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BIM在北京绿地中心工程的研究与应用
2015-04-14 13:47:11
来源:《建筑技术》
浏览次数:665
摘  要:
六建集团公司为了提升本工程的项目管理水平,专门引进了BIM技术,通过不断研究,实现了以总包为核心的BIM深化设计模式和管理流程,不但大幅提高了深化设计工作的精度与效率,而且实现了项目部技术管理的创新与提升。
   北京绿地中心工程为超高层工程,施工工艺复杂,深化设计工作量大。六建集团公司为了提升本工程的项目管理水平,专门引进了BIM技术,通过不断研究,实现了以总包为核心的BIM深化设计模式和管理流程,不但大幅提高了深化设计工作的精度与效率,而且实现了项目部技术管理的创新与提升。
 
  1、项目简介
 
  北京绿地中心工程位于北京市朝阳区大望京商务区内,总建筑面积351524㎡。其中4号楼为超高层,建筑高度达260米。楼体采用框架+核心筒混合结构体系,外框架由型钢梁和型钢混凝土柱构成,在地下二层至五层核心筒局部采用钢板剪力墙,42-43层为设备层,设置了伸臂桁架与环桁架,屋顶结构由钢结构组成,建成后将成为望京地区的地标性建筑。
 
  2、主要技术难点及BIM解决方案
 
  2.1主要技术难点及措施
 
  北京绿地中心工程体量大、设计复杂,且涉及多项新工艺、新材料,使得工程的深化设计任务繁重。BIM技术以三维模型作为基础,不但为各项深化设计制定了针对性的实施方案,并且结合自身特点,逐渐总结出了一套全新的基于BIM的总包管理机制,从而解决了二维深化设计面临的以下技术难点:
 
  1)深化速度赶不上频繁的图纸变更,效率有待提高
 
  由于受到各方复杂因素的影响,北京绿地中心工程变成了边勘测、边设计、边施工的三边工程,出现了大量的设计变更和图纸版本,使得深化人员一直疲于更新图纸、变更信息,大大降低了工作效率。而基于BIM的深化设计,可以通过模型调整,快速落实图纸的更新和变更,大幅提高了深化设计的工作效率。
 
  2)复杂工艺、工序耗费大量人力物力,实施成本较高
 
  采用传统的深化设计,在某些复杂工艺、工序进行二维解析,还是不能满足需求,因此只能进行实物验证,模板预拼接、样板间制作等,势必耗费了大量的人力物力成本。通过BIM技术,我们可以将这些验证工作转移到三维模型中进行,直观、准确的反映出工序工艺交叉风险,节约了深化设计的实施成本。
 
  3)二维深化难以将复杂的空间位置表示清晰,准确性有待考证
 
  利用二维图纸进行深化,我们只能采用平面加剖面的方式去展示节点的空间位置,但是一些极为复杂的节点,还是难以令人完全掌握复杂的空间位置信息,既难以保证准确性,又容易在传递过程中引起误读。但是BIM技术通过三维模型展示,可以让人对复杂节点的空间位置信息一目了然,有效提高深化设计沟通效率和准确性。
4)各专业深化独立进行,难以从全局考虑问题。
 
  各专业在进行深化设计时,往往会独立进行,即便是综合考虑其他专业,也只是简单的进行了图纸的叠加,很多问题都难以发现,而且受专业知识局限,更多的问题在实际施工过程中才被发觉,因此降低了深化工作的整体质量。BIM将各专业模型整合到一个整体模型中,可以系统直观的反映出各专业信息,防止出现专业间的碰撞冲突。
 
  2.2 BIM技术解决方案
 
  基于BIM的深化设计,是通过同一模型实现基于BIM的总包管理,在BIM模型中进行三维深化。但是在北京绿地中心这样的超高层工程,深化设计工作涉及的专业众多、需求也各不相同,深化成果需要经过甲方、设计方、分包方等多方的协作、确认和支持才能真正在施工过程当中有效执行。为此,项目部经过不断尝试研究,结合工程特点逐渐总结出了一套BIM深化设计实施方案,主要包括以下几个方面:
 
  1)制定符合工程特点和实际需求的BIM实施标准
 
  BIM深化设计是在模型的基础上进行的,而作为超高层工程,模型数量和质量都必须精确把控,才能在有限的时间和成本内,满足深化设计应用的各种需求。因此,我们在建模和实际应用过程中,根据各个阶段、专业的不同深化需求和特点,来规定不同阶段的模型精度和统一的模型表现方式,并根据现场实际需求添加信息参数和确认成果形式。
 
  2)开创基于BIM深化的协同管理模式
 
  深化设计绝对不仅仅是某个单位独立就能够完成的工作,特别是在本工程中,更需要综合考虑各方面因素,这样做出来的深化设计才不会闭门造车,也就不会在实际施工中问题重重。为此,我们将与项目各参与方的协调沟通作为了BIM深化设计中一项重要工作。例如,通过建立例会制度,将就深化工作及时有效沟通,使得深化设计全程透明,各方及时确认,保证深化结果的准确性和可操作性。
 
  3)制定针对性方案突破深化设计重点难点
 
  我们在深化设计的过程中,对于深化设计工作的重点难点,会根据不同深化任务的特点来制定不同的解决方案,经过比选,选用最为合适的一款或是多款BIM软件来进行深化设计的工作,充分发挥不同软件的功能优势。例如,我们采用了图纸对比软件,来查找不同版本图纸中的不同之处,相比于传统的逐一人为检查,大大提高了图纸深化比对效率和准确性。利用Revit软件,通过制定参数族,完成可调节圆弧模板的预拼接验证,节省了预拼接成本。
4)结合BIM特点建立实施保障机制
 
  在北京绿地中心这样的大型工程中,BIM深化设计成果的落实,必须经过多个环节的沟通和各参与方的协作支撑,任何一个环节或是实施方出现了问题,BIM深化设计工作将成为无用功。为了保证深化结果的有效实施,我们制定了一系列的措施:例如,由建设方和总包方牵头,与分包签订分包管理协议来规范各分包方的施工,保证总包对于深化设计成果的统筹管理和有效实施。
 
  3、BIM深化设计实施案例
 
  这套结合了工程特点和需求的深化设计实施方案,是我们在本项目开展多项BIM深化设计应用的过程中,通过不断的探索和大量的研究总结形成的,下面结合具体案例对研究过程进行介绍:
 
  3.1管综深化设计
 
  在北京绿地中心工程,627地块属于超高层建筑,地下部分集中了大量的机电管线,各专业管综错综复杂、变更频繁,加之部分楼层为双层机械停车位,空间狭窄,同时还要满足国家奖项质量要求,给综合管线的排布带来了巨大的困难。为了弥补传统二维深化的不足,我们利用BIM技术进行了管综的深化设计,具体实施流程如下
 
  3.1.1基础建模
 
  依据CAD图纸,由具有一定施工现场经验的BIM工程师进行三维建模。在建模过程中,及时发现图纸问题并与设计进行沟通解决。相对于传统的二维图纸审图,我们在三维模型中更易直观的发现设计问题。并结合不同阶段需求,制定符合工程特点的实施标准,对模型精度、模型标准等进行规定。
 
  3.1.2碰撞检测
 
  模型建立完成后,进行各专业间模型碰撞检测,寻找建模失误或图纸设计问题,并生成相应的碰撞报告。我们根据项目部需求,对碰撞报告进行了定制改版,让现场管理人员能够一目了然、准确定位,并快速制定出问题的解决方案。
 
  3.1.3碰撞情况汇报及调整原则制定
 
  在完成整体模型的碰撞检测工作后,我们会召集建设方、设计方、总包方和专业分包相关负责人召开会议,结合碰撞报告和三维模型,对综合管线的碰撞情况进行汇报。由各方协商确定出基本的管综调整原则,包括各楼层区域的净空要求、管线避让原则、质量奖项安装标准等,以指导下一步的管综调整工作。
3.1.4管综调整
 
  由专业BIM工程师,依据制定的管综调整原则进行管综调整,对碰撞点进行综合管线优化,并充分保证管线安装空间调整的顺序大致按从上到下、从大管到小管的顺序进行,以减小后期调整避让的难度。
 
  3.1.5模型确认
 
  在模型综合管线调整完成后,再次召集建设方、设计方、总包方和专业分包相关负责人召开模型确认会议,在会议中就调整后的模型是否能够达到设计参数、建设方预期、施工标准等进行确认,如存在问题继续进行调整,直至模型能够满足各方需求。
 
  3.1.6二维出图
 
  模型确认完成后,将会根据模型出具各专业二维图纸,并在图纸中标注管线标高、平面位置、翻弯节点位置等,确保图纸能够指导现场专业的施工。并在核心筒出入口、机房竖井、车库上方、机房出入口、走廊过道等复杂节点处根据需要出具剖面图,结合平面图综合展示出各类管综空间位置,确保施工能够顺利进行。所有图纸都经过设计方的签字确认,确保图纸信息无误。
 
  3.1.7施工监督
 
  各分包施工单位依据各专业二维深化图纸进行洞口预留及管线施工,总包方依据三维模型对照现场照片,进行各专业施工安装工作的监督,一旦各分包单位的施工现场与模型出现不一致的情况,总包单位及时发现调整,确保现场施工按照管综调整结果进行,有效实现各专业间施工管理的协同,控制施工整体质量。
 
  3.1.8实施效果
 
  通过BIM技术进行管线综合二维深化,提前预见了管线施工当中可能会遇到的各种碰撞与工序交叉风险,并通过在模型中进行调整,预先解决了这些问题。并且在625地块中经过实际验证,有效指导了现场实际施工。与传统的二维深化相比,一层管综的深化工作效率提高了至少50%,且深化图纸更为详尽、准确,基于三维模型的展示,各方对于复杂节点的把控更为得心应手,这种深化方法得到了建设方、设计方、总包方的一致认可和大力推广,这种深化与交底模式,也受到了各分包单位的欢迎。
 
  在利用BIM技术进行管线综合深化的过程中,为了制定出合理的模型调整原则,我们与甲方、设计方、分包方等进行了多次的沟通。在前期单独进行沟通的时候,由于设计方更多的考虑的是设计规范和功能需求,甲方更多考虑的是净空标高,而分包方更多的关注是否方便现场的安装施工,他们在给出模型调整建议的时候,更多的是从本身的角度出发,仅仅按着他们的意愿进行模型调整,往往是只能兼顾一方需求,很难形成统一意见。为此,我们组织召开了BIM协调会,将甲方、设计、总包、分包的负责人集中在一起,在会上利用模型,展示碰撞点的基本情况。然后根据各方的需求直接进行调整,在模型中直观反映出各方调整建议的弊病,由甲方和总包从中进行协调,制定出更为合理的调整原则。这样模型深化的成果既能被设计方签认,也能指导现场施工,避免了模型反复进行调整所造成的浪费,形成了一套基于BIM模型深化设计的协同管理机制。
3.2 钢筋节点深化
 
  作为超高层,北京绿地中心工程钢结构设计极为复杂,大量的钢骨柱、钢板墙给钢筋深化工作提出了较大的难题。在复杂钢结构节点,甚至是出现了五根梁与钢骨柱交叉的情况,由于劲性钢结构节点的2D蓝图在关于钢骨柱与梁之间钢筋的穿孔、锚固、贯通连接等环节经常出现各种交叉错误。现有的许多成熟软件虽然都以套用钢筋规范,方便快捷的排布钢筋、生成连接方式等,但是不能进行局部微调,而现场实际施工中变化太多,在符合设计要求的基础上省时省工省料才是人为调整的根本方向,因此,我们选用Revit软件,对具有代表性的复杂节点进行了钢筋排布的调整深化建模工作,具体实施流程如下:
 
  运用Revit进行钢筋节点深化,虽然可以满足现场的施工指导需求,但是一个复杂节点的深化需要1到2天的时间,需要投入较大的人力。因此,我们自主开发了依托于REVIT的钢筋插件,可以根据施工图集和各类规范,快速生成钢筋弯钩、自动进行箍筋排布、检测钢筋与钢构件碰撞,这种深化模拟程度无论是一般软件,还是传统人工深化方法都无法比拟的,生成的三维模型不仅可以指导施工,附带的尺寸信息、排布方式等还会随着设计变更进行自动优化调整,大幅提高了节点深化的工作效率,将复杂钢筋节点的排布由一周缩短至一天,节省了大量人工。深化完成以后,我们将深化结果以图纸和模型的形式配合现场进行了技术交底,有效指导了现场的施工过程,最终取得了良好的应用效果。
 
  3.3其他
 
  除此之外,我们还根据不同需求,利用BIM技术进行了更多的深化工作。我们建立的机房大样模型,提前确定了设备的安装位置,以及机房内各类管线的排布位置,充分考虑到了设备与管线的安装连接需求和相对空间位置,有效指导了现场施工;在基础建模和管综深化的过程中,进行了结构预留洞口的验证工作。基于BIM深化提出了结构“零剔凿”的管理理念;通过BIM技术对桁架层预拼接进行深化模拟,提前发现了与结构施工、爬模爬升等的交叉碰撞问题,综合考虑塔吊不同半径运力和拼装顺序对桁架层拼装带来的影响,验证了桁架层拼装方案,提供的三维交底也大幅提高了工作效率。
 
  4、优势分析
 
  BIM深化设计已经成为北京绿地中心项目技术管理的重要组成部分。对比传统的二维深化设计管理,BIM深化设计体现出独特的优势及创新技术管理的思路,主要体现在以下几个方面:
 
  1)快捷高效
 
  采用BIM技术进行深化设计,与传统的二维深化设计相比,大幅提高了深化效率。例如,采用BIM技术,将复杂钢筋节点排布的周期由一周缩短为一天,效率提高了近86%。
 
  2)节约成本
 
  通过BIM模型进行深化设计,只需要在建立的模型中进行深化调整,便可以实现节点的排布、数据的验证,不需要耗费大量的人力物力去进行实际验证和计算,特别是在桁架层预拼装方面,节约了大量的预拼装人工和机械成本。
3)管理创新
 
  基于BIM的深化设计,给实施项目提供了基于BIM的总包管理模式,通过建立总包的模型管理机制和分包管理协议等,我们可以将模型深化成果顺畅的应用到施工现场。例如,我们基于BIM深化提出的结构 “零剔凿”的管理建议,成为了实施项目管理的一大特色和优势,在项目的施工质量和整体形象方面带来了较大提升。
 
  4)直观准确
 
  基于BIM的深化设计,可以直观展示复杂节点的空间位置关系和不规则的形体信息,包括基础模型、效果展示、工艺搭接等,即使不是专业人士,也能对复杂节点图纸信息一目了然,而且BIM模型往往都带有真实信息,因而,也能够通过模型进行有效的数据分析,大大提高了复杂节点和方案的技术交底问题发现率和整体效率,从而保证深化设计的准确性和可靠性。
 
  5、结语
 
  北京绿地中心工程通过BIM深化设计应用,将整个深化设计过程变得更为直观、精确,实施成本和错误率大幅降低,工作效率大幅提升。并且在应用过程中,结合超高层工程体量大、专业多、协调工作复杂的特点,研究和总结出了一套集标准规范、协同流程、针对性方案以及深化成果实施保障机制为一体的以总包为核心的BIM深化设计模式和管理流程,不但保证了BIM深化设计的有效实施,而且将建设单位、设计、总包和分包等各参与单位的沟通协作统一在BIM模型提供的三维平台上进行,为项目部开创了一种全新的技术管理模式,提升了项目部的整体管理水平。
 
  参考文献:
 
  [1]《浅谈BIM技术及其应用》;《价值工程》; 2012年23期。
 
  [2]《基于BIM的深化设计管理研究》;《工程管理学报》 ;2012 年04期。
 
  [2]《BIM技术在施工过程中的应用》;《中国学术期刊网》
 
  作者:杨震卿 张莉莉 张晓玲 罗艺 吴华
 
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