北京市昌平區未來科技城南區綜合商業用地項目BIM技術應用

王 滿 趙虎軍 李 君 何景蘇 廉 冠 張洪峰 李祖文 劉俊峰

(中建三局集團有限公司，北京 100097)

1 工程概況

1.1 總體概況

項目位于昌平區北七家鎮定泗路與魯疃西路交叉路口西南，未來科學城核心區，作為未來科學城地標建筑，采用“天空之城”的設計理念，設計新穎、造型獨特。北京地鐵17號線貫穿塔樓地下室四層、三層，為全國少有的地鐵結構與車庫結構一體化施工。項目總建筑面積540 000m2，總占地面積60 000m2，業態是集辦公、商業等多種配套功能于一體的超高層商業綜合體，建成后將成為北京“智慧園區”和“輕都市”典范。

圖1 項目整體效果圖

1.2 與地鐵一體化概況

地鐵17號線從項目用地中央地下四層、三層縱向穿過，與我方建筑地下交接部位采用雙墻結構形式，水平結構共構，豎向結構不共構，地鐵結構外墻厚900mm，地下車庫結構墻體厚700mm，雙墻之間設置振溝。抗振溝寬1.1m，深4m，南北區抗振溝單側長約500m。

圖2 與地鐵一體化共建模型圖

1.3 北區百米鋼平臺概況

北區塔樓在103m高空之間設計有“天空之城”鋼連廊，連廊采用桁架結構體系，桁架高度接近5.5m，寬度超58m，最大跨度達40.5m，單品桁架重量超過120t。鋼平臺底部安裝尺寸達1 500m2超大LED顯示屏。平臺上方塔樓設置有12.8m超高超大雙層呼吸式建筑頂部幕墻。

圖3 北區百米高空鋼平臺效果圖

1.4 工程重難點

項目以結構/建筑長城杯、國優、北京市新技術應用示范工程、北京市BIM應用示范工程、住建部綠色施工科技示范工程等為高標準目標，對工程技術含量、建設質量和建設周期及以下工程重難點都提出了相當嚴格的標準及較高的管理水平要求[1]：

(1)設計圖紙管理：三家設計單位+三邊工程，圖紙量大，尤其是地下部分與地鐵圖紙，圖紙標準不統一、設計圖紙調整頻繁。

(2)全國少有地下開發結構與地鐵一體化同步施工項目管理：含消聲減振、防水封閉、一體化監測、工序安排、多單位現場綜合協調管理等難點。

(3)多地塊、多塔樓、場地有限的工程平面管理：CP-05和CP-26兩大地塊，共7棟塔樓和2棟裙樓，工程實體量大，材料、構件、設備多、專業單位多、現場可利用場地小，做好場地布置、垂直運輸與平面管理，并整合有限的內外部資源非常重要[2]。

(4)北區百米高空超大跨鋼平臺安裝管理：屬超大跨超重鋼結構103m懸空作業，安全風險高，整體施工難度大。

(5)項目關注度高，甲方保利對項目的第三方評估要求高：項目作為典型的區域地標性建筑，承載著多項智能系統和最新科技的應用與推廣，擔負著將建筑信息納入城市基礎信息的典型試點和引導作用[3]，市區政府及公司領導普遍關注。

(6)參建單位多，施工協調需求高，甲指分包管理難度大，BIM作為管控手段，協助協調各參與方工作[4]。此外，甲方對后期運維管理要求高。

2 BIM組織與應用環境

2.1 BIM應用目標

(1)編制項目BIM相關標準，建立施工階段BIM，完成各專項應用，輔助風險識別，建立BIM協同平臺，并形成有效數據庫素材，為后期BIM運維奠定基礎[5]。

(2)消除數據孤島、打通數據傳遞鏈條，提升建設工地監督管理水平[6]。

(3)全面推進BIM技術應用，將BIM技術細化滲透到各個部門，杜絕BIM工作與現場工作脫節現象發生，并培養一批BIM專業人才[7]。

(4)應用BIM技術在商業綜合體與地鐵一體化共建中實現施工及運維階段：結構優化、協同管理、增益質量及安全等； 提升工程管理水平及效果，融合甚至可能性拔高科技創新、綠色節能、精益建造等元素，整體為工程管理服務及增值。

2.2 實施方案

項目在施工前期即結合工程特點參照《建筑工程施工BIM應用指南》、《中建三局集團有限公司(北京)項目BIM實施與管理手冊》編制詳細的《BIM實施策劃方案》，對組織架構、平臺搭建、應用點實施計劃、例會制度、部門聯動及各專業統一標準等方面進行明確與傳閱。BIM實施原則是全專業應用、各部門協同辦公。主線是劃定不同階段BIM應用項及責任方、成果提交形式等。

表1 不同階段BIM實施內容要點

2.3 團隊組織

本工程采用“1中心+N1+N2”BIM管理模式。1中心代表公司BIM中心，設BIM中心主任，由公司總工統籌，指導項目工作及提供資源支持。N1代表項目總包部技術、安全、質量、商務等各部門各設一名BIM兼職負責人，可增強BIM應用部門間聯動，總體由項目總工領導管理。N2代表鋼構、機電、幕墻、精裝、消防等各專業分包各自指定一名BIM負責人，進行各專業內建模、BIM應用、參與項目BIM協調會、提交BIM工作成果等內容。

架構確保在BIM實施過程中，對內實現各部門信息綜合，對外提升建筑信息傳遞的效率，形成一條完整的工作鏈，將項目的圖紙信息與生產、進度、質量、成本進行結合，實現高品質建造[8]。

2.4 軟硬件環境

軟件選用綜合考慮不同專業應用需求、軟件優缺點及費用、不同軟件間接口標準統一等因素，本工程選用軟件包含核心建模類、動畫制作類、精細化管理類[9]，具體如下：

表2 項目BIM軟件配備及用途

硬件采用高端工作站與可移動設備搭配方式[2]，主要配置有：惠普Z8工作站、聯想P51筆記本工作站、神舟Z7筆記本、二維碼打印機(2臺)、Overlord Pro 3D打印機(2臺)、iPad(6臺)、FARO三維激光掃描儀(1臺)等。

3 BIM應用

項目結合重難點與工程進度，分基礎與創新應用點展開BIM工作。

3.1 BIM建模與圖紙會審

項目根據統一的標準化構件命名與著色要求，建模細部標準參照《建筑信息模型施工應用標準》(GB/T51235-2017))[3]并結合設計圖紙，提前搭建地鐵一體化、機電等施工圖設計模型。

圖4 機電專業建模顏色統一標準

圖5 土建與地鐵一體化、單塔機電施工圖模型

BIM的可視化功能集成多維信息，精確儲存了如機電暖通空調工程中的設備及管線的屬性及空間信息[10]。利用BIM模型建模過程及可視化特點，項目在圖紙會審階段發現圖紙問題并提出合理化建議，設計單位在進行圖紙修正時利用BIM模型進行校核驗證，大幅減少了施工過程中因碰撞、拆改及因設備未選定而造成的浪費和工期延誤、造價增大等問題，總體上減少非必要的設計變更，提高圖紙會審質量與效率。

3.2 深化設計與綜合協調

表3 項目各專業典型深化設計與綜合協調匯總

3.3 工藝模擬與方案輔助

表4 項目典型工藝模擬與方案輔助應用匯總

3.4 場平管理

(1)各階段場平管理模型應用

根據施工部署，對各階段場地布置進行模擬，復核材料運輸通道、人員疏散路徑、大型構件吊裝的設置，優化場地布置。通過各專業場地占用數據分析，提升場地利用率，降低場地使用沖突率，施工場地更加協調有序。

圖6 地下、地上主體階段場平管理模型圖

(2)BIM設計型鋼馬道周轉使用

項目針對多塔樓施工，運用BIM技術進行B-3樓型鋼馬道設計，并在B-4、B-1樓地下部分施工實現循環使用，周轉降本。

圖7 型鋼馬道BIM設計模型及現場搭設圖

3.5 輔助質量安全管理

(1)質量管理BIM應用

項目將施工模型和深化設計模型進行輕量化處理，通過協筑等平臺結合Ipad將模型帶至施工現場，運用模型指導現場的實施和檢查。

另外利用如幕墻單元板樣板模型來展示特殊的、復雜部位的施工節點，指導現場施工，杜絕錯漏碰缺，提高現場施工的實體質量。

在第三方實測實量管理方面，如機電通過BIM模型對綜合管線平面位置和標高進行確認，確保現場機電管線施工準確、實測實量與深化圖形一致性。

圖8 機電輕量化模型與幕墻單元塊樣板

圖9 機電典型管綜模型與現場實測施工圖

(2)安全管理BIM應用

虛擬現實以信息技術為核心，在計算機數字化環境中建立一個多源信息融合和交互式的三維動態視覺仿真世界，用戶可以從視覺、聽覺和觸覺等多方面感知途徑與虛擬世界的對象進行交互[11]。

項目借助BIM漫游模擬功能，快速查找容易被忽視的臨邊洞口等安全隱患問題，做出安全防護部署，建立防護體系，為制定更準確的現場安全設計方案提供依據[12]。利用VR技術將現場安全防護部署、防護體系、現場危險源等進行虛擬現實化，設立虛擬現實安全體驗館，使工人及現場管理人員切身體會到安全施工的重要性，總體上消減安全風險。

圖10 場地安全漫游與VR安全體驗技術

3.6 三維激光掃描

項目利用BIM三維激光掃描技術掃描已施工主體結構形成三維點云數據模型。經與理想模型進行精度比對，審核施工誤差，并及時通知相關專業調整深化設計模型或整改施工現場，修正誤差，提高幕墻、屋面等專業現場安裝精度和質量。激光掃描技術突破了傳統的單點測量方法，具有高效率、高精度的獨特優勢[13]。

圖11 現場三維激光掃描與生成點云模型比對圖

3.7 3D打印

項目針對地鐵交叉部位、鋼結構穿筋、幕墻等典型節點通過3D打印模型，進行深化設計成果的復核及施工方案、復雜節點等的展示與交底，對比并及時發現現場施工實物及工藝的錯誤，提高施工質量。

圖12 幕墻埋件3D打印設置與實體節點

3.8 二次開發小程序應用

項目幕墻專業將Revit模型導入UE4游戲引擎制作設計方案交底程序，既可以實現模型及非幾何信息的便捷查看，又能加強對單元板塊制作及安裝質量的核查。

圖13 幕墻自主研發小程序操作演示圖

3.9 “協筑”協同工作平臺應用

項目采用廣聯達協筑云平臺作為本項目的數據協同管理平臺。合理分配各參與方權限與角色，建立云端內部數據共享，用于BIM實施過程中的各參與方協作過程。協同平臺支持管理人員應用智能移動端，發起、處理、追蹤和審核包括質量安全等問題，支持語言、圖片、視頻等多媒體的問題描述，自動生成質量安全整改單，減少資料歸檔工作[14]。

所有BIM成果通過協同平臺進行傳輸、共享、管理及應用，實現即時通訊與輕量化應用，并為公司數據庫積累提供支撐。

圖14 項目協同工作平臺應用

4 項目應用效果

4.1 科技創新創效

在商業綜合體與地鐵一體化同步共建中，針對抗振溝典型節點部位將BIM技術與設計變更、科技研發創新結合起來，縮減成本，為項目創效增益。同時形成相關專利、工法及論文。

項目綜合應用BIM輔助圖紙會審、各專業深化優化等技術截止目前共發現圖紙問題185處，形成圖紙會審116項，大幅減少了施工過程中因碰撞、拆改及設備未選定而造成的浪費和工期延誤、造價增加等問題，綜合節省成本約120萬元。

4.2 實測實量成效

項目綜合運用輕量化模型、三維激光掃描、3D打印等BIM技術輔助實測實量，提高質量標準及管控效果，協助項目在2018-2019年期間取得保利全國第三方測評2次第一名、1次第二名的成績。

4.3 施工管控提升

工藝模擬、方案BIM設計、可視化交底、VR體驗等技術應用一方面優化現場工序穿插、工作面合理化布局，提高了生產效率； 另一方面提高了工人安全意識，并有效消除了現場安全隱患。項目榮獲北京市綠色安全樣板工地、北京市青年安全生產示范崗等榮譽，項目整體管控水平得到優化與提升。

5 總結

5.1 創新點

(1)與地鐵一體化應用

作為全國少有的商業綜合體與地鐵一體化共建同步施工項目，項目將節點優化、工藝模擬等BIM技術融合進入設計變更、科技創新創效及課題研究等工作中，一方面縮減成本、為項目提質創效，另一方面推進科技成果產出，形成專利《一種吸音隔振混凝土新材料及其抗振溝回填方法和應用》、工法《與地鐵一體化抗振溝施工工法》、論文《BIM技術在與地鐵一體化施工管理中的應用》、相關研究報告等成果。總體上在與地鐵一體化方面形成了良好的解決思路和方法。

(2)幕墻自主程序開發應用

在目前市場主流軟件平臺的基礎上，幕墻專業自主開發了一種便捷操作與交底小程序。該程序成本交底，且操作效果良好，總體性價比較高。

(3)形成園區區域化BIM應用(區標)

項目積極參與整個昌平區未來科技城園區BIM技術應用標準并推行，完善時空信息一張圖。并致力于運用BIM技術研究智慧園區在空間組織等方面的內容，爭取形成類似項目具有可借鑒性的示范案例。

5.2 經驗與思考

BIM的基礎技術在行業內應用越來越堅實，逐漸從曾經的錦上添花轉變成了當下高效、精細化、信息化施工中不可缺少的技術手段[15]，項目也形成了以下若干經驗與思考：

(1)經驗：項目在應用BIM技術過程中，人員的BIM工具意識、標準化要求及應用流程技巧取得了較大提升。針對工程要點比較以往也提供了更佳的解決思路、方案，另外為公司數據庫的積累提供了資源支撐。

(2)思考：在過程中也面臨著建模減負、全員BIM應用主動性尚不足、深層次應用有待加強等一些問題需要改善。項目將繼續在全專業和全方位深度應用BIM技術，深入挖掘BIM創新和示范應用，通過智慧建造，將項目打造成北京“智慧園區”和“輕都市”典范。