佳兆业金融大厦施工总承包BIM技术应用

李 攀 王尚宁 朱 超 罗烨钦 廖裕海 万 钟 吴雅婷

(中国建筑第四工程局,广州 518000)

1 工程概况

1.1 项目简介

佳兆业金融大厦项目位于深南中路与上步南路交叉口西南部，占地面积约1.4万m2，总建筑面积约17.5万m2。由一栋52层超甲级办公楼， 6层商业裙楼和4层地下室组成。项目建筑高度258m，工程确保达到鲁班奖质量标准，建成后将成为佳兆业集团总部大厦。项目使用的新技术多，技术处理难度大，专业分包多，施工作业交叉面光，工序穿插困难，工期履约风险高，成本管控难度广，由此在施工总承包管理中引入BIM技术，已探索信息总承包管理之路，打造四局和丰隆集团的BIM标杆。

图1 佳兆业金融大厦项目效果图

1.2 工程特点和难点[1]

(1)施工难。作为佳兆业集团总部大厦新址，包含一座超甲级办公楼，技术处理难度大，使用新技术较多，技术方案复杂，需使用BIM进行深化和仿真模拟。

(2)管理难。项目专业分包多，作业交叉面广，工序穿插困难，施工过程设计变更多，总承包管理难度大，工期履约风险大，成本管控难度大。

(3)品质高。项目竣工之后成为佳兆业集团总部大厦，要求工程确保获得鲁班奖。作为局级重点工程推广项目，致力于应用BIM技术探索新型总承包管理之路，作为佳兆业集团总部战略新址，承载佳兆业高端项目BIM样板基地，致力于打造四局和佳兆业BIM标杆项目。

2 BIM组织与应用环境

2.1 建立全过程项目统一技术措施

(1)本项目采用统一的全过程模型标准，其中包括算量模型标准、施工图模型标准，施工深化模型标准，运营模型标准； 在模型精度上按照专业细分成一级子项、二级子项，根据施工图设计的构件信息具体要求到尺寸、型号、编号的准确度，从模型上实现精细化管理，有效避免了前期的建模错误与疏漏，保证了全过程模型的准确性与协同性。

(2)执行严格的BIM施工图质量控制措施，实现同步审核二维图纸与三维模型，出图后进行各专业细节核对，并做好相关的常规存档。三维模型建立后严格按照进度要求进行各专业提资，有效地通过BIM模型实现成本管控。

图2 BIM实施策划

图3 BIM配置

2.2 BIM应用目标

(1)设计阶段—运用BIM模型先行的设计概念，复杂空间的运用多系统协同设计。用Revit建立建筑结构机电等专业模型，模型经过多方参与沟通审核修改再进行出图，确保出图率以及精确率达到95%以上，其中钢结构设计出图率100%。

(2)施工阶段—建立精度为LOD400以上的竣工模型作为后期建筑运营的模型基础，施工模型挂接施工进度计划以及资金管理计划进行具有可指导性的5D施工模拟，达到施工、资金管理流动可视化。

(3)运维阶段—项目施工过程中的信息采集入库，并利用项目BIM竣工模型作为信息储存的向导，进行绿色节能数据化管理。结构与机电的模型进行空间分析，确保施工现场空间分析标准达到运营要求。

2.3 BIM应用软硬件配置

图4 BIM综合应用分解图

图5 模型协作流程

2.4 BIM综合应用内容汇总

项目BIM综合应用主要在技术管理、商务管理和现场管理三个方面，其中技术管理从项目开工前就开始应用，在传统的工作上增加模型创建、图纸与模型对比审查、模型深化设计、施工模拟等内容，严格做到BIM先行和BIM指导施工； 在商务管理方面，日常的施工测算、资源协调和成本控制借用广联达相关软件，打破传统的手算与现场协调，利用信息化技术，力求达到现场成本控制精细化，资源利用合理化； 在现场施工管理方面，在传统的施工层面增加样板模型引路原则，实施新的三维交底技术，在现场结合云平台的条件下帮助现场施工，实现现场施工的信息化管理。通过收集多个平台的各种成果和信息，最后统一用广联云集合管理，达到现场施工、技术、商务等多方面的综合管理。

3 BIM深化设计主要应用

3.1 场地分析和形体推敲

在方案设计阶段创建基地模型，利用BIM技术结合GIS及Fuzor对任务书的条件进行判断、整理、分析自然地形和建筑环境。场地分析完成后，将任务书中的建筑指标进行深入分析，确定建筑设计的基本框架。把功能、形体、环境紧密地联系在一起，在此基础上建立一个合适的体量模型容纳具体的功能，并通过运行Fuzor分析，达到最佳的设计效果[2]。

3.2 BIM模型数据交换与集成

在设计院移交BIM模型的基础上，通过优化深化，向各分包提供模型精度为LOD400的施工模型，同时接收各分包专业模型，进行模型集成，完成了模型BIM模型数据的交换与传递。

图6 铝模模型深化

3.3 设计模型深化优化

经各方商定塔楼核心筒采用铝膜的施工工艺。在施工前通过BIM建立铝模模型并进行设计深化以及施工深化，并利用铝模三维模型对现场工作人员进行重难点施工的技术交底，通过720全景技术展示铝模样板模型，现场粘贴二维码让现场人员时刻通过模型进行施工详细合理的组织[3]。

在钢结构节点深化方面，在牛腿与钢筋连接位置以及钢结构与混凝土结构连接位置等节点，充分发挥了BIM深化设计优势。在深化钢结构牛腿的过程中发现劲性柱的纵筋无法连接到牛腿焊接的套筒，经与设计院沟通，将原套筒位置焊接一块同牛腿加劲板的钢板，钢筋与钢板通过焊接10d的长度连接，解决了该类问题。再者，模型审核时发现塔楼混凝土梁的钢筋与劲性钢结构柱碰撞，梁筋无法穿过钢结构钢板，经与设计沟通，在钢结构腹板或翼缘处开设穿筋孔或者通过焊接套筒解决，设计深化过后达到模型指导现场施工的效果。

图7 钢结构牛腿设计优化

3.4 综合管线协调与优化、深化方案比选

图8 钢结构节点深化

图9 管综深化

利用BIM模型优化管线深化设计，合理布置管线，预留洞口，净高分析，输出管线图纸。地下三层设备走廊管线深化前后对比，深化前净高为2 200，深化后净高为2 750[5]。

4 BIM施工主要应用[6]

4.1 结构与临时支撑冲突检测

项目基坑支护形式采用地连墙+三道混凝土内支撑的形式，钢管桩与结构的梁柱碰撞较多，经Navisworks检测，发现150处碰撞； 支撑梁板和现浇混凝土板净空检测，净高只有1.35m，提前发现问题并提出解决方案。

图10 碰撞检测报告分析

4.2 机电应用

施工前利用BIM技术对工程施工中管道设备进行碰撞检查以及净空分析，避免施工过程中影响管线排布净高，减少拆改。在施工阶段，实时根据设计变更修改结构模型并根据结构变更调整管线排布方案，对项目在现场设备管线专业的精细化施工提供指导[7]。

图11 机电模型审核报告

4.3 幕墙应用

图12 幕墙模型深化与模拟安装

(1)对幕墙特殊交接位置(如交叉金属装饰条)建立初步模型，通过选取节点深化，将难以想象的空间拼装关系实体化，从而确定现场拼装所需材料，深化过后的模型精度达到LOD200[8]。

(2)利用BIM软件进行幕墙板块建模，快速分析与主体结构的碰撞关系，并通过软件针对幕墙单元进行构件预拼装，不仅能校验施工图的组装合理性，更能直接输出构件加工图，直接输入数控加工设备加工。从设计方案至单元组装安装提供一体化的质量控制。

4.4 基于BIM的现场管理

4.4.1 信息化施工管理

对外形造型独特、结构结点复杂的质量样板，通过三维图片、三维动画进行交底； 使复杂的结构清楚、直观地呈现出来，能有效避免因误读图纸而造成的返工，提高了现场人员识图效率。

另外，项目还采用广联达BIM5D软件进行施工现场砌体的自动排砖并出量、出图，使用广联达BIM5D管理平台管理现场的施工信息并帮助现场施工。

图13 样板模型及720全景图

图14 自动排砖与BIM5D平台应用

4.4.2 技术方案编制

高支模施工方案利用广联达BIM模板脚手架软件，导入已经建立的RVT模型或者广联达土建GCL模型，输入模架参数后，自动计算整个模架体系安全性，可自动生成模架计算书和方案，提高了高支模施工方案的编制和可靠性。

5 创新性应用

5.1 爬模三维深化设计

本项目核心筒外采用先进的爬模施工技术代替了传统的爬架技术，相比较而言，爬模技术更安全，也更利于施工，但由于成本较高而少用于一般的民用建筑，在项目各方的商讨下决定采用爬模技术，一方面在周边复杂的地理环境下更能保证施工质量，另一方面在有限的场地和较高的操作难度上可以节约工期，同时也能最高程度上保证工人的操作安全，由于国内并没有大面积采用爬模，故爬模施工时的安全性与可操作性成为了检验的重点。

图15 高支模方案编制

图16 爬模构件分析

图17 土方开挖模拟

在设计阶段利用ANSYS软件将各个关键的构件的数据录入后形成有限元分析模型，针对每一个构件的受力稳定性、强度进行分析，通过分析结果进行调整，保证每一个关键构件在施工时的安全性，然后进行局部整合并分析，如安全通道处的上下楼梯，先通过软件进行每一块踏板的受力稳定和扶手位置、高度的验算分析，根据分析结果调整后进行组合并对通道整体分析验算，通过验算结果确定是否可行。局部通过验算分析后，将每一层作为一个整体进行验算，最后将每一层爬模进行组合，设置各项参数后进行有限元分析计算，根据最后的分析结果编写施工方案和加工爬模构件。

5.2 土方平衡

项目周边环境复杂，由于地下连续墙邻近地铁，土方开挖时会影响到地连墙，地方政府、上级单位和业主特别重视，故土方开挖阶段的工作开展起来较为繁琐。

图18 地铁监测与基坑监测

为保证施工，首先在土方开挖前，利用无人机搭载多台传感器，同时从垂直、倾斜多个不同角度采集项目地形影像，结合软件功能在电脑端形成场地模型，运用软件模拟开挖顺序并确定土石方开挖方案及土石方开挖工程量。

5.3 点云技术应用

项目基坑北侧1m位置为深圳地铁1号线，先通过点云技术收集地铁表面大量的密集点的三维坐标、反射率和纹理等信息，通过电脑生成地铁的三维模型，在地铁和紧邻的地连墙安装相关仪器时刻监测，定时定点上传监测数据，并在模型中体现，若出现沉降值过高第一时间发出警报，项目目前无一次超过预警值，达到基坑监测、地铁车站及轨行区监测的目的。

5.4 虚拟现实VR、AR应用

为帮助项目管理人员更好地了解即将施工的区域，项目设置独立的VR体验区，预先将项目的整体模型导入VR体验主机内后，利用VR技术可直接漫游本项目的模型。后期将机电模型导入结构实体中，经过轻量化处理后上传至BIM5D平台，通过AR虚拟成像技术，可在地下室没有网络的情况下通过手机扫描查看机电模型。

图19 VR与AR

5.5 钢结构BIM应用

为提高钢构件加工整体精度匹配和现场安装效率，建立标准的建模工作以及相关科技工作流程，利用先进的三维激光扫描仪进行三维数据采集，最后把扫描模型数据和BIM模型数据进行对比分析，得出预拼装检测报告，对腰桁架钢结构进行虚拟预拼装，得出虚拟预拼装检测数据，指导工厂加工。通过此技术项目钢结构实现了工厂预制化，管理精细化，过程经济化[10]。

图20 钢结构工厂预拼装

图21 钢结构构件跟踪

本项目从钢结构材料采购、工厂加工、构件跟踪、现场施工全程采用精工钢构BIM对钢构构件进行全程跟踪控制。软件后台会根据现场进度情况对成品入库、出库、进场验收、安装完成生成钢构的工程量及百分率。

6 项目BIM应用总结

6.1 应用总结

项目由建设方为主导的BIM全过程管理，利用模型集成设计阶段，施工阶段以及运维阶段的数据信息，所有信息实现集成共享，实现高度集成的数字化、信息化管理模式。BIM执行团队以BIM模型作为执行作业的基础，充分利用BIM专业软件及其延展开发的软件工具，在该工程项目设计过程初期，对此BIM模型之3D模型，进行一些必要的数量计算程序，产出一套(或部分重要工项)准确的工程数量估算和成本估算，并能快速因项目可能的变更修改，而将反映在成本增减的影响马上呈现出来，避免预算超支，以节省时间和金钱。这个过程也可以让设计人员及时从设计调变中随时观察到成本的影响，可以有效遏制由于过度修改项目而造成预算超支。施工阶段配合设计单位进行施工图深化，较好地解决传统二维设计下无法避免的错、漏、碰、撞等现象。

项目竣工之后作为佳兆业集团总部大厦将应用BIM技术于运维管理当中，建造阶段的竣工模型会不断地精细化完善，把大厦的运维信息集成于模型当中，实现信息的共享以及运维痕迹的可视化。团队将后期运维阶段利用平台信息处理与大数据分析，实现设备的检测，动态交互，以及将AV、AR、MR、GIS等技术与BIM进行融合，充分实现BIM信息的价值视为后期研究的重点。

6.2 应用心得

BIM不仅仅是把CAD换成REVIT(3DMAX等)这么简单，很多人对CAD软件运用得十分熟练，发展到BIM技术的时候，很多人只是把它看做是一项简单的软件操作，这种观念是错误的。BIM软件体系是覆盖了建筑项目全生命周期的各个专业与环节，并不是单一软件厂商可以做到。其次三维设计与平面设计有着本质的区别，需要技术人员从绘图习惯、设计观念上进行转变，需要用三维模型生成平面图，而摒弃了先绘制二维图纸再联想成三维实体。

BIM技术使得一次性出图效率、概预算精度以及施工管理的精细化大幅提高，对于BIM的理解以及应用的意义决定了个人与企业在今后实践中能取得多大成绩。就目前行业应用状况与建筑行情来看，对于BIM软件的重视程度远远高于BIM本身。学习BIM与应用BIM还是应当从理念入手，通过BIM训练自己建立一种更科学更接近于真实建造过程的思维方式。