北京市昌平区未来科技城南区综合商业用地项目BIM技术应用

2021-01-27赵虎军何景苏张洪峰李祖文刘俊峰

土木建筑工程信息技术 2020年6期

王满赵虎军李君何景苏廉冠张洪峰李祖文刘俊峰

(中建三局集团有限公司，北京 100097)

1 工程概况

1.1 总体概况

项目位于昌平区北七家镇定泗路与鲁疃西路交叉路口西南，未来科学城核心区，作为未来科学城地标建筑，采用“天空之城”的设计理念，设计新颖、造型独特。北京地铁17号线贯穿塔楼地下室四层、三层，为全国少有的地铁结构与车库结构一体化施工。项目总建筑面积540 000m2，总占地面积60 000m2，业态是集办公、商业等多种配套功能于一体的超高层商业综合体，建成后将成为北京“智慧园区”和“轻都市”典范。

图1 项目整体效果图

1.2 与地铁一体化概况

地铁17号线从项目用地中央地下四层、三层纵向穿过，与我方建筑地下交接部位采用双墙结构形式，水平结构共构，竖向结构不共构，地铁结构外墙厚900mm，地下车库结构墙体厚700mm，双墙之间设置振沟。抗振沟宽1.1m，深4m，南北区抗振沟单侧长约500m。

图2 与地铁一体化共建模型图

1.3 北区百米钢平台概况

北区塔楼在103m高空之间设计有“天空之城”钢连廊，连廊采用桁架结构体系，桁架高度接近5.5m，宽度超58m，最大跨度达40.5m，单品桁架重量超过120t。钢平台底部安装尺寸达1 500m2超大LED显示屏。平台上方塔楼设置有12.8m超高超大双层呼吸式建筑顶部幕墙。

图3 北区百米高空钢平台效果图

1.4 工程重难点

项目以结构/建筑长城杯、国优、北京市新技术应用示范工程、北京市BIM应用示范工程、住建部绿色施工科技示范工程等为高标准目标，对工程技术含量、建设质量和建设周期及以下工程重难点都提出了相当严格的标准及较高的管理水平要求[1]：

(1)设计图纸管理：三家设计单位+三边工程，图纸量大，尤其是地下部分与地铁图纸，图纸标准不统一、设计图纸调整频繁。

(2)全国少有地下开发结构与地铁一体化同步施工项目管理：含消声减振、防水封闭、一体化监测、工序安排、多单位现场综合协调管理等难点。

(3)多地块、多塔楼、场地有限的工程平面管理：CP-05和CP-26两大地块，共7栋塔楼和2栋裙楼，工程实体量大，材料、构件、设备多、专业单位多、现场可利用场地小，做好场地布置、垂直运输与平面管理，并整合有限的内外部资源非常重要[2]。

(4)北区百米高空超大跨钢平台安装管理：属超大跨超重钢结构103m悬空作业，安全风险高，整体施工难度大。

(5)项目关注度高，甲方保利对项目的第三方评估要求高：项目作为典型的区域地标性建筑，承载着多项智能系统和最新科技的应用与推广，担负着将建筑信息纳入城市基础信息的典型试点和引导作用[3]，市区政府及公司领导普遍关注。

(6)参建单位多，施工协调需求高，甲指分包管理难度大，BIM作为管控手段，协助协调各参与方工作[4]。此外，甲方对后期运维管理要求高。

2 BIM组织与应用环境

2.1 BIM应用目标

(1)编制项目BIM相关标准，建立施工阶段BIM，完成各专项应用，辅助风险识别，建立BIM协同平台，并形成有效数据库素材，为后期BIM运维奠定基础[5]。

(2)消除数据孤岛、打通数据传递链条，提升建设工地监督管理水平[6]。

(3)全面推进BIM技术应用，将BIM技术细化渗透到各个部门，杜绝BIM工作与现场工作脱节现象发生，并培养一批BIM专业人才[7]。

(4)应用BIM技术在商业综合体与地铁一体化共建中实现施工及运维阶段：结构优化、协同管理、增益质量及安全等；提升工程管理水平及效果，融合甚至可能性拔高科技创新、绿色节能、精益建造等元素，整体为工程管理服务及增值。

2.2 实施方案

项目在施工前期即结合工程特点参照《建筑工程施工BIM应用指南》、《中建三局集团有限公司(北京)项目BIM实施与管理手册》编制详细的《BIM实施策划方案》，对组织架构、平台搭建、应用点实施计划、例会制度、部门联动及各专业统一标准等方面进行明确与传阅。BIM实施原则是全专业应用、各部门协同办公。主线是划定不同阶段BIM应用项及责任方、成果提交形式等。

表1 不同阶段BIM实施内容要点

2.3 团队组织

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，设BIM中心主任，由公司总工统筹，指导项目工作及提供资源支持。N1代表项目总包部技术、安全、质量、商务等各部门各设一名BIM兼职负责人，可增强BIM应用部门间联动，总体由项目总工领导管理。N2代表钢构、机电、幕墙、精装、消防等各专业分包各自指定一名BIM负责人，进行各专业内建模、BIM应用、参与项目BIM协调会、提交BIM工作成果等内容。

架构确保在BIM实施过程中，对内实现各部门信息综合，对外提升建筑信息传递的效率，形成一条完整的工作链，将项目的图纸信息与生产、进度、质量、成本进行结合，实现高品质建造[8]。

2.4 软硬件环境

软件选用综合考虑不同专业应用需求、软件优缺点及费用、不同软件间接口标准统一等因素，本工程选用软件包含核心建模类、动画制作类、精细化管理类[9]，具体如下：

表2 项目BIM软件配备及用途

硬件采用高端工作站与可移动设备搭配方式[2]，主要配置有：惠普Z8工作站、联想P51笔记本工作站、神舟Z7笔记本、二维码打印机(2台)、Overlord Pro 3D打印机(2台)、iPad(6台)、FARO三维激光扫描仪(1台)等。

3 BIM应用

项目结合重难点与工程进度，分基础与创新应用点展开BIM工作。

3.1 BIM建模与图纸会审

项目根据统一的标准化构件命名与着色要求，建模细部标准参照《建筑信息模型施工应用标准》(GB/T51235-2017))[3]并结合设计图纸，提前搭建地铁一体化、机电等施工图设计模型。

图4 机电专业建模颜色统一标准

图5 土建与地铁一体化、单塔机电施工图模型

BIM的可视化功能集成多维信息，精确储存了如机电暖通空调工程中的设备及管线的属性及空间信息[10]。利用BIM模型建模过程及可视化特点，项目在图纸会审阶段发现图纸问题并提出合理化建议，设计单位在进行图纸修正时利用BIM模型进行校核验证，大幅减少了施工过程中因碰撞、拆改及因设备未选定而造成的浪费和工期延误、造价增大等问题，总体上减少非必要的设计变更，提高图纸会审质量与效率。

3.2 深化设计与综合协调

表3 项目各专业典型深化设计与综合协调汇总

3.3 工艺模拟与方案辅助

表4 项目典型工艺模拟与方案辅助应用汇总

3.4 场平管理

(1)各阶段场平管理模型应用

根据施工部署，对各阶段场地布置进行模拟，复核材料运输通道、人员疏散路径、大型构件吊装的设置，优化场地布置。通过各专业场地占用数据分析，提升场地利用率，降低场地使用冲突率，施工场地更加协调有序。

图6 地下、地上主体阶段场平管理模型图

(2)BIM设计型钢马道周转使用

项目针对多塔楼施工，运用BIM技术进行B-3楼型钢马道设计，并在B-4、B-1楼地下部分施工实现循环使用，周转降本。

图7 型钢马道BIM设计模型及现场搭设图

3.5 辅助质量安全管理

(1)质量管理BIM应用

项目将施工模型和深化设计模型进行轻量化处理，通过协筑等平台结合Ipad将模型带至施工现场，运用模型指导现场的实施和检查。

另外利用如幕墙单元板样板模型来展示特殊的、复杂部位的施工节点，指导现场施工，杜绝错漏碰缺，提高现场施工的实体质量。

在第三方实测实量管理方面，如机电通过BIM模型对综合管线平面位置和标高进行确认，确保现场机电管线施工准确、实测实量与深化图形一致性。

图8 机电轻量化模型与幕墙单元块样板

图9 机电典型管综模型与现场实测施工图

(2)安全管理BIM应用

虚拟现实以信息技术为核心，在计算机数字化环境中建立一个多源信息融合和交互式的三维动态视觉仿真世界，用户可以从视觉、听觉和触觉等多方面感知途径与虚拟世界的对象进行交互[11]。

项目借助BIM漫游模拟功能，快速查找容易被忽视的临边洞口等安全隐患问题，做出安全防护部署，建立防护体系，为制定更准确的现场安全设计方案提供依据[12]。利用VR技术将现场安全防护部署、防护体系、现场危险源等进行虚拟现实化，设立虚拟现实安全体验馆，使工人及现场管理人员切身体会到安全施工的重要性，总体上消减安全风险。

图10 场地安全漫游与VR安全体验技术

3.6 三维激光扫描

项目利用BIM三维激光扫描技术扫描已施工主体结构形成三维点云数据模型。经与理想模型进行精度比对，审核施工误差，并及时通知相关专业调整深化设计模型或整改施工现场，修正误差，提高幕墙、屋面等专业现场安装精度和质量。激光扫描技术突破了传统的单点测量方法，具有高效率、高精度的独特优势[13]。

图11 现场三维激光扫描与生成点云模型比对图

3.7 3D打印

项目针对地铁交叉部位、钢结构穿筋、幕墙等典型节点通过3D打印模型，进行深化设计成果的复核及施工方案、复杂节点等的展示与交底，对比并及时发现现场施工实物及工艺的错误，提高施工质量。

图12 幕墙埋件3D打印设置与实体节点

3.8 二次开发小程序应用

项目幕墙专业将Revit模型导入UE4游戏引擎制作设计方案交底程序，既可以实现模型及非几何信息的便捷查看，又能加强对单元板块制作及安装质量的核查。

图13 幕墙自主研发小程序操作演示图

3.9 “协筑”协同工作平台应用

项目采用广联达协筑云平台作为本项目的数据协同管理平台。合理分配各参与方权限与角色，建立云端内部数据共享，用于BIM实施过程中的各参与方协作过程。协同平台支持管理人员应用智能移动端，发起、处理、追踪和审核包括质量安全等问题，支持语言、图片、视频等多媒体的问题描述，自动生成质量安全整改单，减少资料归档工作[14]。

所有BIM成果通过协同平台进行传输、共享、管理及应用，实现即时通讯与轻量化应用，并为公司数据库积累提供支撑。

图14 项目协同工作平台应用

4 项目应用效果

4.1 科技创新创效

在商业综合体与地铁一体化同步共建中，针对抗振沟典型节点部位将BIM技术与设计变更、科技研发创新结合起来，缩减成本，为项目创效增益。同时形成相关专利、工法及论文。

项目综合应用BIM辅助图纸会审、各专业深化优化等技术截止目前共发现图纸问题185处，形成图纸会审116项，大幅减少了施工过程中因碰撞、拆改及设备未选定而造成的浪费和工期延误、造价增加等问题，综合节省成本约120万元。

4.2 实测实量成效

项目综合运用轻量化模型、三维激光扫描、3D打印等BIM技术辅助实测实量，提高质量标准及管控效果，协助项目在2018-2019年期间取得保利全国第三方测评2次第一名、1次第二名的成绩。

4.3 施工管控提升

工艺模拟、方案BIM设计、可视化交底、VR体验等技术应用一方面优化现场工序穿插、工作面合理化布局，提高了生产效率；另一方面提高了工人安全意识，并有效消除了现场安全隐患。项目荣获北京市绿色安全样板工地、北京市青年安全生产示范岗等荣誉，项目整体管控水平得到优化与提升。

5 总结

5.1 创新点

(1)与地铁一体化应用

作为全国少有的商业综合体与地铁一体化共建同步施工项目，项目将节点优化、工艺模拟等BIM技术融合进入设计变更、科技创新创效及课题研究等工作中，一方面缩减成本、为项目提质创效，另一方面推进科技成果产出，形成专利《一种吸音隔振混凝土新材料及其抗振沟回填方法和应用》、工法《与地铁一体化抗振沟施工工法》、论文《BIM技术在与地铁一体化施工管理中的应用》、相关研究报告等成果。总体上在与地铁一体化方面形成了良好的解决思路和方法。

(2)幕墙自主程序开发应用

在目前市场主流软件平台的基础上，幕墙专业自主开发了一种便捷操作与交底小程序。该程序成本交底，且操作效果良好，总体性价比较高。

(3)形成园区区域化BIM应用(区标)

项目积极参与整个昌平区未来科技城园区BIM技术应用标准并推行，完善时空信息一张图。并致力于运用BIM技术研究智慧园区在空间组织等方面的内容，争取形成类似项目具有可借鉴性的示范案例。