基于BIM技术的智慧管理体系在清华大学深圳研究生院创新基地(二期)项目的应用

(上海市地下空间设计研究总院有限公司，上海 200002)

1 工程概况

1.1 项目简介

清华大学深圳研究生院创新基地(二期)项目(图1)总建筑面积约51 485.43m2，为22层办公实验综合楼，高度约96.1m，设二层地下室。一层至屋架层外墙、楼梯为PC预制构件，预制构件总量1 846块，预制构件最重的为9.74t，预制率为20.04%，本项目为深圳市第一个高层公共建筑产业化PC项目。

1.2 工程特点和难点

1) 采用成品支吊架，管道综合、机电安装要求高

本项目地下室停车区域、部分教室、实验室及走道为无吊顶区域，所有管线安装采用成品支吊架，对管线综合质量及美观度要求高。同时，本项目机电管线建模精细度要求深，阀门、保温层、弯头按需实际产品尺寸建立。

2) 场地狭小、工序复杂、新技术应用多

本项目施工场地狭小，PC构件对场地需求较大，如何应用BIM技术对场地布置的动态管理尤为重要；外墙及楼梯采用预制形式，如何科学组织安排预制件及现浇工序是保障施工进度的关键；爬架方案、悬挑刚钢平台方案、塔吊附墙方案的优化比选是本项目实施过程的重点。

图1 项目效果图

3) 施工难度大，实体质量要求高

本项目为清华大学深圳研究生院综合办公实验楼，外立面造型复杂，内部楼层通高较多，施工难度大；同时项目内含学术报告厅、实验室、学术交流中心，伯克利学院是作为国际学术交流的场所，对实体质量要求高。

4) 信息化的管理要求、创新的管理模式

本项目作为深圳市智慧建造智慧监管首批试点项目，应用三级巡检APP、工程质量APP对人员、设备、环境进行监控，同时也是深圳建筑工务署BIM应用试点项目，利用BIM协同管理平台对项目进度、质量、安全进行精细化管理。

2 BIM组织与应用环境

2.1 BIM应用目标

在项目初期，BIM工作团队便明确了项目的4条BIM应用目标，分别为：

1) BIM相关工作要落地实用，解决现场具体问题，体现BIM价值；

2) 通过BIM深度应用，加强项目管控力度，保障项目建设进度；

3) 提高现场质量验收的精细度、合理性、真实性和及时性；

4) 探索BIM项目管理机制创新，提高项目管控细度及效率。

2.2 团队组织

项目采用“业主主导、专业咨询、各方参与”的BIM应用模式，由具有建筑工程设计能力、BIM应用和管理经验的设计院作为BIM咨询单位，开展BIM技术研究，为施工过程提供BIM技术应用标准流程和应用指导；施工单位的工程师开展BIM应用，基于BIM施工深化模型导出二维白图进行施工交底与现场施工，实现对施工进度和质量的切实提高；设计院的设计人员开展BIM施工深化模型及二维白图的审核工作，减少施工过程中的各项变更；监理单位的工程师开展基于BIM的施工指导及验收工作，实现对施工质量的严格把控。

2.3 BIM管理体系

上海市地下空间设计研究总院有限公司作为项目的BIM咨询单位，在项目初期便指定了整套BIM管理体系文件(图2)，包括战略层指导文件《BIM实施总体方案》，为项目的BIM实施提供了有效保障；管理层的《BIM实施管理制度》，保证BIM工作有序合理推进，提升项目整体效益；操作层的《BIM施工模型标准》及《BIM实施管理细则》，提高模型应用及质量管理，保证模型的有效转递和使用，同时明确各应用点的主要流程、信息交换及职责分配。

图2 项目BIM管理体系文件

2.4 软硬件环境等

根据项目BIM应用的实际需求，配置了软硬件环境，如表1-2所示。

表1 硬件配置表

表2 软件配置表

3 BIM应用

3.1 场地布置策划

本项目场地较狭小，由于需要存放预制构件，对场地排布又有更高的要求。如现场PC构件存放堆场需设置在塔吊工作范围内，堆垛之间需设置通道。运输车辆进入施工现场的道路，应满足预制构件的运输要求。卸放、吊装工作方位内不应有障碍物，并应有满足预制构件周转使用的场地。项目利用BIM技术对狭小场地空间进行合理布置，各阶段统筹策划保证多数堆场在施工的各个阶段都适用，运输模拟与堆场设置保证作业高峰期的交通组织，同时每周对场地布置动态更新，优化及校核场布的合理性，如图3-5所示。

图3 地下室施工阶段场地

图4 PC构件堆场场地策划

图5 地上施工阶段场地策划

3.2 虚拟样板引入

安全文明管理是工程项目管理的重中之重，利用BIM模型对场内临建元素建立标准化族库，通过应用BIM技术，利用其三维、直观的特点，可以将施工样板数字化、虚拟化，替代传统方式的施工样板[1]。做到样板先行，保证施工质量。如图6-9所示。

3.3 管线综合及净高分析

利用BIM技术进行管线综合，优化管道排布，控制吊顶标高。项目采用综合支吊架，BIM模拟支吊架排布，节约现场支吊架材料使用，同时实现管道安装美观。根据设计净高要求进行净高分析，提前发现净高不满足要求的地方，合理排布管线或优化管线路径，避免施工返工或舒适度不满足要求的情况。

图6 柱模样板 图7 PC楼梯样板

图8 PC与梁板连接样板 图9 剪力墙样板

图10 行车通道综合管线优化前

图11 行车通道综合管线优化前

图11 净高分析图

3.4 方案策划

1)大体积混凝土浇筑方案策划

本项目地下室底板混凝土浇筑量大，利用BIM模拟，对泵车的数量及站位、混凝土运输车的调度协调、地下室底板的浇筑顺序等进行模拟分析；确保地下室底板的顺利浇筑。

图12 大体积混凝土浇筑分区模拟

2)塔吊附墙方案策划

本项目采用PC外墙，由于PC构建的特殊性，塔吊不能直接附在PC外墙上面。项目通过BIM技术进行塔吊位置比选，满足PC构件堆场的最优覆盖方案；同时利用外墙窗洞进行塔吊附墙，避免外墙开洞。

3)外架方案策划

根据原设计，外架搭设后将会与PC外墙进行附墙连接，需在PC外墙上预留埋件，建模后发现，PC预埋件位置参差不齐，每块构件预埋位置都需不同定位。BIM小组以埋件位置统一、施工美观的标准进行模型预埋件位置及标高的调整，将BIM模型进行深化，从而确定每块构件预留位置。

图13 塔吊附墙方案模拟

4)爬架方案策划

本项目外防护采用爬架，结构形式在11层的位置有一个转换，结构平面旋转90°，提前利用BIM模型对爬架方案进行模拟，对11层模拟爬架的旋转，验证爬架方案的可行性。

图14 爬架方案模拟

3.5 二次结构深化

本项目对砌筑质量要求较高，运用BIM技术对砌体工程进行模拟排布，以直观的三维模型，降低排砖过程中的空间想象成本。利用模型导出的二维白图进行施工，确保砌筑质量的同时以便施工班组能够将更多精力专注于提升砌筑观感。

图15 构造柱定位 图16 BIM砌体排布

在满足砌筑规范的前提条件下，通过BIM技术对本项目砌体工程进行砌块排砖布置，获得多个排砖方案。以某一墙体为例，构造柱、砌块、门洞口、过梁等布置以及材料用量如图17所示，方案二相比方案一，其构造柱布置美观、砖尺寸种类较少、切割量少，降低了材料损耗率。利用BIM技术先后进行构造柱定位、BIM排砖、砌体下料BIM交底、现场贴图指导施工，解决现场砌体工程不符合规范，材料浪费、砌筑质量差、外观效果不佳等问题。

图17 砌体排布方案对比

4 项目应用效果

4.1 工期效益

提高项目工期效益主要体现在对所有的预留洞口进行准确定位，二次开凿的孔洞数量为零；机电安装无需现场调整，避免机电安装返工；管线多数采用综合支吊架，提高了支吊架及管线的安装效率；工人快速理解方案意图，方案实施顺畅；减少工人现场测量及排砖的时间；进度把控合理安排协调现场工序，实现现场施工最优化；节约了各方用于沟通协调的时间，实现高效沟通。

4.2 经济效益

提高项目经济效益主要体现在实现套管预留1 500处；管线优化，节约机电管道约2 800m；通过模型深化，避免机电安装返工，节约人工；相比综合管线前的支吊架安装数量，节省约2 500m支吊架材料；BIM排砖优化砌体损耗；通过进度把控，避免窝工；同时最大限度地节约了沟通成本。

5 结语

BIM是社会信息技术发展的必然产物，是实现建筑信息化的必要途径。随着大型复杂建筑项目的兴起以及BIM应用软件的不断完善，越来越多的项目参与方在关注和应用BIM技术，使用BIM技术进行设计和项目管理的涵盖范围和领域也越发广泛。

虽然从短期来来看，在我国建筑环境下，BIM的应用面临着许多困难与挑战，特别是BIM在全寿命周期过程管理中的推广难度较大。但是从长远来看，BIM技术必然会对我国建筑业信息化发展产生深远的影响和产生巨大的价值。