多维化虚拟建造——天府新区中交国际中心BIM设计施建应用

贺丛越, 林 升

(1. 中交天府成都实业有限公司, 四川成都 610000； 2. 山鼎设计股份有限公司, 四川成都 610000)

中交国际中心为天府新区在建第一超高层综合体项目。项目主体结构于2017年顺利封顶验收，装饰幕墙机电等工程进度过半。其富有特色的大跨门式天际线犹如天府新区的灯塔，形成了大气而鲜明的超高层地标。项目完成高度216 m，涉及办公商业酒店等多种综合功能要求，采取多向内收异型超限结构及顶部大跨体系，项目同时严格的绿建认证等甲级国际化办公商业物业要求。面对涉及数十种专业的复杂决策协调过程，建设初期即确定采用基于虚拟建造理念的BIM全流程应用。以落地项目来回溯这一理念施行也许更有说服力(图1)。

图1 项目成果样例—分专业模型、渲染效果、二维、三维及统计成果

1 虚拟建造主要策略

受工具及技术所限，传统勘察设计及施建模式，无论从交付成果或执行模式上更多体现为二维化、分隔化及人工化的三大特点。以上特点也是建筑工程行业的大量弊端的根源，如图纸信息不完整准确、“仿真度”低、专业协同效率低且不全面及时、工程人为不确定性因素多、决策科学客观性不强。

虚拟建造来源于虚拟制造、虚拟建设及虚拟建筑等概念。虚拟建造模式在项目全流程采用IT、智能化及仿真模拟等多种技术，以贴近工程实务的模拟方式及智能化手段完成项目设计施建。虚拟建造的技术应用超越了传统方式，能极大提高建设项目的实施品质和管理效率。

作为虚拟建造的重要支撑手段——BIM，即建筑信息建模技术，满足了从传统2维到多维，从分隔到联动，从人工化向智能化的跨越。 BIM技术的核心是对构筑物的各阶段及各专业信息的工程数据模型创建及管理的过程。相较于CAD技术应用，BIM技术具备多维化、协调性、模拟性、优化性、可出图性等优势，是一次更有意义的建筑业“革命”。BIM 在全球建设行业经过数十年应用和研究，已被证明是 建设行业技术及管理升级的核心技术。根据相关统计数据，仅BIM三维可视化功能即有助提高企业竞争力66 %，减少50 %～70 %的信息需求，缩短5 %～10 %的施工周期，减少20 %～25 %的各专业协调时间。

中交国际项目着眼于依靠BIM技术为建设过程提供几项核心改革方案及解决措施。

1.1 图模联动

图模联动提供复杂项目的二维信息(工程依据)与多维信息(虚拟建造依据)的实时准确对应，是实现虚拟建造管理的重要前提条件。二维设计交付及管理是工程行业的现状标准，只有项目全维度数据信息对应，基于虚拟数据模型与二维交付的同步管控才是理想的模式。 图模联动要求设计基于所创建的信息模型以逆向工程方式出图，业界也称之为“前BIM”方式。该方式要求从勘察设计阶段即展开BIM执行交付，对专业设计院是一项重大挑战。建模出图的联动方式要求在项目全流程贯通，保障各项设计变更及统计在图纸模型上同步体现。

受限于设计行业的技术熟练度及成本原因，目前在勘察设计行业更多采用“后BIM”模式，设计仍基于传统CAD方式执行交付，由专项团队根据图纸搭建信息模型以检查验证设计成果。相较于“前BIM”模式，“后BIM”模式无法在设计阶段实现多维化检查优化统计，项目过程中无法保障图纸模型实时准确对应。对于平台化及多维化项目管控方向以及日趋复杂的项目类型，“后BIM”模式存在先天的缺陷，只能满足作为虚拟建造的过渡阶段方案。

虚拟建造模式要求BIM图模联动最大化涵盖全专业范畴。 从土建机电等核心专业到总平场地及幕墙等各子项内容，皆能基于统一的平台实现交互交底。 当然这是一个循序渐进的实现过程。受现阶段规范及标准等影响，部分专业如结构等仍无法实现计算分析及信息建模同步。我们在中交国际项目上采用了基于RVT出模板图的方式，保障结构几何数据的准备性，从而实现有效的实时错漏碰缺及净空检查。成熟的BIM工具对工程实务能进行高仿真度的呈现，而目前的制图标准上采取了大量的简化及减法操作，制约了模型出图的效能。如施工图平立剖面仅表达构造层，导致实际的窗墙洞等交接点与实际有出入，在BIM图模联动交付方式中不得不分拆墙体等构件在出图时进行局部消隐。

通过图模联动的执行交付方式，项目在设计及施工管理过程中能充分基于模型与图纸进行同步交底，大量减少各专业的后期变更及现场协调工作，部分专业在项目全过程的变更单只有个位数。开发、设计及施工单位等各部门能充分利用同一模型进行深化设计、信息传递、审核优化、竣工以及后期运维准备等各项工作(图2)。

图2 图模联动—典型图纸模型联动界面

1.2 多维可视化

基于BIM的设计执行交付提供了远超二维图纸的多维化成果。传统设计过程也产生三维模拟成果如效果图，体量模型等。相较于传统三维设计成果，建筑信息模型导出的三维成果具备真实客观性、实时性、全专业化及全程化等优势特点。 勘察设计专业从方案阶段即伴随着模型的搭建深化，开发单位可以全程基于三维模型进行浏览审核及判断决策。 借助BIM工具快速强大的云渲染分析功能，中交国际在项目全程可以对数十个重要节点进行实时浏览审查跟踪，对构筑物的材质、光线、视觉条件及可选变量参数等进行仿真模拟，实现设计品质的精细化管理。借助虚拟现实(VR)工具可进一步对项目进行动态条件模拟。

BIM三维可视化在虚拟建造模式中所解决的不仅仅是可视化问题，更重要的是提供了高效客观的管控手段。为了不过度增加投入成本以实现各参与单位的BIM应用普及化，通过轻量化工具或云平台，在低配置PC端实现快速常态化浏览核查。借助BIM构件的参数化设定方式，项目可以快速实现重要节点的多选项三维模拟以满足快速决策比对需求。中交国际项目基于BIM可视化的设计优化不胜枚举，如入口门架对三层楼层的采光影响，幕墙构件的构造控制，顶层会所的空间结构匹配等都是通过三维浏览审查方式发现并设计比对优化。伴随着信息模型的推演，项目进程中可以提供多版次无盲点三维可视化成果跟踪。建筑信息模型可加载的另一个重要构件参数是时间信息，BIM可视化工具可以对构件时间或阶段信息参数设定进行4维化模拟演示。4维可视化的典型成果包含特殊标段的施工工序指导， 施工计划模拟以及日照辐射、采光等的模拟分析。满足项目设计施建的精细化及科学化管控要求(图3、图4)。

1.3 智能化应用

Jerry Laiserin 提出过BIM应用三阶段目标，分别是信息建模(Building Information Modelling)、信息管理(Building Information Management)、智能化(Intelligent Implementation)。作为BIM应用的终极目标，智能化工具及平台将逐步替代工程中的人为操作，提高执行效率、减少风险、实现虚拟建造模式中最重要的一环升级换代。目前较为通用的BIM碰撞检查即为智能化应用的一种初步体现，检查条件基于企业级标准过滤器设定参数，但核查及报告提交是典型的智能化运行。中交国际从初设阶段即展开全专业错漏碰缺及净空检查，项目全过程中发现并优化了数千个问题， 且大量问题是在内外审基础上发现的。 项目利用BIM自动统计工具，在数据地理信息模型基础上加载设计模型后实时导出挖填方量分析统计数据，实现竖向设计的多方案实时比对。 作为国际化自持类物业，项目借助BIM云分析工具平台对外维护节能、采光、风场、流体环境舒适度等绿建标准品质进行实时模拟，针对客观数据进行评判，摆脱了传统经验论和粗放式的设计推导方式。 借助智能化工具如Pathfinder等对设计安全及合规性问题如疏散效果等进行精细化模拟比对。

图3 全专业多维可视化节点及碰撞检查样例

图4 基于多维可视化的设计优化样例

BIM智能化应用的通用提效方式计有辅助建模及绘图工具、自动统计、在线渲染、云端分析、互动体验、项管平台等。BIM智能化应用将是虚拟建造模式的各项应用中最具发展潜力的领域；在计算机生成设计(Computer Generated Design)，人工智能化管理系统(Artificial Intelligent Management)领域的后续研究成果将极大改变建造业的远景(图5、图6)。

图5 智能化应用样例绿建模拟分析、 疏散合规检查模拟、参数化多方案节点比对

2 BIM应用执行要点

中交国际项目总建面16.2×104m2，总层数42层，总工期约1 000 d，涵盖30个以上分包工程子项。项目涉及高危重难节点计有塔冠大跨度钢构、深基坑、人工挖孔桩、高支模、异形幕墙以及大型超高塔吊、电梯施工等。在如此规模及复杂度项目中一步到位顺利实施基于虚拟建造的BIM执行方式。

2.1 标准化

虚拟建造模式下BIM应用目的在于优化品质、降低风险、提升效率。项目首先制定了一系列框架、流程、成果格式及团队职责分划。项目采用经过检验且最成熟的实施工具，项目执行过程与成果实现双轨制。如所有图纸成果保有Revit建模平台上映射的DXF格式，确保各专业可在DXF及RVT界面同步跟进图纸，同时通过链接映射方式实时反馈图纸审核注释意见到建模出图人员。 解决了不具备BIM建模操作能力的总工及核心专业负责人都能参与到BIM实施项目中。 项目全流程无论是出图或变更都严格按图模联动方式执行，确保信息端口准确性。限于成本因素不能无限制提交多维化成果，项目在先期确定30个重难点区域，抓住实施全程可视化跟踪，以最有效的方式控制项目品质及风险。 项目在交付交底阶段提供各项标准多维成果使用说明及使用培训，确保BIM执行的延续性和普及化。 中交国际项目设计施建阶段使用了20种以上软件工具，包含建模、出图、管理、分析、渲染、统计、浏览、物联等多项内容。项目所设定虚拟建造标准先期对成果格式、参数设定及内容都进行了具体定义，确保从设计到运维端各项延伸应用的有效传递与对接交互(图7)。

图7 企业级标准样例及族库构件样例

2.2 循序渐进

中交国际项目在勘察设计阶段确定BIM应用要求。在前期土建机电设计执行及交付成果达标后，借助三维交底及培训对深化设计及开发建管部门展现有说服力的正向效应。在施工招采阶段进一步提出BIM应用要求。该项目各开发、勘察设计及施工单位都是首次在类似复杂度及广度深度项目中实现BIM应用且都获得了良性的价值回报。在地下室建设中，机电安装基于BIM建模工具，分标段对机电管综进行深化建模设计，实现零返工。 项目塔冠大跨钢构基于设计及工程模型(PBIM)进行施工工序模拟，按期完成该重难点标段的施工并实现零事故率。 项目对5D项管平台、P6项目进度模拟，基于物联网的二维码，RFID等技术进行了局部试点，为后续项目应用提供技术积累。项目的开发设计管理最大化进行先期审评决策，最小化销售等决策因素带来的变更影响，保障了设计施建阶段BIM虚拟建造的顺利实施。 项目实现阶段竣工后目前已展开运维端BIM应用(图8～图10)。

图8 BIM算量参数标准及实物清单样例

图9 虚拟拼装深化设计样例

2.3 技术要点

为实现虚拟建造模式，中交国际项目在技术层面尝试积累了多种解决方法。如建筑采取分层三道墙方式搭建， 装饰构件采取等厚度常规建模，标准化参数设定等以满足出图及算量要求。错漏碰缺检查的标准过滤器设定涵盖90 %以上构件交叉核查。机电映射建筑平面视图确保跨专业图纸高效同步。 设定项目标准样板文件，标准族库及标准组等基础信息资料，作为全模搭建基础搭建，同时按标准进行编辑模

图10 BIM算量参数标准及实物清单样例

型分拆组合。 基于DWF与RVT格式的互动云审阅批注。 设定典型分专业协同及避让原则(图11)。

图11 全息模型及项目软件工具汇总

3 综述

中交国际中心基础上以务实的方式实现了全专业全流程多维度的BIM设计施建应用。项目囊括了省创新杯、开明杯等多项BIM大赛首奖；项目基地同时获评为省市文明施工

标准化工地及机电观摩工地；印证了虚拟建造理念的创新性和可行性。虚拟建造的理念和应用方式正处于持续性延展和深化的进程中；其大范围应用落地也受到行业制约、成本因素及技术条件的制约；中交国际项目的实施也仅代表其中一段里程。基于虚拟建造理念基础上的BIM算量应用，5D管理、物联网、云交互及各项智能化技术都有待在后续工程中实现深度及广度上的应用。 本文所总结的应用理念策略、要点及技术积累谨供建设同业相关创新及BIM应用执行参考。

[1] The Laiserin Letter-Jerry Laiserin[OL]. http://www.laiserin.com

[2] Toward a virtual building laboratory-Klems JH & E. U. FinlaysonLawrence Berkeley National Laboratory 1999.03.01

[3] 徐伟，陈震.建筑施工中的智能方法[M].上海：同济大学出版社，1997.

[4] 邓家缇.虚拟现实技术与虚拟企业中的产品模型问题[J].中国机械工程，1998(11).