BIM技术在东合中心H栋全生命周期的应用分析

BIM技术作为一种应用于工程设计建造管理的数据化工具，通过参数模型整合各种项目的相关信息，使其在项目策划、运行和维护的全生命周期过程中进行共享和传递，可实现BIM技术的价值最大化。

近年来，在国家和地方政府的大力推动下，BIM技术在我国发展迅速，各建设单位、设计单位、施工单位、软件厂商和设备厂商也积极响应，在各自领域不断探索创新。然而，能够将BIM技术应用贯穿建筑的全生命周期的建设项目却不多，BIM模型作为信息流和工作流的载体，并未很好地起到共享数据、促进协同的作用。

本文将以东合中心三期南区H栋办公楼EPC项目为例，简单介绍BIM技术在该项目全生命周期中的应用。

图1 东合中心三期南区H栋办公楼效果图

项目概况

东合中心三期南区H栋办公楼位于湖北省武汉市经济技术开发区东风二路，总建筑面积约8.6万平方米，其中地上部分23层，建筑面积约6.9万平方米，高度达101.5米，标准层平面呈H形布局，分为左、中、右三塔，外部采用金属和玻璃幕墙，局部屋面采用42米大跨度钢桁架，如图1所示。地下部分2层，建筑面积约1.7万平方米，含智能平面移动类机械车库。项目预计于2018年底完工，2019年中交付。

项目建设方为武汉东合置业有限公司，由东风设计研究院有限公司（以下简称“东风院”）承担EPC总承包，建成后将作为5A级高端办公写字楼使用，并成为武汉市经济技术开发区CBD地标性建筑。（图1）

该项目以EPC总承包模式为依托，在建筑的全生命周期应用BIM技术，使项目信息能够准确、对称且流畅地在各参与方之间交互，达到高效协同的目的，以解决施工阶段面临的各类问题并实现智慧运维管理。

前期准备

项目运行过程中将存在各类来源不同的动态数据，如不加以管控，很容易导致数据的错误或缺失。项目初期，BIM团队必须作好充分准备。

图2 东风院BIM云平台

图3 模型拆分

实施策划

BIM团队结合项目需求、成本、技术实力等多方面因素，制定了BIM实施策划来约束和指导各参与方，以保证数据的一致性、准确性和完整性。策划内容有以下几部分：

总体规划：编制依据、应用目标和软硬件平台部署等；

组织架构：涉及BIM应用的团队人员组织、各方职责等；

文件管理：模型及其他文档的存储、权限和备份等；

模型管理：模型拆分、模型深度、各类命名和数据整合等；

实施流程：阶段进度、协同机制、质量控制和变更管理等；

模型应用：各阶段BIM应用方法、成果交付等。

以上策划内容由总包BIM团队统一管理执行。

软硬件平台

该项目采用东风院BIM云平台，其硬件架构和使用界面如图2所示，具有权限的用户可以随时随地在网络环境下利用现有设备接入平台，平台内置Autodesk BDS套件及其他常用BIM软件，用户无需另外配置工作站和软件，一定程度上降低了采购和维护成本，数据安全也得到有效保障。

项目运行阶段，各参与方按照约定的职责在平台中有序协同，共用一套数据模型，以避免设计单位交付模型后，施工单位无法使用并重新建模所导致的数据割裂的情况。（图2）

除BIM建模以Revit为主外，项目还采用了东风院自主研发的DGP（Digital Graphic Platform，数字图形平台）用于数据整合、项目管理和运营维护，DGP经过多年的开发和迭代，可以容纳大部分三维软件格式且保留构件信息，并进行各类模拟仿真，现已获得5项软件著作权。

模型管理

模型的深度将随着项目的推进越来越精细，这意味着模型文件将逐步增大，可能出现卡顿等影响正常使用的情况；项目存在诸多系统，除建筑本身所包含的构件外，还有基坑、施工场地和施工措施等，这些系统的模型分别由总包、设计单位、施工单位或者设备厂商完成。（图3）

基于以上条件，该项目将模型拆分为如图3所示的部分，模型有各自的责任单位，按照图示的关系相互链接，其深度、构件信息、各类命名甚至工作集的划分均在策划中有详细规定。

阶段应用

该项目依据时间顺序和实际情况，将BIM实施的过程分为5个阶段，各阶段间相对独立，但始终基于同一套模型。

方案阶段

BIM技术在方案阶段主要用于确定建筑形体、外部形式和内部布局，以及进行初步的建筑性能分析，为详细设计建立基础。

建筑形体推敲

项目的概念设计借助FormIT完成，设计师在软件中通过地图定位到项目所在地址，开始推敲建筑形体并定义楼层，完成最初的体量模型。体量模型可以为设计师提供非常直观的视角，是设计师灵感的载体，可反映建筑的外观和层高，也为建筑赋予第一批数据。

阅读能力是学习能力中基础而重要的构成部分，学生具备了优越的阅读能力，才能进行复杂内容的学习，从而提升个人综合能力。在当下的小学教育中，已经有越来越多的语文老师重视培养学生的阅读能力，这影响着阅读教学手段的不断更新，推动着小学阅读教学实践的发展进步。

立面方案设计

基于逐步推敲的形体、功能空间的方案和分析优化的结果，利用可视化编程工具Dynamo快速划分幕墙网格，确定建筑立面之后开始布局内部空间，并将模型导入3ds Max进行处理，得到画质更优的效果图和视频。同时在Revit中进行建筑内部空间规划，生成初步的平立剖，向下游专业传递。

环境初步分析

由于项目建成后将成为园区内高度最高的建筑，考虑到其本身各楼层各朝向的自然采光和热辐射以及对周边建筑的影响，在体量模型的基础上利用Insight对其进行简单的能效分析，并根据分析结果，对外墙开窗等设计做出调整，达到室内舒适、节约能源等目的。

电梯运行模拟

建筑共设12个垂直电梯井道，左右两塔各6个，6个井道中有一个作为消防电梯井道。基于人员分布、电梯运载能力等输入条件，通过物流仿真软件，对上下班高峰期5个常规电梯井道的运行情况进行模拟，比较不同的电梯服务策略。通过优化，最终设置一部转换电梯，另有两个井道设置双轿厢，既能缓解上下班高峰期的拥堵状况又可减少人员等候时间。

施工图设计阶段

施工图设计阶段的BIM模型是在方案阶段BIM模型的基础上深化而来的，采用东风院成熟的BIM施工图设计流程，大幅减少了后续阶段出现问题的可能性。

模型生成图纸

该项目施工图设计主要在Revit中进行，建筑、暖通、给排水专业100%完成BIM出图，结构、电气、总图专业部分BIM出图，在BIM团队的技术支持和企业标准的严格控制下，图纸质量和深度得到了业主的高度认可。（图4）

结构模型转换

项目中地上主体混凝土结构的模型是由设计师通过探索者系列插件将PKPM计算模型导入Revit生成的，相比手动布置结构构件，该方法减小了设计师的工作量，提高了BIM模型的准确性，BIM模型能够与计算模型同步被修改，并从中获取钢筋和混凝土初步工程量。同时，构件的尺寸、强度、编号和受力等信息得以最大程度地保留，为数据的传递和整合奠定了基础。

管线综合

项目严格执行东风院《BIM管道汇总流程及标准》，从施工图设计初期开始，将管道汇总融入设计过程。建筑、结构、机电和汇总等角色在管线规划、主管确认和管道会签3个阶段，依据管线分层、分区及避让等原则，相互配合协同，减少干涉的发生，特别是减少发现干涉后修改的工作量。管道调整完成以后，将建筑划分为若干区域，并将区域内管道的平面图、剖面图、轴测图和透视图布局在图纸中，发布一系列具有企业特色的管线综合图纸，令业主和项目其他参与方一目了然。

图4 基于BIM模型生成的建筑施工图

图5 外架深化设计BIM模型

图6 模架（模板）体系BIM模型

图7 砌体工程排砖方案图

图8 施工安全教育VR场景

深化设计阶段

深化设计阶段的BIM应用主要体现在对建筑细部构造的推敲和对工程量的详细统计上，在施工图设计阶段BIM模型的基础上进行增加或修改，并根据策划控制构件权限和显示样式。

幕墙深化

景观深化

建筑主、次出入口的景观方案由设计师在Sketch Up中完成，Revit可以快速将其导入并作为参考，实施进一步的深化，协调与外网管道、建筑立面和消防等因素的关系，以达到绿色、和谐的景观效果。此外，项目还将通过Revit和Infraworks对园区道路、植物和景观小品等进行规划和统计。

钢结构深化

建筑中塔顶部的屋面结构为钢桁架形式，该项目在Advance Steel中对这部分钢结构进行深化设计，软件涵盖的型钢截面和连接节点满足项目需求，且与Revit实现了数据的无缝对接。针对屋面钢桁架结构的BIM深化，可以为主结构的优化提供依据，进行精准的工程量统计，也可以让分包商制定更加合理的加工方案，协调施工阶段的构件运输、进场和安装。

专用设备深化

该项目采用的智能平面移动类机械式停车设备由分包商通过Solidworks进行设计建模，将模型导入Inventor后利用其BIM交换功能，机械模型可以被快速导入Revit文件，并链接至建筑模型中。深化的机械停车设备模型一方面可以辅助土建和机电设计师进行决策，如更合理地规划墙体、管线和灯具，另一方面也可以为智能建筑规划提供数据支撑。

施工阶段

在施工阶段，施工单位基于前期的BIM模型按照策划的要求进行一系列BIM应用，以保证施工进度，提升作业质量，降低安全风险并减少运行成本，管理单位也依据BIM模型对施工现场进行全方位的控制。

施工进度

施工前，将相关Revit模型整合至Navisworks，从Project导入施工计划关键节点，并通过东风院的编码系统与模型构件快速关联，优化交叉作业的工序。然而仅有关键节点的施工进度模拟是不够的，本项目根据施工过程中的3周滚动计划，每周发布一套图纸和一个模拟视频用于指导现场施工，更加直观地体现了每周施工各构件的起止时间、工程量、工序等信息。

施工方案模拟

项目还对一些重点施工方案进行BIM施工模拟，通过比选得出质量、费用、进度和安全综合最优的施工方案。

图9 GNSS系统网络拓扑图

项目结构平面呈H型，按照传统的施工经验，可采用整体悬挑外脚手架与爬模外架，考虑到整体悬挑外架脚手架用量大、成本高，而爬模外架须整体定制，复用性不强，团队通过Inventor快速建立模型及深化设计模型，最终确定施工方案为每4层为一个外架悬挑段，两个悬挑段相互周转使用，确认方案并完成模型后，直接输出脚手架排版施工图与工程量清单，从而保障外架工艺实现的效率。（图5）

同时，项目还创建了模架体系族，根据安全计算软件结果，输入参数后能自动生成符合现场的模架体系BIM模型，并能快速统计出工程量。（图6）砌体排砖及建筑幕墙等分项工程均通过模型分析，用比选施工模拟方案的方法确定最优综合方案，以保证限额领料、定点投放、统筹施工、环形监管的目标。（图7）

施工安全教育

通过Revit Live可以将Revit模型一键导出为VR场景，让一线作业人员戴上头盔进行培训，通过沉浸式体验识别施工现场的危险源，并结合突发状况演练，增强安全防范意识。同时，该项目还制作了更多可交互的施工安全VR场景。（图8）

工程量统计

东风院通过大量的测试研究和基础数据库的建立工作，制定了一套服务于设计人员和造价人员的标准，在保证模型质量和深度的前提下，直接从Revit明细表中统计工程量，并通过二次开发实现模型数据和Excel表格的互相转换，避免算量软件的规则和企业标准产生分歧，施工图中90%的构件工程量均能正确统计。

基坑形变监测

图10 施工场地BIM模型

深基坑形变监测是施工安全中十分重要的内容，项目利用GNSS（Global Navigation Satellite System，全球导航卫星系统）组建CORS（Continuously Operating Reference Stations，连续运行参考站）进行网络RTK监测，相较传统的采用全站仪、水准仪等设备勘察的方式，具有自动化程度高、抗恶劣天气能力强等特点，提高了工作效率并减少生产成本。将勘测数据通过一定的方式和规则集成在BIM模型中，使BIM模型中采集到的信息更加完整，此外，项目的施工放样、吊装机械施工定位和地下管网探测等工作，也通过该方式进行。（图9）

施工监控

该项目通过定点摄像头不间断拍摄和定期无人机全方位巡航结合的方式，对施工现场进行监控。结合BIM模型，可以选择视野最佳的布控点，监察进度和质量，并杜绝不安全、不文明的施工行为，利用移动端随时随地总览全局。相比传统的巡查方式，施工监控令项目管理效率得到极大提升。

施工场地优化

相比二维平面施工场地布置图，三维施工场地布置模型兼顾水平和垂直方向，可以针对项目运行各阶段进行动态管理，更加贴近施工现场的真实情况。基于BIM模型的施工场地优化，可以提升客户企业形象，通过规划材料和设备的堆放及进场路径降低物流成本，对场地构件进行工程量统计，并及时发现安全隐患。此外，施工场地模型可以作为智慧工地的载体，为施工现场的运转管理提供信息。（图10）

销售和运维阶段 机械停车和室内布置模拟

图11 室内布置VR场景

项目将Revit模型导入到三维图形引擎编写交互脚本中，得到一系列VR场景。客户使用VR头盔可以身临其境地体验车辆进出地下车库、自动机械停车以及办公环境从毛坯到精装修的全过程，并根据所见提出定制化方案。（图11）

智能建筑管理

在BIM模型的基础上，通过DGP图形数字平台，将三维构件与实际设备的传感器关联，在模型中发送和接收信号，构建iBMS智能楼宇管理系统。设施管理方通过计算机及远程终端，可直接在三维环境下控制整栋楼的照明系统、空调系统、新风系统、给排水系统、电梯系统、停车管理、视频监控、能源供给和消防系统，以及常规的信息发布、电子巡更和门禁管理，实现了整栋建筑的智能化控制、管理与运营。（图12）

图12 智能建筑预诊断APP示意图

行业认可

该项目于2017年8月获得国家绿色建筑三星认证，2017年9月获得第八届“创新杯”建筑信息模型应用大赛优秀工程全生命周期BIM应用奖，并于2018年1月在项目现场成功举行武汉市2018年建设工程新技术应用暨质量安全施工观摩会，观摩会展示了该项目在安全管控、质量监督、新技术运用、绿色施工、党建工作、人文关怀等方面的探索和突破，特别把全生命周期的BIM技术应用、项目绿色建造、盘扣式内架、以钢代木模板系统、核心筒定型内模、铺反粘防水卷材、种植屋面耐穿刺防水卷材等方面作了重点展示和介绍，获得了与会领导和同行的高度评价。（图13）

图13 观摩会现场照片

结语

建筑项目全生命周期管理，BIM技术的应用是关键，它把传统模式下被割裂的信息流和工作流重新整合在一起，实现了数据的共享和角色的协同，而EPC总承包模式为BIM技术在建筑全生命周期过程的应用提供了施展的空间。BIM团队在初期需要基于项目需求、成本周期、技术实力等因素，对项目的BIM应用进行策划，挑选有价值的应用，指导和约束项目的各参与方，并在项目运行过程中，坚持各方在同一套模型中协同，以保障数据的一致性、完整性和准确性。

运营维护阶段，项目将通过在楼宇管理系统中控制BIM模型，实现绿色、智能的5A级高端办公写字楼，为业主创造安全、舒适、节能和便利的工作环境。

东风院BIM云平台在项目协同过程中发挥了重要作用，DGP则在施工现场管理和运维设施管理方面功不可没，本项目全生命周期BIM技术的成功应用，离不开东风院基于云平台、DGP数字图形平台、各类BIM标准和多年人才培养所构建的BIM体系。