超高层房建项目设计施工一体化BIM应用

曾 乐

(中铁城建集团有限公司总承包分公司，长沙 410208)

1 项目简介

“中国铁建·洋湖苑”(二期)项目位于湖南省长沙市岳麓区洋湖大道与含浦中路交叉口东北角，靳江河白菜堤西岸。该项目是集办公、配套商业和公寓为一体的超高层建筑。由两栋塔楼及车库组成，占地面积18 635.98m2，总建筑面积89 036.73m2，其中地下18 242.43m2，地上70 794.30m2。南塔楼地上二十四层，地下一层，建筑高度99.4m； 北塔楼地上三十三层，地下二层，建筑高度为149.6m，如图1所示。

图1 项目效果图

2 采用BIM技术的原因

(1)如何避免室外管线与建筑结构、消防车道、园林小品之间的冲突，以及满足覆土深度要求并确保管线的顺利安装[1]是个难点。

(2)地下车库与塔楼衔接处结构高差大，管线众多，如何优化管线[2]是个难点。

(3)公寓层高4.5m，如何为业主增加居住空间，优化户型[3，4]并向业主直观展示为一个难点。

(4)施工场地狭小，如何进行平面布置[5]并优化是个难点。

(5)项目拟创建设工程“鲁班奖”，细部节点做法需优化设计[6]。

(6)屋面两层为架构层，且楼层板预留洞多，高空作业及临边作业多[7]，安全防护难度大。

(7)目前建设工程的生产对智慧工地的需求日益明显，而BIM对生产有很重要的指导意义，能够将生产中的重点、难点直观地表现出来[8]，进行可视化交底[9，10]，提前做好技术准备，避免返工[11]。

3 BIM应用成果

3.1 BIM应用的软硬件情况

本项目选用Revit、鲁班系列软件建立模型，并整合搭建BIM技术应用平台，主要用于技术、进度、安全、质量、物资应用和成本管控。项目硬件配置表，如表1所示。

表1 BIM应用硬件配置表

3.2 项目BIM组织架构

本项目依据全员参与、全员建设的原则，由项目负责人担任组长，技术负责人担任副组长，公司技术中心副主任担任技术指导，下设模型组、应用组。模型组分为土建与机电建模，负责BIM建模与模型调整； 应用组由工程技术部部长、安全环保部部长、成本管理部部长、设备物资部部长牵头，带领各自部门学习应用BIM系统。

3.3 设计阶段

3.3.1 覆土深度校核

本项目在设计阶段利用Revit模型，添加设计上的覆土元素，找出管线覆土深度不足的部位，通过与景观专业协作的方式，调整了部分管道线路和部分区域的覆土高度，查错补漏，减少了后期的设计变更。

图2 场地管网局部3D效果图

3.3.2 室外管线优化

本项目的室外管线隐蔽性强、管线错综复杂，由于前期信息不对称，设计精度较低。 本项目在施工之前，通过建立BIM模型，将室外管井等元素添加入模型，发现多处井道与道路冲突，将检查结果反馈至图纸进行调整，避免了后期在施工中对这些问题的后知后觉，如图2～3所示。

图3 室外管线优化

3.3.3 室内管线优化

本项目的室内管线复杂，数量繁多，多处交汇节点容易碰撞，需优化设计。通过传统的优化，难以计算每一层优化管线排布后的室内净高。本项目利用Revit软件将土建模型与机电模型关联，进行管道漫游，发现多处管道位置未预留孔洞，管道排布错乱，不利于增加净高，将检查结果导出报告之后，优化室内管网的排布，在管道穿过混凝土的位置开设孔洞。

图4 二层剖面1处轴侧图

3.3.4 三维施工交底

对于场地管网中复杂部位，本项目利用三维模型进行交底，让原本在平面图上难以表达的管线空间位置关系变得直观易懂，相比于传统的抽象性文字配图纸的交底更加直观，极大地提高了施工交底的质量和效率，如图4～5所示。

图5 复杂部位局部3D效果图

3.3.5 装修方案对比分析

在装修方案制定中，将不同的装修方案进行建模，利用Fuzor软件进行渲染，将原本在施工后才能展现的视觉效果通过模型形象地展示出来，配合模型来对比各装修方案的优劣，简化了方案制定的流程与选择方案的困难，如图6所示。

3.3.6 公寓空间分析

本项目还对模型的尺寸进行标注，对公寓净高进行标注分析，并利用人物漫游功能进行虚拟漫游，测试处各装修方案与预期的效果偏差不大，得出装修方案可行的结论，如图7所示。

图6 装修方案对比图

图7 公寓空间分析

3.3.7 设计工程概算

在设计过程中，摒弃了传统手算的方式，对BIM模型的工程量进行提取，与当地定额、材料信息价相结合，同时经过手算复核，发现BIM提量与实际偏差不大，大大减轻了业务工作量，同时利用BIM平台，很方便保存了数据，如图8所示。

图8 利用Revit模型导出工程量

3.4 施工阶段

3.4.1 现场布置

由于项目施工场地狭窄，地势起伏较大，施工部署工作面有限，针对项目特点，经理部建立BIM三维场地模型，将塔吊添加至方案规划的位置，发现部分区域塔吊无法覆盖，不适合作为场地堆放区及加工区，便将此处规划为混凝土泵送点，其余塔吊覆盖区域设置材料堆放区及加工区，通过模型直观展现出来，选择最优方案，并且发现项目两处塔吊覆盖的交汇区与材料堆放区冲突，通过模型来对比方案，将塔吊覆盖的交汇区更改为材料周转区，如图9所示。

图9 施工现场场地布置

3.4.2 室内管线施工优化

通过模型检查还发现，管线总体排布宽度超过1 200mm时，中间区域预留300mm宽检修通道，为后期检修提供了便利，避免后期检修困难，如图10所示。

图10 室内管线深化前后对比

3.4.3 室内管线一体化整体施工

本项目在施工过程中，创新性地使用管道一体化施工，结合BIM模型，进行管线分段、管线深化、尺寸批量提取等工作，将所需要加工的管道导出大样图对厂家进行交底，并对没根管道配置特定的二维码，由厂家在工厂加工并扫码验收合格后，再运送至施工现场进行整体吊装，省去了现场加工的时间，减小了现场施工的制约，提高了工程质量，缩短了工期。

图11 机电管线预制、编码与安装

在模拟过程中还发现，各管线弯头如果弯曲角度根据现场随意调整，施工过程中会因为弯头混乱导致管道碰撞，影响施工，所以项目基于BIM模型修改方案，必须采用45°/90°标准弯头，不能采用其他角度弯头，如图11～12所示。

图12 漫游模型与现场实际对比

3.4.4 细部节点深化

钢结构与混凝土结构节点处需深化模型，避免钢结构与混凝土结构冲突，具体做法是单独建立钢梁节点与混凝土构件连接的模型，模拟施工，发现混凝土梁与钢梁连接处确定焊接点，在钢梁加工过程中提前定位，提前焊接，免去了安装后焊接困难的缺点； 对于混凝土柱与钢梁连接处，箍筋按照通常间距布置，会导致预埋件无法放入柱中，基于BIM模型，提前调整连接处的柱箍筋分布位置并进行交底，如图13所示。

图13 钢结构与混凝土节点碰撞

3.4.5 可视化技术交底

通过BIM系统，项目部建立了施工关键节点的三维模型，以可视化技术交底的方式代替传统文字交底，使施工作业人员更加直观、更形象地了解施工工艺，如图14所示。

图14 承台开挖可视化技术交底

3.4.6 一键排砖

在砌体墙施工伊始，项目运用BIM软件一键排砖功能，从排砖的外观、材料的损耗等数据来对比传统手算排砖，确定排砖方案，并将不同的墙体分别导出施工图，编制二维码，现场根据墙体排砖图进行砌筑，通过二维码验收，相比于传统的排砖方式，BIM一键排砖不仅节约大量排砖及计算工程量时间，而且可以直观查看砌筑工艺，优化用料，降低砌体损耗量，如图15所示。

图15 运用BIM软件输出排砖图

3.4.7 工艺工法库

BIM技术人员将项目各项技术交底、工艺、工法上传至BIM系统工艺工法库，形成项目级工艺工法库平台，现场管理人员通过手机端BIM平台，避免了因施工方案不熟导致的施工不畅，随时随地查看工艺要求、工法流程，实现了动态施工工艺的企业级集中创建和集成管理，有效地助力了现场管理，如图16所示。

图16 工艺工法库与BIM手机应用端

3.4.8 通过BIM模型提取工程量

在施工过程中，将BIM模型根据现场施工需要进行分区分块，相较于传统需要1名技术员+一名预算员+一名物资员配合核对的方式，减小了工作的难度，报量速度提高数百倍，核量更方便，追踪更轻松，如图17所示。

图17 BIM报量(南塔混凝土工程量)

3.4.9 BIM+成本核算

项目部运用广联达BIM模型进行成本计价，根据当月形象进度勾选已完构件，直接导出工程量，一键套用定额，一键导出工程量清单，系统地保存在BIM平台中，相较于传统的人工核算方式不仅仅大大缩短了时间，还将资料有序地规整在软件中，便于后期核对，如图18所示。

图18 利用BIM模型+成本核量计价

3.4.10 质量安全管理闭环

项目在BIM平台中建立了现场问题整改记录，由现场质量员将发现的质量问题上传并指定整改负责人，整改负责人接到整改通知后前往整改地点整改，完成后拍照上传系统，由检查人确认是否合格，形成质量管理闭环； 由安全总监设置现场巡视点或巡视周期，巡视人到巡视点使用BIM系统手机端扫描二维码签到，描述巡视点的现场情况； 直接用手机端发起安全问题，同时查看该巡视点之前的问题是否整改闭合，如图19所示。

图19 现场安全定点巡视

3.4.11 现场施工实时监控

公司和项目部成立两级施工现场视频监控中心，结合BIM系统，负责公司施工现场视频监控的日常管理及联络工作， 并与湖南湘江新区建设工程质量安全监督站视频监控系统关联，共同对项目施工实时监控，大大提高了项目的文明施工、绿色施工及施工进度水平，如图20所示。

图20 公司监控系统

3.4.12 特种设备智能感应与监测

通过传感器实时监控塔吊运行，保障作业安全及使用规范：塔吊防碰撞及吊钩可视化系统能够全方位保证塔机的安全运行，包括塔机区域安全防护、塔机防碰撞、塔机超载、塔机防倾翻、吊钩可视化等功能，同时能够提供塔机安全状态的实时预警，并进行制动控制，如图21所示。

图21 超载报警系统与塔机智能检测平台

3.4.13 劳务实名制

项目通过BIM系统集成应用，将各施工人员的工种、三级安全教育、具体班组负责人等录入平台中，导出二维码，做到一人一码，结合智能门禁系统，建立劳务实名制体系，实时加强了对劳务人员的安全管理，规范用工、安全用工、高效用工，如图22所示。

图22 劳务工人二维码

4 BIM应用总结

本项目BIM应用贯穿于设计、施工全生命周期。从软硬件的配置、室内外管线综合优化、覆土位置复核、三维交底、装修方案、净高分析、工程概预算、一体化施工、工艺工法库、模型提量、质量安全问题闭环等方面详细阐述了BIM在建筑业中的应用。BIM在项目中的应用程度越高，产生的效益也越大，做到模型指导施工，BIM平台集成项目数据服务施工。本项目通过BIM技术的应用实现了各专业的协同合作及有效的信息互享，极大地优化了施工组织，节约了施工工期，降低了施工成本，为今后其他项目开展智慧建造、打造智慧工地提供了全方位的宝贵经验。