BIM技术在武汉恒隆广场购物中心项目中的应用*

叶 建，段超龙，周晓帆，魏 恒，黄心颖

(中国建筑第三工程局有限公司，湖北 武汉 430064)

0 引言

随着社会经济的迅猛发展，人们对物质文化的需求愈加多元化，随之而生的大型综合类购物中心建筑在城市中不断兴起，且该类建筑的功能涵盖的范围越来越大[1]。为满足人们的多元化需求，大型综合类购物中心建筑功能布局丰富，使用空间要求高和空间人流、物流等流线复杂，且会将停车场、商业、设备用房、库房和电气用房等功能设置在地下空间[2]。随着建筑行业向信息化和智慧化转型的推进，利用建筑信息模型(building information modeling，BIM)技术的三维虚拟建筑模型来解决建筑设计、施工及运营维护阶段存在的问题，已经在众多项目中进行了广泛应用[3-7]。其中，李久林等[8]通过昆明新机场和北京英特宜家购物中心等工程研究了利用BIM技术解决传统工程管理模式存在的问题；付海峰等[9]通过天津东疆保税港区国际商品展销中心项目介绍了BIM技术在项目中的应用过程；刘春艳[10]通过北京某大型购物中心项目介绍了在设计阶段引入BIM技术解决设计过程中经常出现的专业错误、机电综合和标识导视等问题；琚娟[11]通过董家渡金融城项目研究了BIM技术在超大型商业综合体项目建设中的应用难点和解决方案。本文依托武汉恒隆广场购物中心项目，应用BIM技术解决超大型项目中设计协调难度大、造型复杂、多专业交叉施工难点多等问题，同时利用BIM技术解决了因地质复杂、场地狭小、建筑体量大且工期紧等原因造成的施工组织难度大和施工穿插困难等问题。武汉恒隆广场购物中心项目应用BIM技术进行设计管理、全专业应用，并结合基坑监测、云平台和虚拟现实等技术应用，使项目大大缩短了工期，节约了费用，并顺利达到绿色建筑和高质量施工的相关要求，可为之后BIM技术在大型购物中心项目和大型综合体项目的实施提供借鉴经验。

1 工程概况

武汉恒隆广场购物中心大型综合项目位于武汉市硚口区，项目总占地面积约82 637m2，呈矩形，地上部分被南北方向的游艺路划分为东、西两地块，地下室则全场连通。项目总建筑面积约40.2万m2，其中地上建筑面积约17.4万m2，部分地下建筑面积约14.64万m2，已完成 RT 标段面积约 8.16万m2，建筑高度50m，商业裙房共6层，地下3层。其中，地下2，3层为地下车库、设备用房及人防部分，地下1层为商业、自行车库及设备用房；地上商业部分功能为商业、溜冰场、电影院、餐饮等，商业裙房首层及2层分布于东、西两地块，3层以上通过横跨游艺路的钢连廊连接在一起形成整体。其以寓意“无限循环”的中国结元素为设计理念，如图1所示。

图1 武汉恒隆广场购物中心项目效果

2 重难点分析

1)本项目位于商业核心区，规模庞大。项目场地狭小、地质复杂、造型复杂和工程量超大，涉及专业多，因此在实际施工中具有组织难度大和多专业交叉施工技术难点多等特点。

2)由于为港资项目，采用了香港设计事务所模式，各专业均由不同设计事务所进行设计，协调难度大。

3)项目东侧为“鲸鱼头”造型钢结构，最前端为两根桁架斜拉柱，屋顶造型复杂，曲面幕墙、钢结构、混凝土斜梁多构件交叉。

4)项目商业业态多、变化频繁，每层的功能分区均不一致，造成了机电管线错综复杂，且项目90%的管井上下不能贯通，存在很多管井转换情况，转换处因为管线系统复杂造成净高不足。

5)设计事务所提交的机电图纸仅为概念设计，只体现管线走向，对机电管线的综合排布、净高控制和机电工程施工造成了困难。

3 组织策划

本项目在设计、施工图深化、施工、采购和项目验收等阶段通过应用BIM技术推动各阶段的协调运行，并在实际施工开始前解决图纸问题，充分认识项目实施重难点和统筹资源，为项目高质量完成提供强有力的保障。为实现对外完成合同约定的BIM内容，对内利用BIM技术助力复杂商业综合体建造，提升工程整体价值。在项目实施前，由业主创建BIM组织架构，将BIM职能与项目平衡矩阵式组织架构相融合，BIM工作人员同时分配到各专业组中履行对各专业分包的管理工作，实现利用项目施工方人员经验，以保证BIM成果能满足实际施工过程的需求，如图2所示。以总承包方为主导来统筹各分包，组建BIM团队，制定BIM实施策划和BIM实施标准，并对各参与方的工作流程、建模规则、应用要求、应用深度及验收标准等做了详细规定。同时，采用广联达协筑及BDIP软件作为项目协同平台，各参建方基于权限设置进行模型浏览、问题反馈和文档共享。

图2 BIM组织架构

4 设计管理

通过BIM模型的可视化特点，能有效摆脱二维图纸的束缚，形象且直观地立体展示出建筑实物构建信息，如图3所示。通过利用BIM模型保证各专业间的沟通与信息传递，协调各专业设计分工，更高效进行把控，保证了设计品质以及出图效率。

图3 三维BIM模型

在通过BIM模型协同各专业设计模式的基础上，开展BIM三维审图工作。首先根据各设计事务所提供的图纸进行复核和BIM建模，并梳理过程中遇到的问题，之后以RFI的形式发送给业主和顾问公司，并限定时间解决。业主根据问题描述文件通过顾问公司回复解决方案，设计单位和总承包单位依据现场实际判定方案可实施性。在通过BIM进行三维审图的设计管理阶段，累计发现图纸错漏碰缺等问题1 701处，其中各专业间碰撞问题312处。

在利用BIM三维审图方式的同时，引入施工方技术人员参与设计方案优化工作。其中，对项目地下室公共区域弱电桥架进行合并，有效提升了排布空间；在项目地下1层车道处修改建筑，增加设备间排布机电管线，解决了吊式风井下方净高不足的问题；优化建筑结构布局，使影院区管线排布得到优化，并使净空符合要求；通过对幕墙BIM模型进行光照分析，将原幕墙方案由18.5°调整为14.5°，解决了因玻璃幕墙的光照反射对京汉大道车辆行人产生光污染的难点问题，避免了交通安全隐患，如图4所示。

图4 幕墙方案BIM优化

5 各专业深化

本项目利用BIM技术进行深化设计工作，完成设计成果由设计阶段向施工阶段的过渡。通过利用BIM技术协同各专业三维模型并进行信息集成，有效地解决了传统二维图纸深化工作不准确、交底困难和信息不完整的问题。在深化工作开始前，总承包方制定了BIM深化流程和BIM深化模型出图流程。在BIM审图的基础上，各专业模型深化后，进行集成并综合检查，进而解决各专业间的碰撞问题。通过利用BIM深化成果协助施工管理，解决项目实施过程中由于专业交叉多、参建方多、项目体量大和协调面繁杂影响施工质量、施工进度和施工成本的难题。

5.1 土建深化

本项目通过BIM模型反映现场材料堆场、塔式起重机覆盖半径和人员进出口是否设置合理，以及进行各阶段现场总体形象预览，进而达到场内交通组织与材料堆场布置合理。屋面造型为双曲面，结构完成面标高有1 000多个，利用BIM模型准确定位标高，并给出各轴线剖面，为班组施工提供可视化交底，如图5所示。同时，为避免各专业工作面不清晰，将钢结构吊柱和土建砌体墙以及出屋面风道利用BIM模型进行定位，整体合并为一张施工图，为后续专业做好预留预埋工作和专业间交叉施工提供准确的信息。之后进一步将土建BIM模型与施工方案深度融合，可视化模拟施工方案、施工工艺和过程控制要点，提升现场精细化管理水平。

图5 异形屋面BIM深化

5.2 钢结构深化

本项目利用Tekla软件对钢结构进行三维模型创建，基于三维模型对钢结构设计进行分析，并按模数拆分钢桁架楼承板尺寸、减少边角料和确定现场下料尺寸。在项目东侧“鲸鱼头”造型钢结构施工过程中，最前端为2根桁架斜拉柱，现场施工时因安装误差导致下部折角柱往东南方向偏移。为解决安装误差，通过Tekla模型导出斜柱折角部位坐标点，并利用三维模型与各参建方进行沟通。之后根据Tekla模型坐标点，调整坐标系并进行全站仪打点，比较出现场与模型误差，采用氧气-乙炔切割折角焊缝，利用塔式起重机及电动葫芦调整折角角度，将下部折角柱调整至三维模型设计理论值，如图6所示。

图6 钢结构BIM深化

5.3 机电深化

为进一步完善设计成果以保证施工顺利进行，项目组建了BIM团队进行机电系统正向设计出图。在BIM深化设计开展前，以联系函的形式要求业主、顾问明确综合排布原则。通过BIM深化完成净高分析图、管线综合图、综合剖面图、管线三维图、结构留洞图、砌体留洞图和支架基础定位图等内容，并完成冷却塔机房深化、制冷站深化、采暖机房深化和生活水泵房深化以精确指导机组安装。利用深化模型协调土建机电分工，为土建定位预留提供依据(见图7)。同时，解决由于项目每层的功能分区不一致，管井转换多且转换处因为管线系统复杂造成净高不足及综合排布的问题。

图7 机电BIM深化

5.4 幕墙专业深化

本项目菱形玻璃幕墙造型复杂，玻璃板块尺寸不易控制，龙骨拼角多，现场龙骨安装放线定位难度高。通过采用Rhino + Grasshopper对幕墙专业进行三维建模，以便于精确细部控制；再通过三维模型的坐标控制点预先模拟放线，确定方案后现场使用全站仪进行打点，保证安装精度；最后，采用多角度切割机进行铝龙骨加工，切角固定型材保证切割精度，组装后进行整体吊装(见图8)。

图8 幕墙BIM深化

6 深入应用

本项目在BIM设计管理和BIM各专业深化辅助设计过程和施工过程的基础上，在地下工程施工阶段，针对项目位于商业核心区，深基坑开挖时场地狭小、地质复杂和周围防护要求高的情况，将深基坑开挖过程的监测数据通过虚拟三维技术在BIM模型中进行实时可视化展示，即通过二次开发实现BIM模型与监测数据的自动关联，在模型中自动显示危险部位，根据监测数据自动绘制安全走势图，形成自动化基坑预警。最终实现了模型关联监测数据报告和点击监测点弹出原始监测数据。在项目介入前期，同业主进行后期运维需求的沟通，明确了后期物业运营所需的BIM数据，提前将数据录入模型，提高了模型复用性，并为后期物业管理及商户入驻提供数据支持，通过建设基于BIM模型的VR体验仓，形成沉浸式漫游体验，直观高效进行安全体验技术交底。

7 效益分析

本项目通过采用BIM技术辅助设计和施工过程管理，并将BIM深化模型与专项施工方案融合，图纸报审及方案审批一次性通过率达到了95%以上，提高了业主满意度及建造品质，并助力后期4亿元机电总包合同的承接。在设计管理阶段，利用BIM技术依据各设计事务所图纸进行BIM建模创建及图纸复核，梳理过程中累计发现图纸问题1 701处，其中有效解决机电、建筑、结构等各专业间的碰撞312处。图纸深化阶段采用BIM三维技术对土建、钢结构、幕墙、机电和场地布置等专业进行设计优化，通过BIM审图避免了拆改，并基于BIM模型采取了诸如设计优化、弱电合并和管线路由调整等多种措施，使项目地下工程实际进度提前了190d，被业主誉为新的“恒隆时速”，为项目节约可计量费用700万元。

8 结语

本项目应用BIM技术解决超大型项目中设计协调难度大、造型复杂、多专业交叉等问题。通过应用BIM技术进行深化管理和协同管理，利用BIM模型对机电管线进行综合出图报审，保证了各标段施工依据的一致性；协调处理了多专业交叉问题，满足了土建、钢结构、机电和幕墙等专业协调、预留尺寸及精确定位等需求；解决了由于机电设备设置集中、机电管线路由长、尺寸大、竖直管井每层都有转换、管线交叉多等原因引起的各区域设计净高不足的问题。同时，项目通过应用BIM技术进行设计管理、全专业应用，结合基坑监测、云平台和虚拟现实等深入应用，解决了因地质复杂、场地狭小、建筑体量大且工期紧等原因造成的施工组织难度大和施工穿插困难等问题，使项目工期大大缩短，节约了费用，并顺利达到绿色建筑和高质量施工的相关要求，可为之后BIM技术在大型购物中心项目和大型综合体项目的实施提供借鉴经验。