佳兆業(yè)金融大廈施工總承包BIM技術(shù)應(yīng)用

李 攀 王尚寧 朱 超 羅燁欽 廖裕海 萬 鐘 吳雅婷

(中國建筑第四工程局,廣州 518000)

1 工程概況

1.1 項目簡介

佳兆業(yè)金融大廈項目位于深南中路與上步南路交叉口西南部，占地面積約1.4萬m2，總建筑面積約17.5萬m2。由一棟52層超甲級辦公樓， 6層商業(yè)裙樓和4層地下室組成。項目建筑高度258m，工程確保達到魯班獎質(zhì)量標準，建成后將成為佳兆業(yè)集團總部大廈。項目使用的新技術(shù)多，技術(shù)處理難度大，專業(yè)分包多，施工作業(yè)交叉面光，工序穿插困難，工期履約風(fēng)險高，成本管控難度廣，由此在施工總承包管理中引入BIM技術(shù)，已探索信息總承包管理之路，打造四局和豐隆集團的BIM標桿。

圖1 佳兆業(yè)金融大廈項目效果圖

1.2 工程特點和難點[1]

(1)施工難。作為佳兆業(yè)集團總部大廈新址，包含一座超甲級辦公樓，技術(shù)處理難度大，使用新技術(shù)較多，技術(shù)方案復(fù)雜，需使用BIM進行深化和仿真模擬。

(2)管理難。項目專業(yè)分包多，作業(yè)交叉面廣，工序穿插困難，施工過程設(shè)計變更多，總承包管理難度大，工期履約風(fēng)險大，成本管控難度大。

(3)品質(zhì)高。項目竣工之后成為佳兆業(yè)集團總部大廈，要求工程確保獲得魯班獎。作為局級重點工程推廣項目，致力于應(yīng)用BIM技術(shù)探索新型總承包管理之路，作為佳兆業(yè)集團總部戰(zhàn)略新址，承載佳兆業(yè)高端項目BIM樣板基地，致力于打造四局和佳兆業(yè)BIM標桿項目。

2 BIM組織與應(yīng)用環(huán)境

2.1 建立全過程項目統(tǒng)一技術(shù)措施

(1)本項目采用統(tǒng)一的全過程模型標準，其中包括算量模型標準、施工圖模型標準，施工深化模型標準，運營模型標準； 在模型精度上按照專業(yè)細分成一級子項、二級子項，根據(jù)施工圖設(shè)計的構(gòu)件信息具體要求到尺寸、型號、編號的準確度，從模型上實現(xiàn)精細化管理，有效避免了前期的建模錯誤與疏漏，保證了全過程模型的準確性與協(xié)同性。

(2)執(zhí)行嚴格的BIM施工圖質(zhì)量控制措施，實現(xiàn)同步審核二維圖紙與三維模型，出圖后進行各專業(yè)細節(jié)核對，并做好相關(guān)的常規(guī)存檔。三維模型建立后嚴格按照進度要求進行各專業(yè)提資，有效地通過BIM模型實現(xiàn)成本管控。

圖2 BIM實施策劃

圖3 BIM配置

2.2 BIM應(yīng)用目標

(1)設(shè)計階段—運用BIM模型先行的設(shè)計概念，復(fù)雜空間的運用多系統(tǒng)協(xié)同設(shè)計。用Revit建立建筑結(jié)構(gòu)機電等專業(yè)模型，模型經(jīng)過多方參與溝通審核修改再進行出圖，確保出圖率以及精確率達到95%以上，其中鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計出圖率100%。

(2)施工階段—建立精度為LOD400以上的竣工模型作為后期建筑運營的模型基礎(chǔ)，施工模型掛接施工進度計劃以及資金管理計劃進行具有可指導(dǎo)性的5D施工模擬，達到施工、資金管理流動可視化。

(3)運維階段—項目施工過程中的信息采集入庫，并利用項目BIM竣工模型作為信息儲存的向?qū)ВM行綠色節(jié)能數(shù)據(jù)化管理。結(jié)構(gòu)與機電的模型進行空間分析，確保施工現(xiàn)場空間分析標準達到運營要求。

2.3 BIM應(yīng)用軟硬件配置

圖4 BIM綜合應(yīng)用分解圖

圖5 模型協(xié)作流程

2.4 BIM綜合應(yīng)用內(nèi)容匯總

項目BIM綜合應(yīng)用主要在技術(shù)管理、商務(wù)管理和現(xiàn)場管理三個方面，其中技術(shù)管理從項目開工前就開始應(yīng)用，在傳統(tǒng)的工作上增加模型創(chuàng)建、圖紙與模型對比審查、模型深化設(shè)計、施工模擬等內(nèi)容，嚴格做到BIM先行和BIM指導(dǎo)施工； 在商務(wù)管理方面，日常的施工測算、資源協(xié)調(diào)和成本控制借用廣聯(lián)達相關(guān)軟件，打破傳統(tǒng)的手算與現(xiàn)場協(xié)調(diào)，利用信息化技術(shù)，力求達到現(xiàn)場成本控制精細化，資源利用合理化； 在現(xiàn)場施工管理方面，在傳統(tǒng)的施工層面增加樣板模型引路原則，實施新的三維交底技術(shù)，在現(xiàn)場結(jié)合云平臺的條件下幫助現(xiàn)場施工，實現(xiàn)現(xiàn)場施工的信息化管理。通過收集多個平臺的各種成果和信息，最后統(tǒng)一用廣聯(lián)云集合管理，達到現(xiàn)場施工、技術(shù)、商務(wù)等多方面的綜合管理。

3 BIM深化設(shè)計主要應(yīng)用

3.1 場地分析和形體推敲

在方案設(shè)計階段創(chuàng)建基地模型，利用BIM技術(shù)結(jié)合GIS及Fuzor對任務(wù)書的條件進行判斷、整理、分析自然地形和建筑環(huán)境。場地分析完成后，將任務(wù)書中的建筑指標進行深入分析，確定建筑設(shè)計的基本框架。把功能、形體、環(huán)境緊密地聯(lián)系在一起，在此基礎(chǔ)上建立一個合適的體量模型容納具體的功能，并通過運行Fuzor分析，達到最佳的設(shè)計效果[2]。

3.2 BIM模型數(shù)據(jù)交換與集成

在設(shè)計院移交BIM模型的基礎(chǔ)上，通過優(yōu)化深化，向各分包提供模型精度為LOD400的施工模型，同時接收各分包專業(yè)模型，進行模型集成，完成了模型BIM模型數(shù)據(jù)的交換與傳遞。

圖6 鋁模模型深化

3.3 設(shè)計模型深化優(yōu)化

經(jīng)各方商定塔樓核心筒采用鋁膜的施工工藝。在施工前通過BIM建立鋁模模型并進行設(shè)計深化以及施工深化，并利用鋁模三維模型對現(xiàn)場工作人員進行重難點施工的技術(shù)交底，通過720全景技術(shù)展示鋁模樣板模型，現(xiàn)場粘貼二維碼讓現(xiàn)場人員時刻通過模型進行施工詳細合理的組織[3]。

在鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點深化方面，在牛腿與鋼筋連接位置以及鋼結(jié)構(gòu)與混凝土結(jié)構(gòu)連接位置等節(jié)點，充分發(fā)揮了BIM深化設(shè)計優(yōu)勢。在深化鋼結(jié)構(gòu)牛腿的過程中發(fā)現(xiàn)勁性柱的縱筋無法連接到牛腿焊接的套筒，經(jīng)與設(shè)計院溝通，將原套筒位置焊接一塊同牛腿加勁板的鋼板，鋼筋與鋼板通過焊接10d的長度連接，解決了該類問題。再者，模型審核時發(fā)現(xiàn)塔樓混凝土梁的鋼筋與勁性鋼結(jié)構(gòu)柱碰撞，梁筋無法穿過鋼結(jié)構(gòu)鋼板，經(jīng)與設(shè)計溝通，在鋼結(jié)構(gòu)腹板或翼緣處開設(shè)穿筋孔或者通過焊接套筒解決，設(shè)計深化過后達到模型指導(dǎo)現(xiàn)場施工的效果。

圖7 鋼結(jié)構(gòu)牛腿設(shè)計優(yōu)化

3.4 綜合管線協(xié)調(diào)與優(yōu)化、深化方案比選

圖8 鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點深化

圖9 管綜深化

利用BIM模型優(yōu)化管線深化設(shè)計，合理布置管線，預(yù)留洞口，凈高分析，輸出管線圖紙。地下三層設(shè)備走廊管線深化前后對比，深化前凈高為2 200，深化后凈高為2 750[5]。

4 BIM施工主要應(yīng)用[6]

4.1 結(jié)構(gòu)與臨時支撐沖突檢測

項目基坑支護形式采用地連墻+三道混凝土內(nèi)支撐的形式，鋼管樁與結(jié)構(gòu)的梁柱碰撞較多，經(jīng)Navisworks檢測，發(fā)現(xiàn)150處碰撞； 支撐梁板和現(xiàn)澆混凝土板凈空檢測，凈高只有1.35m，提前發(fā)現(xiàn)問題并提出解決方案。

圖10 碰撞檢測報告分析

4.2 機電應(yīng)用

施工前利用BIM技術(shù)對工程施工中管道設(shè)備進行碰撞檢查以及凈空分析，避免施工過程中影響管線排布凈高，減少拆改。在施工階段，實時根據(jù)設(shè)計變更修改結(jié)構(gòu)模型并根據(jù)結(jié)構(gòu)變更調(diào)整管線排布方案，對項目在現(xiàn)場設(shè)備管線專業(yè)的精細化施工提供指導(dǎo)[7]。

圖11 機電模型審核報告

4.3 幕墻應(yīng)用

圖12 幕墻模型深化與模擬安裝

(1)對幕墻特殊交接位置(如交叉金屬裝飾條)建立初步模型，通過選取節(jié)點深化，將難以想象的空間拼裝關(guān)系實體化，從而確定現(xiàn)場拼裝所需材料，深化過后的模型精度達到LOD200[8]。

(2)利用BIM軟件進行幕墻板塊建模，快速分析與主體結(jié)構(gòu)的碰撞關(guān)系，并通過軟件針對幕墻單元進行構(gòu)件預(yù)拼裝，不僅能校驗施工圖的組裝合理性，更能直接輸出構(gòu)件加工圖，直接輸入數(shù)控加工設(shè)備加工。從設(shè)計方案至單元組裝安裝提供一體化的質(zhì)量控制。

4.4 基于BIM的現(xiàn)場管理

4.4.1 信息化施工管理

對外形造型獨特、結(jié)構(gòu)結(jié)點復(fù)雜的質(zhì)量樣板，通過三維圖片、三維動畫進行交底； 使復(fù)雜的結(jié)構(gòu)清楚、直觀地呈現(xiàn)出來，能有效避免因誤讀圖紙而造成的返工，提高了現(xiàn)場人員識圖效率。

另外，項目還采用廣聯(lián)達BIM5D軟件進行施工現(xiàn)場砌體的自動排磚并出量、出圖，使用廣聯(lián)達BIM5D管理平臺管理現(xiàn)場的施工信息并幫助現(xiàn)場施工。

圖13 樣板模型及720全景圖

圖14 自動排磚與BIM5D平臺應(yīng)用

4.4.2 技術(shù)方案編制

高支模施工方案利用廣聯(lián)達BIM模板腳手架軟件，導(dǎo)入已經(jīng)建立的RVT模型或者廣聯(lián)達土建GCL模型，輸入模架參數(shù)后，自動計算整個模架體系安全性，可自動生成模架計算書和方案，提高了高支模施工方案的編制和可靠性。

5 創(chuàng)新性應(yīng)用

5.1 爬模三維深化設(shè)計

本項目核心筒外采用先進的爬模施工技術(shù)代替了傳統(tǒng)的爬架技術(shù)，相比較而言，爬模技術(shù)更安全，也更利于施工，但由于成本較高而少用于一般的民用建筑，在項目各方的商討下決定采用爬模技術(shù)，一方面在周邊復(fù)雜的地理環(huán)境下更能保證施工質(zhì)量，另一方面在有限的場地和較高的操作難度上可以節(jié)約工期，同時也能最高程度上保證工人的操作安全，由于國內(nèi)并沒有大面積采用爬模，故爬模施工時的安全性與可操作性成為了檢驗的重點。

圖15 高支模方案編制

圖16 爬模構(gòu)件分析

圖17 土方開挖模擬

在設(shè)計階段利用ANSYS軟件將各個關(guān)鍵的構(gòu)件的數(shù)據(jù)錄入后形成有限元分析模型，針對每一個構(gòu)件的受力穩(wěn)定性、強度進行分析，通過分析結(jié)果進行調(diào)整，保證每一個關(guān)鍵構(gòu)件在施工時的安全性，然后進行局部整合并分析，如安全通道處的上下樓梯，先通過軟件進行每一塊踏板的受力穩(wěn)定和扶手位置、高度的驗算分析，根據(jù)分析結(jié)果調(diào)整后進行組合并對通道整體分析驗算，通過驗算結(jié)果確定是否可行。局部通過驗算分析后，將每一層作為一個整體進行驗算，最后將每一層爬模進行組合，設(shè)置各項參數(shù)后進行有限元分析計算，根據(jù)最后的分析結(jié)果編寫施工方案和加工爬模構(gòu)件。

5.2 土方平衡

項目周邊環(huán)境復(fù)雜，由于地下連續(xù)墻鄰近地鐵，土方開挖時會影響到地連墻，地方政府、上級單位和業(yè)主特別重視，故土方開挖階段的工作開展起來較為繁瑣。

圖18 地鐵監(jiān)測與基坑監(jiān)測

為保證施工，首先在土方開挖前，利用無人機搭載多臺傳感器，同時從垂直、傾斜多個不同角度采集項目地形影像，結(jié)合軟件功能在電腦端形成場地模型，運用軟件模擬開挖順序并確定土石方開挖方案及土石方開挖工程量。

5.3 點云技術(shù)應(yīng)用

項目基坑北側(cè)1m位置為深圳地鐵1號線，先通過點云技術(shù)收集地鐵表面大量的密集點的三維坐標、反射率和紋理等信息，通過電腦生成地鐵的三維模型，在地鐵和緊鄰的地連墻安裝相關(guān)儀器時刻監(jiān)測，定時定點上傳監(jiān)測數(shù)據(jù)，并在模型中體現(xiàn)，若出現(xiàn)沉降值過高第一時間發(fā)出警報，項目目前無一次超過預(yù)警值，達到基坑監(jiān)測、地鐵車站及軌行區(qū)監(jiān)測的目的。

5.4 虛擬現(xiàn)實VR、AR應(yīng)用

為幫助項目管理人員更好地了解即將施工的區(qū)域，項目設(shè)置獨立的VR體驗區(qū)，預(yù)先將項目的整體模型導(dǎo)入VR體驗主機內(nèi)后，利用VR技術(shù)可直接漫游本項目的模型。后期將機電模型導(dǎo)入結(jié)構(gòu)實體中，經(jīng)過輕量化處理后上傳至BIM5D平臺，通過AR虛擬成像技術(shù)，可在地下室沒有網(wǎng)絡(luò)的情況下通過手機掃描查看機電模型。

圖19 VR與AR

5.5 鋼結(jié)構(gòu)BIM應(yīng)用

為提高鋼構(gòu)件加工整體精度匹配和現(xiàn)場安裝效率，建立標準的建模工作以及相關(guān)科技工作流程，利用先進的三維激光掃描儀進行三維數(shù)據(jù)采集，最后把掃描模型數(shù)據(jù)和BIM模型數(shù)據(jù)進行對比分析，得出預(yù)拼裝檢測報告，對腰桁架鋼結(jié)構(gòu)進行虛擬預(yù)拼裝，得出虛擬預(yù)拼裝檢測數(shù)據(jù)，指導(dǎo)工廠加工。通過此技術(shù)項目鋼結(jié)構(gòu)實現(xiàn)了工廠預(yù)制化，管理精細化，過程經(jīng)濟化[10]。

圖20 鋼結(jié)構(gòu)工廠預(yù)拼裝

圖21 鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件跟蹤

本項目從鋼結(jié)構(gòu)材料采購、工廠加工、構(gòu)件跟蹤、現(xiàn)場施工全程采用精工鋼構(gòu)BIM對鋼構(gòu)構(gòu)件進行全程跟蹤控制。軟件后臺會根據(jù)現(xiàn)場進度情況對成品入庫、出庫、進場驗收、安裝完成生成鋼構(gòu)的工程量及百分率。

6 項目BIM應(yīng)用總結(jié)

6.1 應(yīng)用總結(jié)

項目由建設(shè)方為主導(dǎo)的BIM全過程管理，利用模型集成設(shè)計階段，施工階段以及運維階段的數(shù)據(jù)信息，所有信息實現(xiàn)集成共享，實現(xiàn)高度集成的數(shù)字化、信息化管理模式。BIM執(zhí)行團隊以BIM模型作為執(zhí)行作業(yè)的基礎(chǔ)，充分利用BIM專業(yè)軟件及其延展開發(fā)的軟件工具，在該工程項目設(shè)計過程初期，對此BIM模型之3D模型，進行一些必要的數(shù)量計算程序，產(chǎn)出一套(或部分重要工項)準確的工程數(shù)量估算和成本估算，并能快速因項目可能的變更修改，而將反映在成本增減的影響馬上呈現(xiàn)出來，避免預(yù)算超支，以節(jié)省時間和金錢。這個過程也可以讓設(shè)計人員及時從設(shè)計調(diào)變中隨時觀察到成本的影響，可以有效遏制由于過度修改項目而造成預(yù)算超支。施工階段配合設(shè)計單位進行施工圖深化，較好地解決傳統(tǒng)二維設(shè)計下無法避免的錯、漏、碰、撞等現(xiàn)象。

項目竣工之后作為佳兆業(yè)集團總部大廈將應(yīng)用BIM技術(shù)于運維管理當中，建造階段的竣工模型會不斷地精細化完善，把大廈的運維信息集成于模型當中，實現(xiàn)信息的共享以及運維痕跡的可視化。團隊將后期運維階段利用平臺信息處理與大數(shù)據(jù)分析，實現(xiàn)設(shè)備的檢測，動態(tài)交互，以及將AV、AR、MR、GIS等技術(shù)與BIM進行融合，充分實現(xiàn)BIM信息的價值視為后期研究的重點。

6.2 應(yīng)用心得

BIM不僅僅是把CAD換成REVIT(3DMAX等)這么簡單，很多人對CAD軟件運用得十分熟練，發(fā)展到BIM技術(shù)的時候，很多人只是把它看做是一項簡單的軟件操作，這種觀念是錯誤的。BIM軟件體系是覆蓋了建筑項目全生命周期的各個專業(yè)與環(huán)節(jié)，并不是單一軟件廠商可以做到。其次三維設(shè)計與平面設(shè)計有著本質(zhì)的區(qū)別，需要技術(shù)人員從繪圖習(xí)慣、設(shè)計觀念上進行轉(zhuǎn)變，需要用三維模型生成平面圖，而摒棄了先繪制二維圖紙再聯(lián)想成三維實體。

BIM技術(shù)使得一次性出圖效率、概預(yù)算精度以及施工管理的精細化大幅提高，對于BIM的理解以及應(yīng)用的意義決定了個人與企業(yè)在今后實踐中能取得多大成績。就目前行業(yè)應(yīng)用狀況與建筑行情來看，對于BIM軟件的重視程度遠遠高于BIM本身。學(xué)習(xí)BIM與應(yīng)用BIM還是應(yīng)當從理念入手，通過BIM訓(xùn)練自己建立一種更科學(xué)更接近于真實建造過程的思維方式。