BIM+MR技術在華晨寶馬能源中心項目的應用

宋寧 段旭輝 王像 潘友成 于建增

北京第五建筑工程集團有限公司 北京 100020

隨著BIM技術的發展，各復雜項目對其應用越來越廣，也越來越重視。但是現階段各項目仍然存在設計出圖、BIM模型、現場實際不一致等問題，為此從國外首次引進MR技術用于施工階段，至此通過BIM+MR技術對現場項目進行全生命周期的跟蹤、管理得以實現。

華晨寶馬能源中心項目對BIM深化設計模型及MR技術進行聯合應用，進行了BIM模型的深化設計、方案比對、出圖報審、技術交底、虛擬預安裝等，較之傳統項目只利用BIM模型更加直觀、清晰。在設備安裝過程中，提前進行現場模型放射，優化設備安裝位置、管道安裝空間布局，真正做到了使用建筑模型指導現場施工，使得整個設備連接管道采購總量較實際安裝量多出不足2m。BIM+MR系列技術的使用，不僅節約了材料采購費用，還提前發現施工中的碰撞、檢修空間不足等，在目前技術水平范圍內最大程度縮短了工期節約了成本，同時避免了不必要的返工。

1 項目概況

華晨寶馬項目是德國工業4.0對接中國智能制造的典范，設計院是依據整個廠區的概念設計進行模型建立，再通過Revit軟件正向導出施工圖紙，由于現場設備的實際采購情況及施工情況的不可預見性，施工單位在施工前需要全方位的進行二次深化設計，報審通過后才能出圖指導現場施工。由于在設計階段，各種設備均未采購，只能夠按照常規進行各種設備、管道、進出口的預留，而進入施工階段后，大量大型設備陸續采購，設備的尺寸、規格等各項參數確定以后，出現部分設備與設計圖紙偏差很大的情況，這是設計院無法預料的，因此各方審核后的深化設計就是施工階段的依據，采用BIM二次建模成為了與設計模型同等重要的存在。深化設計的問題解決后，設備的供貨時間是需要克服的又一道難關，在工期緊張的情況下，所有設備的備貨周期都將關鍵線路延長，適逢今年全球疫情，造成工期無止境后延，不可能再按照常規施工，必須在現有條件下向前推進工期，因此為設備、閥門等預留準確的空間位置就成了必然，施工過程中采用BIM技術+MR技術及時進行交底、預安裝、檢查可以很好地解決該問題，只需要在可移動設備上導入模型，實地投射或者實地檢查，即可保障管道安裝準確性。該標段項目大型設備體量大，設計原理復雜，設備眾多管線密集，屬于整個華晨寶馬項目的心臟部分。

2 工程難點

2.1 深化量大

設計院根據概念設計的施工圖紙不完全具備直接指導施工的要求，對土建、機電均需要二次深化設計，尤其機電專業在設備選型后，管道接口位置及接口大小等均發生變化，按照空間管理緊湊、合理、美觀的要求進行各專業的精細深化，設備深化的同時造成土建大量拆改，而這些施工變更均需要進行深化設計、報審，部分專業需要更改原設計甚至達80%以上，各專業深化設計較多、報審數量較大，對各專業技術工程師、BIM工程師的數量和素質要求均較高。

2.2 設備及管件供貨周期長

設備及管件供貨周期比較長：項目采用的都是進口設備，其缺點是供貨周期長，普遍的設備及閥門組件供貨周期都是在6個月以上。給施工提出了一個很大的挑戰，需在設備及閥門組件尚未到場的情況下，提前進行其他施工，以保障工期及施工質量，因此必須嚴格進行BIM深化設計及現場虛擬預安裝。

2.3 設計變更多

發生的變更主要有兩點，第一點是因設計院的設計不到位、設計錯漏、設計調整或自然因素及其他因素而進行的設計改變；第二點是因業主本身的需求發生變化、工藝流程、以及工期改變等發生變更，特別是設備變更及精裝修變更，業主看到的施工結果與他想要的東西發生偏差而發生的變更，甚至是正式工程因為效果不理想、不滿意而推到重來，這種更改的時間是無法掌控的，必然會影響項目的工期，因此MR進行的虛擬預安裝、預拼裝顯得格外重要。

3 BIM+MR技術應用

BIM技術是集三維數學技術、計算機技術、繪畫技術為一體的工程數據模型，BIM技術建立在CAD技術基礎上，通過優化設計理念、設計過程、建筑運行過程實現全面升級。混合現實技術（Mix reality，簡稱MR）是結合AR的成像理念與VR沉浸式的成像體驗打造出了一種以全息投影現實為主的混合虛擬現實技術，該技術可以構建逼真的三維虛擬環境，用戶通過多種傳感設備與之相互作用，產生“沉浸感”和“臨場感”。增強現實(MR)技術可以解放用戶的雙手，以3D形式展示BIM數據模型，從而提升整個設計及實施流程的體驗。例如，建筑師和設計師可以使用眼鏡在桌面范圍可視化他們設計的建筑模型，以方便他們更快更直觀地打磨和改進設計。MR系統通常采用三個主要特點：①它結合了虛擬和現實；②在虛擬的三維進行操作；③實時運行。

BIM+MR技術二者相輔相成，互相促進。對項目進行全生命周期的管控，尤其是對一些溝通密集項目，能進行信息的實時傳遞，實時更新，避免因為跟專業溝通不暢引起的工程問題，將成為替代性或者顛覆性的溝通管理技術，對公司而言能起到降低管理費用，提高工程質量，增加企業效益的作用[1]。

對比分析，了解實際施工與進度計劃的偏差，對整個項目的進度進行把控，在施工模擬過程中還能發現各專業施工沖突點及時間，從而合理調整計劃，消除施工交叉點，保證施工順利進行。

3.1 方案論證與優化+MR技術應用

對方案進行可行論證及根據方案深化模型，能源大廳壓縮空氣管道的支吊架采用成品支吊架，豎桿長度6m，穩定性不足（圖1），二次深化提出用非成品支架代替成品支吊架（圖2），運用MR技術在現場進行模擬，方便業主及設計方確認方案。最終確認深化后的方案，即解決了支架不穩、空間過于密集的情況，同時又美觀實用。

圖1 深化前

圖2 深化后

3.2 現場施工交底+MR技術應用

在建筑安裝工程中，技術交底一般包括圖紙交底、施工技術措施交底及安全技術交底等。在每一單項和分部分項工程開始前，均應進行技術交底工作。要嚴格按照施工圖、施工組織設計、施工驗收規范、操作規程和安全規程的有關技術規定施工。傳統平面施工技術交底不夠直觀、難以精確表達復雜的構件搭接關系、施工工人對交底人與交底內容理解有偏差等問題存在。

利用MR技術對深化完成后的模型及方案進行現場技術交底，將深化后的模型，按單項或分部分項分別上傳到移動設備，對施工區域內的施工隊伍進行可視化交底（圖3、圖4），更直觀的反映每個專業管線、設備在現場中的實際位置、空間排布及設備接口的位置。有效提高了交底內容的直觀性和精確度，極大提高了工作效率，施工班組也能很快理解設計方案和施工方案，使交底內容更加直觀，施工工藝執行更加徹底，保證了施工目標的順利實現。

圖3 BIM模型演示

圖4 MR現場可視化交底

3.3 管線綜合優化+MR技術應用

管線綜合優化主要是管線的合理排布以及支吊架的合理排布，對于管線密集，空間狹小區域，進行合理排布，在管線的路由不發生碰撞的情況下，少翻彎，同時進行支吊架深化（圖5、圖6），節省材料，保證施工質量，縮短施工工期。模型深化完成后利用MR技術進行現場預安裝，通過現場預安裝方式對深化形式進行討論修改，最終形成最優形式，進行MR現場技術交底，指導施工，保證工期的前提下對施工質量也起到很大的作用[2]。

圖5 地板下管綜深化前

圖6 地板下管綜深化后

3.4 精細化建模+MR技術應用

對原模型中設備與實際廠家設備不一致的全部進行設備族替換，設備接口及管線位置調整，在不影響原理的情況下，保證檢修空間（圖7、圖8）；針對未到現場的閥門組件，根據廠家提供的樣本資料，采用1:1建模還原閥門組件尺寸長度，進行管道模型深化，精確閥門組件具體安裝位置，在安裝時用管道代替閥門組件，待閥門組件到場，只需要替換管道即可。本項目制冷機房在優化設計過程中，不僅考慮了閥部件的長度，連帶勁法蘭盤的厚度都考慮在內，做到了真正意義上的精細化建模。模型深化完成后，由專業工程師帶領施工工人，利用MR技術進行現場預安裝，檢驗模型深化的可行性，進行反復調整確認無誤進行MR現場技術交底，出圖指導施工。

圖7 管線深化前無通道

圖8 深化后檢修通道

3.5 變更及精裝修+MR技術應用

對于變更的二次深化設計主要是檢驗變更方案可行性；對于精裝修的深化主要是地磚、墻磚以及吊頂、機電排布方面的深化（圖9），深化后通過漫游方式進行演示，如有不同方案可以提前進行優化，避免施工完成后再進行整改，節省了人力、物力、財力[3]。深化完成后利用MR技術進行現場安裝演示，方案確定后進行MR技術交底，指導現場進行施工。

圖9 精裝修深化圖

3.6 現場施工+MR技術應用

現場施工利用MR技術主要體現在以下三方面：

（1）現場進度控制

施工項目進度控制是指在既定的工期內，編制出最優的施工進度計劃，在執行該計劃的施工中，經常檢查施工實際進度情況，并將其與計劃進度相比較，若出現偏差，便分析產生的原因和對工期的影響程度，找出必要的調整措施，修改原計劃，不斷地如此循環，直至工程竣工驗收。施工項目進度控制的總目標是確保施工項目的既定目標工期的實現，或者在保證施工質量和不因此而增加施工實際成本的條件下，適當縮短施工工期。工程進度控制強調事前控制，通過有效的方式對施工項目進行事前控制，排除所能察覺到的所有不合理項、問題點后，在去指導實際的現場施工，降低施工不確定性和返工的人力、資金、時間成本。

BIM和MR的結合，為工程進度管理人員提供了一種進度控制的手段,BIM工程師，只需要將其搭建的BIM模型導出，然后導入到進度仿真管理軟件，通過結合Project進度數據，與模型進行關聯，導入MR場景，可以對現場施工進度隨時記錄，使當前施工最新進展更新到模型中，讓每一根管線及其閥門組件，直觀的顯現出來，極大的增加對于進度的把控。如下圖（圖10），綠色代表以完成，紅色代表未完成，直觀的顯示出項目的施工進度。

圖10 利用MR顯示現場施工進度

（2）質量管理

質量管理交底和培訓，是讓項目參與各方都對施工工藝流程和質量要求達成一致的認識。傳統質量交底通過CAD圖紙和文檔來進行說明，效果較差，效率較低，無法保證效果一致性。利用BIM+MR設備與現實結合，觀看鋼筋、復雜節點構造、機電管線、裝飾裝修的三維效果，形成一個更簡單、直觀的溝通方式，讓非專業人士也能夠快速理解復雜的施工圖紙和工藝做法要求。將實際完工面與模型進行對比。當發現偏差，則可進一步加載圖紙進場景中比對，還可利用測量功能，對誤差進行精準評判，最后通過視圖保存功能，截圖并評論，將問題點推送至后續人員落實整改。

（3）運維管理

BIM+MR運營維護的前提是對模型的深化合理性加以論證，工程師對現場的空間進行比對，在BIM模型深化中充分考慮現場的實際情況進行閥門、閥件、設備等的排布，在不影響功能的情況下，保證檢修及更換空間，使其在后期運維中更加方便快捷（圖11、圖12、圖13）。

圖11 原設計

圖12 深化設計

圖13 現場實際

4 結語

一個工程的完美呈現，是各單位、各部門、各環節的通力合作，施工方關注的是現場，而對前期深化及后期運維的關注度不高，造成各專業在實際施工中發生沖突，BIM+MR技術可以貫穿整個建筑全生命周期，采用BIM+MR技術能快速確認方案的可行性，能夠根據現場使勁情況進行方案調整，使施工更合理美觀，同時減少材料浪費，縮短工期，帶來了很好經濟效益及社會效益。

4.1 經濟效益

（1）對未到場閥門閥件進行預留位置安裝，減少材料浪費，人工費，直接節省成本。

（2）針對項目施工中重難點進行深化設計，減少現場施工過程返工率達80%以上，降低成本損失。

（3）檢查設計院失誤多次，直接減少返工，增加效益。

4.2 社會效益

本項目BIM+MR技術的應用，通過理論與實踐結合，將BIM技術真正落實到實體項目工程，再次驗證了BIM技術在工業廠房施工應用中的優勢。同時，BIM各種創新應用方面，得到了業主及外部單位的一致認可，提高了企業社會核心競爭力，成為了當地標桿項目。