題記：
       中國尊大廈由于造型獨特、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、系統(tǒng)繁多，各專業(yè)深化設(shè)計重點難點多，專業(yè)間協(xié)調(diào)要求高。施工階段，項目所有專業(yè)全部采用BIM技術(shù)開展深化設(shè)計。項目把BIM技術(shù)深入應(yīng)用于建設(shè)過程中，實現(xiàn)工程的全關(guān)聯(lián)單位共構(gòu)、全專業(yè)協(xié)同、全過程模擬、全生命期應(yīng)用。

一、中國尊項目概況

1、中國尊介紹

       項目位于北京市朝陽區(qū)東三環(huán)北京中央商務(wù)區(qū)（CBD）核心區(qū)，東至規(guī)劃中的金和東路，南側(cè)隔相鄰地塊與景輝街相鄰，西接金和路，北側(cè)隔12m公共區(qū)用地與光華路接鄰，總用地11478平方米。主塔樓是一棟集甲級寫字樓、高端商業(yè)等功能于一身的綜合性建筑。項目建設(shè)單位為中信和業(yè)投資有限公司，項目建成后中信集團總部將攜中信銀行總部入駐，同時將吸引國際金融機構(gòu)、國際500強企業(yè)等公司進駐該項目，詳情見表1。

2、項目特點

       由于該項目的復(fù)雜性，在施工過程中的平面組織、工程進度、垂直運輸、施工安全是項目的特點和難點。

       2.1 該項目由于空間有限，項目地處CBD核心區(qū)，占地面積只有11478平方米，建筑邊界線距離用地紅線只有10cm，這就導(dǎo)致沒有施工場地，幾乎為“零場地施工”,施工組織難度非常大，幾乎所有的材料都是場外加工，平面組織見圖1。

       2.2 工程進度按照單月開發(fā)面積計算，除了上海環(huán)球金融中心（達到單月7000平米），其余工程都是在4000平米~5000平米，如果中國尊按照進度目標完成，它將達到單月7400平米，建成之后將是建設(shè)速度最快的項目。

       2.3 超高層建筑可以理解為一個“立體街區(qū)”,通常當建筑物高度超過300m以上時，人員與材料的運輸非常困難，由于中國尊主體高度達到528m，作業(yè)面非常小，施工過程中的垂直運輸組織與速度控制是關(guān)鍵問題，施工中采用了4臺躍層電梯(JUMPLIFT)，即在結(jié)構(gòu)施工中不斷將電梯機房提升，一直提升到500m的高度，相當于施工期間將正式電梯提前投用來解決垂直運輸難題。

       2.4 施工安全是施工過程中嚴格控制的問題，因為該項目在施工高峰期，現(xiàn)場施工人員多達4000人，對整個施工過程中的安全管理至關(guān)重要。

       2.5 迄今為止，該項目創(chuàng)造了8項世界之最、15項中國之最，如圖2。

3、目前的進展

       目前，該項目混凝土部分高度已施工到105層，結(jié)構(gòu)高度達到503米左右。同類超高層建筑的施工大多采用不等高攀升的施工技術(shù)，即實現(xiàn)立體流水施工組織，先施工核心筒部分，然后施工外筒部分，為幕墻和內(nèi)裝施工創(chuàng)造作業(yè)面。但通過圖3幾乎很難看到該項目的核心筒和外筒存在很高的層差，主要是由于該項目的工期非常緊張，因為決定施工總體進度的因素并不主要取決于核心筒的施工速度，而是當外筒與幕墻施工完畢后會為室內(nèi)機電安裝和裝修創(chuàng)造更多的作業(yè)面，使各方達到較為均衡的施工速度。

圖3 工程進展

二、項目BIM實施路線

       1. 利用BIM技術(shù)將建筑規(guī)劃、設(shè)計、施工、運營全生命期內(nèi)的所需要各類信息數(shù)據(jù)整合到一起，這種以三維模型為載體的高效而全面的信息化數(shù)據(jù)傳遞方式，加快了項目進度、縮短了項目工期、降低了項目成本，在詮釋節(jié)能減排、綠色建造概念的同時，也為未來運維階段的信息化、數(shù)字化建筑管理建立了良好的技術(shù)基礎(chǔ)，各階段BIM應(yīng)用見圖4。

圖4 BIM模型連續(xù)傳遞，有效整合

       2. 中國尊大廈制定了項目建設(shè)全生命周期BIM技術(shù)應(yīng)用的基本目標，要求所有參建單位使用BIM技術(shù)。該項目是國內(nèi)第一個真正意義上從設(shè)計階段就運用BIM技術(shù)的項目，北京市建筑設(shè)計研究院作為聯(lián)合體的牽頭單位，從設(shè)計之初組建專人團隊集中辦公，實現(xiàn)二維設(shè)計和三維設(shè)計并舉，BIM模型是在二維藍圖交付后的半個月內(nèi)提交。在施工階段利用該BIM設(shè)計模型做深化設(shè)計，讓所有參與這個項目的工程師和項目涉及到的其他不同方公司一起，統(tǒng)一在BIM標準平臺上進行操作，也只有實現(xiàn)同期進場，我們作為施工總包方才能把所有的專業(yè)單位整合在一起，當時僅參與BIM技術(shù)人員就達100余人。

       中國尊大廈項目制定了項目建設(shè)全生命周期BIM技術(shù)應(yīng)用的基本目標，要求所有參建單位使用BIM技術(shù)，通過合同條款（見圖5）對參建各方的BIM工作范圍進行規(guī)定，在實施過程中以《BIM實施導(dǎo)則》（見圖6）規(guī)范各單位BIM操作及應(yīng)用內(nèi)容。BIM離不開軟件的應(yīng)用，在項目初期，項目組對于各專業(yè)使用的BIM相關(guān)軟件進行了收集分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)各專業(yè)僅主要軟件使用就多達6種，如何將各專業(yè)建模結(jié)果搭建在統(tǒng)一平臺上也是我們必須解決的重要問題，見圖7。目前，國家還沒有相應(yīng)規(guī)范，所以在實施過程中我們才會制定該《BIM實施導(dǎo)則》，以便各方在統(tǒng)一的平臺上按統(tǒng)一的標準進行操作，也便于該模型用于后期的運維階段。

三、參數(shù)化設(shè)計

       中國尊取古代禮器“尊”的造型，從側(cè)面看為雙曲線造型，沒有標準層，結(jié)構(gòu)體系采用巨型框架結(jié)構(gòu)，而連接巨柱的環(huán)桁架定位非常復(fù)雜，該項目在設(shè)計初期先有建筑表皮系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)根據(jù)表皮系統(tǒng)確定結(jié)構(gòu)定位，逐步進行協(xié)調(diào)。由于其弧線造型的特殊性，對其工程設(shè)計精度和工程控制精度有更高要求。通過軟件，利用幾何控制系統(tǒng)生成建筑形體，設(shè)計師對建筑設(shè)計過程中的所有幾何信息、數(shù)據(jù)進行系統(tǒng)的描述和表達，以達到全過程精確控制工程設(shè)計、深化、加工、安裝的目的，基礎(chǔ)控制面和外框筒結(jié)構(gòu)的生成見圖8。

       由于項目體量龐大，BIM模型就需要分系統(tǒng)、分專業(yè)，甚至分區(qū)、分樓層。如圖9所示，就是采用BIM技術(shù)對設(shè)計機電管線排布進行綜合協(xié)調(diào)及優(yōu)化。

       在設(shè)計階段完成與施工圖深度相一致的BIM模型建立，作為輔助出圖及提升設(shè)計表達的手段，圖10示意了分解的核心筒、筒外主體、外框結(jié)構(gòu)和幕墻的BIM模型整合。

       通過BIM技術(shù)的運用，最重要的是在設(shè)計階段有了初步的專業(yè)協(xié)同，相信沒有BIM技術(shù)設(shè)計院也會有專業(yè)上的協(xié)同，但是利用BIM技術(shù)在專業(yè)協(xié)同上會更加深入，通過和設(shè)計師之間的溝通，專業(yè)之間尤其是機電、建筑、結(jié)構(gòu)相互之間的預(yù)留會有更細致的協(xié)調(diào)。

四、綠色建造

       在“中國尊”項目的實施過程中，我們體會到綠色建造并不僅僅是直觀的減少施工環(huán)境的污染、新型環(huán)保材料的運用、節(jié)約能源等方面，BIM技術(shù)也潛移默化地體現(xiàn)在了綠色建造的諸多方面，例如：施工圖審核及優(yōu)化、施工圖深化設(shè)計、預(yù)制化加工、模型綜合協(xié)調(diào)及碰撞檢查、重點施工方案編制及工藝模擬、三維激光掃描、BIM模型輕量化等。

1、施工圖審核及優(yōu)化

       BIM技術(shù)的應(yīng)用改變了傳統(tǒng)的建造過程，由于其直觀性，施工單位可以提前介入，結(jié)合BIM模型對設(shè)計施工圖提出優(yōu)化意見，從而減少圖紙問題。圖11給出了兩個施工單位參與意見后施工圖的調(diào)整范例。

圖11 施工單位對設(shè)計施工圖提出優(yōu)化意見示例

       2015年底之前，根據(jù)統(tǒng)計，施工圖設(shè)計階段，共對設(shè)計單位完成五輪設(shè)計成果報審，由業(yè)主單位、顧問單位、施工單位提出審核意見僅地下部分項目就達到11981項。其中對施工圖的BIM復(fù)核24批次，解決了各種設(shè)計問題4959項，占比約41%。在該項目尚未實施前，進行圖紙升版，大幅減少施工過程中因碰撞、拆改及設(shè)備未選定而造成的浪費、工期延誤、造價增大等問題發(fā)生的概率，圖12中給出了中國尊項目中各專業(yè)有效深化設(shè)計圖紙所占比例，并且將該項目利用BIM技術(shù)審核和二維方式審核所解決的問題進行了比較，二者的比對結(jié)果會讓施工方和設(shè)計方更容易接受對方提出的意見和建議。實踐發(fā)現(xiàn)，BIM技術(shù)的運用在圖紙會審階段最大優(yōu)勢體現(xiàn)在短時間內(nèi)發(fā)現(xiàn)了二維圖紙無法直觀發(fā)現(xiàn)的問題。

2、施工圖深化設(shè)計

       BIM技術(shù)在施工圖深化設(shè)計階段最為突出的優(yōu)勢體現(xiàn)在以下兩個方面：第一，在結(jié)構(gòu)、機電、幕墻、裝修等專業(yè)深化設(shè)計過程中全面應(yīng)用BIM技術(shù)，同期進場，同期開展工作；第二，施工圖深化設(shè)計的價值創(chuàng)造。

       2.1 鋼結(jié)構(gòu)
       鋼結(jié)構(gòu)專業(yè)采用BIM技術(shù)開展深化設(shè)計、材料加工和構(gòu)件制作，通常設(shè)計院不會給出構(gòu)件加工圖，特別對于像鋼板剪力墻這樣的結(jié)構(gòu)，鋼筋與鋼板之間會出現(xiàn)很多復(fù)雜的情況，這時，我們就可以通過BIM技術(shù)對其進行放樣，在構(gòu)件廠根據(jù)模型對其進行穿孔、預(yù)留連接器等工作，鋼結(jié)構(gòu)深化設(shè)計示意圖如圖13所示。

       2.2 二次結(jié)構(gòu)
       二次結(jié)構(gòu)采用BIM開展深化設(shè)計，配合機電完成圈梁、構(gòu)造柱、預(yù)留洞口的設(shè)計，并形成圖紙。如圖14所示，該項目內(nèi)隔墻采用ALC（蒸壓加氣混凝土）條板，也常用于裝配式建筑，由于ALC板幾何尺寸的特征，要在現(xiàn)場拼裝，因此就要事先進行排板深化設(shè)計，以便于與其他專業(yè)進行協(xié)調(diào)。同樣，如果使用砌塊，那么結(jié)構(gòu)中又會出現(xiàn)圈梁和構(gòu)造柱等，也需要進行深化設(shè)計。

       2.3 機電專業(yè)
       機電專業(yè)在設(shè)計院原有深化設(shè)計模型基礎(chǔ)上開展詳細深化，根據(jù)招采情況對末端及大型設(shè)備進行詳細模型制作。如圖25所示，是機電專業(yè)的BIM設(shè)計，圖15（a）是在設(shè)計階段進行的，而圖15（b）是在施工階段進行的，二者相比，細化程度差別很大，主要原因是由于機電的具體型號常常都是在施工階段才確定，但只有確定之后才能根據(jù)具體型號達到真正意義上的協(xié)同。過去常遇到的情況是設(shè)備進場后，發(fā)現(xiàn)所有的路由都發(fā)生改變，之前的預(yù)留和預(yù)埋都不符合設(shè)備要求，必然會造成大量拆改、產(chǎn)生浪費，因此應(yīng)務(wù)必在進場前將設(shè)備確定，深化設(shè)計時才能全面考慮，避免不必要的拆改與浪費。

       2.4 幕墻專業(yè)
       幕墻專業(yè)利用BIM技術(shù)確認單元板塊分隔和定位，然后繪制施工圖，最后建立幕墻加工模型，并輸入數(shù)控機床加工生產(chǎn)，目前，幕墻的精度已經(jīng)可以達到LOD400以上，如圖16所示。

       2.5 裝飾專業(yè)
       裝飾專業(yè)利用BIM生成平立面圖紙，并開展特殊造型節(jié)點的設(shè)計，如目前，國內(nèi)裝飾行業(yè)的模型精度仍然較低，本項目的裝飾專業(yè)精度達到LOD300。通常，裝飾專業(yè)模型至多給出吊頂示意圖，而且不包括各種塊體大小。由于該項目的曲線特征，如果只建立600×600的礦棉板模型并不能解決關(guān)鍵問題，與建筑物周邊相交的非標準板塊的建模才是最關(guān)鍵的，這樣才能為后續(xù)在工廠實現(xiàn)較為精準的加工提供依據(jù)；由于該項目的復(fù)雜性，建模時也建立了吊桿和龍骨的模型。裝飾深化設(shè)計示意圖如圖17所示。

3、預(yù)制化加工

       設(shè)計施工一體化、現(xiàn)場作業(yè)工廠化、分散作業(yè)集中化和流水化是BIM技術(shù)運用的三大特征。以中國尊項目采用的預(yù)制組合立管安裝技術(shù)為例（如圖18），該技術(shù)在預(yù)制加工廠將消防水立管、冷凝水立管組合，在工廠加工成長約2~3層樓層高度的穩(wěn)定管節(jié)，切割、下料、除銹、防腐，在現(xiàn)場一次性吊裝就位。估算節(jié)約人工40%-45%，節(jié)約機械及措施費30%-35%，節(jié)約材料費8%-10%，并且，該技術(shù)可以大大減少現(xiàn)場焊接不合格導(dǎo)致的后期滲漏隱患。

4、模型綜合協(xié)調(diào)及碰撞檢查

       只有把不同的模型進行整合，通過整合提出預(yù)留，確保施工預(yù)留預(yù)埋的準確性，才能在進行機電和裝飾深化設(shè)計時，既保證建筑功能又兼顧美觀需求，并且設(shè)計是否正確可以通過整合來進行驗證。通過這種綜合協(xié)調(diào)，會大幅減少施工期間的拆改、節(jié)約材料、降低人工消耗。圖19是在鋼結(jié)構(gòu)和混凝土結(jié)構(gòu)施工之前，通過碰撞檢查排除機電與結(jié)構(gòu)之間的碰撞，確保施工預(yù)留預(yù)埋的準確性；圖20給出了地下B006-B003綜合協(xié)調(diào)解決問題的數(shù)量統(tǒng)計，協(xié)同必須所有專業(yè)共同實施，并且不是一次完成的，而是需要在不同階段不斷進行整合，可以看出隨著不斷的綜合協(xié)調(diào)，各階段的碰撞問題不斷在減少。

圖20 地下B006-B003綜合協(xié)調(diào)解決問題統(tǒng)計

5、重點施工方案編制及工藝模擬

       在施工過程中，BIM模擬并不是以展示為主要目的，而是用于輔助現(xiàn)場指導(dǎo)施工。以底板澆筑階段為例，澆筑量達到56000m³，由于四周道路的綜合管廊已經(jīng)施工完畢，并且只有光華路可作為施工主要交通路徑，利用BIM技術(shù)完成施工平面布置，并通過BIM模擬整個澆筑過程進行討論匯報，最終采用“串管加溜槽”的方案得到了政府相關(guān)部門的支持，施工中還利用BIM技術(shù)輔助現(xiàn)場的協(xié)調(diào)組織工作，充分體現(xiàn)了模擬的必要性，同時也創(chuàng)下國內(nèi)一次性連續(xù)澆筑的新紀錄，見圖21。

6、三維激光掃描

       單純利用BIM技術(shù)綜合協(xié)調(diào)各專業(yè)的確會發(fā)現(xiàn)很多問題，但現(xiàn)場施工的結(jié)果難免會造成偏差，利用現(xiàn)場三維激光掃描技術(shù)，提取點云數(shù)據(jù)（如圖22），對已完成結(jié)構(gòu)和管線進行設(shè)計復(fù)核（如圖23），可以保證已完工程的準確性；還可以對尚未實施的系統(tǒng)在既有模型上進行整合，提高其可實施性，例如機電系統(tǒng)安裝時的吊頂偏差問題；將點云數(shù)據(jù)與結(jié)構(gòu)BIM模型進行對比，自動形成誤差分析報告（如圖24），通過報告可以發(fā)現(xiàn)質(zhì)量控制薄弱點，并進行糾偏，如果發(fā)現(xiàn)偏差，還需要分析是工人操作問題還是建模問題，當多個樓層發(fā)生同一類問題時必須引起重視；而且，通過點云數(shù)據(jù)開展碰撞檢查，更具有真實性，可以避免因為現(xiàn)場偏差造成的無法安裝的情況。實施流程如圖25所示。

7、BIM模型輕量化

       運用BIM輕量化技術(shù)，現(xiàn)場管理人員可以在移動端查看模型，例如通過模型指導(dǎo)現(xiàn)場工人綁扎鋼筋，如圖26所示，鋼板剪力墻把鋼筋分成兩半的情況非常復(fù)雜，就需要管理人員與模型比對；另外配合激光測距儀可以輕松完成對各個專業(yè)安裝準確性的核實，如圖27。

8、小結(jié)

       截至2016年底，中國尊項目總計完成深化設(shè)計圖紙及模型報審806次，其中鋼結(jié)構(gòu)358次，機電227次，裝飾裝修145次，幕墻37次，電梯、防火門等其他專業(yè)共計39次；項目全專業(yè)深化設(shè)計BIM模型共652個，過程模型總?cè)萘砍?00GB，最新版大樓整體綜合模型達35.4GB。目前，項目REVIT專業(yè)族庫擁有為本項目專門建立的構(gòu)件族300余個，覆蓋機電、精裝修、幕墻、電梯、擦窗機等各個專業(yè)。項目已經(jīng)共開展分區(qū)模型綜合協(xié)調(diào)19輪，發(fā)現(xiàn)解決模型問題達5600余處，其中協(xié)調(diào)專業(yè)間矛盾超過900處，有效提升深化設(shè)計圖紙質(zhì)量。

五、智慧運營

       圖28是一個初步的智慧運營平臺頁面，在擁有完整BIM模型的基礎(chǔ)條件下，定制專業(yè)的軟件平臺，將BIM與大樓的資料管理、設(shè)備管理、安防系統(tǒng)等相結(jié)合，將所有樓宇及房間檔案信息統(tǒng)一進行數(shù)字化管理，便于查找；記錄設(shè)備的生產(chǎn)、保修、維護情況，并對設(shè)備進行監(jiān)控，確保運行正常；對門禁系統(tǒng)、自動報警系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)進行集成管理，確保大樓安全，真正實現(xiàn)全樓可視化、智能化的管理。

結(jié)束語

       BIM技術(shù)走到今天，表面上似乎遇到了一個瓶頸，但我想說，當你去解決工程實際問題的時候如果把BIM當成一個工具、手段，而不是單純的模擬展示，那么BIM的應(yīng)用空間依然非常寬廣。
       一些中小企業(yè)覺得BIM做不下去，有兩方面原因，一方面是投入，業(yè)主方與承建方必須建立起利用BIM技術(shù)提高建筑品質(zhì)的意識，通過對BIM技術(shù)的投入獲得更多經(jīng)濟效益和社會效益；另一方面是人員，二者相較而言，人員更顯稀缺，我們?nèi)绻菃螌I(yè)的頂尖人才故然好，但在BIM應(yīng)用發(fā)展的今天，復(fù)合型人才更為重要，我們看模型，如果只看到單專業(yè)問題，那只是初級應(yīng)用，通過BIM技術(shù)應(yīng)該去跨專業(yè)分析問題，跨專業(yè)理解之后，發(fā)現(xiàn)的問題就會更多，所以復(fù)合型人才在BIM應(yīng)用中會創(chuàng)造更大的價值。