阳光保险金融中心工程BIM技术应用

(北京城建集团有限责任公司，北京 100083)

1 工程简介

阳光保险金融中心是由北京阳光融和置业有限公司投资兴建的超高层金融写字楼，总承包单位为北京城建集团有限责任公司。地处CBD核心区Z2a地块，建筑总高度220m，地下5层，地上44层，裙楼地上6层； 总占地面积8 264m2，总建筑面积132 471m2，其中地上90 000m2，地下42 471m2，建成后将是一集甲级办公楼、会议、商业和餐饮以及多种配套服务功能于一体的综合性超高层金融写字楼。工程效果图如图1所示，BIM模型如图2所示，工程现状如图3所示。

图1 工程效果图

图2 BIM模型图 图3 工程现状图

2 工程难点

本工程在建筑专业、结构专业、机电专业、钢结构专业、幕墙专业等均存在较多难点。

建筑专业：复杂造型与其他专业的协调问题，定位问题等；

结构专业：异形结构构件的定位，多构件相交部位的钢筋施工，与钢结构、机电专业的协调问题等；

机电专业：管线综合优化，净空净高优化，管线穿墙问题等；

钢结构专业：钢筋穿钢柱钢梁等节点，钢结构预埋，钢结构吊装问题等；

幕墙专业：各幕墙构件吊装、定位问题等。

本项目为大型超高层建筑，建筑外观、结构选型、设备工艺等均较为复杂，为了更高质量地完成项目，在各专业重难点工作开展之前，通过BIM的深化应用，将所有重难点部位做施工模拟，可视化交底。

3 BIM组织与应用环境

3.1 BIM应用目标

依据国家BIM相关标准，结合本项目的实际情况，随着项目的开展，不断总结项目经验，完善BIM模型。基于BIM模型基础上进行各专业方案BIM模拟、总平面协调管理、进度管理、成本管理、质量管理、BIM的竣工图成果管理等。通过BIM的应用为项目的全生命周期提供重要支撑，实现可交付的工程数字化资产[1]。

3.2 实施方案

本项目在实施前，各专业编制项目BIM策划书和模型标准、出图标准以及图纸报审标准，然后各专业根据图纸进行深化建模，包括建筑、结构、钢结构、幕墙及其他专业BIM模型复核、深化。各专业模型建成后，进行各专业模型整合及展示。基于BIM模型全专业的碰撞检查，出具碰撞检查报告及优化建议，同时进行各专业方案交底BIM模拟，模拟内容包括：高大支模及脚手架方案、砌体排布方案，钢结构吊装、幕墙安装、机电及其它各专业方案模拟等[2]。项目经营部根据BIM模型进行工程量清单计算及提取。在施工过程中，依据BIM与现场施工结合进行进度、质量、物资、云端管理。

3.3 团队组织

本工程BIM实施，由项目总工牵头，按照专业组建BIM应用工作组，各专业BIM工程师要求具有专业的施工管理工作经验及丰富的BIM应用经验。每个专业BIM工程师的数量根据现场需要进行调整。项目总工对整个项目的BIM应用工作负责，对项目全方向及全过程进行组织、监督和协调，即对人员配置、工作安排和进度把控等具有决定权，并负责与甲方及相关方的工作沟通和协调[4-5]。各专业BIM组负责本专业深化设计BIM模型的建立及复核，负责本专业的施工方案BIM模拟，负责本专业的进度、质量、安全文明绿色施工管理过程中BIM应用。项目部BIM中心负责专业模型整合，负责全专业BIM模型碰撞检查，负责深化设计BIM成果、施工过程BIM成果、竣工图BIM成果的汇总整理。

3.4 软硬件环境

本工程在模型创建阶段最主要的是使用Autodesk Revit。Autodesk Revit软件是世界领先的设计软件和数字内容创建的Autodesk公司专为建筑信息模型而构建。并结合其他诸如Rhino、Catia、Tekla、Sketchup、Bentley STAAD Pro等软件，进行各专业建模。在模拟浏览阶段所使用的软件为Navisworks、Lumion 3D、3D Studio Max、Fuzor等商用软件[6]。

在硬件方面，本项目所有BIM工程师均配备戴尔(DELL)M7710图形工作站，中央处理器为Inter i7～7700MQ CPU 处理器(6M 缓存，最高至3.9 GHz)； 显卡配置为NVIDIA Quadro P5100 8G独显； 内存32GB+256SSD+2TB； 操作系统WIN7 专业版64位。

4 BIM技术综合应用

4.1 创建全专业模型

本项目的施工图在设计上仍然采用传统的出图模式，通过创建全专业的BIM模型，辅助进行深化设计图纸审核工作，根据顾问公司审批的图纸作为指导施工的图纸。各专业BIM模型包括场土建、钢结构、装修、幕墙机电专业等，如图4。本工程BIM中心合理组织和规划各专业的模型建立，确保能被各方不断应用和深化。

图4 各专业BIM模型

各专业BIM模型均包含必要的施工数据，如机电设备，需包括名称、规格尺寸、供应商、设备编号、其他施工参数信息，有利于指导施工，方便施工； 深度达到可做管线综合、施工模拟、复杂节点施工深化、基本运维要求等应用要求[3]。交付模型深度达到LOD500精度要求，BIM模型与现场完成情况及竣工图一致，交付成果几何信息与非几何信息可有效传递。

4.2 BIM应用情况

(1)利用BIM审图

总承包方协同各专业分包利用BIM技术协助深化设计工作，各方提出图纸优化意见。通过每周二的深化设计协调会议展开讨论，截至目前，各专业提出图纸意见1 455条，如图5、图6，图纸修改及优化意见百分百得以解决。

图5 图纸报审面单

(2)参数校核

本项目机电系统尤为复杂，项目实施前，深化设计团队对项目变压器容量、电缆填充率、水泵扬程、管道流量等进行参数校核，通过参数校核，充分理解设计思路、设计理念，保障机电系统顺利运行[7]。

图8 电缆填充率计算书

图9 管道流量校核计算

图10 水泵扬程、流量计算书

(3)碰撞检查

模型搭建完成后，将项目全专业模型进行整合，导入软件中进行碰撞检查。通过软件模拟，提前发现施工过程中的碰撞点，得出碰撞检查报告，本项目仅地下部分碰撞点解决800余处，大大加快现场施工的进度[8]。

(4)深化设计

机电专业根据充分协调的BIM模型，导出“平立剖图纸”，同时，绘制综合图、专业图、剖面图、详图等，现场只需严格按照深化图纸施工即可，节约大量施工协调时间[9]。

本项目幕墙模型完成后，用Catia软件对模型进行切分，按照划分情况将模型分解成部件，然后对组成模型的各部件分别进行深化设计，以此来验证原设计的合理性与可行性。

(5)优化二次结构施工

本工程机电管线安装晚于二次结构墙体施工，二次结构深化图完成后，利用magicad软件预留洞功能，在模型中自动创建墙体预留洞，极大地提高了洞口预留的准确性，避免了人工标注错误的发生，与以往相比，深化时间节约50%以上，预留洞口准确率提高20%以上，完全解决了因施工顺序冲突导致的管线与构造柱打架、后期乱开洞等增加成本之类的问题。

(6)支吊架优化

为保证BIM模型准确指导施工，项目部在模型必要位置采用综合支架并提供相应的尺寸以供预制安装。

BIM团队利用magicad支吊架功能，在BIM机电模型中进行支吊架布设，通过软件的校核功能对综合支架进行受力计算，并可快速出具支吊架计算书。

对于复杂的承重支吊架，依据《简明管道支架计算及构造手册》，对支吊架各受力点分别进行受力计算，得出承重支架校核计算书，并由设计院及顾问公司审核[10]。

通过计算选择合理的支吊架，不仅节约了施工空间，达到更加美观的效果，而且节约支吊架的材料成本和施工成本。此项技术应用，初步估算节约支吊架成本超过10%。

(7)施工方案优化

1)伸臂桁架层施工工艺优化

本工程核心筒15、30层为伸臂桁架层，桁架层层高6.5m，钢筋混凝土的核心筒墙体内含双层钢板墙，依照传统工艺，墙体箍筋无法依照传统工艺与墙体的竖向钢筋绑扎。按原设计要求，墙体箍筋需采用接驳器与钢结构现场焊接，共需焊接16 000余个套筒，如图11，评估工期需60天以上，施工难度极大，并且工期及质量均无法满足要求。为解决此问题，项目部运用BIM技术进行方案比选和施工模拟，创新性地采用了钢结构预焊接钢板带，取代现场焊接箍筋的做法，如图12，钢板带在钢结构加工厂焊接完成，钢筋工人只需在现场连接竖向钢筋即可，减少了常规施工中，大量钢筋焊接、绑扎所需的施工时间和材料损耗，共节省工期22天，节约成本约55万元，而且完全满足结构可靠性的要求，取得了设计方的认可，认为可以推广使用。

图11 优化前设计原方案模型

图12 优化后方案钢板带模型 图13 钢板带现场照片

2)塔吊附着锚固优化

本工程塔吊公司提供的塔吊附着锚固形式为长臂桁架拉杆，固定在核心筒墙体上，如图14、图15，这种附着型式的优点在于核心筒的施工速度可以不受其他专业的制约，塔吊伴随着核心筒一步步增高，但是该锚固形式经评估施工难度大，最长的桁架拉杆长度接近23m，每一道桁架拉杆重量都非常大，并且与幕墙单元板块边框位置冲突，给幕墙的安装造成了很大的困难[11]。

图14 塔吊附着方案原设计平面图

图15 调整前塔吊附着方案三维效果图

项目部综合评估了原塔吊附着方案的利弊，决定优化塔吊公司提供的附着方案，利用BIM技术的可视化，创建模型，重新布置塔吊附着，最终确定将塔吊附着锚固点由核心筒转换至外框钢管柱，如图16、图17，通过对塔吊附着形式进行转换，塔吊的附着距离由原来的23m缩短至9m，并且拉杆型式由原来笨重的长臂桁架式改为相对较轻巧的普通钢拉杆，重量大大减轻，塔吊附着施工难度大大降低，并且可以使塔吊锚固避开幕墙边框，使幕墙工期不受影响，此项改进预计共节省工期40天，节约成本约30万元。

图16 调整后塔吊附着方案三维效果图

图17 调整后塔吊附着现场照片

图18 设备优化前

图19 设备优化后

3)设备优化

本工程冷却塔在模型搭建完成后，发现冷却塔排布及管线路由有进一步优化空间，BIM团队结合商务部选定的品牌型号进行优化调整，替换原设计院设备基础图，确保土建屋面基础图纸准确性，另外据统计，对原设计进行优化后，屋面冷却塔工程可减少阀门及软接头共计60个，管道节省107m，设备吊装及运输费用减少50%，共计节省成本约19.71万元[12]。

4)楼层净高优化

本工程管控标高是在业主提供的净空要求上进一步优化，优化完成后能够让业主清晰地了解每个功能区域所能达到的净空高度，通过净高分析，本项目地下室部分的标高比原方案整体提高20cm，为后序精装修施工提供了极大便利。

(8)方案模拟

1)爬模施工技术模拟

本工程核心筒施工中采用铝合金模板配合液压爬架施工工艺，项目利用BIM技术制作三维可视化爬模施工方案代替原始纸质版方案交底，更直观、精确地反映整个爬模施工方案的施工工序和施工流程[13]。

2)幕墙施工方案模拟

本工程利用BIM技术，将幕墙进度计划与施工方案整合在模型中，更直观、精确地反应各个部位的施工工序流程，对进度计划进行动态管理，保证工程进展顺利。

3)冷却塔吊装方案模拟

项目通过BIM技术对大型设备运输吊装进行模拟，确定大型设备最优路线及最优吊装方案，同时，针对设备尺寸和吊装线路校核，保证大型设备的顺利搬运和安装就位。

(9)数字化加工

运用BIM技术，根据BIM模型和构件产品库数据进行工厂数字化加工。在BIM模型中确定构件分段，利用BIM模型数据指导加工，提高工作效率，提升建筑质量[14]。

图20 钢结构三维模型

图21 钢结构构件加工

(10)BIM机电样板引路

项目通过BIM技术对机电施工样板进行施工工序模拟，利用模型虚拟施工，做到技术先行，提前发现并预防施工过程中存在的各种问题，杜绝因设计考虑不周到而引起的返工现象，节约施工成本，提高施工效率。

图22 现场机电样板间 图23 机电样板间三维模型

(11)提高质量安全管理水平

本工程在施工阶段，利用广联达BIM 5D平台与广联云的进度质量问题追踪功能，管理人员发现质量安全问题立即拍照上传，责任人实时收到问题整改通知，第一时间安排人员整改[15]。

移动端问题录入后，在PC端自动形成图表，对安全、质量问题类型统计整理，输出分析图表，为项目管理人员提供数据支持。

图24 广联达BIM 5D平台与广联云的进度质量问题追踪

5 BIM拓展应用

5.1 BIM+三维扫描+云计算

本项目利用三维激光扫描仪对已完成的结构进行点云预处理，根据点云拟合出来的模型与原BIM模型进行偏差分析，并更新与实际施工相符合的模型[16]，模型更新后即可利用现场模型进行幕墙节点深化及下料工作，避免了因误差导致的成本增加的问题。

图25 三维扫描

5.2 BIM+三维扫描+摄影测量

本项目为了保证钢构件的加工质量，采用精度为0.085mm的工业级光学三维扫描仪及摄影测量系统，对加工完成的构件逆向成形，通过实际的扫描模型和理论模型进行比较，偏差部位和偏差多少，其结果一目了然，这道步骤可以保证加工完成，运到现场的钢构件百分之百的合格率。

5.3 BIM+3D打印技术

对于工程上须重点把控的位置和施工难度较大的部位，除了创建三维立体模型，在施工前将模型信息导入到3D打印机内打印出实体模型[17]，利用3D打印技术的可视化与无障碍沟通的特点，项目各参与方均可针对实体模型讨论方案的可行性，节省大量的沟通讨论时间。

图26 3D打印技术

5.4 BIM+VR

各参建方在三维模型里沟通样板段排布方案，确定后用于现场施工，并通过VR全景技术，制作二维码，各参见方可以通过扫码，在任何地点任何时间都能够观察样板段。与传统样板段实施相比，避免了样板讨论阶段的反复拆改，节约时间成本和经济成本。在施工阶段，也可以利用VR全景技术[18]，在重点区段张贴二维码，作业人员可以随时查看该区域的三维模型，正确理解图纸，间接提高施工质量。

图27 F6样板段二维码 图28 扫描二维码进入样板段效果图

6 总结

通过BIM技术在阳光保险金融中心工程施工过程中的实践与应用，并结合本工程的施工特点，对各专业的施工工序和图纸加以改良，解决了超高层施工工期慢及施工复杂的问题，并最终形成一套完整的超高层BIM应用与拓展，为今后类似工程提供参考和指导。通过采用BIM技术，质量管理提升33%，安全管理提升22%，施工进度提升11%，为项目节约成本9%，得到业主和监理单位的一致认可。在今后各类项目中，我们会继续推广BIM在施工过程中的应用，不断完善，改进不足，为BIM的普及提供参考和思路。