大型施工總承包工程的BIM應(yīng)用

我國(guó)大型施工總承包工程普遍具有投資巨大、建筑造型復(fù)雜，施工難度大、工期緊等特征。面對(duì)日益復(fù)雜、多樣的工程建設(shè)項(xiàng)目，傳統(tǒng)的工程管理模式已經(jīng)不能完全適應(yīng)當(dāng)前需求。BIM等信息技術(shù)的蓬勃發(fā)展為實(shí)現(xiàn)大型施工總承包工程精細(xì)化管理提供了新的途徑和方法。北京城建集團(tuán)的BIM研究與應(yīng)用最早可追溯到國(guó)家體育場(chǎng)工程中應(yīng)用4D系統(tǒng)和多用戶協(xié)同工作系統(tǒng)，在其后的昆明新機(jī)場(chǎng)和北京英特宜家購(gòu)物中心等工程中不斷地?cái)U(kuò)展以4D為代表的BIM應(yīng)用深度和廣度，取得了良好的應(yīng)用效果。

北京城建集團(tuán)是國(guó)內(nèi)最早開(kāi)展BIM研究和應(yīng)用的單位之一。早在2003年集團(tuán)中標(biāo)國(guó)家體育場(chǎng)(鳥(niǎo)巢)工程總承包施工，我們就開(kāi)啟了探索和應(yīng)用BIM的歷程。在城建集團(tuán)承建的昆明新機(jī)場(chǎng)機(jī)電安裝工程中，將4D施工管理系統(tǒng)推廣應(yīng)用到機(jī)電設(shè)備安裝工程中，開(kāi)發(fā)了機(jī)場(chǎng)航站樓機(jī)電設(shè)備4D施工管理系統(tǒng)和運(yùn)維管理系統(tǒng)。在總建筑面積達(dá)51萬(wàn)m2的北京英特宜家購(gòu)物中心工程中，我們實(shí)現(xiàn)了4D施工管理和項(xiàng)目綜合管理數(shù)據(jù)的雙向集成，使BIM在更大范圍支撐項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)精細(xì)化管理。目前，在城建集團(tuán)在施的大型公共建筑工程中，各類(lèi)BIM應(yīng)用項(xiàng)目達(dá)幾十個(gè)，已進(jìn)入到普及應(yīng)用階段。

1 國(guó)家體育場(chǎng)工程中的BIM應(yīng)用

1.1 項(xiàng)目背景

國(guó)家體育場(chǎng)(鳥(niǎo)巢)位于北京市奧林匹克公園中心區(qū)的南部，建筑總面積約25萬(wàn)m2，平面呈橢圓的馬鞍形，東西向長(zhǎng)約270m，南北向長(zhǎng)約320m，屋蓋頂部高度為66.8m，屋頂及外框架為鳥(niǎo)巢狀空間鋼結(jié)構(gòu)，屋面及立面構(gòu)件間填充膜結(jié)構(gòu)，場(chǎng)內(nèi)為碗狀預(yù)制混凝土看臺(tái)，國(guó)家體育場(chǎng)的整體鳥(niǎo)瞰圖如圖所示[1]。

眾所周知，國(guó)家體育場(chǎng)工程的鋼結(jié)構(gòu)施工是該工程的最大難點(diǎn)。鳥(niǎo)巢的工程鋼結(jié)構(gòu)采用編織結(jié)構(gòu)，大量應(yīng)用無(wú)固定線型的空間彎扭構(gòu)件。整個(gè)鋼結(jié)構(gòu)工程涉及9 個(gè)鋼廠、3 個(gè)深化設(shè)計(jì)單位、3個(gè)鋼結(jié)構(gòu)加工單位、3個(gè)現(xiàn)場(chǎng)拼裝單位、2個(gè)安裝單位，鋼構(gòu)件運(yùn)輸距離1600km。同時(shí)，工程的質(zhì)量要求極高，政府要求總承包商管理到每一塊鋼板、每一個(gè)構(gòu)件、每一條焊縫。如果不采用BIM等新技術(shù)和信息化的管理手段，要按時(shí)、保質(zhì)地完成如此復(fù)雜的鋼結(jié)構(gòu)安裝是無(wú)法保障的。

1.2 BIM及信息化應(yīng)用的情況

在國(guó)家體育場(chǎng)工程開(kāi)工初期，項(xiàng)目部就確立了“建立以網(wǎng)絡(luò)為支撐，業(yè)務(wù)流程為引導(dǎo)，專項(xiàng)軟件應(yīng)用為基礎(chǔ)，信息管理為核心，項(xiàng)目管理為主線，使施工生產(chǎn)與管理實(shí)現(xiàn)一體化的施工總承包管理信息集成應(yīng)用系統(tǒng)”的工作目標(biāo)。并且按照滿足工程管理需要和適度超前的原則建立了信息化管理實(shí)施方案。

在國(guó)家體育場(chǎng)工程信息化建設(shè)過(guò)程中，與清華大學(xué)合作進(jìn)行建筑工程多參與方協(xié)同工作網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)系統(tǒng)(ePIMS +)[2]、建筑工程4D施工管理系統(tǒng)(4D-GCPSU)[3]兩個(gè)BIM應(yīng)用系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用，與中國(guó)建筑科學(xué)研究院合作進(jìn)行總承包信息化管理平臺(tái)系統(tǒng)、鋼結(jié)構(gòu)信息化施工系統(tǒng)、遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)[4]，由城建集團(tuán)安裝公司承擔(dān)現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)硬件系統(tǒng)集成及視頻監(jiān)控、紅外安防系統(tǒng)的建設(shè)，并承擔(dān)維護(hù)服務(wù)工作。

1.3 應(yīng)用效果

通過(guò)與上述單位的合作，國(guó)家體育場(chǎng)工程建成了一套覆蓋全部施工單位的有線、無(wú)線相結(jié)合的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、一套由多種軟件平臺(tái)組成的信息化管理平臺(tái)系統(tǒng)、一套覆蓋全部場(chǎng)區(qū)的有線、無(wú)線相結(jié)合的視頻監(jiān)控系統(tǒng)。上述系統(tǒng)在實(shí)際使用中，起到了輔助工程管理的作用，提高了管理人員工作效率，為國(guó)家體育場(chǎng)工程的如期竣工起到了較大的推動(dòng)作用。其中，ePIMS+和4D－GCPSU系統(tǒng)均被專家鑒定為國(guó)際先進(jìn)水平，4D-GCPSU系統(tǒng)獲2009年住建部華夏建設(shè)科學(xué)技術(shù)一等獎(jiǎng)[5][6]。

2 昆明新機(jī)場(chǎng)工程中的BIM應(yīng)用

2.1 項(xiàng)目背景

昆明新機(jī)場(chǎng)( 現(xiàn)已正式命名昆明長(zhǎng)水國(guó)際機(jī)場(chǎng))坐落在云南省昆明市官渡區(qū)大板橋鎮(zhèn)，新機(jī)場(chǎng)航站樓工程地上3層，局部4層，地下3層，總建筑面積54.83萬(wàn)m2。航站樓南北長(zhǎng)約850m，東西寬約1120m，中軸屋脊最高點(diǎn)相對(duì)標(biāo)高72.25m。航站樓由南側(cè)主樓、南側(cè)東西兩翼指廊、中央指廊、北側(cè)Y形指廊五大部分構(gòu)成，如圖所示。

昆明新機(jī)場(chǎng)全景效果圖

2.2 BIM的應(yīng)用情況

根據(jù)昆明新機(jī)場(chǎng)機(jī)電設(shè)備安裝工程特點(diǎn)和實(shí)際需求，我們?cè)谝延械腂IM和4D技術(shù)研究成果基礎(chǔ)上，開(kāi)發(fā)“基于BIM的昆明新機(jī)場(chǎng)機(jī)電設(shè)備安裝4D管理系統(tǒng)與運(yùn)維管理平臺(tái)”。

該平臺(tái)系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)層、支撐平臺(tái)、應(yīng)用系統(tǒng)3個(gè)層次。其中，數(shù)據(jù)層由BIM數(shù)據(jù)庫(kù)[8]、GIS數(shù)據(jù)庫(kù)、知識(shí)庫(kù)組成，支撐平臺(tái)包括4D可視化平臺(tái)、機(jī)電信息管理平臺(tái)、綜合知識(shí)平臺(tái)3項(xiàng)應(yīng)用，應(yīng)用系統(tǒng)由昆明新機(jī)場(chǎng)航站樓機(jī)電安裝4D進(jìn)度管理系統(tǒng)、基于BIM的航站樓機(jī)電設(shè)備信息管理平臺(tái)、機(jī)場(chǎng)機(jī)電設(shè)備安裝工程綜合施工技術(shù)知識(shí)平臺(tái)3個(gè)部分組成。

2.3 應(yīng)用效果

針對(duì)昆明新機(jī)場(chǎng)機(jī)電設(shè)備安裝、運(yùn)行和維護(hù)管理的實(shí)際需求，首次將BIM、4D和GIS技術(shù)應(yīng)用于機(jī)場(chǎng)機(jī)電安裝、運(yùn)行及維護(hù)管理中，開(kāi)發(fā)并應(yīng)用了基于BIM的昆明新機(jī)場(chǎng)機(jī)電設(shè)備安裝4D管理系統(tǒng)和航站樓運(yùn)維信息管理系統(tǒng)。在施工階段，通過(guò)建立基于BIM的機(jī)電設(shè)備4D信息模型，實(shí)現(xiàn)機(jī)場(chǎng)航站樓機(jī)電設(shè)備安裝工程施工的4D動(dòng)態(tài)管理以及施工過(guò)程的4D可視化模擬。在運(yùn)維階段，支持機(jī)電設(shè)備安裝施工信息與運(yùn)維階段無(wú)損傳遞和數(shù)據(jù)共享，實(shí)現(xiàn)基于BIM和GIS的航站樓運(yùn)維的信息化、動(dòng)態(tài)化和可視化管理。利用BIM的空間拓?fù)湫畔�、資源信息以及機(jī)電設(shè)備相關(guān)信息，進(jìn)行GIS表現(xiàn)，支持日常運(yùn)維中的物業(yè)、機(jī)電、流程、庫(kù)存以及報(bào)修與維護(hù)等管理工作和信息查詢，為機(jī)電設(shè)備安裝、運(yùn)維及管理提供科學(xué)的信息化管理手段。相關(guān)研究成果經(jīng)專家鑒定達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平，獲2013年云南省科技進(jìn)步三等獎(jiǎng)。

3 北京英特宜家購(gòu)物中心工程中的BIM應(yīng)用

3.1 項(xiàng)目背景

北京英特宜家購(gòu)物中心大興項(xiàng)目二期工程( 以下簡(jiǎn)稱“英特宜家購(gòu)物中心工程”)是由英特宜家購(gòu)物中心集團(tuán)投資的，集百貨、超市、時(shí)尚、家電、運(yùn)動(dòng)、餐飲、娛樂(lè)影院等全方位消費(fèi)功能為一體的超級(jí)購(gòu)物中心。本工程位于北京市大興區(qū)西紅門(mén)鎮(zhèn)，東側(cè)與北京地鐵四號(hào)線西紅門(mén)站相鄰，總占地面積約17.2萬(wàn)m2，單層面積達(dá)9萬(wàn)m2，總建筑面積約51萬(wàn)m2，地上結(jié)構(gòu)分為7個(gè)獨(dú)立的建筑，工程整體3層、局部4層，樓與樓之間通過(guò)58個(gè)鋼連橋連接。

北京英特宜家購(gòu)物中心

3.2 BIM的應(yīng)用情況

結(jié)合北京英特宜家購(gòu)物中心工程的項(xiàng)目特點(diǎn)和工程總承包管理的需求，我們建立起集BIM建模及深化設(shè)計(jì)、4D施工動(dòng)態(tài)管理、基于BIM的項(xiàng)目綜合管理3部分內(nèi)容的BIM集成應(yīng)用方案。

根據(jù)英特宜家購(gòu)物中心工程的實(shí)際需求，使用Revit系列軟件創(chuàng)建工程的BIM模型。建模工作分成兩個(gè)階段，第一階段為建筑、結(jié)構(gòu)，第二階段為機(jī)電安裝。完成建模之后，在已有的4D系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，定制開(kāi)發(fā)“基于BIM的英特宜家購(gòu)物中心工程4D施工管理系統(tǒng)”。此外，開(kāi)發(fā)基于B/S架構(gòu)的項(xiàng)目綜合管理系統(tǒng)，并將系統(tǒng)數(shù)據(jù)與4D施工管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)共享。

3.3 應(yīng)用效果

我們?cè)谝延械?D和項(xiàng)目管理系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)了4D施工管理和項(xiàng)目綜合管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)雙向集成。通過(guò)工程實(shí)際應(yīng)用表明，BIM和4D技術(shù)實(shí)現(xiàn)了項(xiàng)目各參與方之間的信息共享，可大幅減少工程設(shè)計(jì)中的錯(cuò)誤，并有效輔助工程施工過(guò)程模擬及動(dòng)態(tài)施工管理，可顯著提升施工效率和管理水平，并可為相關(guān)決策提供有力支持。

4 結(jié)語(yǔ)

經(jīng)過(guò)國(guó)家體育場(chǎng)、昆明新機(jī)場(chǎng)、北京英特宜家購(gòu)物中心等工程的應(yīng)用實(shí)踐，我們實(shí)現(xiàn)了以4DCAD為代表的BIM應(yīng)用：

(1) 從單機(jī)版到局域網(wǎng)版、廣域網(wǎng)版；

(2)應(yīng)用范圍從結(jié)構(gòu)到機(jī)電、運(yùn)維，為全生命期BIM應(yīng)用打下基礎(chǔ)；

(3) 由進(jìn)度管理為主的4D到進(jìn)度+成本的5D、以及向更多維度方向發(fā)展。