建筑信息模型B I M (B u i l d i n g Information Modeling) 是以建筑工程项目的各项相关信息数据为基础, 通过数字信息仿真模拟建筑的真实信息, 建立三维建筑模型, 实现工程设计、施工、管理等功能。BIM技术具有信息化、可视化、协调性、模拟性、优化性等特点, 建筑工程项目各参与方在同一信息平台上, 共享建筑信息模型, 有利于建筑的精细化建造和管理, 在降低成本的同时使工程建设品质高、速度快, 并可实现对项目的集成管理。

某工程位于安徽省合肥市国家科技创新型试点试验区, 望江西路与方兴大道交叉口西北角, 为高端城市科研办公楼。建筑高度183.55m, 地上40层, 地下2层, 总建筑面积约11万m², 地上建筑面积约9万m², 地下约2万m²。框架结构+型钢混凝土核心筒结构体系, 工程包括玻璃幕墙、钢结构等专业。其整体建筑效果如图1所示。

1) 超高层建筑工程体量大, 设计变更多, 出图效率低, 易导致经济损失和工期延误。

2) 屋面为钢结构, 施工难度大;工程空间碰撞多, 层间净空要求高。

3) 玻璃幕墙节点复杂, 安装难度大, CAD平面图纸难以表达施工节点生产和现场安装情况。

4) 工程技术要求高, 建筑、结构、机电、幕墙等工程穿叉施工, 不易控制工程进度和造价, 现场施工管理难度大。

根据以上难点, 本项目全过程应用BIM技术, 利用BIM模型提升设计效率, 减少设计失误, 获取工程数据, 并为施工建造全过程提供技术支撑, 为项目参建各方提供基于BIM的协同平台, 有效提升协同效率。确保建筑在全生命周期中能实现按时、保质、安全、高效、节约, 以达到对整个项目的总体控制。

在本项目中充分运用Autodesk Vault数据管理平台, 将其打造成BIM全生命周期协同平台。

1) 按质量管理体系建立本项目文件管理结构。完全符合ISO9000质量管理体系标准, 并参照D-BIM交付标准, 避免质量管理工作累积, 减轻管理人员工作负担。与传统管理习惯兼容, 不影响BIM技术的快速推广, 从项目本身情况着手, 能够优化项目全过程。

2) BIM协同方式创新, 在Autodesk Vault数据管理平台上建立BIM模型协同方式。在Vault服务器上建立总文件夹, 以工作集的形式分流给各个客户端, 各客户端直接通过链接联系。工作集采用Vault插件实现文件与存储位置一一对应, 从而实现各客户端与总文件夹同步存储与更新及项目数据信息共享。

3) Vault+“云”实现互联网+设计和BIM整体模型提交。客户端通过数据传输设备可直接访问Vault数据、Revit文件、Navisworks文件, 简单易用, 性能灵活, 实现内外协同;所有数据均在服务器上, 安全稳定, 数据可靠, 应用主机模块化、虚拟化, 可随项目应用情况增减、拆分、组合, 节约成本。

1) 建筑模型采用工作集方式创建, 在方案确定后, 由多名建筑师联合, 利用Revit Architecture共同完成项目的模型及图纸设计。建筑的三维模型和外立面弧形幕墙均可在Revit中清晰表达, 在模型中实现参数化设计, 可使用参数精准控制和调整构件的属性。

2) 结构模型由结构工程师利用Vault平台进入建筑模型, 使用PKPM完成结构施工图设计, 再将图纸导入Revit Structure进行基础、梁、板、柱、剪力墙等结构构件的优化布置。

3) 而后将建筑和结构模型提供给设备工程师, 采用Revit MEP完成暖通、电气、给排水设计, 通过建立水暖电系统视图样板, 分别赋予各子系统材质、型号等参数信息, 并提供完整的管道和设备信息统计表。建筑、结构、机电BIM模型如图2所示。

本工程屋面钢架由桁架、水平连接杆件及连墙拉杆等组成, 悬挑结构由5榀钢桁架支撑, 最大悬挑距离16.45m。钢结构节点构造复杂, 斜交网格施工技术要求高, 钢构件种类较多, 包含一些特殊类型构件, 如劲性钢柱、型钢柱。按照传统加工方法难以满足精度要求。通过采用Tekla软件进行深化设计, 建立钢结构三维模型 (见图3) , 对钢构件全部进行三维数控加工, 工厂预拼装后, 再运至现场, 根据三维模型坐标, 进行坐标精确定位及位置复核, 有效保证了安装精度。

本工程各专业管线走向错综复杂, 通过对机电管线综合排布, 将建筑、结构、机电模型导入Navisworks进行碰撞检查, 通过设计问题报告书提交给各专业设计师进行优化设计和综合调整, 提前发现各专业间的空间交叉与碰撞。在本工程中共发现并解决了591个硬碰撞问题, 如图4所示。为使管道净空标高满足建筑功能需求, 在各楼层间绘制净高限制天花板, 利用软件进行净高检查, 在最大程度上提升空间高度。

本工程外立面为玻璃幕墙, 部分幕墙造型复杂且曲率变化大。由于传统CAD技术的局限性, 会增添幕墙材料损耗和增大施工难度。采用BIM技术对外立面幕墙进行参数化设计, 幕墙曲面通过Revit体量进行绘制, 再将体量曲面导入Revit中, 使用建筑幕墙对曲面进行划分。BIM能提供幕墙模型数据信息, 参数化建模可迅速完成幕墙的玻璃面板、竖挺、支座等零件的可视化实体模型, 为幕墙的加工生产提供参考。

幕墙安装过程复杂, 零件和节点繁多, 幕墙安装准确与否直接关系到结构受力分布和安全可靠度等问题。将Revit幕墙模型导入Navisworks, 利用参数化设计技术生成幕墙施工三维坐标控制点, 通过幕墙安装仿真模拟导出三维动画视频, 可高度可视化指导幕墙现场施工, 包括焊接下嵌臂连接、安装幕墙竖挺及幕墙板、螺栓安装上嵌臂、连接幕墙竖挺等过程 (见图5) 。

利用广联达BIM5D对项目实行施工段划分和创建进度计划, 通过BIM5D模型, 对施工进度进行查找、优化和控制。以天为时间间隔, 按照计划进度和时间进度模拟实现整个工程项目的施工流程, 同时动态追踪和分析计划进度与实际进度, 自动生成各种进度计划表, 精确掌控施工过程中任务分工和时间节点, 实现对施工进度的动态管理。

本工程施工场地狭小且现场施工人员多, 利用广联达软件进行三维场布 (见图6) , 有效利用施工现场用地, 提高场地利用率, 合理规划现场施工区、办公区、材料区、加工区和生活区, 优化工作面管理和材料堆放布置方案, 保障现场运输和起吊畅通快捷, 方便现场人员管理。利用三维场地模型进行虚拟演示, 在施工前发现潜在安全隐患并予以排除, 避免人工作业危险, 提高工人的安全意识, 从而降低工程事故。

工程造价管理中, 工程量统计是最繁琐的一项工作。传统的工程算量基于二维图纸, 需手算工程量。利用Revit建立的模型, 通过材料明细表导出工程量清单 (见图7) , 可显著缩短算量时间, 提高工程算量准确度, 方便控制和核算工程造价, 同时可进行成本测算、中间计量、多算对比, 在施工过程中对钢筋、混凝土等主材进行严格管控。

BIM技术的应用有效解决了超高层建筑工程中的重难点问题, 积累了BIM技术实际工程应用经验。

1) 通过建立BIM信息化平台实现各专业协同设计, 减少设计变更, 提高出图效率, 减少经济损失和缩短工期。

2) 通过建立各专业BIM模型, 实现钢结构深化设计, 解决屋面钢结构施工困难, 三维模型碰撞检查解决工程空间碰撞。

3) 通过BIM技术进行参数化设计, 三维可视化指导幕墙生产和施工, 解决玻璃幕墙施工节点生产复杂和现场安装难度大等问题。

4) 通过BIM技术在工程中进度管理、三维场布、造价管理等方面的应用, 方便施工方精准控制工程进度和工程造价, 实现现场施工集成化管理。