BIM+VR在打造物流仓储智能建造项目中的应用

杨文博1 王春节 王志新1 朱 洁1 任 建 于左宜

(1.中建五局第三建设有限公司，长沙 410004；2.天津市东丽区建设工程质量安全监督管理支队，天津 300300)

1 工程概况

京东集团亚洲一号天津东丽物流园项目位于天津市东丽区华明工业园，北临弘泰道，西临华兴路，由3座双层坡道库、1栋六层综合楼、1栋配电用房、1栋生产辅助用房和3栋门房组成，总建筑面积11万m2。

(1)1#仓库，建筑面积33 211.25m2，地上二层，主体建筑高度22.9m;

(2)2#仓库，建筑面积33 202.13m2，地上二层，主体建筑高度22.9m;

(3)3#仓库，建筑面积26 144.7m2，地上二层，主体建筑高度22.9m;

(4)VR展厅及货车坡道平台，建筑面积15 273.41m2，地上一层，主体建筑高度10.0m;

(5)综合办公楼，建筑面积6 638.44m2，地上六层，主体建筑高度21.6m。

建筑专业模型、结构专业模型、钢结构及维护结构专业模型、机电专业模型如图1所示。

2 工程难点分析

本项目目标是争创国家优质工程奖，质量要求高，主要难点如下：

(1)60万m3高大支模架。本工程框架柱截面最大达1.3m×1.2m，高度达11.8m，数量多达870根，保证全部框架柱一次浇筑成型质量施工难度大；

(2)360°直立锁缝金属屋面。屋面工程采用双面镀铝锌压型钢板360°直立锁缝施工技术，无防水设计；

图1 项目多专业数据模型

(3)20万m综合管线机电安装。本工程机电管线安装复杂，多专业综合管线交叉施工难度大。

3 BIM+VR在物流园项目中的应用

3.1 BIM应用目标

京东亚洲一号天津东丽物流园项目在开工前根据本工程施工中的难点、管理中的重点等实施需求，制定了针对本项目的BIM技术应用实施技术及BIM技术应用管理目标，主要包含BIM+VR永临结合绿色施工场地布置[1]、大截面高大框架柱施工质量控制[2]、高大支模架深化设计及辅助验算模拟、BIM+AR虚拟样板质量引路制度、360°直立锁缝施工深化设计、钢结构深化设计[3]、4D进度管理应用[4]、BIM+VR安全教育管理[5]、临边洞口可视化安全分析等实施内容，力求通过BIM技术解决仓库工程建造中的施工难点、管理重点、质量控制点等问题。

3.2 实施方案

为了保证所建立的BIM模型精度达到LOD400级以上，方便多专业之间的协同沟通，实现各个数据模型直接的数据共享，项目部明确了合理的岗位职责，确保BIM实施工作推进的有序进行，以制度的形式进行规范化管理，并在专项工程BIM技术应用管理方面，在招标交底过程中，要求专业分包单位根据总包单位制定的BIM技术应用统一标准以及《建筑信息模型统一标准》中的要求进行数据模型的建立，并通过VR技术将多专业模型进行整合，上传至云管理平台，便于施工现场管理、方案可视化交底及虚拟样板先行，具体实施阶段及实施内容如表1所示。

3.3 团队组织

为有效地应对本工程施工难点，保证“海河杯”及“国优奖”创奖目标的顺利实现，项目在开工前分别由项目、分公司、局总部三个层面对BIM技术应用先后进行了多次深入讨论，并根据建筑信息模型应用统一标准，编制了详细的BIM技术应用策划，并成立了涵盖土建、机电、钢结构、维护结构、精装修等专职BIM人员组成的深化应用领导小组[6-7]。

3.4 应用流程

实施初期，项目部制定了较详细的BIM建模计划及VR+BIM云管理平台应用计划，主要体现在技术、生产、质量、安全、商务等各个部门的日常工作中以及最终的竣工模型交付，在图纸会审阶段，运用BIM设计分别对土建、机电、钢结构、围护结构、幕墙进行翻模及二次深化设计，过程中共计发现图纸问题435处，极大程度地避免了施工过程中不必要的返工，保证了数据模型的准确性。

3.5 软硬件环境等

(1)BIM工作硬件环境

在硬件配置方面项目采购大型图形工作站1台、高配电脑3台、VR体感控制器1台，切实满足日常工作的需求，具体硬件配置如表2。

表1 BIM实施计划表

(2)BIM工作软件环境

项目采用Revit 2014、Navisworks 2014、广联达算量软件(GCL)、广联云、After Effects CS4、Photoshop CC、Auto CAD 2014、3d Max 2014、Fuzor 2018管理平台等软件进行BIM模型的搭建及应用[8-9]。

图2 BIM技术应用流程

硬件名称硬件配置数量HTC VIVE定位器2个操控手柄2个GT1070主机1台大型图形工作站CPUE5-2620V4 1台显卡NVIDIA P5000内存128G硬盘2TG建模台式电脑CPUIntel Core i7-8700K 3台显卡NVIDIA GeForce GTX1080Ti内存64G硬盘256G SSD

图3 软件应用环境

图4 BIM+VR永临结合场地布置应用

图5 高精度耐磨地坪深化设计

4 BIM+VR应用创新点及效益

(1)BIM+VR级永临结合场地布置

项目部利用BIM技术融合时尚、现代、简约的设计理念，对办公区进行自主设计，确保建筑风格上既有时间上的流动性，又有空间上的开放性，并通过BIM+VR技术打造具有永临结合绿色施工理念的场地布置，利用单仓微型综合管廊技术，将截水沟、排水沟、临电管道仓、临水管道仓相结合，提前完成正式室外管网、正式路基、正式围墙基础的施工工作，极大程度上减少二次场地转化的临建投入[10]。

(2)高精度耐磨地坪信息化施工

本工程2mm高精度耐磨地坪施工面积达9.4万m2，采用BIM技术对仓库地面跳仓及补仓法施工进行方案模拟，每3跨为一个浇筑仓，跳仓浇筑，在柱间和柱子四周设置20mm宽的伸缩缝，并采用激光整平机摊铺混凝土，利用精密激光整平技术、闭环控制技术和高度精密的液压系统，从施工技术上减少地面开裂风险[11]。

(3)高大支模架深化设计

为保证60万m3高大支模架施工的安全，项目部采用自锁式插销连接盘扣架，作为支撑模板的主要受力构件，通过利用BIM技术结合有限元分析方法，对盘扣架进行虚拟排布，合理配置连接杆件，优化分析架体受力，充分利用新型盘扣架高强度材料性能，减少外架搭设，降低了施工成本[12]。

(4)虚拟样板质量管理平台

项目部根据公司要求制作了独立承台样板、方圆柱模加固体系、主体施工样板、新型承插式脚手架样板、混凝土屋面工程深化设计、钢梁连接样板、轻钢屋面样板、综合办公楼装饰装修样板等8项虚拟样板体系，并通过720云平台的应用，可以通过移动端、PC端、Web端等多重媒介对虚拟样板、施工方案、质量照片、实测实量数据等信息进行动态查询，更加便捷地进行质量管理[13]。

(5)BIM+AR虚拟样板交底

本工程应用BIM+AR增强现实技术，变革了传统形式的工艺样板先行制度，项目部应用BIM技术对实体样板、方圆柱模加固、管道井、支吊架等细部节点做法进行深化设计，并引入AR虚拟增强现实技术，强化了样板先行及技术交底的可视化、直观性等特点，通过扫描相应图片立体地展示工艺样板效果。

图6 承插式盘扣架搭设虚拟样板

图7 虚拟样板体系

图8 BIM+AR样板交底

图9 4D可视化进度管理

图10 综合管线排布

(6)4D进度信息化管理

本工程建筑面积达11万m2，分2个片区共计12个流水段，施工工序繁杂，为此项目采用4D进度管理方法，将Project进度相关的时间信息和多专业整合的信息模型链接产生4D的施工进程动态模拟，将整个施工过程直观地展示出来，实现施工作业流水的可视化，施工计划的可视化，施工内容的可视化，并利用VR技术便于项目一线管理人员在实施计划阶段更易识别和预测潜在的多专业流水施工冲突，以便更高效地与不同项目参与方进行沟通和协调[14]。

(7)机电管线综合排布

本工程机电管线种类繁多、系统复杂，管线相互交错，为确保各专业管线分布合理、安装到位、整齐美观，项目部在设计的基础上构建BIM模型，对多专业管线进行综合排布，通过碰撞检查和净高分析等技术手段实现管线的最优布置，满足净空使用要求。

(8)钢结构及维护结构深化设计

本工程钢架梁最大跨度为22.8m，单根最大重量为2.2t，采用“节间综合法”安装，利用Midas对钢构吊装进行施工辅助验算模拟，采用Tekla对主钢结构及维护结构进行辅助深化设计，并利用3D打印技术对各种复杂精密的构件进行预拼装模拟，确认无误后生成构件加工图，在保证施工精度的同时，提高了生产效率。

为保证360°直立锁缝金属屋面的施工质量，项目部建立金属屋面虚拟工艺样板，明确了金属屋面各节点细部构造，通过对屋脊及女儿墙支座的深化设计，保证热胀冷缩时屋面的整体移动，消除温度应力对屋面板的破坏，保证无防水设计金属屋面的施工质量。

(9)VR沉浸式虚拟验收

为了保障施工质量，项目部将样板引路制度与BIM技术相合，通过VR沉浸式虚拟验收，对虚拟样板间进行三维空间垂直测量、两点净空检测等实测实量方法，提前发现各专业存在的问题，利用移动终端数据模型，可对管线位置、构件数据、问题照片等信息进行动态查询，辅助项目管理人员进行节点验收[15]。

(10)BIM+VR安全教育

项目部采用BIM+VR技术对施工作业人员进行安全教育，根据不同的施工环境正确合格地使用施工机具，严格按照要求进行规范化、可视化安全教育与安全管理，通过语言、特效文字引导提示等技术手段。

图11 钢结构深化设计

图12 360°直立锁缝金属屋面深化设计

图13 精装样板间虚拟验收

图14 BIM+VR安全教育与管理

图15 基于BIM的成本管理应用

(11)4D安全部署模拟

利用BIM+VR技术对项目所建立信息模型的安全检测分析，快速查找出容易被忽视的临边洞口等安全隐患问题，并通过VR可视化技术对定型防护进行虚拟布置，还原现场的安全防护布置，为制订更为准确的现场安全设计方案提供了依据。

(12)基于BIM的成本管控

通过广联达BIM—GTJ2018算量软件，快速准确地核算工程量，生成各种量表，将BIM实际应用到商务方面，多方协同。钢筋模型可直接转为土建模型，摆脱了繁琐的二次建模。另外在变更签证方面，以BIM模型为工具，能够方便快捷地理清变更工程量，使商务工作更加高效。

5 总结与展望

5.1 经济效益

通过对机电综合管线排布、钢结构及维护结构的深化设计，各项材料累计节约率达10%，为项目开源节流；图纸会审过程中提前发现各专业图纸问题达165处，并及时进行变更，有效避免了工程返工，累计节约施工成本68万元，通过BIM+VR技术建立的虚拟质量管理工艺样板引路制度，更加有利于对施工生产作业进行班前技术交底，有效克服了实体工艺样板占地面积大、施工成本高、材料投入多、生产周期长、周转效率低的弊端，通过BIM+VR级虚拟样板的建立，实现了节地、节材、节能的绿色施工的管理理念；运用信息化的施工管理手段，提高了施工质量标准；同时本发明为建立虚拟样板质量管理平台提供了数据支撑，并为工艺样板的信息保存与施工工艺质量标准查询提供了可靠的帮助，具有很高的经济效益与社会效益。

5.2 经验教训

(1)在总承包工程BIM管理中，总包单位应建立本项目的BIM技术应用统一标准，明确建模规则及建模精度，为多专业模型的整合提供便利。

(2)为提高工作效率，方便全员参与BIM管理，需通过云平台、数据中心、人工智能等技术手段，对多专业数据模型进行轻量化管理，方便施工作业人员进行数据查询。

(3)为顺利推动BIM技术在项目管理中的应用，应保证各个单位工程数据模型的精度不少于LOD300，且应随设计变更进行同步调整，持续做好数据模型的更新工作。

5.3 趋势展望

在建筑业不断发展的新常态下,BIM技术的运用能够有效地解决工程建造中数据的创建、存储、共享、查询、运维等方面的管理应用，通过BIM技术的运用，为工程建设在质量控制、安全管理、进度管控、成本分析等方面提供了可视化、数字化、协同化的支撑。BIM技术的运用已经渗透到建筑产业及其相关产业中的各个领域，不断地改进传统建筑行业的管理方式及运行模式，取代了传统的施工管理模式及施工工艺方法，而BIM技术与VR技术的有机结合，能够给设计者、实施者、体验者带来不一样的感知交互体验，通过形象直观的声像处理方式可以为三者之间提供更好的信息数据的交流，BIM+VR技术的有机结合势必会持续促进相关领域的技术层次，让建筑数据变的触手可及。

综上所述，本工程通过BIM+VR技术、BIM+AR技术、BIM深化设计、BIM辅助验算模拟等信息化手段的运用，显著提高了京东亚洲一号天津东丽物流园项目的工程实体质量，有效保障了施工过程中现场的作业安全，减少了工程建造成本，节约施工工期达2个月以上，其中，通过BIM技术结合VR技术在虚拟工艺样板中的应用，代替了传统建筑行业中对实体施工工艺样板的定义，有效克服了实体工艺样板占地面积大、施工成本高、材料投入多、生产周期长、周转效率低的弊端，实现了节地、节材、节能的绿色施工的管理理念；并运用BIM+AR虚拟增强现实信息化的施工管理手段，实现场地布置、安全教育、技术交底、竣工漫游等方面的应用，提高了施工管理标准，具有很高的经济效益与社会效益，项目部将持续总结创新BIM技术在项目管理中的应用，持续创新BIM技术，以期在今后的智能化运维管理应用方面有更大的突破。