BIM技术在超高层建筑施工中的应用——以杭州奥克斯项目为例

(中建五局华东建设有限公司，上海 200072)

1 工程概况

1.1 项目简介

本工程位于浙江省杭州市余杭区，西临创景路，北靠海曙路，规划总用地面积为47 670m2，总建筑面积为451 797.6m2。整个项目是由4栋40～48层超高层住宅楼(1-4号楼)，1栋59层超高层办公楼(5号楼)，1栋3层住宅配套(6号楼)，1栋6层商业楼(7号楼)、1栋2层商业楼(8号楼)及一座全埋式整体地下车库(结构地下2～3层，5号楼下局部地下4层)共8栋楼组成的城市综合体。其中5#楼主塔楼59层，总高度为273.9m，建成后为杭州城西地标性建筑物之一。

1.2 工程特点和难点

本工程主要特点和难点有：因其地理位置特殊，位于同期建设施工建筑群中心，四周环绕地下空间、地铁及其他工程导致本项目施工环境条件差，施工道路限制多、变化快，交通情况复杂，另外本工程与地铁最近距离仅有6m，基坑放坡互为侵扰，交通组织及场地布置要阶段性更换等特点。同时本工程体量大，功能业态丰富，超高层施工技术难度大，专业分包多，总承包管理困难等难点。

2 BIM组织与应用环境

2.1 BIM应用目标

通过BIM技术在本项目的使用，本项目主要应用目标有：

1)提高项目各部门的协同工作能力，创造高效工作环境；

2)提高深化设计的质量和效率；

3)提高现场施工效率，减少窝工返工、材料损耗及浪费；

4)提高总承包管理水平，加强总包与分包之间的协作，实现多方共赢[1]；

5)提高项目商务管理的准确性与及时性，更好地进行成本控制。

图1 项目整体效果图

2.2 BIM实施流程

BIM实施流程主要包含项目准备、BIM建模和BIM应用三方面。其中项目准备主要有建立BIM团队[2]、统一BIM建模标准[3-4]、编制BIM实施策划；BIM建模主要是针对不同的专业绘制项目的BIM模型，囊括建筑、结构、钢结构、机电各专业，最后审核建筑、结构、机电各专业提交的模型，信息无误后导入BIM5D整合[5]。BIM应用主要是施工阶段应用，包含技术应用、生产应用、商务应用以及特点应用四个方面。

3 BIM在本项目中的应用

3.1 技术应用

BIM在本项目中的技术应用主要包含图纸会审、碰撞检查以及深化设计三部分。

3.1.1 图纸会审

主要包括通过前期BIM小组对于模型的建立，来发现图纸中存在的问题，同时根据模型来思考解决方案，这样在图纸会审过程中可以提出意见并进行汇总[6]。

3.1.2 碰撞检查

在本项目中碰撞检查主要包含一次结构、机电以及钢结构三方面应用。主要目的是通过对模型的碰撞检查得到一次结构墙柱梁板之间、机电管道设备之间、钢结构与一次结构之间有无相互碰撞的问题，减少各专业间协调失误及设计错误，并且提前发现问题进行修改。图2(a)是本项目中机电碰撞的示意图，通过碰撞检查发现的管道吊顶标高之间会有碰撞从而进行修改。图2(b)是本项目5号楼超高层综合体钢柱在地下部分的碰撞检查，通过检查发现其劲性柱上的铆钉和周围一圈墙的钢筋会发生碰撞，从而提前对钢筋排布进行优化设计，解决问题。通过碰撞检查可以发现人眼很难发现的设计问题，避免了因图纸问题带来的返工，提高了项目管理效率，减少后期项目管理成本，也为现场施工及总承包管理打好铺垫[7-8]。

3.1.3 深化设计

BIM的深化设计在本项目中是一个重点应用，主要包含钢结构、铝模、屋面找坡、二次结构以及施工方案五方面的深化设计[9]。

其中钢结构深化设计主要是项目采用Tekla建立了核心筒区域劲性柱模型，为防止劲性柱在混凝土浇筑过程中产生位移与偏位，其中地脚锚杆定位是施工的重难点。由于设计院并未给出地脚锚杆固定方式，故通过BIM技术提出限位板预先固定方法，深化限位板造型避免与现场浇筑时产生移位，并出具图纸用于现场预加工，如图3所示。

(a)机电管线碰撞检查前后 (b)劲性柱与周边墙体钢筋碰撞检查前后图2

(a) 钢柱地脚锚杆BIM模型图 (b)钢柱地脚锚杆实物图图3

铝模深化主要是针对1#-4#超高层住宅的铝模使用，铝合金模板特点是混凝土浇筑成型效果好。在施工前利用BIM技术对铝合金模板做了大量的深化优化工作，最终达到现场门垛、洞口凹槽、预留砌体企口等，均在结构浇筑时一次成型。

屋面找坡深化主要针对1#-4#楼，其屋面属于狭长型且屋面设备间楼梯间分布复杂。为更好地处理建筑找坡的排水，采用BIM技术建立屋面三维模型，在模型基础上进行深化优化。通过增加排水沟、雨水口和若干控制点调整控制点高度达到屋面找坡的目的，标注高程点，出具平面图和三维图以方便施工交底(如图4)。

图4 屋面找坡平面图

二次结构深化主要应用在超高层住宅的标准层。采用了BIM技术搭建标准层模型，包括砌体、构造柱、门垛、过梁等。砌体的排砖首先在BIM5D中输入砌块尺寸等参数，出具排砖图，Revit中完全依据排砖图创建模型，导出平面图的同时制作漫游动画辅助交底[10]。

施工方案的深化设计主要包含高支模排布验算以及大体积。其中高支模排布验算应用是基于三维模型自动布置支模架，对高支模进行三维模拟形式的安全验算，验算通过后导出拼模图指导现场高支模搭设，同时模型可快速提取材料用量，精确统计各模板规格、数量等参数，为施工过程的材料管控提供依据(如图5-6)。大体积混凝土浇筑方案模拟主要针对5#楼底板大体积混凝土质量问题，常规方案中冷凝水循环系统布置交底较难，混凝土分层浇筑容易出现问题，故采用BIM技术创建三维模型，结合动画演示及三维交底指导现场施工，减少返修维护成本(如图2-6)。

3.2 生产应用

本项目中BIM生产应用主要有场地布置、质量安全问题跟踪反馈、现场进度动态管理三方面[11]。

3.2.1 场地布置

采用BIM技术建模的方式，将工程周边的实际环境以数据信息的方式加入到模型中，建立三维的现场平面，在进行场地布置，一方面模拟各个阶段现场施工时各种材料堆场的布置以及材料进出场线路，以最终决策各个阶段优化的平面布置，以及场区内材料的周转和人员的流动使得现场平面布置更加合理，效率更高(如图7-8)。另一方面对于现场的文明施工的布置包括最优放置安全标示标牌，从而达到标准化的要求，提高现场美观度(如图2-7)[12]。

图5 高支模方案安全验算

图6 大体积混凝土施工过程模拟与现场对比

图7 一期现场文明施工对比图

图8 二期现场布置模拟图

3.2.2 质量安全问题跟踪反馈

针对现场的质量安全问题可以依托BIM5D平台的应用。管理人员在施工现场发现质量和安全问题后，一方面对施工现场存在的各种安全隐患，总结归纳，另一方面可以通过BIM5D平台发布相关内容提醒对应的施工员或安全员，从而有针对性地采取相应的安全措施，加强防范。通过BIM的使用，可以留下管理痕迹，同时可以通过网页端对于问题的反馈有个直观的认识。每个月根据相对应的问题跟踪以及整改完成情况还有可以对劳务的优秀程度作出判断提供依据[13-15]。如图9-10所示。

图9 BIM手机端质量安全问题反馈

3.2.3 现场动态管理

相比于传统编制的Project进度管理，基于BIM技术的4D进度模拟涵盖各施工阶段材料用量、施工工序、延误原因分析等进度管理信息(如图11)。同时集成远程视频监控系统以及BIM平台手机端的使用，定期将视频监控记录以及每天的电子版施工日志导入至BIM5D平台，形成完整可追溯的形象进度，有利于实现基于进度计划的动态资源管理(如图12)。[16]

图11 BIM5D平台进度计划演示

图12 BIM手机端施工日志上传

3.3 商务应用

利用5D平台集成Excel清单数据，并基于模型查看清单工程量，实现量价一体化、资源曲线分析、成本多算对比。及时分析各流水段资源消耗情况，并且为现场合理的物资采购计划提供强有力的数据支撑。

对于某些较难统计的工程量如脚手架，其工程量的统计往往随着不同的施工方案也会发生变化。通过BIM的计算可以实现工程量的多算对比，不仅效率高而且工程量精确，为施工方案的选择以及工程造价成本的管理提供了很好的数据支撑。

同时基于BIM5D平台可以实现动态计算任意时间段内计划的工程量，通过计划用量与实际用量之间的对比和分析，进行实时动态成本管理。同时计划用量也是施工人员调配、工程材料采购等材料管理的依据，如图13-14所示。

图13 成本预算与模型关联

图14 物资采购提供依据

4 结语

综合目前BIM技术在杭州奥克斯项目应用情况及成果来看，它在总承包管理方面发挥着巨大作用。超高层建筑施工过程中的精细化管理和提前进行的施工过程模拟不仅使得管理人员对现场管理更加科学合理，而且使得各分包之间的沟通交流以及反应更加快速高效。随着BIM在项目中的应用，施工质量显著提高，返工错误明显减少，成本节约也更加数据化和可视化。

随着BIM在超高层建筑的进一步应用，更多的超高层施工技术都可以结合BIM进行更高效和更精细的管理，BIM带来的不仅是一个高效的工具，其数据化和信息化的平台更多的是提供给我们一种建筑施工的全新理念。