同參建方不同的專業權限，實現三維技術施工云交底及線上協同溝通，更加真實地展示待建構件的技術做法，提高各方溝通效率，為在突發情況下項目的有效運轉提供保障。

(3)探索創新

通州區作為北京市的城市副中心，也是北京智慧城市的試點區域。利用BIM技術打造智慧工地也是本項目實施目標之一。除此之外，為業主方培養BIM 管理人才，為項目后期維護和其他項目的開展存儲后備力量也是本項目期待達到的目標。

4 BIM工作流程

圖2展示了BIM在設計階段的工作流程，主要參與方有設計單位、BIM咨詢單位和業主單位等，主要流程如下：

首先設計單位向BIM咨詢單位提交設計圖紙，BIM咨詢單位根據已收到圖紙搭建各專業模型，優化審核設計圖紙，并且反饋各專業圖紙審核報告、機電專業碰撞報告、機電管線綜合優化報告等到設計院，設計院依據反饋報告修改圖紙。經過多次上述流程優化設計圖紙、更新BIM模型，并上傳至協同工作平臺上供業主單位查閱審核模型，如果發現問題再返回上述流程進行修改，無需要修改的地方直接將BIM模型移交給總承包單位以供參考。

圖2 BIM設計階段工作流程

5 BIM的專業化應用

5.1 BIM模型的搭建

根據本項目的特點，制定項目BIM實施策劃及建模應用標準，同時創建本項目各專業的BIM模型樣板文件和參數化構件族庫。根據設計院提供的圖紙資料，利用BIM 建模軟件建立建筑、結構和機電專業模型。

圖3 建筑模型展示

圖4 結構模型展示

5.2 設計圖紙審核

在各專業建模過程中記錄總結各專業圖紙錯漏碰缺問題，在建模完成后通過對各專業模型整合以對設計圖紙進行審核，發現專業設計間不交圈問題以及專業之間的沖突，制作各專業圖紙審核報告反饋于設計單位，輔助設計單位進行施工圖優化； 提高各專業間的溝通效率，減少后期施工階段的設計變更，優化設計流程[9]。

利用BIM軟件的檢測功能和專業工程師復核對項目整體BIM模型各專業之間進行檢測，主要包括：

(1)檢查建筑、結構專業間是否存在沖突;

(2)檢查機電專業間是否存在沖突;

(3)檢查機電專業與其他專業之間的沖突;

(4)檢查各專業設計不合理位置和不合理構件;

(5)檢查結構、建筑構件套管預留預埋位置的合理性。

在本項目中利用BIM技術共出具建筑和結構專業審核報告5份，解決問題點103個； 解決機電碰撞點700余個，極大地提高了工作效率，為后期施工階段節約了時間成本。

圖6-7為BIM技術在項目設計階段圖紙審核的典型應用。

圖6 設計圖紙審核展示

圖7 設計圖紙審核展示

5.3 管線綜合優化

本項目機電專業管線復雜，地下車庫面積大、機房多，主干管道通過地下車庫區域通往各個塔樓，管道密集且交叉情況嚴重； 作為藝術中心對于溫度濕度要求嚴格，設備機房的布置也尤為重要。BIM模型建立完成后，由各專業工程師出具相應的碰撞報告、凈高分析報告和管線綜合優化報告提交給設計單位。

管線綜合內容主要包括[7-8]：

(1)使用BIM技術在管道優化原則的指導下對各專業系統的管線進行優化深化排布，規避管線間的碰撞，合理提高項目功能使用空間；

(2)提前預留結構洞口，降低土建專業和機電專業交叉施工時產生二次破壞的風險；

(3)優化地下基礎的位置和相應的地磚、墻磚等排布，保證其合理美觀；

(4)對重點區域進行凈高分析，通過對不滿足凈高要求區域的各專業間管線進行綜合排布，優化凈高以滿足使用需求，達到該區域的使用空間最大化；

此外，填筑粘土前先將砼表面打掃干凈，涂上3～5 mm的一層泥漿（土水比1∶2.5～3.0）并抹平，泥漿濕潤后及時填筑粘性摻灰土，所有砼表面填筑1.5 m厚的粘性摻灰土。各區及結合部位（含兩岸岸邊）的填筑及碾壓根據本工程的特點及要求，采用“先砂后土，土砂平起、跨縫碾壓”法施工。

(5)地下室管線密集、設備機房管徑大且排布復雜，管底高度相對較低，利用BIM 技術在地下室及設備機房進行優化，同時進行行車路線模擬，以保證地下車庫的正常使用。

圖8 重點區域管線優化展示

圖9 重點區域管線優化展示

5.4 專項深化設計

利用BIM技術對項目中較為復雜的、二維圖紙表達欠缺的構件1∶1建立構件BIM模型并輔助設計單位對其進行專項深化，提交相應的BIM 模型和各種尺寸信息表達完整的大樣圖紙。主要包括有：

(1)各塔樓屋頂造型各異，均不是由常規線條組成的模型，部分詳細尺寸無法確認，在已經建立好的屋頂構件模型使用軟件出圖技術生成可直接用于施工的大樣圖紙；

(2)各塔樓垂直方向的樓梯布置層數多，各層標高不一致，通過BIM可視化對樓梯的布置合理性進行檢查，輔助設計單位深化樓梯設計；

(3)對專項的施工工藝及節點進行深化設計。

6 BIM數據協同應用

6.1 BIM圖文檔管理

在項目進行過程中由于更新優化會產生多版BIM 模型，平臺根據上傳模型時間自動排布版本，可以實現版本溯源管理，同時在項目進行過程中產生的所有圖紙、審核報告、碰撞報告、優化建議報告分批次上傳，關聯各版本模型。在BIM協同平臺上，各參建方可以根據自己所被授權的權限對BIM模型及所有相關項目資料進行上傳、管理、變更、維護、查看、審批，對項目的進展有實時和直觀的了解。

圖10 BIM協同管理平臺展示

6.2 協同管理

項目參建方眾多，如果單純靠線下會議和線上微信群溝通等方式無法將相關工作留痕管理，容易造成各參與方遇事推卸責任及工作效率低。利用BIM 平臺的協同管理功能，各參建方可隨時查看權限內的線上文檔，對文檔審核批注，及時上傳意見報告，進行線上會議等以做到對項目的責任歸屬明確和高效、有痕管理。

圖11 BIM協同管理平臺展示

6.3 輕量化應用

項目體量大，模型文件大，為了便于非BIM專業的各參建方對BIM模型的瀏覽、查詢、審核、批注和模型內漫游等功能訴求，將BIM模型進行輕量化處理上傳至BIM平臺上，便于各參建方在未安裝BIM專業軟件的情況下也能在Web端及移動端瀏覽查看。

圖12 BIM協同管理平臺展示

7 BIM效益分析

不同于傳統的設計流程，本項目利用BIM技術輔助的設計流程，在前期初步設計階段，通過建立的全專業BIM模型將待建項目的數據信息具體化和可視化，豐富設計理念，優化設計方案。利用BIM平臺在設計和施工階段的精細化管理，節約了建設成本，減少了施工階段的設計變更，有效規避了施工、返工等風險，保證施工的準確性。

通過BIM 協同管理平臺，促進了各參建方對于本項目的參與熱情和溝通效率，提高了項目的管理效率和處理突發危機的能力，為項目在其全生命周期內有序高效、安全高質量的完成打下了良好的基礎[4-6]。

8 結語

宋莊鎮0301-1201地塊F3其他多功能用地項目在設計階段的BIM技術綜合應用最大限度地優化了設計方案，為工程建設項目提供了有效地綜合解決方案，大大節省了成本和時間成本。利用BIM協同管理平臺達到各專業各部門之間的信息互享、有效協同，為未來的工程建設項目提供了寶貴的成功經驗。

BIM技術將利用其強大的功能和清晰的表現手法繼續服務于本項目的全生命周期的其他階段，如何把設計階段的BIM模型轉化為可以用于指導施工和維護項目后期運維的施工階段模型以及后期配合智慧建筑運維階段的BIM模型是我們下一階段的主要工作內容。