BIM的关键力量:快速建立BIM全局观

中国尊位于北京市商务中心的核心，是北京市最高的地标建筑，用地面积11478平方米，总建筑面积43.7万平方米，其中地上35万平方米，地下8.7万平方米，建筑总高528米，建筑层数地上108层、地下7层（不含夹层）。于2013年7月开工。

BIM技术在中国尊项目的应用与管理：

中国尊的建筑信息模型构建、模型应用和模型信息管理这三个维度由业主、设计、施工三方全体参与，在设计施工运营全过程中应用BIM技术。

一、BIM+深化设计上，中国尊项目与其他项目有两点显著不同：

（1）直接采用三维建模软件进行深化设计，先有模型，图纸由模型导出，而非先二维设计再三维翻模。

（2）协同方式由各专业之间的协同变成了各区域之间的协同，每个工程师需要对自己负责的楼层、区域范围内的多有专业进行综合排布。各工程师进行的是各区域间的接口协调。与各专业间的协同相比，这种方式能从整体上进行规划，从更高的角度对全专业进行方案统筹。

二、BIM+工厂化预制加工

垂直运输是超高层施工的重难点，中国尊施工现场几乎没有机电加工的场地。为了解决这一难题，项目使用BIM技术辅助工厂化预制加工。首先完成定位准确的三维施工模型，然后在工厂中按模型进行预制加工并编号，到现场后，根据编号将材料快速准确的运输到指定的楼层和位置，现场根据编号进行拼装，只进行少量的拼装。这样现场加工量减少，随之产生的建筑垃圾也减少，从而减轻二次运输的压力。

中国尊在多个专业和区域使用BIM+工厂化预制，如：

部分竖井内管道（空调水、给排水、消防水等）采用预制立管施工技术，预先在工厂内制作成各组单元节，在结构施工的同时进行安装。

各标准层空调机房排布方案类似，将空调机组进出口处的水管阀门管件做成预制模块，减少现场焊接作业。

各标准层弱电间，桥架排布复杂且异形构件多，在工厂根据BIM模型预制异形件并将各构件编号，现场不再进行桥架切割加工。

窗台一体化系统的窗台板采用BIM模型与现场测量结合的方式，在工厂完成定制。

蓄冰机房弧形区域管道采用工厂预制弧形管，不仅美观也减少了大量焊缝，降低了施工难度。

三、BIM+三维激光扫描

机电安装，中国尊采用三维激光扫描仪进行现场扫描，机器扫描具有数据信息完整，无遗漏，精度高的优点，软件通过将现场点云模型和施工模型做分析比较，可以生成各种可视化的图表，方便管理者迅速发现问题，及时制定应对策略。生成的色谱分析图根据偏差大小的不同，在模型上显示不同的颜色，管理者可以根据偏差的范围，偏差的大小，采取不同的措施，来消除误差。

在机电管线安装前，对土建结构进行三维扫描，规避风险。对偏差较小的区域，可以通过施工交底，加强机电施工精度或者协调土建、装饰专业共同吸收误差。对无法吸收误差的，需要事先调整深化设计方案，修改管线路由，避免因为现场条件与设计不符造成的机电拆改。

在机电管线安装后，对机电管线进行扫描和质量管控。扫描确定重要设备和阀门的现场安装位置与施工模型位置一致，方便后期运维。分析机电管线安装完成后的实际最低标高，避免因安装精度不够造成吊顶标高降低，提升建筑的品质。

四、基于BIM技术的质量管理

中国尊的BIM技术管理有三个一致：“模型与图纸一致，模型与图纸提交时间一致，模型与现场一致”。为了达成这一目标，中国尊的BIM技术管理从设计、施工及验收三个维度进行质量管理。

设计质量管控

中国尊的BIM模型首先由机电总包完成综合管线排布并自审，然后由深化设计顾问单位对模型排布方案提出优化建议，由BIM顾问单位对模型规范性作出审核（如命名、属性、碰撞等），接着由施工总包结合其分包专业模型（土建、钢构、装饰等）进行综合协调，最后报送设计院审核。

每个步骤根据实际需要均有反复协调的情况，这样各方从不同角度对模型进行优化后，从设计上确保模型的高质量。

施工质量管控

在施工之前对技术员及现场班组长就复杂区域进行三维模型交底，并与现场施工随时保持紧密联系，及时纠正因现场条件导致的模型无法施工的问题。同时对现场劳务队加强管理，严格要求按图、按模型施工，合理安排工序，禁止因自身方便随意施工而影响其他专业。

验收质量管控

为确保模型与现场的一致性，中国尊采用定期和不定期现场巡检的方式，在施工过程中，由业主、施工总包、机电总包、BIM顾问、监理组成联合巡检，手持移动设备查看BIM模型，比对模型与施工现场的一致性。

机电总包及其分包单位、监理也各自组织人员进行不定期的巡检。对于发现模型与现场不一致处，根据实际情况要求现场整改或模型整改保持两者一致。

除人工巡检外，在机电安装完成后，采用三维激光扫描技术对现场进行还原，在软件中对模型和现场进行对比。

这样通过人工和三维扫描技术检验，中国尊做到模型与现场基本一致。

港珠澳大桥连接香港、澳门、珠海，是目前世界上最长的跨海大桥，港珠澳大桥开通仪式于2018年10月23日上午在广东珠海举行。正式通车后，港珠澳将形成“一小时生活圈”，广阔的伶仃洋，将由天堑变为通途。

BIM技术在港珠澳大桥的应用与管理：

BIM技术在设计阶段主要有路线设计、BIM多专业协同设计、BIM模型出图、设计方案论证等多个方向的应用。

1. 路线线形设计

项目组将Autodesk Revit 软件与中交二公院自主研发的路线专家系统结合，利用路线专家系统的平面坐标、纵断面高程以及坡度计算等功能，生成用于Autodesk Revit 建模的路线数据，采取二次开发的手段，实现隧道路线三维实体的自动创建。

2. BIM多专业协同设计

拱北隧道BIM建模项目由结构专业、交通工程专业、防排水工程专业及路基路面专业等四大专业协同设计完成。由于组成全专业拱北隧道BIM模型的构件较多，项目组建立企业级BIM构件管理系统，并将全部构件导入管理系统，形成中交二公院自主知识产权，为项目组协同管理、快速建立BIM模型起到积极作用。

3. BIM隧道设计流程

拱北隧道设计可以分为两类：工作井和特殊段建模，其BIM建模的主要流程有项目模板、标准构件、路线线形、横断面、管幕及附属构造，最后形成BIM设计成果。

4. BIM模型与出图

基于以上步骤，项目组完成了冻结曲线管幕、暗挖开挖断面345平方米拱北隧道BIM模型，以及东、西两侧工作井和周边主要建筑物拱北口岸BIM模型。通过BIM三维可视化直观的展示方式，有效解决项目挑战多部门协调难度大的问题。根据拱北隧道BIM模型出图，工作井施工图、衬砌施工图、管幕施工布置图等。

5. 工作井选址方案

采用三维BIM模型与实景照片相结合的方法，对避免口岸建筑拆迁、工作井进入澳门界内等问题，提供了论证方案。

6. BIM三维设计平台与有限元分析系统集成

通过软件二次开发，实现在BIM建模软件中导出工作井计算模型，与大型有限元分析软件结合，对围护结构进行三维仿真受力分析。从基坑开挖阶段到暗挖破墙阶段的坑内水平形变、竖向弯矩分析，计算结果变形最大值为14.2mm ，出现在开挖面中下部，最大弯矩699KN·m ，最大负弯矩-984KN·m，均满足设计要求。

BIM技术在施工阶段主要应用有建立暗挖段BIM施工模型、施工进度管理、漫游与工序模拟。

1. 暗挖段BIM施工模型

隧道暗挖段为保证施工安全，开挖断面共划分5个台阶15个分区，台阶高度约3.8m左右，长度约5m左右，主体结构以及支护构造物较为复杂。暗挖段BIM施工模型包含 初期支护、二次衬砌、三次衬砌，分为先仰拱、侧墙及中板、最后拱部、临时支撑、袖阀管劈裂注浆管，完成暗挖段全部模型后，可用于施工各个管理段。

2. 施工进度管理

拱北隧道项目工期要求严格，在总体进度控制框架下，由施工单位在征求各单位的意见后，编制总体进度计划；然后利用AutodeskNavisworks 软件强大的数据整合功能，将总体进度计划与BIM施工模型各构件相互关联，采用软件二次开发方式，实现拱北隧道施工进度管理系统。

施工进度管理系统，整合工程项目各单位计划进度信息，在施工过程中重点监控进度执行情况，协助总体单位完成进度的动态控制，当系统采集的进度执行情况与计划情况不一致的时候，系统会主动提示并持续跟踪和反馈；4D施工模拟更是以可视化的方式，向众多参与方，集成展示整个项目的总体进度情况，严格控制工期起到重要作用。

3. 漫游与工序模拟

拱北隧道工程复杂，主要对复杂工点进行工序模拟，利用游戏引擎强大的展示功能，制作三维施工工序模拟，可以直观浏览、检查和方案的修改，有效应对拱北隧道工程项目工序复杂的挑战。

五、项目创新

经过充分的调研和专家咨询，项目组针对拱北冻结法施工，结合BIM技术特点，制定了管幕冻结设计方案，开发了管幕温度监控系统。为配合暗挖施工，冻结管幕横断面上分为A ，B1，B2 ，B3 ，C五个区。为控制土体的冻胀效应，采用控制性冻结施工，并在冻结A区及局部敏感区域采用注浆改良冻结法。同时，分别在各区安装温度传感器，以便掌控温度的变化情况。

拱北隧道冻结法管幕温度监控系统，首先需要建立冻结管、监测点BIM模型。然后，对监测点进行编号，将温度采集数据与BIM模型构件关联。管幕温度监控系统，实现温度数据关联、温度变化趋势查询、温度预警以及风险定位等功能。相对于传统模式，基于BIM技术的管幕温度监控系统可以结合三维模型对于历史数据、监测点位置等多个方面进行综合分析，可以更加准确、及时定位于风险的位置，使项目的安全与质量得到提升。

从上述两例中，BIM的深入应用，须建立在高质量的模型基础上。这个“高质量”不仅仅指模型的深度，也包括了设计人员在模型创建时体现出的专业知识和施工经验。BIM从业人员需要不断累积经验，才能为项目提供更有力的技术支持。

BIM在大型工程中的作用非常显著，节省工期、节约资源，而近年各地也多次发文，绿色建筑、智慧城市等词频频提出，BIM作为满足当下国情需要的建造技术，必将在越来越多的项目中彰显其价值。而BIM从业者在定位未来时，BIM全局观是关键。

要想引领未来，BIM从业者不妨多分析多思考，是否匹配BIM链条上的业务需求，有何优势与不足，针对性地学习积累，也不妨多关注一些BIM应用的项目，为将来实践累积知识。