BIM應(yīng)用|上海世博會(huì)博物館全生命周期BIM應(yīng)用

上海世博會(huì)博物館全生命周期BIM應(yīng)用

1 工程概況

1.1項(xiàng)目簡(jiǎn)介

上海世博會(huì)博物館項(xiàng)目是上海首個(gè)市財(cái)力投資的BIM試點(diǎn)項(xiàng)目，同時(shí)也是和國(guó)際展覽局合作的國(guó)際性博物館。本館規(guī)劃選址于上海世博會(huì)地區(qū)文化博覽區(qū)15街坊15-02地塊，具體范圍為北至龍華東路，南至局門路，西至15-01地塊，東至蒙自路，規(guī)劃用地面積約4公頃，容積率不超過1.0，建筑高度不超過40米。世博會(huì)博物館總建筑面積約為46550㎡。該項(xiàng)目是上海市實(shí)施BIM技術(shù)管理試點(diǎn)樣板示范工程。

在世博會(huì)博物館工程項(xiàng)目中開展BIM應(yīng)用和科研創(chuàng)新課題，目的是在于：通過世博館項(xiàng)目，創(chuàng)建打造面向建筑全生命周期的BIM三維可視化協(xié)同工作平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目建設(shè)全程可視化、精細(xì)化管理;通過BIM實(shí)施，實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目的“縮短工期、降低成本、確保質(zhì)量”的工程目標(biāo);通過BIM實(shí)施，實(shí)現(xiàn)世博會(huì)博物館工程項(xiàng)目的應(yīng)用示范、科研創(chuàng)新和工程實(shí)施相互促進(jìn);實(shí)現(xiàn)BIM在世博館項(xiàng)目中出標(biāo)準(zhǔn)、出成果的科研目標(biāo)。

圖1 項(xiàng)目效果圖                                    圖2 博物館模型

1.2 工程特點(diǎn)和難點(diǎn)

首先體現(xiàn)在項(xiàng)目管理難度大。本項(xiàng)目坐落于中心城區(qū)，施工時(shí)間和場(chǎng)地都受限制，且各參與單位達(dá)到30多家，業(yè)主、施工、設(shè)計(jì)均不在同一場(chǎng)所辦公，項(xiàng)目管理和協(xié)調(diào)成本較高。

其次體現(xiàn)在技術(shù)難度大。本項(xiàng)目中的歡慶之云建筑造型獨(dú)特，為空間三維扭曲網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)，桿件和節(jié)點(diǎn)數(shù)量多、形式多樣，造成設(shè)計(jì)深化難度大;同時(shí)桿件為箱型，截面切割變化無統(tǒng)一規(guī)格，造成加工難度大;結(jié)構(gòu)整體跨度大、單件噸位輕、桿件、節(jié)點(diǎn)、焊縫較多，造成施工難度大。

綜上所述，結(jié)合本項(xiàng)目的實(shí)際需求，采用基于BIM技術(shù)的協(xié)同平臺(tái)來解決項(xiàng)目管理中的難題，提高效率。同時(shí)利用專業(yè)BIM工具軟件進(jìn)行建模和性能化分析，提高設(shè)計(jì)和施工效率，以解決攻克技術(shù)難題。

2 BIM組織與應(yīng)用環(huán)境

22.1BIM應(yīng)用目標(biāo)

本項(xiàng)目由業(yè)主主導(dǎo)，涵蓋設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)維全生命周期，同時(shí)開發(fā)一套基于BIM技術(shù)的三維協(xié)同管理平臺(tái)。

設(shè)計(jì)階段主要進(jìn)行各階段的建模，通過三維模型進(jìn)行光照、風(fēng)環(huán)境、熱環(huán)境、火災(zāi)煙氣模擬等性能化分析，以提高設(shè)計(jì)效率;通過多專業(yè)綜合管線碰撞優(yōu)化設(shè)計(jì)階段的管線排布;通過三維模擬來提高業(yè)主決策效率。

施工階段在設(shè)計(jì)模型的基礎(chǔ)上進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)、幕墻、機(jī)電等主要專業(yè)的深化工作，通過模型深化調(diào)整模型的可實(shí)施性;通過場(chǎng)地布置模擬快速制定施工組織方案和措施;通過施工過程BIM量?jī)r(jià)的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)為造價(jià)控制提供決策依據(jù)。

運(yùn)維階段根據(jù)業(yè)主的管理需求，開發(fā)一套基于BIM技術(shù)的運(yùn)維管理平臺(tái)。根據(jù)博物館的特色，在空間管理、展陳管理、設(shè)備管理等方面進(jìn)行運(yùn)維管理。

協(xié)同管理方面，針對(duì)項(xiàng)目管理要求開發(fā)一套基于BIM技術(shù)的三維協(xié)同管理平臺(tái)，能夠支持PC端及移動(dòng)端，提高項(xiàng)目管理效率。

2.2實(shí)施方案

在本項(xiàng)目實(shí)施開始前，制定了完整的BIM實(shí)施方案，包括建模深度標(biāo)準(zhǔn)、文檔及構(gòu)建編碼標(biāo)準(zhǔn)、協(xié)同平臺(tái)使用手冊(cè)、算量建模規(guī)范等;設(shè)計(jì)階段采用Revit建立建筑、結(jié)構(gòu)、機(jī)電模型，歡慶之云的異形曲面采用Rhino+grasshopper進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計(jì)，以達(dá)到設(shè)計(jì)師所需要的效果。施工階段利用Revit進(jìn)行二次結(jié)構(gòu)與機(jī)電專業(yè)的深化，根據(jù)安裝工藝要求添加保溫層、法蘭等構(gòu)件，形成施工模型。其中歡慶之云結(jié)構(gòu)復(fù)雜，采用Tekla進(jìn)行節(jié)點(diǎn)深化并出圖，將模型送至加工廠進(jìn)行預(yù)制，真正做到正向三維設(shè)計(jì)及施工。在竣工階段根據(jù)運(yùn)維的要求添加設(shè)施設(shè)備的屬性、說明手冊(cè)等，以滿足運(yùn)維系統(tǒng)的需要。竣工進(jìn)入運(yùn)維階段后，將竣工模型進(jìn)行輕量化及構(gòu)建化，利用數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行數(shù)據(jù)的管理，按照運(yùn)維需求進(jìn)一步完善模型信息。

全過程所有圖紙、模型、文檔等數(shù)據(jù)都采用工程協(xié)同平臺(tái)進(jìn)行管理，各參與方通過平臺(tái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的交互及傳遞。各類模型審核、提資等流程通過協(xié)同平臺(tái)進(jìn)行統(tǒng)一流轉(zhuǎn)。

2.3團(tuán)隊(duì)組織

本項(xiàng)目是由業(yè)主主導(dǎo)，由BIM總包對(duì)各BIM應(yīng)用團(tuán)隊(duì)進(jìn)行管理的模式。同時(shí)聘請(qǐng)社會(huì)行業(yè)內(nèi)的老師作為老師組對(duì)項(xiàng)目里程碑階段給予指導(dǎo)和質(zhì)量把控。各BIM應(yīng)用團(tuán)隊(duì)皆來自項(xiàng)目本身的設(shè)計(jì)、施工單位，有效地把傳統(tǒng)項(xiàng)目管理和BIM技術(shù)結(jié)合在一起，真正做到BIM技術(shù)為項(xiàng)目服務(wù)。各項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)通過三維協(xié)同平臺(tái)進(jìn)行協(xié)同工作，有效保證了數(shù)據(jù)的及時(shí)性和唯一性。

圖3 組織架構(gòu)圖

2.4應(yīng)用措施

本項(xiàng)目規(guī)劃的全生命周期的BIM應(yīng)用有132項(xiàng)，根據(jù)項(xiàng)目的進(jìn)度及實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景,在眾多應(yīng)用中挑選價(jià)值容易突顯的應(yīng)用點(diǎn)進(jìn)行著重深入的實(shí)施。同時(shí)做好宏觀層面的規(guī)劃，每個(gè)參與方進(jìn)入項(xiàng)目體系之前都會(huì)有一份相應(yīng)的BIM實(shí)施要求，并納入合同進(jìn)行管理。協(xié)同平臺(tái)的使用手冊(cè)分發(fā)至每個(gè)項(xiàng)目組，按照前期規(guī)劃的方案進(jìn)行執(zhí)行。在每個(gè)應(yīng)用完成之后通過協(xié)同平臺(tái)將模型等文件進(jìn)行流轉(zhuǎn)，各個(gè)參與方對(duì)模型進(jìn)行自檢并已交至下游工作小組。在施工圖設(shè)計(jì)、竣工等關(guān)鍵階段采用老師組進(jìn)行指導(dǎo)和驗(yàn)收，以保證項(xiàng)目實(shí)施目標(biāo)符合試點(diǎn)項(xiàng)目的要求。

2.5軟硬件環(huán)境

本項(xiàng)目涉及的應(yīng)用軟件眾多，建模類軟件主要包括Autodesk Revit系列及Tekla結(jié)構(gòu)軟件。工程協(xié)同平臺(tái)在Bentley ProjectWise的基礎(chǔ)上進(jìn)行二次開發(fā)，并在業(yè)主方、施工現(xiàn)場(chǎng)、設(shè)計(jì)院分別架設(shè)服務(wù)器，以滿足工程管理需要。

圖4 軟硬件配置

3 BIM應(yīng)用

3.1設(shè)計(jì)階段應(yīng)用

設(shè)計(jì)階段通過Grasshopper插件進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計(jì)，優(yōu)化歡慶之云的幕墻板塊，使得幕墻面積減少5%。同時(shí)將幕墻板塊分割進(jìn)行調(diào)整后，減少了損耗。

完成各專業(yè)模型后，利用各類性能化分析軟件進(jìn)行分析，提高設(shè)計(jì)效率，性能化分析應(yīng)用見表1。

表1 性能化分析效用

3.2施工階段應(yīng)用

對(duì)設(shè)計(jì)模型進(jìn)行深化，增加支架、保溫層、法蘭等附件，對(duì)直徑250mm以上管道進(jìn)行碰撞檢測(cè)，確保模型可施工性。同時(shí)對(duì)異形云廳結(jié)構(gòu)進(jìn)行深化，三維深化建模完成后導(dǎo)出圖紙，并下料進(jìn)行加工，利用BIM技術(shù)指導(dǎo)復(fù)雜曲面的施工。

           圖5 Tekla深化設(shè)計(jì)                                                   圖6 預(yù)制加工

同時(shí)在施工過程中通過模型導(dǎo)出土建、機(jī)電、鋼結(jié)構(gòu)、幕墻的量，進(jìn)行歸納統(tǒng)計(jì)，為投資控制提供依據(jù)。將BIM工程量與傳統(tǒng)造價(jià)估算相比較，本項(xiàng)目整體誤差在1%以內(nèi)。

3.3運(yùn)維階段應(yīng)用

根據(jù)業(yè)主實(shí)際運(yùn)營(yíng)要求，定制化開發(fā)一套運(yùn)維平臺(tái)。平臺(tái)具有空間管理功能：實(shí)現(xiàn)二維圖紙與三維模型空間的聯(lián)動(dòng)，快速查找定位并顯示空間體積、歸屬等屬性;搬運(yùn)管理功能：實(shí)現(xiàn)展陳物品的智能模擬搬運(yùn)，自動(dòng)計(jì)算最優(yōu)搬運(yùn)路徑;設(shè)備管理功能：將模型中的設(shè)備構(gòu)件、二維系統(tǒng)圖中的設(shè)備、進(jìn)行統(tǒng)一編碼，并將說明手冊(cè)、廠商信息等與編碼進(jìn)行關(guān)聯(lián)，對(duì)設(shè)備進(jìn)行結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的管理;開放接口：提供標(biāo)準(zhǔn)開放的接口，將建筑智能化系統(tǒng)中的視頻監(jiān)控、樓宇設(shè)備控制系統(tǒng)、門禁等接入運(yùn)維管理平臺(tái)統(tǒng)一監(jiān)管。

        圖7 空間管理圖                                            8 搬運(yùn)管理

3.4協(xié)同管理平臺(tái)應(yīng)用

數(shù)據(jù)管理方面，對(duì)現(xiàn)有的圖紙、模型、圖片等各類文檔進(jìn)行管理，并支持輕量化模型、圖紙等文檔預(yù)覽、批注等。編碼體系方面，對(duì)文檔進(jìn)行統(tǒng)一編碼及版本管理，保證數(shù)據(jù)唯一性和準(zhǔn)確性。權(quán)限及流程管理方面，不同的參與方在平臺(tái)使用過程中擁有不同的權(quán)限，既滿足協(xié)同工作的要求，又保證數(shù)據(jù)安全。同時(shí)將模型審核等流程通過平臺(tái)進(jìn)行管理，實(shí)現(xiàn)管理數(shù)據(jù)可追溯。移動(dòng)應(yīng)用方面，實(shí)現(xiàn)流程、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、模型瀏覽等功能在移動(dòng)端的應(yīng)用，提高平臺(tái)使用的便捷性。

圖9 協(xié)同管理平臺(tái)及移動(dòng)端應(yīng)用

4 應(yīng)用效果

BIM技術(shù)在本項(xiàng)目中的益處顯而易見，雖然不能做到面面俱到，但在本項(xiàng)目的設(shè)計(jì)應(yīng)用，施工深化應(yīng)用、算量應(yīng)用、協(xié)同平臺(tái)中都發(fā)揮了很大的作用。

設(shè)計(jì)方面主要解決大量的凈高問題，通過管線綜合，BIM團(tuán)隊(duì)與設(shè)計(jì)人員的拍圖例會(huì)，不斷的溝通，減少了大量設(shè)計(jì)過程中的疏漏，解決設(shè)計(jì)錯(cuò)漏碰缺700多處。

鋼結(jié)構(gòu)深化設(shè)計(jì)方面，主要針對(duì)云廳鋼結(jié)構(gòu)(復(fù)雜的異性曲面)進(jìn)行三維深化，3000多個(gè)不同節(jié)點(diǎn)深化后通過三維方式展現(xiàn)出來并出具二維圖紙指導(dǎo)施工，節(jié)省鋼結(jié)構(gòu)噸位約8%，一般桿件數(shù)量減少5%，鑄鋼件減少87%。

算量方面，目前主要針對(duì)地下土建部分進(jìn)行算量，主要包括混凝土及模板數(shù)量，通過三維模型的算量結(jié)果和實(shí)際投資監(jiān)理的人工算量相比，誤差大多在5%以內(nèi)，可以說三維算量結(jié)果具有一定的參考價(jià)值，部分異常值如框架柱模板面積是由于勁性柱里面含有鋼板，計(jì)算模板時(shí)將鋼板所占面積也計(jì)算在內(nèi)，屬于建模技術(shù)問題，可后期進(jìn)行處理，在初次建模的時(shí)候應(yīng)盡量規(guī)避。

協(xié)同平臺(tái)中數(shù)據(jù)文檔5002個(gè)，累計(jì)數(shù)據(jù)約30G，在線用戶132個(gè)，顯著提高了項(xiàng)目管理的信息化水平。

5 總 結(jié)

5.1創(chuàng)新點(diǎn)

BIM技術(shù)應(yīng)用是一項(xiàng)結(jié)合項(xiàng)目管理的系統(tǒng)工程，在本項(xiàng)目實(shí)施過程中也積累了不少經(jīng)驗(yàn)。其中項(xiàng)目管理方作為BIM總包在項(xiàng)目實(shí)施的過程中帶來了極大的好處主要體現(xiàn)在以下幾方面：

1)作為項(xiàng)目管理公司對(duì)設(shè)計(jì)方、施工方都有一定的約束力;

2)擁有工程技術(shù)背景的優(yōu)勢(shì)使得在BIM技術(shù)應(yīng)用的過程中溝通更加順暢。

其次協(xié)同平臺(tái)的使用也使得溝通成本大大降低，主要表現(xiàn)在：

1)數(shù)據(jù)源、編碼統(tǒng)一，各類文件版本管理使得共享文件的準(zhǔn)確性和可追溯性;

2)分布式服務(wù)器的部署方式使得本地訪問數(shù)據(jù)的效率更高;

3)兼容各類不同版本的文本文檔及各種格式的三維模型，使得輕量化訪問數(shù)據(jù)成為可能;

4)基于平臺(tái)的BIM流程使得模型等單文件容量較大的電子文檔流轉(zhuǎn)效率更高更流暢。

最后鋼結(jié)構(gòu)三維深化應(yīng)用使得深化效率更高，主要體現(xiàn)在：

1)正向三維設(shè)計(jì)顯著加快設(shè)計(jì)和施工速度，模型及圖紙質(zhì)量更高;

2)在平面圖表達(dá)效率低下時(shí)，通過專業(yè)三維軟件設(shè)計(jì)使出圖效率更高。

5.2經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)

當(dāng)然根據(jù)項(xiàng)目不同的性質(zhì)和實(shí)際情況，在本項(xiàng)目的實(shí)施過程中也遇到了很多困難。首先專業(yè)工程師BIM應(yīng)用能力欠缺，BIM工程師專業(yè)能力欠缺，這使得在前期兩個(gè)團(tuán)隊(duì)合作的過程中溝通成本較高。其次由于項(xiàng)目工期緊張等各種因素，項(xiàng)目實(shí)施過程中以解決工程中的實(shí)際困難為首要目標(biāo),理論性的科研嘗試較少。再者，本項(xiàng)目為上海市首個(gè)試點(diǎn)項(xiàng)目,為保證項(xiàng)目實(shí)施效果,從技術(shù)選型上較為保守,選擇一些市場(chǎng)上較為成熟的產(chǎn)品和技術(shù)路線,大膽創(chuàng)新的應(yīng)用點(diǎn)沒有全面開展。

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