Application of BIM-Based General Contracting Management in Sino-French-West Coast Art Museum
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摘要: 中法西岸美术馆项目是一项高端美术馆项目，它施工专业众多、施工要求高、工期紧，同时肩负着中法文化交流的重任，因此该项目将BIM技术应用到施工总承包管理中具有很重要的意义。BIM技术作为工程项目管理和技术手段，覆盖设计与施工管理的各个环节，在设计优化方面如：恒温恒湿、室外异形台阶、大跨度悬挑板、复杂的型钢节点应用；在施工管理方面如：设计管理、协同管理、质量管理、商务管理等的应用，保证了项目的成功实施，提高了工程建设质量和项目综合管理水平，以期为相关企业后续学习和进行BIM技术应用提供理论案例参考。Abstract: The Sino-French West Coast Art Museum project is a high-end art museum project involved with many construction disciplines, high construction requirements and tight schedules. At the same time, it shoulders the heavy responsibility of Sino-French cultural exchange. Therefore, it is of great significance to apply BIM technology in construction general contracting management of this project. As the engineering project management and technical means, BIM technology covers all aspects throughout the design and construction management. The application can be in fields of design optimization including constant temperature and humidity, outdoor shaped steps, large span cantilever plates, complex steel joint applications; and in fields of construction management including design management, collaborative management, quality management, and business management. The BIM application has ensured the successful implementation of the project, improved the quality of project construction and the overall management level of the project, and provided a theoretical case reference for subsequent learning and BIM technology application of related enterprises.
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1. 工程概况
1.1 项目简介
西岸美术馆位于上海市徐汇区开放空间近龙兰路段，由英国建筑大师戴卫·奇普菲尔德的建筑事务所担纲设计，总建筑面积约23 400m2。为钢筋混凝土框架结构，地上两层，建筑面积8 138.56m2，地下两层，建筑面积14 216.74m2，建成以后主要为法国蓬皮杜艺术中心进行展览。如图 1所示。
设计从场地分析入手，着眼于建筑与周边环境的相互渗透融合。三个高约18m的地块分别从西、南、北三面界定了建筑体量。在体块内部巧妙采用了上下层叠的布置方式，形成了下层利用侧高窗采光，上层利用顶光的采光方式。此外，还设有一片视野开阔的全景视窗，可以欣赏浦江河畔秀美风景。
1.2 工程特点和难点
中法-西岸美术馆具有大跨度、高支模、高要求和高精度等重点、难点。该美术馆展厅要求恒温恒湿，外加法国业主简洁不简单的理念，使得工序复杂，并且在施工过程中处处体现出高质量的要求。同时，该项目作为中法文化交流的纽带，具有重要的政治意义，项目运用新型的“BIM+”管理方式向法国业主展示精细化管理，以增加业主的可信度。
2. BIM组织与应用环境
2.1 BIM应用目标
本工程由中建八局上海公司推动实现项目建设全生命周期BIM技术应用[1]，努力实现施工全过程BIM应用[2]、BIM技术实施艺术建造[3-4]和BIM技术促进总承包管理，项目在设计管理、质量管理、协调管理、商务管理全面推进，实现全专业的BIM技术应用[5]。如图 2-4所示。
2.2 实施方案
本项目制定了完备的BIM技术实施方案。在本项目实施开始前，首先根据法国的建模标准和中建八局公司的建模标准，制定了完整的BIM实施方案; 土建、钢结构、机电专业、幕墙专业按照相关要求，利用Revit软件绘制土建、钢结构、机电模型。
2.3 组织体系
本项目采用团队加项目的形式，本身经理部有一个深化设计小组，在前期大量建模、深化，在本阶段是以后台团队为主，项目为辅。在项目实施阶段以项目为主，团队为辅。同时本项目的BIM团队根据国际BIM标准相对应编制了配套的建模标准、管理标准及具体的项目实施方案，相互联动，相互协同[6]。
2.4 软硬件环境
本项目主要应用软件有：AutoCAD、Autodesk Revit、Autodesk Navisworks、Tekla、Rhino、lumion中建八局BIM协同管理平台、中建八局BIM钢筋算量系统、中建八局BIM机电算量模型系统[7-8]。
3. 基于BIM的艺术建造
3.1 BIM建模
BIM技术是一系列的软件进行协同工作，信息共享，建立起的BIM信息化平台。经理部BIM小组根据BIM技术应用方案进行模型建立，如土建模型、机电模型、场布模型、钢结构模型、幕墙模型等，同时汇集各专业分包单位模型，组织BIM小组进行深化设计，并开展总承包管理应用方面。
利用BIM信息化平台，将建立的BIM模型导入到NavisWorks中，进行模型碰撞，在同一参数化的BIM信息平台上，协调各方[9]，对模型进行修改，使各参与方能及时了解建筑项目的情况，能够随时对装配式建筑进行调整，消除交流障碍。
3.2 恒温恒湿的要求
本工程建筑主要是为法国蓬皮杜艺术中心量身定做，法国展方对本项目具有很高的恒温恒湿要求，如何能完成这个要求，这需要施工各个阶段保证系统的设计在设计阶段有相关分析考虑，在施工阶段我们完成深化设计后进行复核，在设备完成采购后进行复核; 首先根据法国蓬皮杜艺术中心给的设计文件，本项目了解到温度20°，正负1°，湿度50%，正负5%，通过软件计算可以满足恒温恒湿的要求。
(1) 施工模拟
面层一次浇筑成形，平整度在3mm以内; 本项目利用3Dmax制作施工模拟视频，将施工步骤制作成视频，给施工人员交底，直观、三维地告诉施工人员操作工序[10]，保证了面层一次浇筑成型，平整度在3mm以内。如图 9-10所示。
(2) 碰撞优化[11]
架空层设有满足恒温恒湿的机电系统，而且所有预留预埋也是随着楼板一次成形; 利用BIM协调管理的特性对架空楼板中的导墙进行优化设计，保证风管和导墙没有碰撞，其次，在支模板时发现优化的模板与风管有碰撞，该架空楼板的高度不可调，同时有恒温恒湿的要求，风管的截面面积不可调，因此只能优化支模体系。本项目利用BIM技术建立模型，将木模板换成钢模板，之后利用MIDAS软件进行计算，发现完全满足承载力的要求，并且满足净高的要求，这样一个棘手的问题就迎刃而解了。如图 11-12所示。
(3) 协同设计
架空地板的框架与机电管线的综合深化，机电管线末端的精准定位，等于把原来顶上的工作在地面上做，同时还要考虑模板承载力的计算。综合考虑设计的美感、机电的最优效果、施工工艺的综合因素。所有模型通过业主、设计、机电施工团队、精装修施工确认后，形成一系统的深化图、节点图用于指导施工。
在质量保证上我们也借助BIM机器人进行放线定位，控制地平面的控制线，施工完成后，进行复核。最后我们整个平面控制在1.8mm以内。
3.3 室外异形大台阶
BIM技术最显著的特点是可视化。即在建筑设计、碰撞检查、施工模拟、优化模拟操作等都是可视化的。随着技术的发展，建筑结构越来越复杂，体型越来越多样，CAD图纸未免会表达不出，利用BIM可视化的特点，用三维模型来展示传统用线条表达的构件或构造，提高工作效率和准确性。
单从模型中看到外观很普通，实则结构很复杂，梁与柱之间有角度、梁与台阶之间有角度、还有折梁，基本上没有一个地方是同一平面上，施工图表达的很含糊，本项目利用Revit进行建模，将最优模型导出施工图纸，然后利用测量机器人进行放样，找到定位和标高，这样我们才把异形台阶做出来。如图 13所示。
3.4 大跨度悬挑板、高支模主要是复核计算的应用
室外的悬挑型钢结构悬挑雨棚只有一根柱子，设计单位计算不均匀沉降是6-7cm，这个沉降影响到后续钢结构的施工定位，为保证工序的顺利衔接，本项目通过建模复核计算，计算结果起拱10cm，经过与设计单位确认，修改了后型钢结构的施工连接点。
本项目有高大空间5处和有高支模14处，依据施工要求，高支模必须经过计算和专家论证才能施工。本项目通过建立模型，将模型导入到MIDAS中进行计算，得出了初步结果，根据结果编制了施工方案，然后再进行了专家论证，施工方案通过专家论证后，我们才进行了施工。如图 14-16所示。
3.5 复杂的型钢节点
本项目不同的型钢节点就有19种，专业分包单位深化不出，总包单位利用Tekla软件进行建模，对钢结构柱与钢筋的复杂节点进行优化[12]，采用在钢柱H板上开洞的做法，并焊接套筒连接节点形式进行连接，利用软件做出每种节点，根据节点导出节点详图，专业分包单位根据图纸让加工厂进行加工，解决了型钢节点多且复杂的问题。如图 17-18所示。
3.6 协同管理
利用中建八局BIM协同管理平台，将模型上传至平台上，使项目各参与人员通过PC端或手机端随时随地地进行沟通交流，并依托BIM模型快速准确获知工程信息，使得各参见单位查询、获取、协调更加便捷，实现了工程项目管理由传统的点对点的沟通交流方式到多方随时随地沟通交流协同，提高项目管理的效率[13]。
使用手机端登录平台，可随时查看施工进度、质量问题、安全问题、设计协调内容，极大地方便了项目协作管理，同时也形成了从发现问题到问题追踪再到整改落实的闭合管理流程。如图 19-21所示。
3.7 质量管理
本项目参与开发了公司的质量管理平台，通过中建八局网页端、PC端和移动端，辅助项目的现场质量管理。将质量问题拍照上传至云平台上，基于云实现数据同步，并以多种表现形式在模型中展现现场实际情况，协助各管理人员对问题进行直观管理。限期整改，同时统计问题生成报表，实现了对现场问题的动态监控，提高了质量安全管理的灵活性和可靠性[14]。
3.8 商务管理
利用中建八局开发的BIM土建、机电和钢筋算量模型系统，将建立好的模型导入到中建八局算量系统中，得出工程量，对工程量进行统计，为前期招投标提供可靠依据，同时，在施工前，已经得到初步的工程量，为项目的总承包管理打下基础[2]。如图 22-23所示。
中建八局算量系统，一键建立模型，包括土建模型、结构模型、装饰装修模型、钢筋模型、机电模型、施工措施模型，然后一键出量，包括模板算量、混凝土算量、钢筋算量等等。经验算与市场上的广联达软件只有0.03%的误差。如图 24所示。
3.9 BIM技术的其它应用
1) 方案模拟
项目充分利用BIM三维可视化的优点，以及方便简单的三维标注，BIM人员通过模拟优化确定最合理的实施方案。同时借助4D模拟技术对施工人员进行交底，详细展示外墙盘扣架的搭设方式以及细部搭设节点，使施工人员更好地理解设计意图，施工工序合理有序[15]。如图 25所示。
2) 物料跟踪
在幕墙方面，本项目建筑外围是超白玉石玻璃，它一块200kg重，造价达到了4 000元/m2，因此通过建立幕墙模型，对每一块白玉石玻璃进行深化，将深化后的白玉石玻璃设置二维码，白玉石玻璃从生产、运输到安装完成，都能在平台上看到其状态，实现了物联网与BIM技术的融合[16]。如图 26-28所示。
3) MR应用
MR(简称混合现实)，既包括增强现实，又包括增强虚拟，指的是合并现实和虚拟世界而产生的新的可视化环境。在新的可视化环境里物理和数字对象共存，并实时互动。功能：利用MR数字技术强烈的沉浸感和友好的人机交互性对建筑进行设计和指导施工，让使用者置身如同真实的环境中进行移动、透入建筑物全息影像展示，并通过互联网实现多地协同操作，不受地域和空间的影响，对复杂建筑三维空间设计和施工工艺虚拟演示与指导。法国业主比较关心建成后的效果，因此本项目利用微软的混合显示头盔，通过TCH平台查看模型文件，扫描周边建筑环境，将虚拟的模型融入显示场景，实现BIM模型的全息影像和恒湿环境的融合。业主观看后称赞不已。同时，项目用MR技术进行深化方案模拟，建立模型，确保构件尺寸的加工精度，避免二次加工，很好地缩短了工期。如图 29-30所示。
4) 3D打印
因本项目位于西岸艺术中心对面，西岸艺术中心9月份计划召开世界人工智能峰会，所以本项目的室外要求比较高。业主计划在建筑外围建立一个垃圾房，只有概念，没有效果，我们利用BIM技术建立模型结合3D打印技术，将模型打印出来，把建成的效果告知业主，帮助业主选定方案，提前达到业主想要的效果，业主根据BIM效果确定了实施方案[17]。如图 31-32所示。
5) 无人机
无人机具有小巧、灵活等优点。今年年底在上海要举办世界人工智能峰会会议，法国业主和国内的业主比较关心工程进度，因此利用无人机每周进行一次拍照，将进度告知业主，方便业主随时了解施工进度。如图 33-34所示。
4. 应用效果
通过BIM技术在总承包中应用，解决了参与方众多、沟通难、协调难、施工难度大的恒温恒湿的一系列问题; 利用技术引领设计，利用测量机器人成功将异形台阶的尺寸、标高放出来; 基于BIM模型优化设计变更，节约投资320万; 增强各参与方的交流和协同; 在总承包过程中BIM技术成功应用，保证了中法-西岸美术馆准时开馆，保证了中法文化的交流。法国业主多次参观本项目并称赞项目BIM技术应用达到了国际水平，产生了巨大的经济效益和社会效益。
5. 总结
5.1 创新点
1) 利用BIM技术的特点，进行恒温恒湿的机电优化、楼板优化、地插坑优化等，保证达到美术馆恒温恒湿的要求;
2) 利用3D打印技术，将复杂的模型或重要节点的BIM模型进行打印，形成实体模型，可有效指导现场施工，使一线工人能够更清晰地理解设计意图和施工工艺;
3) 使用自主研发的中建八局BIM协同管理平台，实现业主、施工单位、建立单位、分包单位等随时随地查看工程模型和工程进度等，同时实现了设计、技术、质量、安全等全方位的管理作用;
4) 基于物联网的玻璃幕墙全过程监控技术，将实际建造管理与BIM有机融合，通过为每一块玻璃标记特定的二维码标签，并在生产加工的各个环节扫描对应的二维码，清晰地了解玻璃幕墙的位置，并实时了解工程进度情况;
5) 利用MR技术，将装修后的建筑效果展现给法国业主，提供多种装修方案供业主挑选，提前确定装修方案，节约时间成本，同时可查看现场场地布置，查看工程结构和工程效果。
6) 开发了基于BIM的中建八局土建、机电、钢筋算量系统，简化了建模次数，可以为造价人员提供造价管理需要的项目构件和部件信息，从而大大减少根据图纸人工统计工程量的繁琐工作以及由此引起的潜在错误。
5.2 经验与总结
本工程工期紧、任务重、难度大，BIM技术的应用很好地助推了项目总承包管理目标的实现，但不足与缺陷仍有很多。作为总承包，在实施过程中与专业分包之间存在着一道不可逾越的深沟。在以后的BIM工作中，持续推进BIM全员培训，加强新兴软件深入应用，以设计引领为关键，技术引领设计优化。努力探索BIM技术对施工行业的新应用，争取为行业发展做出更多贡献。
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