朝阳区东三环北京商务中心 (CBD) 核心区Z12地块项目地上45层, 建筑总高度216m, 总建筑面积约18万m², 建成后将成为泰康集团总部办公基地5A级金融办公大楼。地下室结构形式为钢框架支撑体系和钢筋混凝土框架剪力墙结构, 地上塔楼为钢支撑-核心筒体系, 地上墙体全部采用轻钢龙骨隔墙, 外部为玻璃幕墙, 地上建筑基本上均为装配式构件。针对专业多、工期紧、体量大、难度大等特点, 项目集合社会与企业优秀资源, 将建筑本身的信息和施工信息进行整合应用, 探索BIM技术在此类工程中的作用, 总结可借鉴的经验教训。

1) 本工程地处北京最繁华的核心区, 造型独特, 管理要求严格。

2) 本工程仅北侧管廊可以使用, 零堆场, 对场地内外平面运输协调管理、各阶段场地平面布置和协调工作、材料及设备垂直运输等要求极高。

3) 整体塔楼是“下小上大”的“玉琮”造型 (见图1) , 施工难度大, 精度控制困难。

4) 地上隔墙全部采用轻质隔墙体系, 墙型共有21种, 与钢结构连接、机电管线碰撞、门洞口冲突等复杂节点均需采用BIM技术进行合理的深化设计。

5) 本工程分包众多, 各专业间接口关系复杂, 需互相移交作业施工界面, 项目组织协调工作难度大。

业主单位采取招标方式引入BIM顾问 (设计单位) 进行整体管理工作的协作配合。总承包单位在公司总部BIM中心的支持下统筹BIM管理。各分包单位则根据企业BIM管理实力选择不同的配合方案, 自身具备实力的利用总部的技术支持完成BIM工作, 不具备实力的则选择BIM咨询单位进行协助。项目BIM团队组织架构如图2所示。

在设计阶段, 总承包单位应在业主的协调下, 与设计单位就BIM深度进行复核确定, 建立统一标准, 为开展后续BIM工作提供连贯性的基础。

在施工阶段初期, 总承包单位在公司总部BIM中心的支持下, 针对合同内容和工程实际情况, 编制BIM标准, 在软硬件配置和BIM模型的命名、颜色、深度、存储、协同及交付等各方面做出详细的可量化规定。同时, 建立BIM协同管理平台, 确保数据信息及时更新和上传到统一平台上, 使项目各参建方能够同步按照BIM标准进行协同管理。

在施工阶段, 以BIM标准为基础, 建立BIM协调会议制度, 实现图纸、工程资料、BIM数据管理及工程建设信息协同共享的同时, 确保标准的纠偏和调整。

为确保BIM工作能高效有序开展, 根据公司BIM中心众多项目实践经验, 项目购置3台HPZ440工作站、2台ThinkPad P50笔记本、1台3D打印机、1台三维激光扫描仪及10台平板电脑作为BIM管理工作的基础硬件。

根据实际已成熟的应用, 各专业应用的软件如表1所示。

1) 钢结构方案优化设计地上结构悬挑边梁施工难度较大, 项目技术部通过积极与业主及设计单位沟通, 将封边木模板深化为钢模板, 现场安装时可直接拼装, 避免工人临边支模作业, 同时减少外爬架等措施费的投入, 缩短工期约2d/层。并通过Tekla软件进行封边梁节点建模, 确保现场施工一次成活, 避免返工。

2) 地上混凝土浇筑方案设计钢管柱混凝土浇筑环境复杂, 且布料机占位点难以选择。为选取最合适位置进行布料机布置, 项目通过Naviswork软件进行三维定位模拟 (见图3) , 最终将布点优化为4个, 比原方案减少4个, 在减少布料机移位次数的同时, 也减少塔式起重机的占用, 同时单层缩短工期约0.5d, 有效保证工程进度。

3) 幕墙单元体吊装方案设计本工程幕墙分为7个系统, 共6.3万m², 幕墙深化图纸完成后要求幕墙单位采用Rhino 5.0进行建模。由于本工程结构外倾, 幕墙安装极其复杂, 为此项目在正式进行幕墙安装前通过Navisworks软件进行幕墙安装模拟, 在暴露幕墙安装与其他专业堆场及施工交叉的同时, 也完善了施工组织的不合理之处, 与结构类似的且含有幕墙的项目的施工进度相比, 每层可缩短工期0.5d。

4) 3D打印辅助模型交底超高层项目施工节点极其复杂, 利用三维模型可视化的优点, 编制人员通过优化模拟确定最合理的实施方案, 提高方案的深度和可执行性。与3D打印技术相结合, 将复杂造型或重要节点的BIM模型进行打印 (见图4) , 形成实体模型, 使一线工人能够更清晰地理解设计意图和施工工艺, 确保施工阶段的BIM工作成果及时准确地传递到施工现场。

1) 平面布置管理项目地处CBD核心区, 周边交通复杂, 且施工现场基本没有有效的堆场场地, 为此编制人员对各阶段场地布置利用Lumion进行施工模拟 (见图5) , 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, 保证平面布置的合理性及可行性。最终, 场地利用率提高约15%, 各分包单位堆场冲突率下降约30%, 累计缩短工期约15d。

2) 质量及安全管理超高层项目中, 质量及安全管控要求极高。为此, 要求所有BIM成果均传至BIM5D平台, 项目管理人员基于BIM5D平台通过网页、手机、i Pad等设备可随时随地浏览轻量化模型, 辅助项目的现场质量管理。通过BIM5D手机端, 可将现场出现的情况或问题通过手持设备实时发送上传, 基于云实现数据同步, 并以多种表现形式在模型中展现现场实际情况, 同步通知相关责任人进行隐患处理, 并在PC端和WEB端进行数据同步, 方便技术人员对施工关键节点中出现频次较高的问题进行研究解决, 指导改进工艺和流程, 协助各管理人员对问题进行直观管理, 实现高效协同办公。平台可追踪记录问题的处理过程, 直至结束归档, 既起到问题处理督促的作用, 又有效防止管理中的遗漏现象, 提高了质量安全管理的灵活性和可靠性。同时利用公司大量的安全文明标准化族库, 规范设置现场的安全文明措施, 并可根据模型统计材料用量。标准化安全防护模型如图6所示。

在建模录入信息准确的基础上, BIM建模工作与商务算量工作可以彼此支撑, 互通有无, 实现三算对比。同时, 根据多专业构件精细化全三维建模发现可完善之处, 优化复杂节点及管线综合排布, 提高算量精度, 减少材料浪费。通过BIM5D对各流水段构件工程量信息细化梳理, 形成材料采购计划表, 为施工生产提供各节点的主要材料用量, 作为施工备料、限额领料的主要依据。同时在过程中, 与实际消耗进行对比, 控制成本, 为项目精细化管理提供技术支持。

在超高层项目中, 材料按时进场是保证项目工期的前提。基于BIM技术的物流管理, 以三维模型为载体实现加工制作、物流运输及安装等信息同步传递, 便于管理人员通过BIM5D平台随时查阅构件加工及运输情况, 有助于项目进度整体把控。同时, 对进场构件利用BIM5D平台进行信息完善, 并在构件上粘贴附带构件详细信息的二维码, 用于现场查看构件信息。

1) 本工程幕墙安装要求精度极高, 且主体结构局部位置尺寸偏差较大。针对此情况, 项目引进高精度三维激光扫描仪, 通过对已完结构进行全方位扫描, 真实还原主体结构的构件实际尺寸及偏差。后以扫描生成的现场点云模型及根据图纸建立的Revit模型进行融合, 识别出尺寸偏差较大位置, 并将数据通过BIM5D平台传输给幕墙单位, 确保幕墙单位进行深化设计及建立模型时充分考虑现场实际情况, 加快幕墙深化速度。

2) 本工程楼层净高要求极高, 且楼层顶部机电管线错综复杂, 导致采用传统施工方法无法满足设计净高要求。为此, 项目采用三维激光扫描仪对结构楼层进行全方位扫描, 并将拼接成的点云模型与Revit模型进行拼合, 可自动识别出各部位尺寸偏差, 经过拼接生成的点云模型可直接用来精准进行楼板平整度及各部位净高检测, 同时深化设计人员可直观地对比模型与现场实际情况, 进而进行深化设计, 提前避免由于现场施工误差造成的返工与拆改, 提高深化设计成果的可靠性。三维激光扫描仪只需两个人即可快速操作, 可大大减少人为因素造成的测量误差, 在提高工作效率的同时, 也为后续二次结构、机电及装饰装修等专业深化设计及现场施工提供有力的数据支撑。

1) BIM协同平台运行效率较低

因本工程规模较大, 所需处理的信息量较大, 且过程中可能多个参建者同时使用平台协作办公, BIM协同平台对服务器性能有一定要求。因此, 在开展BIM工作的前期, 应根据BIM标准中的模型精度要求估算出模型信息的容量大小, 同时根据参建单位BIM的管理使用者人数确定服务器的标准。另外, 对于平台的使用时间、使用流程和使用权限应有明确规章, 避免集中使用, 使资源均衡化。

2) BIM模型缺失运维数据信息

由于运维物业管理人员进场较晚, 导致前期BIM管理时输入条件中缺失运维信息, 后期利用BIM进行运维较困难。总承包单位应在BIM团队建立之初, 与业主单位沟通, 要求后期运维团队提前参与BIM的管理工作, 提出使用需求, 与施工单位共同编制BIM标准和实施方案。

3) 动态管理信息更新不同步

由于建筑工程属于一次性产品, 且数据信息时刻发生改变, BIM管理信息涉及劳动力、材料、变更洽商文件、质量安全问题等诸多内容, 牵涉所有项目部门, 需要全部成员进行联动方可保证信息更新满足现场施工生产需求, 避免因信息延误造成工期和成本损失。为此, 应保证人员充足的同时, 还具备快速联动机制。在项目BIM部门统筹组织下, 应指定各部门专门的BIM信息管理人员, 对所有信息进行分类, 明确相应责任人, 规定具体信息更新时限。

4) 持续改进机制不健全

由于所有项目都具有独特性, BIM技术当前仍无法完全满足所有项目需求, 需要根据项目实际生产需求, 在BIM起始的基准上不断对管理流程进行细化和优化, 做到项目管理工作和BIM技术的高度契合。

1) 提前介入设计阶段的方案选型, 从根本上解决设计缺陷, 选择便于施工的设计做法, 较少措施投入, 提高施工效率。

2) 通过施工工艺及方案的模拟, 保证方案的可行性, 避免不必要的返工和浪费, 节约投入和工期。

3) 在总承包单位的组织协调下, 各专业BIM模型综合后可实现模拟施工, 大幅减少因专业冲突导致现场施工错误。

4) 利用BIM协作平台及手机和i Pad等终端设备, 提高沟通效率, 加快质量和安全等现场问题的解决速度, 间接缩短工期。

5) 通过BIM平台实现采购和订货管理, 很大程度上支撑项目的组织管理工作, 使部署安排更合理。

通过抽调公司总部数据库中积累的类似项目的经济指标 (未采用BIM管理的项目) , 着重对工期和成本进行统计量化, 与本项目BIM实施取得的效果进行对比, 分析可知:本工程项目已累计取得经济效益420余万元, 占完成总产值的5‰;缩短工期约91d, 约占原合同总工期的7%。

通过BIM技术协同平台, 设计单位、总承包单位和各分包单位上、中、下游可实现良好的协作配合, 施工前就消灭掉模型综合时产生的问题, 减少返工和现场错误的处理时间, 大大缩短工期、减少浪费, 在建设过程中实现工程项目的增值。