大型施工總承包工程的BIM應(yīng)用

我國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。面對日益復(fù)雜、多樣的工程建設(shè)項目，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)用最早可追溯到國家體育場工程中應(yīng)用4D系統(tǒng)和多用戶協(xié)同工作系統(tǒng)，在其后的昆明新機場和北京英特宜家購物中心等工程中不斷地擴展以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)是國內(nèi)最早開展BIM研究和應(yīng)用的單位之一。早在2003年集團(tuán)中標(biāo)國家體育場(鳥巢)工程總承包施工，我們就開啟了探索和應(yīng)用BIM的歷程。在城建集團(tuán)承建的昆明新機場機電安裝工程中，將4D施工管理系統(tǒng)推廣應(yīng)用到機電設(shè)備安裝工程中，開發(fā)了機場航站樓機電設(shè)備4D施工管理系統(tǒng)和運維管理系統(tǒng)。在總建筑面積達(dá)51萬m2的北京英特宜家購物中心工程中，我們實現(xiàn)了4D施工管理和項目綜合管理數(shù)據(jù)的雙向集成，使BIM在更大范圍支撐項目實現(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BIM應(yīng)用項目達(dá)幾十個，已進(jìn)入到普及應(yīng)用階段。

1 國家體育場工程中的BIM應(yīng)用

1.1 項目背景

國家體育場(鳥巢)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m2，平面呈橢圓的馬鞍形，東西向長約270m，南北向長約320m，屋蓋頂部高度為66.8m，屋頂及外框架為鳥巢狀空間鋼結(jié)構(gòu)，屋面及立面構(gòu)件間填充膜結(jié)構(gòu)，場內(nèi)為碗狀預(yù)制混凝土看臺，國家體育場的整體鳥瞰圖如圖所示[1]。

眾所周知，國家體育場工程的鋼結(jié)構(gòu)施工是該工程的最大難點。鳥巢的工程鋼結(jié)構(gòu)采用編織結(jié)構(gòu)，大量應(yīng)用無固定線型的空間彎扭構(gòu)件。整個鋼結(jié)構(gòu)工程涉及9 個鋼廠、3 個深化設(shè)計單位、3個鋼結(jié)構(gòu)加工單位、3個現(xiàn)場拼裝單位、2個安裝單位，鋼構(gòu)件運輸距離1600km。同時，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、保質(zhì)地完成如此復(fù)雜的鋼結(jié)構(gòu)安裝是無法保障的。

1.2 BIM及信息化應(yīng)用的情況

在國家體育場工程開工初期，項目部就確立了“建立以網(wǎng)絡(luò)為支撐，業(yè)務(wù)流程為引導(dǎo)，專項軟件應(yīng)用為基礎(chǔ)，信息管理為核心，項目管理為主線，使施工生產(chǎn)與管理實現(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施方案。

在國家體育場工程信息化建設(shè)過程中，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)平臺系統(tǒng)(ePIMS +)[2]、建筑工程4D施工管理系統(tǒng)(4D-GCPSU)[3]兩個BIM應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用，與中國建筑科學(xué)研究院合作進(jìn)行總承包信息化管理平臺系統(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)的開發(fā)[4]，由城建集團(tuán)安裝公司承擔(dān)現(xiàn)場網(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

通過與上述單位的合作，國家體育場工程建成了一套覆蓋全部施工單位的有線、無線相結(jié)合的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、一套由多種軟件平臺組成的信息化管理平臺系統(tǒng)、一套覆蓋全部場區(qū)的有線、無線相結(jié)合的視頻監(jiān)控系統(tǒng)。上述系統(tǒng)在實際使用中，起到了輔助工程管理的作用，提高了管理人員工作效率，為國家體育場工程的如期竣工起到了較大的推動作用。其中，ePIMS+和4D－GCPSU系統(tǒng)均被專家鑒定為國際先進(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[5][6]。

2 昆明新機場工程中的BIM應(yīng)用

2.1 項目背景

昆明新機場( 現(xiàn)已正式命名昆明長水國際機場)坐落在云南省昆明市官渡區(qū)大板橋鎮(zhèn)，新機場航站樓工程地上3層，局部4層，地下3層，總建筑面積54.83萬m2。航站樓南北長約850m，東西寬約1120m，中軸屋脊最高點相對標(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。

昆明新機場全景效果圖

2.2 BIM的應(yīng)用情況

根據(jù)昆明新機場機電設(shè)備安裝工程特點和實際需求，我們在已有的BIM和4D技術(shù)研究成果基礎(chǔ)上，開發(fā)“基于BIM的昆明新機場機電設(shè)備安裝4D管理系統(tǒng)與運維管理平臺”。

該平臺系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)層、支撐平臺、應(yīng)用系統(tǒng)3個層次。其中，數(shù)據(jù)層由BIM數(shù)據(jù)庫[8]、GIS數(shù)據(jù)庫、知識庫組成，支撐平臺包括4D可視化平臺、機電信息管理平臺、綜合知識平臺3項應(yīng)用，應(yīng)用系統(tǒng)由昆明新機場航站樓機電安裝4D進(jìn)度管理系統(tǒng)、基于BIM的航站樓機電設(shè)備信息管理平臺、機場機電設(shè)備安裝工程綜合施工技術(shù)知識平臺3個部分組成。

2.3 應(yīng)用效果

針對昆明新機場機電設(shè)備安裝、運行和維護(hù)管理的實際需求，首次將BIM、4D和GIS技術(shù)應(yīng)用于機場機電安裝、運行及維護(hù)管理中，開發(fā)并應(yīng)用了基于BIM的昆明新機場機電設(shè)備安裝4D管理系統(tǒng)和航站樓運維信息管理系統(tǒng)。在施工階段，通過建立基于BIM的機電設(shè)備4D信息模型，實現(xiàn)機場航站樓機電設(shè)備安裝工程施工的4D動態(tài)管理以及施工過程的4D可視化模擬。在運維階段，支持機電設(shè)備安裝施工信息與運維階段無損傳遞和數(shù)據(jù)共享，實現(xiàn)基于BIM和GIS的航站樓運維的信息化、動態(tài)化和可視化管理。利用BIM的空間拓?fù)湫畔ⅰ①Y源信息以及機電設(shè)備相關(guān)信息，進(jìn)行GIS表現(xiàn)，支持日常運維中的物業(yè)、機電、流程、庫存以及報修與維護(hù)等管理工作和信息查詢，為機電設(shè)備安裝、運維及管理提供科學(xué)的信息化管理手段。相關(guān)研究成果經(jīng)專家鑒定達(dá)到國際領(lǐng)先水平，獲2013年云南省科技進(jìn)步三等獎。

3 北京英特宜家購物中心工程中的BIM應(yīng)用

3.1 項目背景

北京英特宜家購物中心大興項目二期工程( 以下簡稱“英特宜家購物中心工程”)是由英特宜家購物中心集團(tuán)投資的，集百貨、超市、時尚、家電、運動、餐飲、娛樂影院等全方位消費功能為一體的超級購物中心。本工程位于北京市大興區(qū)西紅門鎮(zhèn)，東側(cè)與北京地鐵四號線西紅門站相鄰，總占地面積約17.2萬m2，單層面積達(dá)9萬m2，總建筑面積約51萬m2，地上結(jié)構(gòu)分為7個獨立的建筑，工程整體3層、局部4層，樓與樓之間通過58個鋼連橋連接。

北京英特宜家購物中心

3.2 BIM的應(yīng)用情況

結(jié)合北京英特宜家購物中心工程的項目特點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、4D施工動態(tài)管理、基于BIM的項目綜合管理3部分內(nèi)容的BIM集成應(yīng)用方案。

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

3.3 應(yīng)用效果

我們在已有的4D和項目管理系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)了4D施工管理和項目綜合管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)雙向集成。通過工程實際應(yīng)用表明，BIM和4D技術(shù)實現(xiàn)了項目各參與方之間的信息共享，可大幅減少工程設(shè)計中的錯誤，并有效輔助工程施工過程模擬及動態(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

經(jīng)過國家體育場、昆明新機場、北京英特宜家購物中心等工程的應(yīng)用實踐，我們實現(xiàn)了以4DCAD為代表的BIM應(yīng)用：

(1) 從單機版到局域網(wǎng)版、廣域網(wǎng)版；

(2)應(yīng)用范圍從結(jié)構(gòu)到機電、運維，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。