上海天文馆项目BIM全过程应用与管理

徐晓红 郑 威 余士杰 周好翀

1. 上海科技馆 上海 200127；

2. 上海市建设工程监理咨询有限公司 上海 200080

1 工程概况

上海天文馆作为上海科技馆分馆（图1），是近年来社会关注的大型文化地标项目，旨在普及天文科学知识、完善城市功能、构建天文交流平台及推进临港地区城市建设等。项目地处上海东南角的临港新城，占地58 600 m2，总建筑面积38 163.9 m2，其中，地上部分25 762.1 m2，地下部分12 401.8 m2。基地内的建筑包括主体建筑和附属建筑2个部分。主体建筑地上3层，地下1层，以钢筋混凝土框架剪力墙结构为主，大悬挑、球幕影院球体区域为钢结构，倒穹顶区域为铝合金结构，附属建筑分为魔力太阳塔、青少年观察基地、餐厅、大众天文台这4个建筑单体。

图1 上海天文馆效果图

该项目具有以下施工难点：

1）满足形态的建筑设计。项目外观造型独特，多为球体、椭圆体和不规则的曲面。内部夹层较多，空间多有跨层，传统的二维建筑设计很难把复杂的三维空间表达得准确清晰。

2）契合造型的结构搭建。项目结构形式的组合极为特殊，不仅需要达到内外空间的连贯和美观，更重要的是保证最基本的结构安全性。主体建筑结构材料多样，构件分为大小不同的截面尺寸，对构件选择、整体承载力提出了较高要求。需要在三维结构模型的基础上进行计算分析、自选方案，才能满足项目结构安全和经济性要求。

3）融合建筑空间与布展陈列。作为文化展馆类项目，布展区域要整齐、简洁、富有美感，必须满足陈列展示的需要。为展示区域留下足够的净高空间，匹配展示展览的功能布局，管线综合的排布至关重要。展示内容需在三维环境中演示，进一步与建筑空间相融合，以达到整体观感效果，从而满足业主对布展效果最优化的要求。

2 基于BIM的全生命周期应用

2.1 基于BIM的设计阶段应用

当前，BIM技术在建筑设计领域的应用已获得广泛认可，基于BIM的三维协同设计取代传统的CAD设计方式，是未来建筑设计的主流。上海天文馆项目利用BIM模型在设计过程中及时并直观地发现图纸中的错误、构件碰撞和遗漏问题，进行一系列的性能化分析并辅助优化设计，从而提高设计质量并实现项目绿色节能减排的要求[1-6]。

2.1.1 三维协同设计

首先确定二维CAD设计师，由他们控制保证设计满足规范要求，BIM设计师协调各个专业的分工及效果制作。在设计团队提供的BIM方案设计模型的基础上，生成CAD图纸并将其上传至设计协同管理平台。二维CAD设计师从平台上得到BIM提资，再进一步扩初，进而完成最终的施工图设计图纸，后将图纸上传至平台。BIM设计师从平台上得到CAD施工图设计反提资，对BIM方案设计模型进行深化和完善，以交互的方式完成设计成果。方案及施工图设计阶段的协同流程如图2所示。

图2 三维协同设计工作流程

BIM设计师与二维CAD设计师协同工作，利用BIM软件检查碰撞、制作虚拟漫游动画，及时协助检查模型，解决涉及碰撞问题等，包括各专业间的错误、构件碰撞和遗漏，从而保证图模一致。对于如曲面幕墙、钢结构等复杂结构的设计，确定点位位置比较困难，BIM设计师通过BIM模型在平面上定位点和线，并提交给二维CAD设计师，以此协助设计师绘制二维图纸。BIM技术的应用，使得大量设计协调工作提前，各专业工程师协同工作、紧密配合，设计质量得到显著提升。

2.1.2 建筑性能化分析

在上海天文馆项目中，通过利用BIM模型，进行日照、自然采光、室内外通风环境、人流疏散等性能化模拟分析，保证项目方案能够达到节能减排的要求，满足人体舒适性的需求，人员安全疏散也能得到保障。

上海天文馆项目肩负着“绿色环保”的建造运营及跻身全球可持续发展设计典范的使命，项目初期就立下了要实现LEED白金级、国家标准三星等一系列目标。

2.2 基于BIM的施工阶段应用

BIM技术在项目设计阶段已得到广泛应用，但在施工阶段往往无法延续，或由于工期紧张等客观条件导致未按原计划实施。本项目在招标文件中明确要求总承包单位、监理单位、专业分包单位必须利用BIM模型深化设计和开展现场交底，真正做到BIM技术全覆盖。

2.2.1 基于BIM模型的深化设计

基于设计阶段的BIM应用成果，在施工阶段对BIM模型进行深化，创建了土建、钢结构、幕墙、室内精装、机电、弱电智能化和景观专业深化模型，最后，整合成项目竣工模型（图3）。在设计变更及现场情况的基础上，及时更新BIM模型，保证BIM可视化技术协调工作在整个施工阶段得到延续，例如，针对钢结构深化埋件定位、机房与控制室的空间位置关系等问题提供了直观、清晰的解决方案。

图3 项目竣工模型

2.2.2 进度、质量、安全可视化交底

本项目局部区域的结构形式较复杂，因此对施工工艺提出了较高要求，例如，主体建筑的球幕影院球体和大悬挑区域的钢结构吊装工程对决定项目施工成败影响重大，也是项目施工的难点。为解决这一难题，项目利用BIM模型，制作了施工专项方案模拟动画，展示施工及拼装方案，譬如钢支撑搭设、定位及卸载，桁架吊装组合，钢结构节点安装等工艺步骤，在施工前做好三维技术交底，在进程中不断优化，从而保证钢结构施工能够安全且高质量的完成。

应用多种不同的新技术设备对施工进行全面监控，使用无人机从高处跟踪现场总体施工进度并与三维进度模拟进行比对；预先建立好安全配置模型以预防安全风险；每周进行现场一致性核查比对，将质量验收表单挂接至模型中；做到多方面可视化交底，根除施工隐患。

2.3 基于BIM的运维阶段应用

本项目基于BIM竣工模型创建了运维模型，开发了基于IBMS可视化系统平台的智慧运维管理系统，制订了相关方案和维护机制；提升了设备、资产和空间的信息化管理水平，有效地降低运营维护的成本支出，为项目带来经济上的增值效益。

2.3.1 上海天文馆BIM运维方案

根据上海天文馆建设世界一流天文馆的建设目标以及打造“多馆合一，智慧运营”的运维目标，结合项目实际需求，编制了一整套的BIM运维方案作为指导。从运营模型处理方案、系统架构、系统数据对接、资产管理、能耗管理、安全管理、建筑体维护、设备维护、后期维护升级等多个维度，全方位部署运维阶段系统平台的BIM实施，为运维阶段工作的开展提供了可靠的依据，打下了坚实的基础。

2.3.2 基于BIM的IBMS可视化系统平台

项目现已完成基于BIM的IBMS可视化系统平台的现场搭建工作，子系统数据接入平台的工作已步入最后阶段。秉承“扁平结构、集中协调、分散监控、统一界面”的理念，将传统的二维IBMS系统与BIM技术进行有机融合，结合图形、三维BIM模型、地理、图标和二维地图等方式，通过现场大屏幕进行展示和统一管理。

3 基于BIM的全生命周期管理

3.1 基于BIM的管理目标

高质量的管理是BIM高效应用的保障，上海天文馆作为政府和社会各界重点关注的项目，具有高度的影响力。本项目进行了全面、完整的策划，为使BIM在项目建设全过程的应用得以贯彻执行，通过基于BIM的项目管理，形成了“设计先行、精益化建造、智能化运维”的项目应用特色，努力打造上海市BIM技术应用与管理案例的典范。

3.2 “四个一”的理念

为建设全球领先的智能化天文展馆，本项目高度结合BIM与项目管理手段，并创新性地提出了 “四个一”理念，即“一个模型、一个标准、一个平台、统一管理”的管理理念。

1）一个模型。在模型更新迭代的过程中，做好质量管控和不同阶段的数据传递，体现了 “一个模型”的管理理念。在项目前期建立完整的应用成果审核机制及管理体系，利用三维模型及时发现图纸设计存在的问题，并利用Navisworks软件导出的视点与CAD图纸相结合，编制问题核查报告；在施工阶段对模型按不同专业进行拆分深化，并由各参建单位进行模型质量审核，优化项目施工深化设计。通过从设计、施工到运维阶段均基于一个模型的传承、深化和应用，避免重复建模，保证BIM数据信息的一致性、准确性和完整性。

2）一个标准。在“一个标准”管理理念的基础上，在项目前期制定好BIM实施策划方案，并根据不同阶段、逐步细化的统一管理实施细则等管理大纲，使各参建单位在BIM应用深度、技术要求和内容成果的标准上保持一致。

3）一个平台。为了保障项目各参建单位能够高效地开展协作，在准备阶段就搭建了Autodesk Vault协同管理平台，真正实现在数据管理的基础上进行协同，保证参建单位之间能够实现工程信息共享。在异地分布的2个机房里布设服务器，做好双重备份，始终保证信息的安全性和完整性。秉承“线上、线下同步进行”的理念，由BIM管理咨询单位每周编制Vault平台执行报告，监督所有参建单位，将协同平台的使用贯彻始终，为项目运维提供数据支撑和信息保障。

4）统一管理。编制BIM管理流程，把BIM工作纳入各参建单位的招标要求中，使全员参与BIM的理念能够付诸实际。通过编制BIM双周工作计划、BIM周月刊，开展BIM宣贯培训、组织召开并积极参加不同类别的专题汇报或者研讨会议等途径管控BIM工作，各参建单位在统一的管理和协调下，以“BIM先行、技术先行和方案先行”为项目的核心理念和工作准则，提升BIM技术应用优先级，推进BIM技术在项目质量、进度、成本等方面的应用，保证BIM价值的充分发挥。

3.3 BIM协同模式和组织方式

3.3.1 协同模式

本项目利用Autodesk Vault协同管理平台对工程信息和数据进行协同、维护和传承，利用布设的服务器管控工作流程，管理校审权限，避免了文件夹共享和中心文件有关版本控制的潜在安全隐患。Autodesk Vault平台用于工程数据管理，让各个专业团队之间的设计协同更加高效。Autodesk Vault平台利用大数据处理机制，紧密结合工程和项目管理数据，集成各个层级的数据，使各阶段建设数据信息保持一致，从而达到对整个项目建设过程进行数据信息管理和控制的目的。

3.3.2 实施组织方式

本项目的BIM实施组织方式以业主为主体，由BIM管理咨询单位全权负责策划并落实BIM全过程应用与管理。充分利用BIM顾问单位在BIM应用技术及管理咨询服务方面的优势，建立以BIM顾问单位为BIM实施和信息管理核心的组织架构（图4），做到指令唯一，职责明确，保证项目顺利开展。

3.4 实施成效

通过在项目中的应用，证明了全生命周期BIM应用模式及“四个一”的BIM管理理念实施颇具成效，主要体现在以下几方面：

图4 BIM顾问管理组织结构

1）设计变更与同类项目相比减少12%。

2）决策效率与同类项目相比提升14%。

3）由BIM团队汇总提出的施工阶段问题清单占60%。

4）由BIM技术发现和解决的设计变更问题占70%。

5）对于重大技术难点，BIM团队参与率达到100%。

6）在专业深化设计（机电、钢结构、幕墙）中，BIM使用率达到100%。

这些管理成效得到了建设方和参建各方的一致认可，并已推广至其他项目中。

4 结语

为实现建设“世界一流天文馆”及“多馆合一、智慧场馆”的宏伟目标，结合上海天文馆项目的自身特点，利用信息化手段提升项目管理水平，进行覆盖全生命周期的BIM应用管理，通过BIM技术提升了设计协同效率、施工质量和运维阶段管理水平。本文简要介绍了项目实践的经验心得，在积极推广BIM技术应用的同时，可供今后大型公共展馆类建设项目在BIM应用与管理的实施时借鉴。