荣获全球BIM大赛一等奖的天津周大福金融中心项目BIM应用介绍

据中国建筑官网得知:2017年11月14日至16日,“全球AU大师汇暨2017年AEC Excellence Awards颁奖盛典”在美国拉斯维加斯召开,由中国建筑第八工程局有限公司(简称“中建八局”)推荐的天津周大福金融中心项目摘得施工组一等奖,这是5届赛会以来代表中国区参赛作品取得的首个一等奖。

据悉,AEC Excellence Awards(全球工程建设行业全球卓越奖)由Autodesk公司组织评选,是目前全球含金量最高、最具影响力的国际性BIM大赛之一,共分四个组别。分别是可持续性设计组、建筑设计组、基础设施组以及施工组。2017年度大赛收到全球32个国家提交的145个实体项目参赛作品,最终,来自中国的中建八局天津周大福金融中心项目获得施工组一等奖。

中建八局推荐的天津周大福金融中心项目此次摘得桂冠,也成为5届赛会以来中国区参赛作品获得的第一个一等奖。周大福金融中心项目一开始就确立采取“总包主导、统筹分包、辐射相关方”的BIM应用模式和全员、全专业、全过程的“三全BIM应用思路”,努力在建筑全生命周期实现“设计零变更、加工高精度、现场零存储、施工零返工、运维低成本”的目标。项目还联合研发基于高精度BIM模型的EBIM协同管理平台,创建了“身份识别系统”,实现“扫码快速定位”“扫码自动更新物流状态”“扫码自动创建协同话题”等智能化操作,极大提高数据录入的准确性和协同效率。天津周大福金融中心项目已先后荣获中国勘察设计协会、中国建筑业协会、中国安装协会组织的三大国家级BIM大赛一等奖。

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天津周大福金融中心工程位于天津经济技术开发区,总建筑面积39万㎡,地上100层,地下四层,建筑总高度530m,为滨海第一高。天津周大福项目外形设计优美,工程业态涵盖甲级办公、豪华公寓、超五星级酒店等多种业态,是滨海新区乃至天津市的地标性建筑。

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天津周大福金融中心项目由中国建筑第八工程局有限公司总承包施工,施工管理以BIM技术为纽带,集成建筑、混凝土结构、钢结构、机电安装、幕墙、精装修、电梯等多专业利用BIM平台进行协同工作,实现了全区域、全过程、全生命周期的BIM应用。

项目难点分析

1、塔楼核心筒经历6次缩角、收肢、分段收缩等变化后,整体平面收缩近半,项目结构形式如图2所示。对整体平台设计及塔吊布置带来很大难度。外立面从2层开始逐渐变大,16层达到最大,然后逐渐变小,16~51层结构变化幅度较大,51~88层只有微小变化,然后再逐渐变小。最大缩尺12.688m,对施工电梯布置带来极大挑战。
2、角柱、边柱、斜柱和带状桁架、帽桁架之间形成复杂的空间交汇体系,双管椭圆截面钢管柱单层扭曲角度复杂,成功勾勒出八条起伏的立面曲线。双圆管柱转不规则方形单管柱钢结构节点与双管空间异型双曲线相切钢结构节点均为国内首次设计。
3、项目幕墙施工难点
项目幕墙系统主要由塔楼单元幕墙,避难层百页,塔冠框架玻璃幕墙,机电层、塔冠铝板幕墙、设备层及塔冠处电热融雪系统等组成,主塔楼单元板块数量约14800块,总幕墙面积约11万平方米。建筑外立面成不规则曲面变化,单元板块种类繁多。给加工及施工带来较大难度。
4、分包众多,协调管理难度大
裙楼地上5层,塔楼地上100层、地下4层、工作面众多。各工作面施工作业包含结构、砌体、幕墙、暖通、空调、给排水、消防、强电、弱电、精装修、擦窗机等专业,共有数十家分包。分包单位根据建设进程在各楼层、各工作面展开施工,各专业内工序多,各专业间交接频繁,相互依存、相互制约。如何实现各工作面施工的顺利进行、各专业穿插合理有序,避免分包管理和施工的混乱无序,实现对工期进度的实时把控、偏差分析及调整,是项目部面临的一个重大难题。

多措并举保障实施

天津周大福金融中心项目BIM实施,是以总承包方为主导开展实施,作为总承包单位,我们有足够的管理权限和手段来推进项目的BIM实施。我们在分包合同条款和办公模式方面采取措施,保障项目BIM实施与落地。
1、合同约束
所有分包商、供应商招标时,BIM能力是考察项之一,不具备相应BIM能力的企业没有投标资格。中标单位所签订的合同中均包含BIM的相关要求,约定了其在履约过程中的BIM工作计划、工作内容和提交的成果,确保各参建单位能够完成所施工部分的BIM应用和成果交付。
2、集中办公模式
由于超高层项目管线多、系统复杂,而且周大福项目的机电工程采用按专业的分包模式,较其他工程管线综合协调难度更大,深化设计的质量更难保证。为解决这个难题,项目创新管理方式,设置"BIM工作坊",总承包单位和各机电分包单位集中办公、协同工作。图4为协同办公室工作场景。
总承包单位提供单独的办公场地,并配备投影仪、打印机等办公设备,供各单位使用。办公室按照单位划分区域,各单位BIM人员相对集中,便于内部沟通交流。搭建百兆局域网网络环境,并配置中心文件服务器,满足Revit进行网络协同工作的要求,各分包单位只需要带着计算机设备即可开展工作。
通过集中办公的工作模式,可以参加各方的沟通效率,各种指令可以现场直接传达,减少了文件沟通的时间。在局域网内应用Revit的网络协同工作模式,总包单位可以实时掌握各单位的工作进度,检查管线综合的质量;相对各自建模再由总包整合的方式,各方在同一模型工作既提高了工作效率,也可以快速发现模型的质量的问题。

BIM应用助力总承包管理

周大福金融中心作为新技术应用的综合载体,将引领企业乃至行业的技术水平实现新的突破。面对新颖的曲面幕墙立面体系,巨型复杂的框架+核心筒主体结构,分支系统庞杂的机电系统,如何合理安排进度计划?如何有效控制安全、质量、成本?如何将海量的施工信息有效传递给众多的项目参与方?如何进行二次深化设计,方案优化?所有问题的答案都指向带来建筑业第二次革命的"BIM"技术。

1、专业工程深化设计及优化

项目设计阶段设计师更多的考虑建筑的功能性,而对施工要求的考虑则不多。施工阶段的专业深化则是在原设计的原则下,细化设计深度、优化设计方案,让设计成果满足施工要求,提高观感效果。而且在施工中要做好总承包管理,首先要做好设计协调和深化设计,通过BIM技术总承包方可以更好的对接设计院沟通交流,同时也有了做好分包单位深化设计的方式。
(1)机电工程深化设计
针对各专业交叉碰撞的地方,总包不定期组织业主、顾问、分包在BIM协同工作室对设计问题进行沟通,利用Revit可视化协调进行设计方案调整,这种方案的调整有时候是机电专业管线路由调整,有时候是机电系统优化,也常常涉及到建筑、结构的配合调整。比如地下室各层核心筒走廊管线排布后净空普遍低于2米,通过各方多次沟通协调,对管线路由、系统分别作了很大优化调整,并考虑在梁上预留洞口,对建筑布局配合调整,最终实现了建筑功能要求。在LOD400模型综合完成,在总包的组织下,各方对模型进行验收,诸如机电管线综合排布美观性、合理性,幕墙的节点做法,电梯与结构的搭接等。待各专业间碰撞问题基本协调完成后,利用Revit的可出图性将模型转换为二维图纸用于指导现场施工。最终实现了现场的零返工。下图为机电管线深化设计的成果。

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(2)幕墙工程深化设计
本工程塔楼从下至上一直在变化,每一层的外轮廓都不同,导致每一层幕墙面板的尺寸均有一些差异。导致幕墙玻璃的加工、运输和安装的难度加大,成本也有增加。
进行幕墙深化设计遇到的第一个难题是幕墙建模,因为概念设计单位只提供了幕墙的外立面效果图和板块控制点数据,如果采用普通的方式进行建模,100层的建模需要很长的时间,而且进度也很难保障。我们利用Dynamo插件读取控制点数据自动参数化建模,不但提高了建模效率也确保了建模的精度。

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为了降低成本、提高施工效率,在保证外立面的基础上利用BIM技术对板块进行了优化,把尺寸相差在±4mm以内的玻璃板块进行归类。塔楼幕墙玻璃规格达原有6652种,优化后缩减至3308种,显著提高玻璃的工业化加工率,优化区域如图所示。

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2、多专业的协调管理

机电工程管线综合完成后,进行二次结构的留洞深化设计。在Revit的基础上二次开发墙体自动的留洞插件,快速实现管道的留洞,并能导出二维的施工图,指导现场的砌筑施工。实现了"一墙一图,照图施工"的工作模式,避免后期墙体开洞。下图为二次结构砌体留洞情况。

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专业间工作面移交时,常常由于质量检查确认工作不到,后续单位开始施工后又对前面工序施工质量提出质疑,双方产生纠纷导致工期延误、施工质量不可控。为避免发生此类纠纷,周大福项目采用三维激光扫描仪进行质量检查,维护各方的利益,确保工程顺利的实施。图9为外框钢结构扫描碰撞应用现场。
外框钢结构完工后,在项目独创的可伸缩悬挑式扫描仪支架的帮助下,对钢结构的安装逐层扫描,得到点云数据后和设计模型对比分析并生产报告。幕墙单位认可钢结构的施工质量后,确认工作面移交。

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项目搭建基于BIM技术的协同管理平台,BIM模型统一上传至云端服务器,并通过二维码将BIM模型与施工数据进行关联。参建各方通过管理平台,可以随时随地的获得最新BIM数据和施工信息,实现数据信息的协同共享。
管理人员通过手机、IPAD等移动端,实现模型信息查询、问题标注与协同、现场拍照反馈问题等功能。
通过扫码定位设备或构件在模型中的位置,在设备或构件出厂、运输、进场收货、现场安装、分部分项验收过程中,均可对构件物流信息进行更新,并在平台整体模型中通过不同颜色显示不同物流状态。
在项目管理平台中建立项目管理体系,项目参建各方根据角色分工拥有不同的管理权限。通过创建话题的形式,对工程整体的进度、质量、安全等工作进行实时交流、管控。

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