BIM技术在宋庄文化中心项目设计阶段的综合应用

时间：2024-07-28

王鹊曹乐鲁相宜郝学潮张凯刘璐刘昆鹏曹胜唐开春

(1.中国建筑科学研究院有限公司，北京 100013； 2.北京文化置业有限公司，北京 100031)

引言

BIM技术是一种基于三维数字技术将项目全生命周期内的各种数字信息加以整合并对其进行有效管理的新兴技术手段，是一种应用于工程设计建造管理的数据化工具。近年来，BIM技术贯穿于项目策划、建造到后期运营维护等项目的全生命周期内对建筑信息进行收集、整合、分享和传递，为参建各方良好的协同合作打下基础，提高工作效率，节约建造和管理成本[1-3]。

通州区宋庄镇0301-1201地块F3其他多功能用地项目作为北京市的副中心通州区文化创新建设的重要组成部分，以BIM协同管理平台为依托，在项目建造的设计—施工阶段全员全专业参与，利用BIM技术对项目进行管理和优化。本文主要讲述BIM技术在宋庄文化中心项目设计阶段的BIM数据协同应用。

1 项目概况

北京市通州区宋庄镇0301-1201地块F3其他多功能用地项目位于北京市通州区宋庄镇，紧邻宋庄文化聚集区中心街，周边艺术人才聚集，区位优势明显，辐射“首都城市圈”和“京津冀都市圈”。本项目旨在打造包含文艺创作与展示、文艺交流鉴赏、文创用品交易、会客休憩等多种功能的国际化的艺术聚集区。

图1 项目效果图

本项目规划总用地面积为13.7万m2，其中建设用地面积约为6.6万m2，总建筑面积约25.9万m2，包含七栋塔楼。其中1、2#塔楼为文创艺术办公楼，地上建筑4层； 3#塔楼为艺术创意办公楼，地上建筑12至14层； 4、5、6#塔楼为文创传媒办公室，地上建筑5层； 7#塔楼为文创总部办公楼，地上建筑14层；地下车库和主要设备机房布置在地下二、三层。

2 项目特点与难点

本项目工程体量大，地下室建筑面积约9万m2，其中地下二层与地下三层为机动车库，地下一层与地上的七个独立塔楼分别连成一体。导致地下一层结构存在多处错层，施工难度大，投入成本高。

本项目地下室单层面积大，地上部分塔楼数量多。机电管线在水平方向和垂直方向涉及面积广，布置复杂。尤其是在地下室结构和各塔楼的顶层，管线布置与综合优化难度大。

本项目从设计阶段到施工及后期运营阶段涉及的参与方众多，海量的建筑信息在各方之间传递过程中容易发生信息碎片化和关键信息的缺失。合理的收集、整合、传递和保存建筑信息，提高各参建方之间的协同合作效率和处理突发危机时的能力也是本项目的难点之一。

3 BIM的工作目标

针对本项目自身的特点与难点，结合BIM技术的优势，BIM工作目标主要有以下几点：

(1)优化设计，规避返工

利用BIM技术的可视化等应用特点，在设计阶段将各专业二维设计图纸搭建成BIM模型，建模完成后将所有模型梳理整合进行审核优化专业设计间不交圈的问题，提前解决，以减少设计变更、节约成本、提高建筑品质。

(2)施工图阶段的设计交底

通过搭建项目专属的的BIM协同工作平台，赋予不同参建方不同的专业权限，实现三维技术施工云交底及线上协同沟通，更加真实地展示待建构件的技术做法，提高各方沟通效率，为在突发情况下项目的有效运转提供保障。

(3)探索创新

通州区作为北京市的城市副中心，也是北京智慧城市的试点区域。利用BIM技术打造智慧工地也是本项目实施目标之一。除此之外，为业主方培养BIM 管理人才，为项目后期维护和其他项目的开展存储后备力量也是本项目期待达到的目标。

4 BIM工作流程

图2展示了BIM在设计阶段的工作流程，主要参与方有设计单位、BIM咨询单位和业主单位等，主要流程如下：

首先设计单位向BIM咨询单位提交设计图纸，BIM咨询单位根据已收到图纸搭建各专业模型，优化审核设计图纸，并且反馈各专业图纸审核报告、机电专业碰撞报告、机电管线综合优化报告等到设计院，设计院依据反馈报告修改图纸。经过多次上述流程优化设计图纸、更新BIM模型，并上传至协同工作平台上供业主单位查阅审核模型，如果发现问题再返回上述流程进行修改，无需要修改的地方直接将BIM模型移交给总承包单位以供参考。

图2 BIM设计阶段工作流程

5 BIM的专业化应用

5.1 BIM模型的搭建

根据本项目的特点，制定项目BIM实施策划及建模应用标准，同时创建本项目各专业的BIM模型样板文件和参数化构件族库。根据设计院提供的图纸资料，利用BIM 建模软件建立建筑、结构和机电专业模型。

图3 建筑模型展示

图4 结构模型展示

5.2 设计图纸审核

在各专业建模过程中记录总结各专业图纸错漏碰缺问题，在建模完成后通过对各专业模型整合以对设计图纸进行审核，发现专业设计间不交圈问题以及专业之间的冲突，制作各专业图纸审核报告反馈于设计单位，辅助设计单位进行施工图优化；提高各专业间的沟通效率，减少后期施工阶段的设计变更，优化设计流程[9]。

利用BIM软件的检测功能和专业工程师复核对项目整体BIM模型各专业之间进行检测，主要包括：

(1)检查建筑、结构专业间是否存在冲突;

(2)检查机电专业间是否存在冲突;

(3)检查机电专业与其他专业之间的冲突;

(4)检查各专业设计不合理位置和不合理构件;

(5)检查结构、建筑构件套管预留预埋位置的合理性。

在本项目中利用BIM技术共出具建筑和结构专业审核报告5份，解决问题点103个；解决机电碰撞点700余个，极大地提高了工作效率，为后期施工阶段节约了时间成本。

图6-7为BIM技术在项目设计阶段图纸审核的典型应用。

图6 设计图纸审核展示

图7 设计图纸审核展示

5.3 管线综合优化

本项目机电专业管线复杂，地下车库面积大、机房多，主干管道通过地下车库区域通往各个塔楼，管道密集且交叉情况严重；作为艺术中心对于温度湿度要求严格，设备机房的布置也尤为重要。BIM模型建立完成后，由各专业工程师出具相应的碰撞报告、净高分析报告和管线综合优化报告提交给设计单位。

管线综合内容主要包括[7-8]：

(1)使用BIM技术在管道优化原则的指导下对各专业系统的管线进行优化深化排布，规避管线间的碰撞，合理提高项目功能使用空间；

(2)提前预留结构洞口，降低土建专业和机电专业交叉施工时产生二次破坏的风险；

(3)优化地下基础的位置和相应的地砖、墙砖等排布，保证其合理美观；

(4)对重点区域进行净高分析，通过对不满足净高要求区域的各专业间管线进行综合排布，优化净高以满足使用需求，达到该区域的使用空间最大化；

此外，填筑粘土前先将砼表面打扫干净，涂上3～5 mm的一层泥浆（土水比1∶2.5～3.0）并抹平，泥浆湿润后及时填筑粘性掺灰土，所有砼表面填筑1.5 m厚的粘性掺灰土。各区及结合部位（含两岸岸边）的填筑及碾压根据本工程的特点及要求，采用“先砂后土，土砂平起、跨缝碾压”法施工。

(5)地下室管线密集、设备机房管径大且排布复杂，管底高度相对较低，利用BIM 技术在地下室及设备机房进行优化，同时进行行车路线模拟，以保证地下车库的正常使用。

图8 重点区域管线优化展示

图9 重点区域管线优化展示

5.4 专项深化设计

利用BIM技术对项目中较为复杂的、二维图纸表达欠缺的构件1∶1建立构件BIM模型并辅助设计单位对其进行专项深化，提交相应的BIM 模型和各种尺寸信息表达完整的大样图纸。主要包括有：

(1)各塔楼屋顶造型各异，均不是由常规线条组成的模型，部分详细尺寸无法确认，在已经建立好的屋顶构件模型使用软件出图技术生成可直接用于施工的大样图纸；

(2)各塔楼垂直方向的楼梯布置层数多，各层标高不一致，通过BIM可视化对楼梯的布置合理性进行检查，辅助设计单位深化楼梯设计；

(3)对专项的施工工艺及节点进行深化设计。

6 BIM数据协同应用

6.1 BIM图文档管理

在项目进行过程中由于更新优化会产生多版BIM 模型，平台根据上传模型时间自动排布版本，可以实现版本溯源管理，同时在项目进行过程中产生的所有图纸、审核报告、碰撞报告、优化建议报告分批次上传，关联各版本模型。在BIM协同平台上，各参建方可以根据自己所被授权的权限对BIM模型及所有相关项目资料进行上传、管理、变更、维护、查看、审批，对项目的进展有实时和直观的了解。

图10 BIM协同管理平台展示

6.2 协同管理

项目参建方众多，如果单纯靠线下会议和线上微信群沟通等方式无法将相关工作留痕管理，容易造成各参与方遇事推卸责任及工作效率低。利用BIM 平台的协同管理功能，各参建方可随时查看权限内的线上文档，对文档审核批注，及时上传意见报告，进行线上会议等以做到对项目的责任归属明确和高效、有痕管理。

图11 BIM协同管理平台展示

6.3 轻量化应用

项目体量大，模型文件大，为了便于非BIM专业的各参建方对BIM模型的浏览、查询、审核、批注和模型内漫游等功能诉求，将BIM模型进行轻量化处理上传至BIM平台上，便于各参建方在未安装BIM专业软件的情况下也能在Web端及移动端浏览查看。

图12 BIM协同管理平台展示

7 BIM效益分析

不同于传统的设计流程，本项目利用BIM技术辅助的设计流程，在前期初步设计阶段，通过建立的全专业BIM模型将待建项目的数据信息具体化和可视化，丰富设计理念，优化设计方案。利用BIM平台在设计和施工阶段的精细化管理，节约了建设成本，减少了施工阶段的设计变更，有效规避了施工、返工等风险，保证施工的准确性。

通过BIM 协同管理平台，促进了各参建方对于本项目的参与热情和沟通效率，提高了项目的管理效率和处理突发危机的能力，为项目在其全生命周期内有序高效、安全高质量的完成打下了良好的基础[4-6]。