成都市工程造价协会
2023 年建筑成本杰出学术论文
二等奖
BIM技术在复杂项目中的应用实践及价值
陈敏、程琼
（四川良友建设咨询有限公司）
四川成都 610041)
摘要：BIM技术已被业界认可为支撑建筑业数字化转型的核心技术之一，其创新的理念和工作方式提升了传统勘察设计、施工管理、运营管理的效率和效果，特别是在复杂项目中，BIM的应用有效融合了技术与管理，实现项目成功。
关键词：BIM技术；复杂项目；运维管理
0 前言
近年来，随着信息化、数字化的不断发展，BIM技术正成为企业高质量发展和转型升级的重要工具，广泛应用于工程设计、施工、运维等各个环节。越来越多的应用点所产生的价值被认可，相关技术标准日臻完善，与其他技术的集成应用逐渐成为应用BIM技术的主流方式。本文将通过BIM技术在复杂项目中的深度应用、与运维管理的有机结合的案例，分享企业在数字化转型过程中依托项目BIM技术实现咨询工作增值的实践。
1 BIM技术在超高层建筑幕墙设计与施工中的应用
1.1 项目概况
随着城市的不断发展，标志性建筑越来越多，幕墙的美观度和性能要求也逐渐提高，由于外观独特，设计施工的复杂性也随之增加，传统的二维设计软件难以高效完成设计工作，尤其是深入的设计施工指导。BIM技术的应用可以提高设计效率，实现精准的材料加工和安装，有效控制项目成本。本文将以川南某市第一高楼为例，深入分析BIM技术在项目管理、设计管理、施工技术等方面的应用和价值。
该项目为某市CBD重点项目，是集高端购物、高端休闲娱乐、高端写字楼、五星级酒店为一体的大型城市综合体，总建筑面积15.7万平方米。塔楼58层，高288.6米（建筑轮廓高）；裙房5层，高29.76米（建筑轮廓高）；幕墙面积7.5万平方米，钢结构用量达2.3万吨。采用混合结构（钢筋混凝土核心筒+钢管混凝土柱+钢结构梁），结构极其复杂。该项目全专业采用BIM技术，以幕墙系统深化、加工、施工为例，总结BIM技术在复杂项目中的价值。
本项目幕墙系统主要包括竖隐横明幕墙系统、百叶幕墙系统、铝单板幕墙系统、铝板立柱幕墙系统、铝板装饰条幕墙系统、雨棚系统等。我们作为本项目的幕墙顾问，为业主提供了从深化设计、施工管理、成本控制等全方位的服务。
1.2 传统幕墙设计与施工管理存在的问题
1.2.1 幕墙设计各参与方之间的协作
在现行的承包模式下，无论是甲方平行承包，还是总包专业分包，最终都是由幕墙专业单位来实施，因此整个设计过程涉及到多方的需求和信息的传递。一般会有设计院、幕墙专业单位、项目总包、项目施工单位的共同参与。设计单位负责总体质量，专业幕墙单位负责深化和施工，施工单位或总包负责总体效果和各方协调。因此，在复杂的幕墙结构设计和施工中，施工单位或总包需要投入大量的精力来做整体工作。
1.2.2幕墙施工管理难度大
一般情况下，幕墙专业单位完成深化设计，出具加工图，再由工厂加工，运输到现场安装。但项目的实际情况是，幕墙施工是在主体结构体系完成后进行的，由于无法有效测量或测量精度不够，主要轮廓的定位、尺寸与实际施工图存在一定的差异，幕墙构件在加工、装配过程中也可能存在一定的误差或变形。因此，施工过程中技术沟通、数据确认的工作量巨大。若要保证沟通、确认的及时性和准确性，需要建立比较完善的生产管理制度和质量控制体系，复杂项目则需要较强的技术。复杂项目的幕墙立面若有倾斜或渐变，所用的玻璃、铝型材、线条等均为非常规尺寸，切割、安装、定位必须有先进的工具和管理手段支撑。 在实际现场工作中，还需要掌握激光扫描、点云数据处理等技术人员，对于采用铺线、测量机器人的项目，在组织施工时需要更加慎重考虑。
1.3 BIM技术的应用及价值
根据项目特点，采用Rhino+Grasshopper+revit+AutoCAD+Navisworks Manage+Revizto的BIM软件技术体系，完成了幕墙及各专业的碰撞检查、幕墙快速建模、一键分割、切割、出图等工作，整个工作过程在可视化的环境下进行技术交流和工作交底，提高了设计、施工中的施工效率和技术管理。
1.3.1 BIM在设计工作中的应用
由于设计院提供的幕墙图通常表达的是立面的整体效果，并未做精准的建筑表皮划分，因此需要专业的幕墙单位根据业主提供的幕墙设计图，完成幕墙表皮模型。根据业主对外观的详细要求，对表皮模型进行调整，协助业主验证单元板划分。确定划分方案的表皮模型也是后期深化的基础。利用表皮模型与各类专业模型进行碰撞检测，是保证幕墙与结构、机电空间关系合理性的前提。根据碰撞检测结果进行分析、误差检查，并出具调整报告，作为重点区域龙骨定位的依据。如图1所示。
图1 组件空间关系及定位模型图
1.3.2 BIM在施工管理中的应用
本项目幕墙板为异形双曲弧形，生产加工难度极大。甲方确定板分块方案、龙骨定位后，现场需采用三维扫描、全站仪方式对现场实际钢结构轮廓逐一确认，生成现场施工模型。结合机电管线实际布置情况，利用BIM技术的模型叠加功能对原有幕墙设计模型进行修改，确保现场幕墙安装的可操作性。同时输出玻璃、铝板、石材的详细材料清单，提高材料切割、预制生产准确率，有效控制板加工时间。采用工厂组装、厂家现场安装的方式，大大节省了现场安装时间，实行模型导引制，交底更直观，更好地指导现场施工，为项目整体效果的实现提供保障。如图2所示。
图2 飞镐位置加深切削模型图
1.3.3 BIM在成本控制中的有效性
该项目运用BIM技术进行精准设计、加工和现场管理，在成本控制上取得了显著的效果，主要体现在以下几个方面。
（1）本项目异形曲面幕墙建筑造型的先进性和落后性导致项目完全缺乏同款模板，同时面临数以万计的模板材料。深化设计时，在分割尺寸、胶接等基础上钢结构玻璃雨棚价格，将部分曲面玻璃墙板优化为易于生产且成本更低的平板。对于无法优化为平板的部分，通过调整幕墙网格、进出位置、面的划分、标高微调等方式，最大限度减少模具数量，从而降低项目整体造价。本项目型材模具数量由原设计中的118块优化为106块，不仅节省了生产成本，还节省了拼装、现场安装的直接成本和节省时间的间接成本。
（2）在工艺图绘制中，由于工程量大、信息复杂，一般要求清晰标注各结构几何尺寸、开孔宽度、材料类型等信息。利用BIM技术分割输出精准的材料下料加工清单，提高人力、材料、时间的有效协调，降低因设计图与实际现场误差造成的报废率。在加工厂进行预拼装，减少现场工人协调工作量产生的管理成本。相关工艺图如图3、图4所示。
图3 单元板节点横截面
图4：部分单元板大图
2BIM在医院项目应用案例的价值
医院建筑是行业内最复杂的土木建筑之一，承载着医院功能的复杂性和特殊性。现在很多医院在投入使用前都会经过大量的装修工作，导致医学界流行一句话：“医院建好就是装修”。其主要原因包括医院功能需求的快速发展与医院建设周期长的矛盾，建设主体与使用主体分离的矛盾。
高品质的医院建筑首先要有高品质的设计，而高品质设计的前提是对功能需求的充分理解与实现。需要把握医院功能与布局要求、智慧医院建设标准两个重点。本章将以某医院全过程工程咨询中的BIM应用实践，讲解如何利用BIM可视化解决规划设计阶段的需求调研，并利用BIM的数字化承载特性，助力智慧医疗功能的实现。
2.1 项目概况
该项目为四川省重点项目，项目位于川南地区，按三级甲等综合医院标准建设，是集急救、医疗、教学、科研、防疫、储备为一体的区域性医疗中心，满足人民群众多样化的医疗需求。建设用地面积109118平方米，建筑面积334996.63平方米。其中：门诊医技综合楼5层，高23.9米；综合住院楼17层，高72.6米；妇女儿童专科楼12层，高53.4米；健康管理中心9层，高41.1米；行政科研综合楼10层，高44.6米；东、西地下室各2层，高10.2米； 污水处理站共1层，高3.7米。
该项目采用BIM技术辅助设计施工，项目整体不规则曲线给机电系统安装带来难度，加之机电系统专业多、体量大、要求复杂、需求多变，相比常规项目，难点和特点专业多。例如建筑包括：实验室、ICU、手术室、供应中心等，机电系统包括：医用气体、洁净、物流轨道、纯净水、智慧医疗等，传统的设计施工方式难以满足本项目需求。BIM技术的运用，帮助本项目更好地实现了设计要求，协调了各专业施工，大大减少了拆迁改造工作量。
2.2 BIM技术在医院项目中的应用成果
2.2.1 BIM在规划设计阶段的应用成果
规划设计阶段最重要的工作是确定符合医院功能和布局的建设方案。前期工作是深入调研，了解需求，多方参考方案进行讨论决策，选取流程合理、体验良好的建设方案。由于医院主要用户不懂建筑行业专业知识，对图纸理解不深，在设计方案时，利用BIM的虚拟空间构建功能，清晰动态地展示医疗工艺流程和各科室布局，结合日照分析、人流分析、步态分析等，可以评估整个方案布局的合理性。在优化建筑布局的同时，合理规划机电系统，动态调整通道的设置和流量，在提高医护人员和患者通行效率的同时，还需要考虑提升医院未来转型升级的潜力和运维能力。相关功能布局如图5、图6所示。
图5 局部人流规划
图6 应急疏散模拟图
2.2.2 复杂管线布置与绘制
医院机电管线系统较一般工程复杂，除常规给排水、电气、通风采暖、智能化系统外，还涉及物流传输、医用气体、净化、废弃物收集等，且对专间有严格的净高要求，传统CAD难以从空间上准确表达。实际工作中，由于医疗专业及设备的专业性，这些系统由多个专业分包商共同完成，导致设计周期长，调整次数多，在多次筹资、减图过程中，会出现技术资料不一致、信息不全等问题，影响工作效率。BIM技术可将各专业管线整合在一个模型中，按照规范及项目发包方式进行协调，专业间信息共享，解决碰撞问题，控制预留与预埋，合理设置转弯避让。 同时可协助业主统筹分包合同实施边界及单位进场时间，使BIM不仅是一种技术工具，更是一种管理工具，使专业设计人员与设备制造商能够在同一虚拟场景中进行数据信息交互，利用可视化环境进行技术沟通与工作协同。管线布置如图7所示。
图7 当地管线综合布置图
2.2.3 特殊设备和特殊房间的模拟
各类现代化医院设备系统是医院的核心资产，占据建设投资的重要部分。虽然医疗设备采购不属于建筑安装工程的内容，但为先进设备建设合适的空间是保证设备高效运行的基础之一。由于医院的建设与设备采购是分开管理的，且采购时间在建设之后，如果前期没有收集到重要设备的参数，现场的安装条件可能达不到要求。一般来说，设备安装与建设之间的矛盾主要有：机房面积、净高不满足；预留水电气排污不满足；设备运行的可操作空间不满足，后期设备改造升级受限等。因此，在专用设备、专用房的规划中，可以运用BIM技术做好以下工作。
（1）提前与设备采购部门对接，获得所要采购设备的型号、厂家及各项参数，进行设备建模，模拟设备在房间内的安装位置及设备运行时的空间关系，做好各项预留、预埋工作，避免设备无法安装到房间，无法正常运行等问题。不断收集、整理设备信息钢结构玻璃雨棚价格，形成设备清单，不断更新、完善型号信息，为后期设备运行维护提供基础数据。
（2）医院大中型设备体积大、重量重，需协助施工单位预留设备安装运输通道。通过现场模拟设备安装，可提前确定方案的可行性，确保设备能运输到指定位置。相关设备布置模拟如图8、图9所示。
图8 房间设备布置模拟图 图9 局部管道布置及走向图
2.2.4 BIM在智慧医疗中的应用
随着现代医院的不断发展，患者的需求越来越高，医院人力成本不断增加，以及现代医疗设备种类繁多等诸多需求的驱动，智慧医疗建设也成为医院建设的重要组成部分。智慧医疗的建设可以提高医院的运营管理效率，减少医疗事故，提高患者就医满意度。基于实际现场数据信息的完成模型为数据库维护和设备管理提供了基础条件。
项目智慧运维平台以BIM数字孪生技术、IBMS管控为基础，形成以数据分析为核心的智慧运维管理体系。BIM在智慧医疗方面的工作主要包括：
（1）辅助方案设计。在医院布局方案设计阶段，智慧医疗的顶层设计要求会对平面图产生很大影响。例如，传统的医院布局需要较大的缴费大厅才能满足患者排队缴费的需求，但智慧医疗系统设计的手机在线支付之后，缴费大厅不需要那么大的面积。因此，在方案设计阶段，通过可视化呈现，动态调整整体布局，辅助建设单位决策；
（2）设施设备管理。基于BIM和物联网技术，探索系统在空间维度的智能化应用，将BIM模型与实体项目信息一比一还原，形成虚拟数字模板，在三维可视化环境中对设施设备进行管理，使设施设备的管理由传统的台面管理升级为三维空间的位置管理。同时可根据其他运维管理需求，录入设施设备的采购、维护信息，嫁接各类传感器、智能终端设备。通过系统模拟各类应急事件，提高应急预警能力，最终实现设施设备的智能化管理。
3 结论
在建筑领域，应用BIM技术可以整合数据信息，改变设计流程和设计决策方式，改善施工方法和效率，为后期运维一体化管理提供基础数据，是建筑行业转型升级的重要工具和工作方法。BIM技术在我国应用已有十余年，BIM技术所能产生的价值也逐渐被业界认可。但我们不能有“BIM万能”的思想，认为所有项目都应该使用BIM技术。通过我公司多年的总结和实践，认为在复杂项目中应用BIM技术可以解决传统手段难以解决的问题，实现项目的精细化管理和效率提升。但在简单项目中应用BIM技术的性价比不高。如果业主要做资产管理或者智慧运维，那么BIM技术是一种有效的技术支持手段，但需要做好调研和规划。
参考：
[1]《医院建设项目管理指南》，同济大学出版社，中华医院协会、同济大学复杂工程管理研究所编。
[2]黄元虎，智慧时代医院建设新思维，江苏凤凰科技出版社。
