BIM技术在上海市世博会博物馆项目中的应用

一、项目概况

1.项目基本概况

上海世博会博物馆项目是上海市首个市财力投资的BIM试点项目,同时也是和国际展览局合作的国际性博物馆。本馆规划选址于上海世博会地区文化博览区15街坊15-02地块,具体范围北至龙华东路,南至局门路,西至15-01地块,东至蒙自路。规划用地面积约4公顷,容积率不超过1.0,建筑高度不超过40米,世博会博物馆建筑面积约为46550㎡。该项目是上海市实施BIM技术管理试点样板示范工程。

 

 

2.工程特点难点分析

首先体现在项目管理难度大。本项目坐落于中心城区,施工时间和场地都受限制,且参与各单位达到30多家,业主、施工、设计均不在同一场所办公,项目管理和协调成本较高。

其次体现在技术难度大。本项目中的欢庆之云建筑造型独特,为空间三维扭曲网壳结构,杆件和节点数量多、形式多样,造成加工难度大;同时杆件为箱型,截面切割变化无统一规格,造成设计深化难度大;结构整体跨度大、单件吨位轻、杆件、节点、焊缝较多,造成施工难度大。

综上所述,结合本项目的实际需求,采用基于BIM技术的协同平台来解决项目管理中的难题,提高效率。同时利用专业BIM工具软件进行建模和性能化分析,提高设计和施工效率,以解决攻克技术难题。

 

二、BIM技术应用模式

1.应用目标

本项目由业主主导,涵盖设计、施工、运维全生命周期,同时开发一套基于BIM技术的三维协同管理平台。

设计阶段主要进行各阶段的建模,通过三维模型进行光照、风环境、热环境、火灾烟气模拟等性能化分析,以提高设计效率;通过多专业综合管线碰撞优化设计阶段的管线排布;通过三维模拟来提高业主决策效率。

施工阶段在设计模型的基础上进行钢结构、幕墙、机电等主要专业的深化工作,通过模型深化调整模型的可实施性;通过场地布置模拟快速制定施工组织方案和措施;通过施工过程BIM量价的动态数据为造价控制提供决策依据。

运维阶段根据业主的管理需求,开发一套基于BIM技术的运维管理平台。根据博物馆的特色,在空间管理、展陈管理、设备管理等方面进行运维管理。

协同管理方面,针对项目管理要求开发一套基于BIM技术的三维协同管理平台,能够支持PC端及移动端,提高项目管理效率。

2.组织构架

本项目是由业主主导,由BIM总包对各BIM应用团队进行管理的模式。同时聘请社会行业内的专家作为专家组对项目里程碑阶段给予指导和质量把控。各BIM应用团队皆来自项目本身的设计、施工单位,有效地把传统项目管理和BIM技术结合在一起,真正做到BIM技术为项目服务。各项目团队通过三维协同平台进行协同工作,有效保证了数据的及时性和唯一性。

 

 

3.参与单位的职责与分工

本项目的实施成果是团队协作的结晶,主要参与单位如下:

建设单位:上海世博会博物馆

项目管理单位/BIM总包单位:上海世博建设开发有限公司

BIM咨询单位:上海建科工程咨询有限公司

设计单位:华东建筑设计研究院有限公司

施工总包:上海建工四建集团有限公司,还有其他施工分包单位、平台建设单位等。

4.各参建单位分工职责如下:

建设单位职责:

制定方针策略,指导BIM项目实施;

审定项目目标、范围及评价考核标准;

批准项目计划、监控项目进程;

协助项目BIM实施的资源调配;

对项目中各种意外、困难情况做出决策,避免BIM项目方向发生大的偏差,帮助BIM项目得以顺利高效地运行。

专家组职责:

负责对BIM项目实施提供建议、技术指导;

对各个阶段的阶段性成果、以及最终BIM成果质量进行最终的审核;

负责本项目BIM实施的目标导向。

项目管理公司/BIM总包职责:

根据顾问单位提供的咨询意见,并结合建设单位的需求,确定最终的项目实施方案;

按照实施计划组织协调设计、施工、平台、算量等各方面的实施过程;

确定协同管理平台的建设需求;

组织各阶段的模型、应用报告等成果的审核;

组织工作例会,做好与实际工程开展的结合工作;

负责所有BIM验收交付工作。

BIM顾问单位职责:

负责协助BIM总包进行项目BIM工作的整体规划、监督、指导和实时管理;

负责协助BIM总包进行BIM组织体系建设;

负责编制BIM实施大纲、方案和相关BIM规则和流程;

负责对设计单位和施工总包的BIM成果进行审核;

负责协调和督促BIM实施各方进行BIM应用;

负责协助BIM总包进行BIM项目管理工作。

设计单位职责:

负责本项目方案设计、初步设计、施工图设计模型的建立和应用;

按照BIM的应用目标和要求进行三维建模,提交符合设计阶段模型深度要求的,并且与二维设计图纸一致的BIM模型;

完成设计阶段的相关应用(各专业碰撞、深化设计复核与确认等);

按照要求提交给BIM总包单位所有工作成果。

施工总包单位职责:

负责本项目施工阶段BIM应用和管理;

按照BIM总包提出的相关实施要求和标准开展BIM相关工作;

施工过程中组织相关各施工分包对设计单位提交的本项目设计BIM模型进行质量审核;

负责保质保量地完成合同规定的施工阶段所有BIM应用,持续更新施工模型直至达到竣工模型交付要求;

负责对本项目设计单位提交的设计模型进行充分协调,组织相关专业分包方更新维护;

按照要求提交给BIM总包方所有工作成果。

投资/算量单位职责:

按算量建模规范审核模型;

按算量规范调整各阶段模型;

根据各阶段模型进行算量并形成结果;

将算量结果与传统投资控制计算的成果比较并出具分析报告。

BIM协同平台职责:

负责本项目协同平台的建设开发和部署;

按BIM总包确定的需求进行BIM文控体系、工作流程、模型应用展示、移动端等管理等应用的开发;

根据业主及BIM总包确定的需求进行空间管理、模型展示、搬运管理、设施设备管理等应用的开发;

负责平台使用培训。

各参与方在项目开展前,明确各方职责和相关工作内容。作为BIM工作的执行人和管理者,能对整体BIM工作运行情况掌握。同时结合整体项目进度计划,对各阶段的BIM工作内容提前安排计划和流程梳理。结合各方BIM工作内容,其主要职责分配如下:

 

 

5.工作流程

在确定BIM技术应用基本技术路线后,为便于各方开展工作,根据设计、施工、运维各阶段BIM应用工作,制定相应的具体工作流程,指导各应用工作。

设计阶段的BIM技术应用,确定完成如下内容:

(1)场地建模;

(2)场地漫游;

(3)规划、初设、施工图各设计阶段的模型建模;

(4)碰撞检测;

(5)管线综合。

通过碰撞检测及管线综合,减少错、碰、漏等设计差错,通过管线综合优化设计成果。

施工阶段的BIM应用,施工总包根据施工要求,结合设计阶段的模型,继续开展施工阶段应用,完成相应需要完善的施工模型,通过施工过程应用,添加相应信息,最终提交竣工模型。主要完成应用为:

(1)施工建模;

(2)4D施工模拟;

(3)5D成本控制。

运营阶段的BIM应用,运营阶段承接施工总包提交的项目竣工模型,根据模型对所有空间及设备用房进行数据统计并实现可视化管理。为满足对运营管理的需求,在BIM竣工模型的基础上结合楼宇智能化系统,进行数据的联动。主要完成:

(1)运维建模;

(2)空间管理;

(3)布展信息管理;

(4)展品搬运管理;

(5)工程设备管理。

 

三、BIM技术应用内容

1.设计阶段应用

设计阶段通过Grasshopper插件进行参数化设计,优化欢庆之云的幕墙板块,使得幕墙面积减少5%。同时将幕墙板块分割进行调整后,减少了损耗。

2.施工阶段应用

对设计模型进行深化,增加支架、保温层、法兰等附件,对直径250mm以上管道进行碰撞检测,确保模型可施工性。同时对异形云厅结构进行深化,三维深化建模完成后导出图纸,并下料进行加工,利用BIM技术指导复杂曲面的施工。

同时在施工过程中通过模型导出土建、机电、钢结构、幕墙的量,进行归纳统计,为投资控制提供依据。将BIM工程量与传统造价估算相比较,本项目整体误差在1%以内。

3.运维阶段应用

根据业主实际运营要求,定制化开发一套运维平台。平台具有以下功能:

空间管理功能:实现二维图纸与三维模型空间的联动,快速查找定位并显示空间体积、归属等属性;

搬运管理功能:实现展陈物品的智能模拟搬运,自动计算最优搬运路径;

设备管理功能:将模型中的设备构件、二维系统图中的设备进行统一编码,并将说明手册、厂商信息等与编码进行关联,对设备进行结构化数据的管理;

开放接口:提供标准开放的接口,将建筑智能化系统中的视频监控、楼宇设备控制系统、门禁等接入运维管理平台统一监管。

4.协同管理平台应用

数据管理方面,对现有的图纸、模型、图片等各类文档进行管理,并支持轻量化模型、图纸等文档预览、批注等。编码体系方面,对文档进行统一编码及版本管理,保证数据唯一性和准确性。权限及流程管理方面,不同的参与方在平台使用过程中拥有不同的权限,既满足协同工作的要求,又保证数据的安全。同时将模型审核等流程通过平台进行管理,实现管理数据可追溯。移动应用方面,实现流程、数据存储、模型浏览等功能在移动端的应用,提高平台使用的便捷性。

 

四、BIM技术应用效益

本项目全生命周期BIM技术应用(含运营维护阶段)过程中,利用BIM技术进行参数化设计、碰撞检测、性能化分析、机电深化、钢结构深化、幕墙深化、流程管理、移动端应用、进度管理和运维模型整理等,在经济、效率和进度方面取得了诸多定性和定量的价值、效益。

在设计阶段,通过参数化设计、优化云厅幕墙板块分割,减少幕墙面积5%,约400㎡;通过三维建模,碰撞检测,共计43次拍图,解决问题793个,节省造价约500万;通过性能化分析,进行风环境、气候、热环境等模拟,提高设计效率;利用BIM模型三维可视化功能,提高展陈区域建模精度,提前提供三维可视化视频,减少展陈招投标时间约1个月。

在施工阶段,应用BIM技术进行机电深化设计,解决问题413个,经济效益约为100万;钢结构深化设计阶段,采用正向三维设计,减少设计时间1个月,总吨位减少8%,杆件减少5%,铸钢件减少87%,经济效益约为450万;幕墙深化设计阶段,通过模型导出幕墙展开图,提高图纸的阅读效率;在算量方面,利用广联达软件通过对土建、结构、机电模型进行算量,得出单项误差在5%以内,总体误差在1%以内;基于BIM模型的三维交底,每次设计交底伴随着三维BIM交底,大节点共计6次,提高交底效率;应用BIM技术进行建筑深化,对大量的斜墙进行深化,根据模型排摸制作,节省模板算料时间约7天。

此外,项目协同平台的建立和应用提高了数据使用效率、沟通效率和任务催办效率等。在文控体系方面,生成文档5002个,数据30G,用户132个,文档一一进行编码控制,权限控制,提高数据使用效率;流程管理方面,模型审核、设计变更等在线实施流程41个,大大增加沟通效率;移动端应用方面,二维码图纸扫面提高图纸准确率、微PW数据应用使80%管理层通过移动端获取数据;进度管理方面,通过进度与平台预警机制结合,共发出任务预警信息12000多条,提高任务催办效率。

在运维阶段,利用运维平台对运维模型进行整理,完成1021台设备图纸、模型数据校核和编码,为后续运维数据准确率提供保障,提高了工作效率。

综上,本项目BIM技术应用带来的经济效益约1100万,占总投资额约2%;进度效益约67天,占总工期约5%;数据流转效率提高至点对点。

 

五、经验总结

BIM技术应用是一项结合项目管理的系统工程,在本项目实施过程中也积累了不少经验,总结如下:

(1)由项目管理方作为BIM总包奠定了整个项目BIM成功实施的基础。其一,作为项目管理方,对设计方、施工方都有一定的约束力;其二,拥有工程技术背景的优势,使得在BIM技术应用的过程中沟通更加顺畅。

(2)协同平台的建立和使用,为基于BIM的协同工作提供了基础平台。不仅极大地方便了建设单位对数据进行管理和使用,还使得沟通成本明显降低。主要表现在:

数据源、编码统一,各类文件版本管理使得共享文件具有准确性和可追溯性;

分布式服务器的部署方式使得本地访问数据的效率更高;

兼容各类不同版本的文本文档及各种格式的三维模型,使得轻量化访问数据成为可能;

基于平台的BIM流程使得模型等单文件容量较大的电子文档流转效率更高更流畅。

(3)数据编码的建立为运维阶段数据应用做好了重要的铺垫。本项目的编码是运维阶段录入的。编码体系庞大、标准种类多,需要编制几套不同行业的编码体系、知识库共享。在有编码体系的基础上,通过信息化手段进行几何及非几何数据的继承、复用,使数据结构化并形成更深层的应用。

(4)钢结构深化设计显著提高了设计效率。正向三维设计显著加快了设计和施工速度,模型及图纸质量更高。在平面图表达效率低下时,通过专业三维软件设计使出图效率更高。
完成各专业模型后,利用各类型能化分析软件进行分析,提高设计效率。