BIM技术在天津周大福智能化项目中的应用

周大福金融中心项目通过在建筑施工整个生命周期中采用BIM技术指导施工，力图成为BIM技术标准化、普遍化的示范项目。


[size=13.3333px]　　 引言

　　近年来，我国掀起了一阵超高层建筑的建设高潮，全国各地都在抢占第一高度。超高层建筑又被称为垂直城市，是典型的大型复杂工程。其特点为：具有综合性功能、投资额巨大、建设周期长、建设难度大。随着建筑高度和建筑规模的增大，存在许多建设技术和管理的难题。超高层建筑的兴起对项目信息化、精细化要求日益增高。

　　上个世纪九十年代初，CAD技术的诞生，结束了工程师们手工绘制建筑图纸的时代。使用CAD制图不仅方便整洁、提高了制图精度和效率，而且便于资料的收集与保管。但是，随着超高层建筑的需求不断增多，信息技术的快速发展，传统的二维CAD图纸已经无法满足建筑设计和分析的需要，BIM技术越来越引起建筑工程师的重视。

　　BIM（Building Information Modeling,建筑信息模型）——作为建筑领域中正在大力发展的数字化、信息化新技术，其功能可以对建筑物信息进行全方位信息模拟。通过模拟，BIM可以被用来协调现场施工，以优化工作、减少延误及节约资源。

　　BIM技术是在CAD技术基础上的应用深化及技术变革，其提供的数据能力与技术能力是建筑企业实现项目精细化管理及企业集成管控的重要支撑，是行业走向绿色低碳、智慧建造的必由之路，其先进性已经在业内达成了共识。

　　 1 工程概况

　　天津周大福金融中心项目位于天津市经济技术开发区，是集商业、智能办公、超五星级酒店、豪华酒店公寓等多功能为一体的地标性5A级商务综合体。项目总建筑面积约为389980平方米。其中，地下建筑面积约98370平方米，地上建筑面积约291606平方米。地下4层，裙房5层，塔楼103层，总高度为530米，建成后将成为天津滨海第一高度。

　　周大福金融中心项目通过在建筑施工整个生命周期中采用BIM技术指导施工，力图成为BIM技术标准化、普遍化的示范项目。

　 　2 主要技术难点及BIM技术的优势

　　2.1 主要技术难点

　　本项目采用BIM技术应用于超高层智能建筑的全生命周期，主要有以下技术难点：

　　超高层建筑的普遍性技术难点；超高层建筑具有建设周期长、体量大、施工工艺复杂，对智能化系统施工、设计要求很高，以及参建单位众多，交叉作业繁琐，协调工作复杂等难点。

　　BIM建筑模型精度要求高；BIM建筑模型符合LOD500标准即竣工运营标准，工程竣工运营效果与BIM模型运营效果需100%匹配。

　　深化设计和施工质量难度大；本项目的智能化专业图纸仅为CAD初步设计图，智能化系统图纸不能完全反应业主的需求及本项目建设的需要，加之智能化系统多、设备机房分布广、管线密集、管井狭窄、部分区域净空要求苛刻，同时要满足国家奖项质量要求，这给深化设计和施工带来了巨大的困难与挑战。

　　按BIM模型生成项目施工图纸；为保证工期要求，BIM设计与智能化系统深化设计需同步进行，模型深化任务重、时间紧。且工程施工过程中，实现现场调用BIM模型与现场施工完成情况对比，确保项目按BIM模型实施。

2.2 BIM技术在超高层建筑智能化系统中的研究意义

　　BIM技术以三维信息模型为基础，各专业协同工作，有效的提升了数据传送和共享的速度。对超高层建筑中存在的问题提供较好的解决方案，具体表现在：

　　1.采用整体设计理念，结合建筑、结构、机电各专业进行深化设计。解决了传统深化设计中各专业独立深化，项目实施过程中有信息断层和信息孤岛问题[3]。

　　2.建筑模型的三维可视化表达方法更直观、清晰的反应问题，便于与业主沟通，为业主的决策提供辅助决策依据和可视化综合信息。

　　3.三维可视化表达方法具有更直观的视觉效果，提高了二维平面深化设计的准确性。

　　4.BIM技术的应用，打破了设计、施工和运营之间的传统隔阂，实现项目各参与方之间的信息交流和共享，降低了技术复杂性和管理复杂性带来的协同工作的难度和成本。

　　5.将施工问题前移至设计阶段并化解，消除了设计的错、漏、碰、缺造成的二次拆改浪费和频繁的图纸变更，使投资决策更为主动和精细。

　　6.使用BIM技术对超高层智能建筑全生命周期进行管理，确保从设计、施工到运维的各个过程中信息的延续性和完整性，有效的提升了工程管理的信息化、精细化水平。

　　 3 BIM技术深化设计案例

　　3.1 利用BIM技术协同工作工作流程及内容

　　本项目的机电工程被拆分发包，划分为暖通空调专业、给排水专业、电气专业、智能化专业、消防专业、高压电等六大专业。首先，利用局域网创建中心文件，并将建筑、结构、钢结构的BIM模型链接到中心文件。再将单专业模型上传至中心文件，通过工作集的方式协同工作。各专业在同一平台下进行管线的综合排布与模拟施工，以保证参与BIM工作的各专业人员使用实时统一的项目环境。通过这种协同工作方式，提高沟通效率和设计质量，将施工问题前移至深化设计阶段并化解。

　　1.二维图纸深化，并建立智能化单专业模型

　　根据设计院提供的初步设计图纸及业主要求进行二维CAD图纸的深化设计，建立智能化系统单专业模型，模型精度符合LOD300（精确几何形态要求）模型。在建模过程中，通过三维校审及时发现图纸问题，与机电顾问沟通解决。相对于二维图纸审图，三维模型更容易直观的发现问题。

　　2.机电管线综合排布

　　在机电管线综合排布过程中通过剖面调整、碰撞检测和三维漫游等方式，检查并发现设计中的错、漏、碰、缺项及施工中可能存在的隐患，及时调整模型，进行工程变更，达到各专业零碰撞的效果。同时，综合考虑施工空间、检修空间、支吊架的安装形式及尺寸、净空要求等因素，使综合管线排布整齐、美观。最终生成LOD400（制造安装要求）模型。

　　BIM技术的应用，有效的提前预见设计错误、设计遗漏及管线施工中可能遇到的碰撞和工序交叉风险。通过对模型进行调整，预先解决了此类问题。


　3.利用BIM模型生成施工图纸

　　根据生成的LOD400模型，配合总包输出指导施工的机电综合CSD图，并输出二维预留预埋施工图和智能化专业施工图。对二维施工图详细标注桥架尺寸、平面位置、标高、翻弯节点位置等，确保图纸可指导现场实际施工。同时，在核心筒出入口、走廊、车库上方等管线密集的复杂节点处出具剖面图，结合平面图综合展示各类管线的空间位置，确保施工可顺利进行。利用BIM模型精确施工，达到对建筑、结构的“零剔槽”。

　　4.利用BIM模型指导现场实际施工

　　现场施工之前，通过4D施工模拟，优化施工工序，确定各专业的工作面划分。对于施工的重难点部位，使用BIM模型进行施工进度模拟、施工工艺模拟、施工组织模拟。

　　现场施工时，通过移动终端辅助现场施工质量管理。将现场施工情况与BIM模型对比，实现过程监督和质量验收，达到无纸化施工和绿色施工的效果。对于复杂节点部位进行三维技术交底，便于施工人员理解复杂节点部位，有效提高施工安装效率。


　　5.LOD500竣工模型

　　根据现场实际情况，对模型进行修正和更新，使实际施工情况与模型完全一致。逐步完善模型中管线、设备的材质、生产厂家等信息，并将模型与运营维护信息相结合，精度达到美国建筑协会（AIA）文件G202TM-2013的LOD500标准。

　　BIM 技术具有空间定位和记录数据的能力，将其应用于运营维护管理系统，可以快速准确的定位建筑设备组件。对材料进行可接入性分析，选择可持续性材料，进行预防性维护，制定行之有效的维护计划。

　　3.2机房和弱电间排布

　　在建立智能化主机房模型时，不仅需要对本专业的设备进行排布，还要充分考虑到机电其他专业的管线和设备，将其整合到本专业机房模型中进行综合排布。在排布过程中，需考虑设备和管线的安装需求和相对空间位置，并积极与机电顾问、各专业技术负责人沟通协调，以达到机电综合管线排布后的净空高度满足各专业的设备安装高度（特别是电视墙、机柜）。在模型排布后，各专业技术负责人对机房内的设备和管线尺寸、标高进行复核和确认。以保证该模型能够有效的指导现场施工。

　　弱电间内合理安排机柜、配电箱的位置，保证机柜的操作空间和检修空间。通过建立弱电间BIM模型，复核整栋楼的纵向弱电间竖向桥架是否贯通。若存在建筑结构的偏差，可通过工程变更的方式对其进行修改。在弱电间排布时也须注意竖向桥架与水平桥架的接驳。

3.3 BIM技术的拓展应用

　　3.3.1 商务成本管理的BIM应用

　　本项目的商务结算依据BIM模型，对模型的精度要求高，且实际施工情况须与模型完全一致。因此，依据BIM模型进行工程量核算的数据真实准确。

　　根据BIM模型，可实时获得桥架、管线和各式配件的尺寸、型号、长度、数量的统计数据。对于特殊形状的配件，可先在BIM模型中设计族模型，再将获得的尺寸数据交给厂家进行定制。

　　在模型调整过程中，根据不同的技术方案，可实时获得不同方案的精确成本数据，将技术与商务紧密联系起来。不仅避免了由于模型更改造成的重复算量工作，更便于对成本进行分析管控。

　　3.3.2 移动终端辅助现场施工管理

　　由于二维的施工图纸无法清楚的表达机电综合管线的排布情况，本项目在施工过程中使用移动终端——平板电脑和手机，随时随地的查看同步到云端的最新BIM模型。从移动终端中可实时获得设备、桥架的尺寸型号、标高等具体数据，并能准确定位桥架翻弯的位置和高度。

　　通过使用移动终端辅助现场施工，使施工人员更直观的了解管线走向，尤其是理解复杂节点部位的施工方式，有效提高施工效率。管理人员也可将现场施工完成情况与移动终端中的BIM模型进行对比，实现过程监督和质量验收，进而达到无纸化施工和绿色施工的效果。

　　3.3.3 场地规划管理

　　利用BIM技术对场地进行动态规划管理，随着施工进程的推进而合理调整，分阶段进行BIM三维模型的建立与模拟。借以检查交通组织规划、现场材料堆放、现场加工场地及临建设施的选址是否合理，并通过对通道路径、机械设施摆放、现场施工防火布置等进行全方位模拟，可以更有效的施工现场进行综合规划与管理，以确保成为一个高效与更安全的工地。

　　 4 总结与展望

　　传统的建筑管理模式基于纸介质方式进行信息交流，容易造成“信息孤岛”。且项目整体管理的精细化程度不够、水平不高，在一定程度上制约了超高层建筑的发展。而BIM技术的发展，打破了设计、施工和运营之间的传统隔阂，实现项目各参与方之间的信息交流和共享。BIM模型将各专业分散的二维CAD图纸和数据整合到建筑信息模型中，提供更为直观的三维可视化表达方式。

　　本文以天津周大福金融中心项目为实例，分析了现阶段超高层建筑中存在的技术难点，介绍了应用BIM技术的意义，并详细阐述了BIM协同工作的实施流程与内容。总结了BIM技术在智能化专业机房和弱电间的应用方法，提出了基于BIM技术的项目全生命周期的应用方法。全生命周期的使用BIM技术对超高层建筑进行管理，保证了从设计、施工到运维的各个过程的BIM信息的延续性和完整性，有效的提高工程管理的信息化、精细化水平。

　　我国超高层建筑整体建设发展水平与发达国家还有一定差距，信息化、精细化程度还有待提高，而BIM技术的发展和应用必将给超高层建筑的建设带来革命性的变化。但是，要促进和实现BIM技术广泛应用，还需要制定相应的技术标准和规范作为支撑，才能真正将BIM技术推广落地。