徐曉紅 鄭 威 余士杰 周好翀

1. 上?？萍拣^ 上海 200127；

2. 上海市建設(shè)工程監(jiān)理咨詢有限公司 上海 200080

1 工程概況

上海天文館作為上?？萍拣^分館（圖1），是近年來(lái)社會(huì)關(guān)注的大型文化地標(biāo)項(xiàng)目，旨在普及天文科學(xué)知識(shí)、完善城市功能、構(gòu)建天文交流平臺(tái)及推進(jìn)臨港地區(qū)城市建設(shè)等。項(xiàng)目地處上海東南角的臨港新城，占地58 600 m2，總建筑面積38 163.9 m2，其中，地上部分25 762.1 m2，地下部分12 401.8 m2?；貎?nèi)的建筑包括主體建筑和附屬建筑2個(gè)部分。主體建筑地上3層，地下1層，以鋼筋混凝土框架剪力墻結(jié)構(gòu)為主，大懸挑、球幕影院球體區(qū)域?yàn)殇摻Y(jié)構(gòu)，倒穹頂區(qū)域?yàn)殇X合金結(jié)構(gòu)，附屬建筑分為魔力太陽(yáng)塔、青少年觀察基地、餐廳、大眾天文臺(tái)這4個(gè)建筑單體。

圖1 上海天文館效果圖

該項(xiàng)目具有以下施工難點(diǎn)：

1）滿足形態(tài)的建筑設(shè)計(jì)。項(xiàng)目外觀造型獨(dú)特，多為球體、橢圓體和不規(guī)則的曲面。內(nèi)部夾層較多，空間多有跨層，傳統(tǒng)的二維建筑設(shè)計(jì)很難把復(fù)雜的三維空間表達(dá)得準(zhǔn)確清晰。

2）契合造型的結(jié)構(gòu)搭建。項(xiàng)目結(jié)構(gòu)形式的組合極為特殊，不僅需要達(dá)到內(nèi)外空間的連貫和美觀，更重要的是保證最基本的結(jié)構(gòu)安全性。主體建筑結(jié)構(gòu)材料多樣，構(gòu)件分為大小不同的截面尺寸，對(duì)構(gòu)件選擇、整體承載力提出了較高要求。需要在三維結(jié)構(gòu)模型的基礎(chǔ)上進(jìn)行計(jì)算分析、自選方案，才能滿足項(xiàng)目結(jié)構(gòu)安全和經(jīng)濟(jì)性要求。

3）融合建筑空間與布展陳列。作為文化展館類項(xiàng)目，布展區(qū)域要整齊、簡(jiǎn)潔、富有美感，必須滿足陳列展示的需要。為展示區(qū)域留下足夠的凈高空間，匹配展示展覽的功能布局，管線綜合的排布至關(guān)重要。展示內(nèi)容需在三維環(huán)境中演示，進(jìn)一步與建筑空間相融合，以達(dá)到整體觀感效果，從而滿足業(yè)主對(duì)布展效果最優(yōu)化的要求。

2 基于BIM的全生命周期應(yīng)用

2.1 基于BIM的設(shè)計(jì)階段應(yīng)用

當(dāng)前，BIM技術(shù)在建筑設(shè)計(jì)領(lǐng)域的應(yīng)用已獲得廣泛認(rèn)可，基于BIM的三維協(xié)同設(shè)計(jì)取代傳統(tǒng)的CAD設(shè)計(jì)方式，是未來(lái)建筑設(shè)計(jì)的主流。上海天文館項(xiàng)目利用BIM模型在設(shè)計(jì)過程中及時(shí)并直觀地發(fā)現(xiàn)圖紙中的錯(cuò)誤、構(gòu)件碰撞和遺漏問題，進(jìn)行一系列的性能化分析并輔助優(yōu)化設(shè)計(jì)，從而提高設(shè)計(jì)質(zhì)量并實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目綠色節(jié)能減排的要求[1-6]。

2.1.1 三維協(xié)同設(shè)計(jì)

首先確定二維CAD設(shè)計(jì)師，由他們控制保證設(shè)計(jì)滿足規(guī)范要求，BIM設(shè)計(jì)師協(xié)調(diào)各個(gè)專業(yè)的分工及效果制作。在設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)提供的BIM方案設(shè)計(jì)模型的基礎(chǔ)上，生成CAD圖紙并將其上傳至設(shè)計(jì)協(xié)同管理平臺(tái)。二維CAD設(shè)計(jì)師從平臺(tái)上得到BIM提資，再進(jìn)一步擴(kuò)初，進(jìn)而完成最終的施工圖設(shè)計(jì)圖紙，后將圖紙上傳至平臺(tái)。BIM設(shè)計(jì)師從平臺(tái)上得到CAD施工圖設(shè)計(jì)反提資，對(duì)BIM方案設(shè)計(jì)模型進(jìn)行深化和完善，以交互的方式完成設(shè)計(jì)成果。方案及施工圖設(shè)計(jì)階段的協(xié)同流程如圖2所示。

圖2 三維協(xié)同設(shè)計(jì)工作流程

BIM設(shè)計(jì)師與二維CAD設(shè)計(jì)師協(xié)同工作，利用BIM軟件檢查碰撞、制作虛擬漫游動(dòng)畫，及時(shí)協(xié)助檢查模型，解決涉及碰撞問題等，包括各專業(yè)間的錯(cuò)誤、構(gòu)件碰撞和遺漏，從而保證圖模一致。對(duì)于如曲面幕墻、鋼結(jié)構(gòu)等復(fù)雜結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，確定點(diǎn)位位置比較困難，BIM設(shè)計(jì)師通過BIM模型在平面上定位點(diǎn)和線，并提交給二維CAD設(shè)計(jì)師，以此協(xié)助設(shè)計(jì)師繪制二維圖紙。BIM技術(shù)的應(yīng)用，使得大量設(shè)計(jì)協(xié)調(diào)工作提前，各專業(yè)工程師協(xié)同工作、緊密配合，設(shè)計(jì)質(zhì)量得到顯著提升。

2.1.2 建筑性能化分析

在上海天文館項(xiàng)目中，通過利用BIM模型，進(jìn)行日照、自然采光、室內(nèi)外通風(fēng)環(huán)境、人流疏散等性能化模擬分析，保證項(xiàng)目方案能夠達(dá)到節(jié)能減排的要求，滿足人體舒適性的需求，人員安全疏散也能得到保障。

上海天文館項(xiàng)目肩負(fù)著“綠色環(huán)?！钡慕ㄔ爝\(yùn)營(yíng)及躋身全球可持續(xù)發(fā)展設(shè)計(jì)典范的使命，項(xiàng)目初期就立下了要實(shí)現(xiàn)LEED白金級(jí)、國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)三星等一系列目標(biāo)。

2.2 基于BIM的施工階段應(yīng)用

BIM技術(shù)在項(xiàng)目設(shè)計(jì)階段已得到廣泛應(yīng)用，但在施工階段往往無(wú)法延續(xù)，或由于工期緊張等客觀條件導(dǎo)致未按原計(jì)劃實(shí)施。本項(xiàng)目在招標(biāo)文件中明確要求總承包單位、監(jiān)理單位、專業(yè)分包單位必須利用BIM模型深化設(shè)計(jì)和開展現(xiàn)場(chǎng)交底，真正做到BIM技術(shù)全覆蓋。

2.2.1 基于BIM模型的深化設(shè)計(jì)

基于設(shè)計(jì)階段的BIM應(yīng)用成果，在施工階段對(duì)BIM模型進(jìn)行深化，創(chuàng)建了土建、鋼結(jié)構(gòu)、幕墻、室內(nèi)精裝、機(jī)電、弱電智能化和景觀專業(yè)深化模型，最后，整合成項(xiàng)目竣工模型（圖3）。在設(shè)計(jì)變更及現(xiàn)場(chǎng)情況的基礎(chǔ)上，及時(shí)更新BIM模型，保證BIM可視化技術(shù)協(xié)調(diào)工作在整個(gè)施工階段得到延續(xù)，例如，針對(duì)鋼結(jié)構(gòu)深化埋件定位、機(jī)房與控制室的空間位置關(guān)系等問題提供了直觀、清晰的解決方案。

圖3 項(xiàng)目竣工模型

2.2.2 進(jìn)度、質(zhì)量、安全可視化交底

本項(xiàng)目局部區(qū)域的結(jié)構(gòu)形式較復(fù)雜，因此對(duì)施工工藝提出了較高要求，例如，主體建筑的球幕影院球體和大懸挑區(qū)域的鋼結(jié)構(gòu)吊裝工程對(duì)決定項(xiàng)目施工成敗影響重大，也是項(xiàng)目施工的難點(diǎn)。為解決這一難題，項(xiàng)目利用BIM模型，制作了施工專項(xiàng)方案模擬動(dòng)畫，展示施工及拼裝方案，譬如鋼支撐搭設(shè)、定位及卸載，桁架吊裝組合，鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)安裝等工藝步驟，在施工前做好三維技術(shù)交底，在進(jìn)程中不斷優(yōu)化，從而保證鋼結(jié)構(gòu)施工能夠安全且高質(zhì)量的完成。

應(yīng)用多種不同的新技術(shù)設(shè)備對(duì)施工進(jìn)行全面監(jiān)控，使用無(wú)人機(jī)從高處跟蹤現(xiàn)場(chǎng)總體施工進(jìn)度并與三維進(jìn)度模擬進(jìn)行比對(duì)；預(yù)先建立好安全配置模型以預(yù)防安全風(fēng)險(xiǎn)；每周進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)一致性核查比對(duì)，將質(zhì)量驗(yàn)收表單掛接至模型中；做到多方面可視化交底，根除施工隱患。

2.3 基于BIM的運(yùn)維階段應(yīng)用

本項(xiàng)目基于BIM竣工模型創(chuàng)建了運(yùn)維模型，開發(fā)了基于IBMS可視化系統(tǒng)平臺(tái)的智慧運(yùn)維管理系統(tǒng)，制訂了相關(guān)方案和維護(hù)機(jī)制；提升了設(shè)備、資產(chǎn)和空間的信息化管理水平，有效地降低運(yùn)營(yíng)維護(hù)的成本支出，為項(xiàng)目帶來(lái)經(jīng)濟(jì)上的增值效益。

2.3.1 上海天文館BIM運(yùn)維方案

根據(jù)上海天文館建設(shè)世界一流天文館的建設(shè)目標(biāo)以及打造“多館合一，智慧運(yùn)營(yíng)”的運(yùn)維目標(biāo)，結(jié)合項(xiàng)目實(shí)際需求，編制了一整套的BIM運(yùn)維方案作為指導(dǎo)。從運(yùn)營(yíng)模型處理方案、系統(tǒng)架構(gòu)、系統(tǒng)數(shù)據(jù)對(duì)接、資產(chǎn)管理、能耗管理、安全管理、建筑體維護(hù)、設(shè)備維護(hù)、后期維護(hù)升級(jí)等多個(gè)維度，全方位部署運(yùn)維階段系統(tǒng)平臺(tái)的BIM實(shí)施，為運(yùn)維階段工作的開展提供了可靠的依據(jù)，打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

2.3.2 基于BIM的IBMS可視化系統(tǒng)平臺(tái)

項(xiàng)目現(xiàn)已完成基于BIM的IBMS可視化系統(tǒng)平臺(tái)的現(xiàn)場(chǎng)搭建工作，子系統(tǒng)數(shù)據(jù)接入平臺(tái)的工作已步入最后階段。秉承“扁平結(jié)構(gòu)、集中協(xié)調(diào)、分散監(jiān)控、統(tǒng)一界面”的理念，將傳統(tǒng)的二維IBMS系統(tǒng)與BIM技術(shù)進(jìn)行有機(jī)融合，結(jié)合圖形、三維BIM模型、地理、圖標(biāo)和二維地圖等方式，通過現(xiàn)場(chǎng)大屏幕進(jìn)行展示和統(tǒng)一管理。

3 基于BIM的全生命周期管理

3.1 基于BIM的管理目標(biāo)

高質(zhì)量的管理是BIM高效應(yīng)用的保障，上海天文館作為政府和社會(huì)各界重點(diǎn)關(guān)注的項(xiàng)目，具有高度的影響力。本項(xiàng)目進(jìn)行了全面、完整的策劃，為使BIM在項(xiàng)目建設(shè)全過程的應(yīng)用得以貫徹執(zhí)行，通過基于BIM的項(xiàng)目管理，形成了“設(shè)計(jì)先行、精益化建造、智能化運(yùn)維”的項(xiàng)目應(yīng)用特色，努力打造上海市BIM技術(shù)應(yīng)用與管理案例的典范。

3.2 “四個(gè)一”的理念

為建設(shè)全球領(lǐng)先的智能化天文展館，本項(xiàng)目高度結(jié)合BIM與項(xiàng)目管理手段，并創(chuàng)新性地提出了 “四個(gè)一”理念，即“一個(gè)模型、一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)、一個(gè)平臺(tái)、統(tǒng)一管理”的管理理念。

1）一個(gè)模型。在模型更新迭代的過程中，做好質(zhì)量管控和不同階段的數(shù)據(jù)傳遞，體現(xiàn)了 “一個(gè)模型”的管理理念。在項(xiàng)目前期建立完整的應(yīng)用成果審核機(jī)制及管理體系，利用三維模型及時(shí)發(fā)現(xiàn)圖紙?jiān)O(shè)計(jì)存在的問題，并利用Navisworks軟件導(dǎo)出的視點(diǎn)與CAD圖紙相結(jié)合，編制問題核查報(bào)告；在施工階段對(duì)模型按不同專業(yè)進(jìn)行拆分深化，并由各參建單位進(jìn)行模型質(zhì)量審核，優(yōu)化項(xiàng)目施工深化設(shè)計(jì)。通過從設(shè)計(jì)、施工到運(yùn)維階段均基于一個(gè)模型的傳承、深化和應(yīng)用，避免重復(fù)建模，保證BIM數(shù)據(jù)信息的一致性、準(zhǔn)確性和完整性。

2）一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。在“一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)”管理理念的基礎(chǔ)上，在項(xiàng)目前期制定好BIM實(shí)施策劃方案，并根據(jù)不同階段、逐步細(xì)化的統(tǒng)一管理實(shí)施細(xì)則等管理大綱，使各參建單位在BIM應(yīng)用深度、技術(shù)要求和內(nèi)容成果的標(biāo)準(zhǔn)上保持一致。

3）一個(gè)平臺(tái)。為了保障項(xiàng)目各參建單位能夠高效地開展協(xié)作，在準(zhǔn)備階段就搭建了Autodesk Vault協(xié)同管理平臺(tái)，真正實(shí)現(xiàn)在數(shù)據(jù)管理的基礎(chǔ)上進(jìn)行協(xié)同，保證參建單位之間能夠?qū)崿F(xiàn)工程信息共享。在異地分布的2個(gè)機(jī)房里布設(shè)服務(wù)器，做好雙重備份，始終保證信息的安全性和完整性。秉承“線上、線下同步進(jìn)行”的理念，由BIM管理咨詢單位每周編制Vault平臺(tái)執(zhí)行報(bào)告，監(jiān)督所有參建單位，將協(xié)同平臺(tái)的使用貫徹始終，為項(xiàng)目運(yùn)維提供數(shù)據(jù)支撐和信息保障。

4）統(tǒng)一管理。編制BIM管理流程，把BIM工作納入各參建單位的招標(biāo)要求中，使全員參與BIM的理念能夠付諸實(shí)際。通過編制BIM雙周工作計(jì)劃、BIM周月刊，開展BIM宣貫培訓(xùn)、組織召開并積極參加不同類別的專題匯報(bào)或者研討會(huì)議等途徑管控BIM工作，各參建單位在統(tǒng)一的管理和協(xié)調(diào)下，以“BIM先行、技術(shù)先行和方案先行”為項(xiàng)目的核心理念和工作準(zhǔn)則，提升BIM技術(shù)應(yīng)用優(yōu)先級(jí)，推進(jìn)BIM技術(shù)在項(xiàng)目質(zhì)量、進(jìn)度、成本等方面的應(yīng)用，保證BIM價(jià)值的充分發(fā)揮。

3.3 BIM協(xié)同模式和組織方式

3.3.1 協(xié)同模式

本項(xiàng)目利用Autodesk Vault協(xié)同管理平臺(tái)對(duì)工程信息和數(shù)據(jù)進(jìn)行協(xié)同、維護(hù)和傳承，利用布設(shè)的服務(wù)器管控工作流程，管理校審權(quán)限，避免了文件夾共享和中心文件有關(guān)版本控制的潛在安全隱患。Autodesk Vault平臺(tái)用于工程數(shù)據(jù)管理，讓各個(gè)專業(yè)團(tuán)隊(duì)之間的設(shè)計(jì)協(xié)同更加高效。Autodesk Vault平臺(tái)利用大數(shù)據(jù)處理機(jī)制，緊密結(jié)合工程和項(xiàng)目管理數(shù)據(jù)，集成各個(gè)層級(jí)的數(shù)據(jù)，使各階段建設(shè)數(shù)據(jù)信息保持一致，從而達(dá)到對(duì)整個(gè)項(xiàng)目建設(shè)過程進(jìn)行數(shù)據(jù)信息管理和控制的目的。

3.3.2 實(shí)施組織方式

本項(xiàng)目的BIM實(shí)施組織方式以業(yè)主為主體，由BIM管理咨詢單位全權(quán)負(fù)責(zé)策劃并落實(shí)BIM全過程應(yīng)用與管理。充分利用BIM顧問單位在BIM應(yīng)用技術(shù)及管理咨詢服務(wù)方面的優(yōu)勢(shì)，建立以BIM顧問單位為BIM實(shí)施和信息管理核心的組織架構(gòu)（圖4），做到指令唯一，職責(zé)明確，保證項(xiàng)目順利開展。

3.4 實(shí)施成效

通過在項(xiàng)目中的應(yīng)用，證明了全生命周期BIM應(yīng)用模式及“四個(gè)一”的BIM管理理念實(shí)施頗具成效，主要體現(xiàn)在以下幾方面：

圖4 BIM顧問管理組織結(jié)構(gòu)

1）設(shè)計(jì)變更與同類項(xiàng)目相比減少12%。

2）決策效率與同類項(xiàng)目相比提升14%。

3）由BIM團(tuán)隊(duì)匯總提出的施工階段問題清單占60%。

4）由BIM技術(shù)發(fā)現(xiàn)和解決的設(shè)計(jì)變更問題占70%。

5）對(duì)于重大技術(shù)難點(diǎn)，BIM團(tuán)隊(duì)參與率達(dá)到100%。

6）在專業(yè)深化設(shè)計(jì)（機(jī)電、鋼結(jié)構(gòu)、幕墻）中，BIM使用率達(dá)到100%。

這些管理成效得到了建設(shè)方和參建各方的一致認(rèn)可，并已推廣至其他項(xiàng)目中。

4 結(jié)語(yǔ)

為實(shí)現(xiàn)建設(shè)“世界一流天文館”及“多館合一、智慧場(chǎng)館”的宏偉目標(biāo)，結(jié)合上海天文館項(xiàng)目的自身特點(diǎn)，利用信息化手段提升項(xiàng)目管理水平，進(jìn)行覆蓋全生命周期的BIM應(yīng)用管理，通過BIM技術(shù)提升了設(shè)計(jì)協(xié)同效率、施工質(zhì)量和運(yùn)維階段管理水平。本文簡(jiǎn)要介紹了項(xiàng)目實(shí)踐的經(jīng)驗(yàn)心得，在積極推廣BIM技術(shù)應(yīng)用的同時(shí)，可供今后大型公共展館類建設(shè)項(xiàng)目在BIM應(yīng)用與管理的實(shí)施時(shí)借鑒。