北京中关村科技园—丰台创新中心项目BIM技术综合应用

2019-08-12

土木建筑工程信息技术 2019年4期

(1.华夏幸福基业股份有限公司，北京 100071； 2.中国建筑科学研究院有限公司，北京 100013)

1 前言

1.1 项目简介

北京中关村科技园丰台园产业基地东区三期1516-35#36#地块项目(以下简称丰台创新中心项目)位于北京市丰台区，是由华夏幸福基业股份有限公司与丰台区政府合作投资建设的一个集行政办公、商业、国际交流与休闲娱乐为一体的高层建筑。该项目规划总建筑面积约为587 445.21m2。35#地块总建筑面积210 135.71m2，其中地上部分139 096.4m2，共7个塔楼；地下部分71 039.31m2。36#地块总建筑面积377 309.5m2，其中地上部分194 081.76m2，共10个塔楼；地下部分183 227.74m2。

图1 项目整体效果图

作为中关村科技园—丰台园的新一代产品，丰台创新中心奉行“产业优先、国际交往、创新驱动、智慧社区、魅力生活”的5 IN发展理念，力求成为构筑城市创新发展的加速器。丰台创新中心是拥有最大中央公园生态绿芯的最智慧最安全的综合性产业园区，紧密对接地方政府与客户需求，旨在打造以科技创新为核心驱动的具有国际影响力的产业高地，成为丰台区乃至全国科技产业与创新产业的孵化器，打造标杆工程。

1.2 项目特点与难点

(1)本项目体量巨大，两个地块地下室共有5层，地上部分单体塔楼17个；从前期勘测、设计、施工到后期运营维护阶段参与单位超过百家，参建各方之间工作协同效率及信息沟通准确性难以保证。

(2)本项目两个地块17个塔楼通过地下室联通为一个整体，各塔楼机电管线汇集于地下室，管线水平垂直方向交叉多，排布密集，施工工艺复杂。

(3)园区内景观范围广，景观设计方案对于绿化及构筑物位置排布要求高，现场施工难度大。

(4)园区内地上十七个塔楼外立面均由石材幕墙与拉索幕墙组成，幕墙系统使用面积广，造型多样。

(5)项目整体工期紧张，工序繁多，采用BIM技术保证工作进度，保障工程质量。

2 BIM技术的计划与组织

2.1 BIM应用目标

基于本项目的自有特点与难点，BIM技术的应用目标主要包含以下几个方面：

(1)优化深化施工设计图纸，避免质量问题、安全问题的出现，杜绝拆改返工等现象出现；

(2)利用BIM技术对复杂的机电管线系统进行3D碰撞检测、深化优化设计及重点区域的优化净高分析等，提前规避风险，保证管线系统实现最优排布；

(3)利用BIM技术对景观建筑及幕墙工程进行预演，增强施工方案的合理性与科学性；

(4)提高参建各方的沟通效率，缩短项目设计周期与施工工期，降低综合成本；

(5)将全景视图技术与VR技术与BIM技术融合应用，打造智慧工地。

利用BIM技术的自身优势将丰台创新中心项目打造成为精品工程[1-4]。

2.2 实施方案与标准

在本项目实施之前，根据《建筑信息模型应用统一标准》(GB51212T-2016)同时参照集团公司的BIM 实施标准编制了《北京中关村科技园丰台园产业基地东区三期1516-35#36#地块项目BIM实施导则》，对于建模标准，协同流程，交付标准等方面做了详细规定。

图2 BIM 工作流程

2.3 软硬件配置

根据本工程的特点，主要应用软件为欧特克公司建筑设计系列软件Revit、Navisworks、3DMAX、Lumion 等。除此之外，公司还配备BIM工作专用服务器、移动式工作站、工作机、VR设备及其他移动终端。

3 BIM技术应用情况

3.1 BIM技术在土建专业的应用

根据在项目策划阶段建立的实施导则、模型精度标准、模型拆分标准，建立各专业模型。

图3 BIM结构模型

图4 BIM建筑模型

在建模过程中，及时发现图纸问题以报告的形式记录下来并将图纸问题及优化解决建议反馈于设计单位，协助设计单位修改图纸以达到最优设计，提前规避施工现场返工等风险。在项目后期通过将建筑模型与结构模型进行整合，梳理在传统的CAD二维平面图纸内不易发现的问题，主要包括：

(1)检查结构能否满足建筑对于造型空间及功能的要求；

(2)检验建筑自身设计在空间上的问题；

(3)检查建筑结构专业间的碰撞情况。

利用BIM技术对于土建模型进行图纸梳理及三维图审，及早发现问题，解决问题，最大程度地优化设计方案。

3.2 BIM技术在机电专业的应用

BIM技术在机电专业的应用主要有以下几个方面：

(1)施工图阶段管线综合

本项目机电安装规模庞大，其中地下室功能众多、管线密集，兼顾商业用途导致净高要求较高。因此在设计阶段，利用BIM技术进行三维建模，将机电模型与土建模型整合后，通过软件检查及人工复核的双重排查，检查所有专业的碰撞情况及净高分析情况，生成碰撞报告及净高优化报告，与设计单位进行沟通协调。利用碰撞报告反馈的碰撞问题，依据实际安装施工中的管道避让原则与垂直面管线排布原则，考虑管道间距，预留桥架检修空间、机电末端空间等注意事项，作出机电综合优化排布方案，优化管线碰撞节点，实现可利用空间的最大化。

图5 BIM机电模型

图6 36#地块综合办公楼首层机电净高优化成果

(2)施工阶段管线综合

在施工阶段，根据设计变更对施工阶段的三维模型进项更新维护，实时完善模型调整管线排布方案，提前了解可能产生的实际安装问题，对项目在设备专业的精细化施工提供指导。利用BIM技术对工程施工中管道设备进行安装预演，避免施工过程中因为施工工序、施工误差等问题影响管线排布净高，减少拆改数量，节约时间与经济成本。

图7 机电综合优化效果图

3.3 BIM算量

在模型完成二次优化后，根据模型利用BIM技术完成项目的工程量统计，提取模型中所有构件信息，包括墙、梁、板、柱等构件体积、个数，机电管线尺寸、长度等内容，生成模型工程量统计清单共55份，为工程预算专业为在材料成本估算方面提供最基础数据，控制施工阶段的物料成本。

图8 工程量清单截图

3.4 BIM技术在幕墙的应用

图9 36#地块的行政办公塔楼幕墙及幕墙节点

本项目地上17个塔楼的外立面均由大面积的拉索式玻璃幕墙及石材幕墙组成。其中36地块行政办公楼南北两侧均为通高的双向拉索幕墙，幕墙高达55.1m，施工难度较大。除此之外， 36地块的文化中心与35地块的健身中心，幕墙形状不规则且分格设计方案较复杂，与外包弧形金属网片间连接也是施工难点之一。

利用BIM技术对塔楼外立面石材幕墙与拉索幕墙进行三维虚拟分格设计及幕墙配件的绘制，通过设计方案对比，选择最优方案并配合幕墙专业深化设计出图。除此之外，利用三维模型模拟幕墙系统与外部弧形金属网片间的连接，优化施工方案，解决幕墙嵌板裁剪安装问题及幕墙与其他建筑构件间的安装联系问题，保证了建筑外立面的整体美观。

3.5 BIM技术在景观专业的应用

本项目景观绿化面积范围较广，包括了运动公园、场地式游乐场、运动水吧、架空跑道、下沉广场、会议公园等特色景观。园区内植物种类及颜色繁多，绿化排布复杂，为了保证景观设计方案最大程度的实现，利用BIM技术建立1∶1的绿化景观三维模型，并与建筑结构模型整合，模拟树木高度对视线的影响，检查景观建筑冲突，优化景观植物颜色排布，提出修改树坑位置及植物种类等优化建议，生成报告反馈于景观设计单位，以保证最优化的景观设计，提升使用者的舒适度。

除此之外，利用BIM技术对下沉广场与塔楼间的进行视线模拟，保证景观建筑没有遮挡视线，最大程度实现“建筑专业十大特色对景”的设计方案，使创新中心与整个丰台地区景观完美融合。

本项目景观专业的另一个复杂施工点就是处在36地块的异形400m夜光架空跑道。为保证跑道的正常使用，建立跑道BIM模型，通过三维模型，优化跑道设计不合理问题及与其他建筑景观的碰撞问题，并提出解决方案反馈于景观设计单位。

3.6 BIM技术在装修专业的应用

基于基本的土建与机电BIM模型，进行重点区域的精装BIM模型建立与渲染出图，并利用精装样板区BIM+VR方案沉浸式体验向业主方展示精装效果，协助比对精装方案。

图10 景观BIM模型

图11 BIM精装模型

3.7 BIM技术的创新应用

在本项目中BIM技术的创新应用点主要有以下几点：

(1)4D进度计划模拟

基于project软件编制的施工计划，与三维模型进行进度挂接，以天、周、月为时间单位，按照不同的时间间隔对施工进度进行正序或者逆序的模拟，对施工物料及人员调配进行监测；预测存在的工期风险及施工难点，生动形象地向外界展示建筑物建造过程；合理优化施工进度计划，缩短施工工期。在施工过程中将模拟数据与现实施工进度数据进行比对，分析偏差原因，及时合理地纠正偏差，调整施工进度，保证计划顺利实施。

图12 4D进度计划模拟

(2)BIM协同管理平台的应用

针对项目实施过程中的重点与难点，搭建属于本项目的BIM协同综合管理平台。采用云平台模式，将数据存储于云端，各应用端可根据自身权限调用内部数据，便于公司管理层实时了解项目情况，针对项目进行管理。

平台集成了用户权限管理、图文档管理、族库管理、流程管理、模型数据轻量化管理等五大基本模块，实现了对项目从设计到施工及后期运营维护阶段的全生命周期统一管理。平台可以导出结构化、轻量化的BIM模型数据，可以实现随时随地在各类移动设备上查阅模型，最大程度地发挥模型作用。

BIM协同管理平台的应用，解决了传统管理模式下的信息不全，档案资料难以长期保存，追溯信息不准确，管理精细化水平不高，各专业协调效率低下等问题，保证政府与业主方对项目全过程的监督把控[5]。

(3)VR与全景视图技术的应用

为保证每位施工人员都能够进行体验式教育，本项目在BIM模型完成后即导入VR软件中，通过 VR眼镜可以在施工项目初期就身临其境地看到整个项目的设计方案全景，达到所见即所得的效果，保证质量技术安全交底。除此之外，利用360度全景视图技术，展示园林、景观、精装等成果，协助项目进行前期宣传[6-7]。

图13 BIM协同管理平台

图14 丰台创新中心全景展示

4 BIM技术应用效益

(1)运用BIM技术，将传统的CAD二维平面图纸转换为BIM三维模型，通过设计建模、施工模型复核，更加形象直观地对设计中的重点难点进行“预演”。共发现土建图纸问题832处，机电专业碰撞检查报告172份，提出碰撞检查点5 209个，解决优化了大量的工程重点难点，降低返工率，保证工程施工质量，形成了一套完整的BIM综合应用技术，为集团以后的工作培养了BIM人才。

(2)BIM技术对幕墙设计方案、景观方案、精装方案模拟确定了业主方对于设计方案的要求与效果，利用大场景动画的制作及精装样板区BIM+VR方案沉浸式体验对设计方案进行二次分析验证，保证了设计方案的最大程度实现，提高工作效率。

(3)BIM技术辅助进行进度计划管理，及时掌握施工进度，合理安排资源，避免返工情况发生，缩短了工期。

(4)通过搭建BIM协同管理平台，共享BIM中的工程信息，实现智慧施工及网络化协作，提高了材料管控效率，方便施工现场资源调度，加快施工进度，隐形提升了项目的管理能力。