BIM技术助力内蒙古赛马场项目荣获全球卓越项目管理金奖

2019-09-10李永双

项目管理评论 2019年2期

李永双

2018年10月30日，国际项目管理协会（IPMA）2018年度頒奖盛典在芬兰赫尔辛基隆重举行。重庆联盛建设项目管理有限公司（下称“重庆联盛”）负责管理的内蒙古少数民族体育文化运动中心项目（下称“赛马场项目”），荣获大型项目全球卓越项目管理（Global Project Excellence Award）金奖。

一号重点工程

赛马场项目位于呼和浩特市新城区保合少镇（呼和浩特市东北角），项目占地1 800亩，总建筑面积约8.2万平方米，总投资约8.39亿元。项目建设内容包括标准赛道、主体建筑群、马厩、停车场等，其中标准赛道单圈长度达3.2千米，主体建筑群自东向西由看台楼、亮马圈、多功能主楼三部分组成。

赛马场项目是内蒙古自治区2016—2017年一号重点工程，该项目于2016年3月开工，按计划于2017年6月全面完工。2017年8月8日，内蒙古自治区成立70周年盛大庆典在此成功召开。项目主建筑群设计气势宏伟，极具民族特色。项目建设单位为呼和浩特市城发投资经营有限责任公司，建设单位通过公开招标方式委托重庆联盛作为项目管理单位，对项目实施全过程管理。

截至目前，除前文所述IPMA国际项目管理大奖外，赛马场项目也荣获了众多国内奖项，包括2016年第十二届中国钢结构金奖工程、中国金属围护系统工程金禹奖、本特利（Bentley）2016年全球BIM技术创新杯入围奖（全国仅两席）、呼和浩特市青城杯、内蒙古草原杯等。

赛马场项目的主要创新体现在以下两个方面。

（1）管理模式创新。基于赛马场项目施工进度与质量的双重要求，重庆联盛提出一体化项目管理模式。基于该模式，项目实现了包括项目管理、工程监理、招投标代理及造价咨询管理等的全过程一体化管理，最大限度地提高了生产效率。

（2）技术应用创新。BIM技术是目前建筑行业的技术革命方向，但在国内工程领域仍处于分块应用阶段，这主要是由于参加单位的角色分工不同。赛马场项目采用一体化项目管理模式，重庆联盛具备全过程实施BIM技术的条件。同时，针对项目造型复杂、成本控制及工期要求，BIM技术也是必须引入的。因此，重庆联盛不仅力主将BIM技术引入本项目，而且主导了BIM技术在设计、施工、验收、审计等全过程的应用。基于BIM技术作为项目技术主线，真正实现了各主要相关方之间及各个施工环节之间的无缝衔接、深度融合和集成管理。

BIM技术应用概述

重庆联盛在赛马场项目实施过程中，通过BIM技术将管理信息和数据模型整合，将各参建方整合，实现了对项目进度和成本的综合管理。赛马场项目基于项目管理目标的要求，制定了如下BIM技术实施方案。

（1）设计成果的审核与优化。重庆联盛应用BIM技术，对各阶段设计成果进行内部审核及优化，目的是解决设计矛盾与错误，从根源上对项目成本进行控制，全面提升项目的实施品质。

（2）机电及钢构工程深化设计。赛马场项目造型复杂，机电系统、铝板及幕墙系统均非常复杂，现有BIM技术已经相当成熟，其在项目的深化设计为项目施工奠定了坚实基础。

（3）钢结构及分部工程的施工控制。赛马场项目的施工进度要求非常严苛，另外，钢结构及分部工程均非常复杂。因此，在项目实施过程引入BIM技术，对钢结构加工、物流、安装等全过程进行管理，有效保证了项目的整体实施进度。

另外，赛马场项目参与建设方较多，为了严格管控各个分项工程的进度及质量，重庆联盛建立了基于BIM技术的统一模型及信息交互平台、模型深度标准及数据交换标准，借此对各分部工程成果进行整合与管理。

数字化模型构建与优化

建筑方案模型解析

赛马场项目建筑外立面方案为某蒙古族艺术家根据民族元素特色手工绘制，再由建筑方案单位使用3Dmax建立初步几何模型描述，因此BIM建模工作需要对建筑方案模型进行数据转换和解析工作。例如，主楼马鞍处（见图1）的曲面非常复杂，其模型是通过对原模型的结构线提取，重新放样制作。中部为单曲面，边缘及落地处为双曲面，过渡区域复杂。

赛马场项目建筑模型解析主要路径为：基于原有建筑方案3Dmax的模型，对几何曲面进行剖切解析，力求形成解析方程；建立了犀牛（Rhino）表皮模型，将表皮数据模型转换至Revit软件，进行建筑及结构BIM基本模型建模工作；将结构模型转换至其他钢结构专业软件进入详图及加工模型的完善。

参数化分析与优化

赛马场项目幕墙及铝板屋面造型十分复杂，幕墙及屋面的分格设计既影响建筑的美观，也影响构件加工和安装难度。因此，通过合理分格设计，用最标准的模数对幕墙和铝屋面模型进行分格划分，从而节约了大量的成本。基于Rhino模型，使用Grasshopper进行参数化分析与优化。以下以亮马圈（见图2）为例说明基于参数化分析方法对幕墙和铝屋面分格优化的效果。

图2左侧为优化前幕墙分格，原设计玻璃材质中间部分为方形划分，而两侧球形为三角形划分；所有单元分格均未标准化，且顶部交接区域分格过细，单元过小，建筑效果不理想，也加大了加工生产和安装难度。图2右侧是基于BIM技术的分格解析及优化结果。设计优化后玻璃球形部分和顶部平板部分都由三角嵌板划分而成，因而整个玻璃部分完整顺畅统一；玻璃球形部分按照“菱形—三角形”逻辑划分，逻辑更顺畅；铝板部分沿纬线等距离划分，将两侧球状面和中间柱状面连接的误差消化在每块嵌板中。

设计管理的BIM技术应用

土石方工程量优化

赛马场项目在设计管理初期，通过对设计成果的审核发现，设计标高确定未考虑原始地貌高差，导致三栋主体建筑采用统一的基底设计标高，由此带来近40万立方米工程量，并且净缺土方量達到38万立方米。考虑项目实施周期不具备大范围周转土方条件，且周围是万亩草场，不具备土方资源，必须对设计标高进行优化，从而控制土方工程量。

基于BIM技术建立原始地貌模型，并将设计BIM模型与地貌模型进行叠合，精确计算项目实际土方工程量。通过建筑标高调整进行土方量分析，实现土方量的减少并实现挖填方的平衡。赛马场项目最终实现了土方的完全自平衡，为项目争取了宝贵的工期及大量的成本投入。

设计成果审核及优化

赛马场项目为异形建筑，二维平面的专业配合及图纸表达存在的局限是毋庸置疑的，因此需要基于BIM技术对项目设计成果进行审核及优化。将BIM技术应用到建筑设计中，设计平台将承担起各专业设计间“协调综合”工作，设计工作中的错漏碰缺得到有效控制。以多功能主楼（见图3）为例，建筑不同标高的平面回收变化，导致设计时管线等冲出墙面。

赛马场项目为大型公共建筑，因此项目净高控制是项目最终品质提升的关键因素之一。BIM技术模型将能有效协调各类专业设计，协调设计和施工，协调设备安装和土建的工作。在三维环境下可以更好地优化净空，优化管线排布方案，特别在设计复杂区域和管线密集区域。同时，应用专业检查工具，可以有效控制净高，提高工作效率，保证项目的最终品质。

专项深化设计管理

（1）管线综合设计。传统项目建设过程中，项目参建各方有时需要花费巨资来弥补由设备管线碰撞而引起的拆装、返工及浪费，BIM技术应用能完全避免这种浪费。在管线综合设计时，可利用BIM技术的可视化功能进行管线碰撞检测，将碰撞信息反馈给设计人员及时做出调整，以减少施工现场的管线碰撞及返工，降低工程成本。

（2）钢结构及分部工程深化设计。赛马场项目钢结构及分部工程是项目的难点，也是项目成败的关键因素。对于项目大范围的异型双曲屋面，钢结构受力构件、屋面檩条、屋面板及玻璃幕墙的相对关系很难使用二维平面图纸进行表达，其构造内容也十分复杂，因此项目实施必须借助BIM技术完成相关系统及节点的深化设计工作（见图4）。

施工管理的BIM技术应用

构件数字化加工管理

由于赛马场项目建筑立面不规则，导致钢结构绝大部分受力构件存在弯弧、弯扭情况，铝板屋面绝大部分为双曲面造型，这些构件及面板的加工制作及质量控制均存难点。项目根据准确的BIM数字模型成果进行工厂数字化加工，从而提高了工作效率，提升了建筑质量。

在钢结构工程数字加工实施过程中，要求：① 钢结构及分部工程数字加工需要基于加工模型完成，加工模型在深化设计模型基础上得到，并补充关联材料信息、生产批次信息、工期成本信息、生产责任主体等信息；②产品加工过程相关信息需要附加或关联到钢结构构件加工模型，实现加工过程的追溯管理。对于特殊构件及节点需要制定专项加工方案。

构件物流及存储管理

赛马场项目钢结构及分部工程涉及工厂加工的主要构件及面板超过3.5万个，这些构件绝大部分是各不相同的，如何在构件物流及存储管理环节提高效率和准确率，是项目按期完工的关键因素之一。通过BIM技术与物联网技术结合，实现构件实时监控：每个构件上粘贴包含各种信息的二维码“身份证”，实现对构件在成品入库、成品出厂、进场验收、安装完成各个关键环节的监控。

此外，构件状态实时反应到BIM模型，在BIM模型中通过不同颜色的形式展现实际工程进度状态（见图5），确保项目相关方实时掌握工程进度，并可以根据需要生成项目进度实时统计报表等功能。

钢结构施工过程管理

（1）施工平面布置。赛马场项目三栋主体建筑距离较近，由于工期要求，三栋建筑必须全面展开作业面、平行施工才能保证项目按时完工。因此，需要基于BIM技术合理布置现场，规划好施工组装场地和进出通道，优化原材料和半成品的堆放和加工地点，减少运输费用和场内二次倒运，有效利用场地的使用空间，提高劳动效率。

（2）施工方案及顺序模拟。赛马场项目钢结构工程所包含的结构形式较多，其中包括大跨度三角拱桁架、平面单层网壳、环形网架、主次梁楼面系统等，因此三个单体、不同结构形式同时施工的施工方案选择、施工顺序安排就显得尤为重要。BIM技术对施工方案和施工顺序进行了专项模拟（见图6）。

赛马场项目钢结构工程根据结构形式不同，施工工艺采用了多种方法。钢结构施工方案模拟分析以施工工艺为基础，针对不同的结构形式、工程进度要求，采用不同的施工工艺。对于局部有特殊要求的部分创建施工工艺模型，将施工工艺信息与模型关联，输出资源配置计划、施工进度计划等。

（3）钢结构预拼装管理。BIM技术的虚拟预拼装技术的本质是以三维激光扫描技术为基础的逆向成模检测技术。赛马场项目通过三维激光扫描相关技术，实现实物模型数字化、数据预处理、三维模型重建，并应用于结构数字化预拼装。

赛马场项目主体钢结构造型复杂，弯扭构件、铸钢件多，可利用激光扫描逆成模技术，采用精度达0.085毫米的工业级光学三维扫描仪及摄影测量系统，对加工完成的构件逆向成形，并使用BIM技术进行预拼装模拟。

项目使用结构虚拟预拼装技术，不仅节约了现场拼装的成本投入，而且大大降低了传统实体预拼装对现场安装工期的制约，有效保证了施工进度。

施工质量及安全管理

在项目现场管理过程中，通过将场地布置、施工顺序、机械调度等信息形成可视化的施工方案，让建设单位更直观明了地理解并把握项目管理理念和项目实施质量。采用BIM技术进行施工方案的模拟与分析，及时基于BIM技术进行施工可视化交底，确保了项目实施质量。此外，项目利用BIM技术对现场的文明施工及施工安全进行综合管理，对施工现场存在的安全隐患在BIM模型数据中及时标示，并通知有关单位进行及时整改，对项目作业面范围内的裸漏土方进行及时覆盖，避免扬尘对城市的污染影响，提高项目现场管理水平。