大型施工总承包工程的BIM应用

我国大型施工总承包工程普遍具有投资巨大、建筑造型复杂，施工难度大、工期紧等特征。面对日益复杂、多样的工程建设项目，传统的工程管理模式已经不能完全适应当前需求。BIM等信息技术的蓬勃发展为实现大型施工总承包工程精细化管理提供了新的途径和方法。北京城建集团的BIM研究与应用最早可追溯到国家体育场工程中应用4D系统和多用户协同工作系统，在其后的昆明新机场和北京英特宜家购物中心等工程中不断地扩展以4D为代表的BIM应用深度和广度，取得了良好的应用效果。
北京城建集团是国内最早开展BIM研究和应用的单位之一。早在2003年集团中标国家体育场(鸟巢)工程总承包施工，我们就开启了探索和应用BIM的历程。在城建集团承建的昆明新机场机电安装工程中，将4D施工管理系统推广应用到机电设备安装工程中，开发了机场航站楼机电设备4D施工管理系统和运维管理系统。在总建筑面积达51万m2的北京英特宜家购物中心工程中，我们实现了4D施工管理和项目综合管理数据的双向集成，使BIM在更大范围支撑项目实现精细化管理。目前，在城建集团在施的大型公共建筑工程中，各类BIM应用项目达几十个，已进入到普及应用阶段。
1.国家体育场工程中的BIM应用
1.1项目背景
国家体育场(鸟巢)位于北京市奥林匹克公园中心区的南部，建筑总面积约25万m2，平面呈椭圆的马鞍形，东西向长约270m，南北向长约320m，屋盖顶部高度为66.8m，屋顶及外框架为鸟巢状空间钢结构，屋面及立面构件间填充膜结构，场内为碗状预制混凝土看台，国家体育场的整体鸟瞰图如图1所示[1]。

图1国家体育场的整体鸟瞰图 众所周知，国家体育场工程的钢结构施工是该工程的最大难点。鸟巢的工程钢结构采用编织结构，大量应用无固定线型的空间弯扭构件。整个钢结构工程涉及9个钢厂、3个深化设计单位、3个钢结构加工单位、3个现场拼装单位、2个安装单位，钢构件运输距离1600km。同时，工程的质量要求极高，政府要求总承包商管理到每一块钢板、每一个构件、每一条焊缝。如果不采用BIM等新技术和信息化的管理手段，要按时、保质地完成如此复杂的钢结构安装是无法保障的。
1.2BIM及信息化应用的情况
在国家体育场工程开工初期，项目部就确立了“建立以网络为支撑，业务流程为引导，专项软件应用为基础，信息管理为核心，项目管理为主线，使施工生产与管理实现一体化的施工总承包管理信息集成应用系统”的工作目标。并且按照满足工程管理需要和适度超前的原则建立了信息化管理实施方案，如图2所示。

图2信息化管理实施方案 在国家体育场工程信息化建设过程中，与清华大学合作进行建筑工程多参与方协同工作网络平台系统(ePIMS+)[2]、建筑工程4D施工管理系统(4D-GCPSU)[3]两个BIM应用系统的开发与应用，与中国建筑科学研究院合作进行总承包信息化管理平台系统、钢结构信息化施工系统、远程视频监控系统的开发[4]，由城建集团安装公司承担现场网络硬件系统集成及视频监控、红外安防系统的建设，并承担维护服务工作。
1.3应用效果
通过与上述单位的合作，国家体育场工程建成了一套覆盖全部施工单位的有线、无线相结合的网络系统、一套由多种软件平台组成的信息化管理平台系统、一套覆盖全部场区的有线、无线相结合的视频监控系统。上述系统在实际使用中，起到了辅助工程管理的作用，提高了管理人员工作效率，为国家体育场工程的如期竣工起到了较大的推动作用。其中，ePIMS+和4D－GCPSU系统均被专家鉴定为国际先进水平，4D-GCPSU系统获2009年住建部华夏建设科学技术一等奖[5][6]。
2.昆明新机场工程中的BIM应用
2.1项目背景
昆明新机场(现已正式命名昆明长水国际机场)坐落在云南省昆明市官渡区大板桥镇，新机场航站楼工程地上3层，局部4层，地下3层，总建筑面积54.83万m2。航站楼南北长约850m，东西宽约1120m，中轴屋脊最高点相对标高72.25m。航站楼由南侧主楼、南侧东西两翼指廊、中央指廊、北侧Y形指廊五大部分构成，如图3所示。

图3昆明新机场全景效果图 2.2BIM的应用情况
根据昆明新机场机电设备安装工程特点和实际需求，我们在已有的BIM和4D技术研究成果基础上，开发“基于BIM的昆明新机场机电设备安装4D管理系统与运维管理平台”，如图4所示。


图4昆明新机场的BIM应用总体架构[7] 该平台系统包括数据层、支撑平台、应用系统3个层次。其中，数据层由BIM数据库[8]、GIS数据库、知识库组成，支撑平台包括4D可视化平台、机电信息管理平台、综合知识平台3项应用，应用系统由昆明新机场航站楼机电安装4D进度管理系统、基于BIM的航站楼机电设备信息管理平台、机场机电设备安装工程综合施工技术知识平台3个部分组成。
2.3应用效果
针对昆明新机场机电设备安装、运行和维护管理的实际需求，首次将BIM、4D和GIS技术应用于机场机电安装、运行及维护管理中，开发并应用了基于BIM的昆明新机场机电设备安装4D管理系统和航站楼运维信息管理系统。在施工阶段，通过建立基于BIM的机电设备4D信息模型，实现机场航站楼机电设备安装工程施工的4D动态管理以及施工过程的4D可视化模拟。在运维阶段，支持机电设备安装施工信息与运维阶段无损传递和数据共享，实现基于BIM和GIS的航站楼运维的信息化、动态化和可视化管理。利用BIM的空间拓扑信息、资源信息以及机电设备相关信息，进行GIS表现，支持日常运维中的物业、机电、流程、库存以及报修与维护等管理工作和信息查询，为机电设备安装、运维及管理提供科学的信息化管理手段。相关研究成果经专家鉴定达到国际领先水平，获2013年云南省科技进步三等奖。
3.北京英特宜家购物中心工程中的BIM应用
3.1项目背景
北京英特宜家购物中心大兴项目二期工程(以下简称“英特宜家购物中心工程”)是由英特宜家购物中心集团投资的，集百货、超市、时尚、家电、运动、餐饮、娱乐影院等全方位消费功能为一体的超级购物中心。本工程位于北京市大兴区西红门镇，东侧与北京地铁四号线西红门站相邻，总占地面积约17.2万m2，单层面积达9万m2，总建筑面积约51万m2，地上结构分为7个独立的建筑，工程整体3层、局部4层，楼与楼之间通过58个钢连桥连接，工程整体效果图如图5所示。

图5北京英特宜家购物中心工程整体效果图 3.2BIM的应用情况
结合北京英特宜家购物中心工程的项目特点和工程总承包管理的需求，我们建立起集BIM建模及深化设计、4D施工动态管理、基于BIM的项目综合管理3部分内容的BIM集成应用方案，如图6所示。

图6北京英特宜家购物中心工程的BIM应用实施方案[9] 根据英特宜家购物中心工程的实际需求，使用Revit系列软件创建工程的BIM模型。建模工作分成两个阶段，第一阶段为建筑、结构，第二阶段为机电安装。完成建模之后，在已有的4D系统的基础上，定制开发“基于BIM的英特宜家购物中心工程4D施工管理系统”。此外，开发基于B/S架构的项目综合管理系统，并将系统数据与4D施工管理系统实现共享。
3.3应用效果
我们在已有的4D和项目管理系统的基础上，实现了4D施工管理和项目综合管理系统的数据双向集成。通过工程实际应用表明，BIM和4D技术实现了项目各参与方之间的信息共享，可大幅减少工程设计中的错误，并有效辅助工程施工过程模拟及动态施工管理，可显著提升施工效率和管理水平，并可为相关决策提供有力支持。
4.结语
经过国家体育场、昆明新机场、北京英特宜家购物中心等工程的应用实践，我们实现了以4DCAD为代表的BIM应用：
(1)从单机版到局域网版、广域网版；
(2)应用范围从结构到机电、运维，为全生命期BIM应用打下基础；
(3)由进度管理为主的4D到进度+成本的5D、以及向更多维度方向发展。
参考文献
［1］李久林，杨庆德等．织梦筑鸟巢国家体育场-工程篇［M］．北京:中国建筑工业出版社，2009．
［2］马智亮，罗小春，李志新．基于万维网的工程项目管理系统综述［J］．土木工程学报，2006，10:117-121+126．
［3］张建平．基于IFC的建筑工程4D施工管理系统的研究和应用［J］．中国建设信息，2010，04:52-57．
［4］郭春雨．基于Intranet/Internet的项目管理信息系统［J］．施工技术，2003，12:4-6．
［5］HuZhenzhong，ZhangJianping．BIM-and4D-basedintegratedsolutionofanalysisandmanagementforconflictsand
structuralsafetyproblemsduringconstruction:2．Developmentandsitetrials［J］．AutomationinConstruction，
［6］李久林，张建平，马智亮，王大勇，卢伟．国家体育场(鸟巢)总承包施工信息化管理［J］．建筑技术，2013，10:874-876．
［7］张建平，李丁，林佳瑞，颜钢文．BIM在工程施工中的应用［J］．施工技术，2012，16:10-17．
［8］余芳强，张建平，刘强，赵文忠．基于云计算的半结构化BIM数据库研究［J］．土木建筑工程信息技术，2013，06:1-6．
［9］史育童，方项伟，谢会雪．BIM技术在某大型商业综合中心工程中的应用［J］．建筑技术，2013，10:898-900．
来源：土木建筑工程信息技术