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BIM助力内蒙古赛马场项目荣获国际金奖

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2019年03月14日    作者:李永双    来源:项目管理评论网

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  【摘要】全过程工程咨询及一体化项目管理是行业管理模式变更的主要方向,BIM等信息化技术带来了行业技术手段的革命,二者都是是国家主管部门不断强调的行业改革的新方向。将二者深入结合,通过管理能力提升BIM实施价值,通过信息化的手段增强管理效率,将是项目管理实施很好的方向。内蒙古赛马场项目基于项目管理一体化与BIM信息技术的结合,该项目荣获了IPMA 2018年度全球项目管理卓越大奖金奖。该项目是内蒙古自治区成立70周年大庆主会场项目,该项目规模宏大、造型复杂、具备浓郁的蒙古民族特色。本文通过对BIM技术在该工程项管中的应用解析,深入基于BIM技术的全过程一体化项目管理实施价值与思路。


  【关键词】全过程咨询 一体化管理 BIM 信息技术


  2018年10月30日,国际项目管理协会(IPMA)2018年度颁奖盛典在芬兰赫尔辛基隆重举行。重庆联盛项目管理有限公司(以下简称重庆联盛)负责管理的内蒙古少数民族体育文化运动中心项目(以下简称内蒙古赛马场项目),最终荣获全球项目管理卓越大奖(Global Project Excellence Award)金奖,这是项目管理咨询企业获得的全球首枚金奖,开创了世界项目管理业界的先河。




  国际项目管理协会IPMA(International Project Management Association)1965年在瑞士洛桑成立,是国际上成立最早、影响力最大的项目管理专业团体,是全球项目管理非政府权威组织,目前已有68个国家或地区会员单位。自2001年起,IPMA每年在全球范围评选卓越项目管理大奖(IPMA PE Award),这是国际上项目管理领域最高水平的奖项,也称为国际项目管理的奥斯卡奖。


一、 项目概况及BIM实施成果


  1. 项目概况


  内蒙古赛马场项目位于呼和浩特市新城区保合少镇(呼和浩特市东北角),该项目占地1800亩,总建筑面积约8.2万平米,总投资约8.39亿元。项目建设内容包括标准赛道、主体建筑及马厩、停车广场等,其中标准赛道单圈长度达3.2km,主体建筑群自东向西由看台楼、亮马圈、多功能主楼三部分组成。


  内蒙古赛马场项目是内蒙古自治区2016~2017年头号重点工程,项目建设之初即被确定为内蒙古自治区70周年大庆主会场,项目建设过程中得到了自治区各级政府和社会各界的广泛关注。该项目已于2016年3月开工,按计划于2017年6月全面完工。2017年8月8日成功召开了盛大的内蒙古自治区成立70周年庆典,以俞正声为首的中央代表团对工程项目建设给予高度评价。


  项目主建筑群设计气势宏伟、极具民族特色:项目整体鸟瞰图如展翅飞翔的草原雄鹰,三个蒙古包组成的多功能主楼突出了蒙古民族特色,主入口造型取材于蒙古族传统摔跤运动员的肩甲、又似战时中军大帐。项目建设单位为呼和浩特市城发投资经营有限责任公司,建设单位通过公开招标方式委托重庆联盛作为项目管理单位,对项目实施全过程管理。


  截止目前,除前文所述IPMA国际项目管理大奖外,内蒙古赛马场项目也荣获了众多国内奖项,包括:2016年第十二届“中国钢结构金奖工程”、“中国金属围护系统工程金禹奖”、Bentley2016年全球BIM创新杯入围奖(全国仅两席)、呼和浩特市青城杯、内蒙古草原杯等众多奖项。


  2. 项目主要创新


  1)管理模式创新:项目管理一体化成功应用。


  基于本项目施工进度与质量的双重要求,项目管理单位提出一体化项目管理的模式。基于项目管理一体化模式,本项目并实现了包括项目管理、工程监理、招投标代理、以及造价咨询管理等的全过程一体化管理,可以最大限度的提高生产效率。


  2)技术应用创新:主导实施全过程BIM技术应用。


  BIM技术是目前建筑行业的技术革命方向,但在国内工程领域应用仍处于分块应用阶段,这主要是参加单位角色分工决定的。赛马场项目采用全过程管理模式,管理单位具备全过程实施这项技术的条件。另一方面,针对项目造型复杂、成本控制及工期要求,BIM也是必须引入的。因此,项目管理单位不仅力主将BIM技术引入本项目,而且主导了BIM在设计、施工、验收、审计等全过程的BIM应用。基于BIM作为项目技术主线,真正实现了各主要利益相关方之间及各个施工环节之间的无缝衔接、深度融合和集成管理。




  3. 项目实施成果


  目前项目已经竣工验收并投入使用,初步统计为工程节约工程混凝土用量4000余方,节约工程用钢量2000余吨;节约土石方量三十八万方;发现工程设计专业间碰撞错误及专业设计错漏问题1000余处;为业主节约了土建工程投资约3800万元,占整个土建工程投资的10%左右,以上成果已经得到设计单位确认和项目业主认可。


二、 项目管理BIM应用概述


  项目管理本质是对项目全过程的目标管理,BIM技术是实现这些目标的技术手段。项目管理单位在本项目实施过程中,通过BIM技术将管理信息和数据模型的整合,将各参建方整合,实现了对项目进度和成本的综合管理。下表为项目BIM实施责任矩阵:




  本项目基于项目管理目标的要求,制定了如下BIM实施方案:


  设计成果的审核与优化。项目管理单位应用BIM技术,对各阶段设计成果进行内部审核及优化。目的是解决设计矛盾与错误,从根源上对项目成本进行控制,全面提升项目的实施品质。


  机电及钢构工程深化设计。本项目造型复杂,机电系统、铝板及幕墙系统均非常复杂,现有BIM技术,基于三维全信息模型的专项系统深化设计方法已经相当成熟,其在本项目深化设计实施为项目施工奠定了坚实基础。


  钢结构及分部工程的施工控制。本项目的施工进度要求非常严苛,此外钢结构及分部工程均非常复杂。因此项目管理在项目实施过程引入BIM技术,对钢结构加工、物流、安装等全过程进行管理,有效保证项目的整体实施进度。


  此外,本项目参与建设方较多,为了严格控管各个分项工程的进度及质量,项目管理单位建立了基于BIM技术的统一模型及信息交互平台、模型深度标准及数据交换标准,藉此对各分部工程成果进行整合与管理。


三、 数字化模型构建与优化


  1. 建筑方案模型解析


  本项目建筑外立面方案为某蒙古艺术家根据民族元素特色手工绘制,再由建筑方案单位使用3Dmax建立初步几何模型描述。因此BIM建模工作需要对建筑方案模型进行数据转换和解析工作,以下以主楼为例说明模型解析过程。


  主楼两翼屋面通过与原3Dmax模型拟合,提取原曲面多个方向的结构曲线,重新拟合赋予参数得出两个主要方向的曲线方程,其中横剖面的方程为抛物线方程,纵剖面的方程为直线加上抛物线,如下图:




  通过这两条曲线放样,可形成现项目模型的基本造型曲面,曲面在直线段处为单曲面,在曲线段处由单曲曲面过渡到双曲面。


  主楼马鞍处的曲面非常复杂,其模型是通过对原模型的结构线提取,重新放样制作。中部为单曲面,边缘以及落地处为双曲面,过渡区域复杂。




  综上所述,本项目建筑模型解析主要路径为:基于原有建筑方案3Dmax的模型,对几何曲面进行剖切解析,力求形成解析方程;建立了Rhino表皮模型,将表皮数据模型转换至Revit软件,进行建筑及结构BIM基本模型建模工作;将结构模型转换至其它钢结构专业软件进入详图及加工模型的完善。


  2. 参数化分析与优化


  本项目幕墙及铝板屋面造型十分复杂,幕墙及屋面的分格设计既影响建筑的美观,也影响构件加工和安装难度。因此,通过合理分格设计用最标准的模数对幕墙和铝屋面模型进行分格划分,可以节约大量的成本。基于Rhino模型,使用Grasshopper进行参数化分析与优化。以下以亮马圈为例说明基于参数化分析方法对幕墙和铝屋面分格优化的效果。




  如上左图为优化前幕墙分格,原设计玻璃材质中间部分为方形划分,而两侧球形为三角形划分;所有单元分格均未标准化,且顶部交接区域分格过细,单元过小,建筑效果不理想,也大大加大了加工生产和安装难度。


  右图是基于BIM技术的分格解析及优化结果。设计优化后玻璃球形部分和顶部平板部分都由三角嵌板划分而成,因而整个玻璃部分完整顺畅统一;玻璃球形部分按照“菱形—三角形”逻辑划分,逻辑更顺畅;铝板部分沿纬线等距离划分,将两侧球状面和中间柱状面连接的误差消化在每块嵌板中。


  此外,优化设计采用参数化编程完成,嵌板的高度和宽度都可通过参数同步控制,任意改变,大大提高了深化设计和加工的标准化程度。




四、 设计管理BIM应用


  1. 土石方工程量优化


  在本项目设计管理初期,通过对设计成果的审核发现,设计标高确定未考虑原始地貌高差,导致三栋主体建筑采用统一的基底设计标高,由此带来近40万土方工程量,并且净缺土方量达到38万方。考虑项目实施周期不具备大范围周转土方条件,且周围是万亩草场,不具备土方资源,必须对设计标高进行优化,从而控制土方工程量。


  


  基于BIM技术建立原始地貌模型,并将设计BIM模型与地貌模型进行叠合,精确计算项目实际土方工程量。通过建筑标高调整进行土方量进行分析,最终实现土方量的减少并实现挖填方的平衡。本项目已经施工完成,最终项目实现了土方的完全自平衡,为项目争取了宝贵的工期及大量的成本投入。


  2. 设计成果审核及优化


  本项目为异形建筑,二维平面的专业配合及图纸表达存在的局限是毋庸置疑的,因此需要基于BIM技术对项目设计成果进行审核及优化。将BIM应用到建筑设计中,设计平台将承担起各专业设计间“协调综合”工作,设计工作中的错漏碰缺问题可以得到有效控制。以多功能主楼为例,建筑不同标高的平面回收变化,造成设计时管线等冲出墙面的情况,如下图:




  本项目为大型公共建筑,因此项目净高控制是项目最终品质提升的关键因素之一。通过BIM模型将能有效协调各类专业设计,协调设计和施工,协调设备安装和土建的工作。在三维环境下可以更好地优化净空,优化管线排布方案,特别在设计复杂区域,管线密集区域。应用专业检查工具,可以有效地控制净高,提高工作效率,保证项目的最终品质。


  3. 专项深化设计管理


  1) 管线综合设计


  传统项目建设过程中,项目参建各方有时需要花费巨大费用来弥补由设备管线碰撞而引起的拆装、返工及浪费。BIM技术应用能完全避免这种浪费。在管线综合设计时,可利用BIM的可视化功能进行管线碰撞检测,将碰撞信息反馈给设计人员及时做出调整,以减少施工现场的管线碰撞及返工,降低工程成本。




  2) 钢结构及分部工程深化设计


  本项目钢结构及分部工程是项目的难点及成败的关键因素。对于项目大范围的异型双曲屋面,钢结构受力构件、屋面檩条、屋面板及玻璃幕墙的相对关系很难使用二维平面图纸进行表达,其构造内容也十分复杂,因此项目实施必须借助BIM技术完成相关系统及节点的深化设计工作。




五、 施工管理BIM应用


  1. 构件数字化加工管理


  由于本项目建筑立面不规则,导致钢结构绝大部分受力构件存在弯弧、弯扭情况,铝板屋面绝大部分为双曲面造型,这些构件及面板加工制作及质量控制均存难点。运本项目用BIM技术,根据准确的BIM数字模型成果进行工厂数字化加工。利用BIM模型数据指导加工,提高工作效率,提升建筑质量。




  在钢结构工程数字加工实施过程中,要求:


  1) 钢结构及分部工程数字加工需要基于加工模型完成,加工模型在深化设计模型基础上得到,并补充关联材料信息、生产批次信息、工期成本信息、生产责任主体等信息。


  2)产品加工过程相关信息需要附加或关联到钢结构构件加工模型,实现加工过程的追溯管理;对于特殊构件及节点需要制定专项加工方案。


  2. 构件物流及存储管理


  本项目钢结构及分部工程涉及工厂加工的主要构件及面板超过3.5万个,这些构件绝大部分是各不相同的,如何在构件物流及存储管理环节提高效率和准确率,是项目按期完工的关键因素之一。通过BIM技术与物联网技术结合,实现构件实时监控:每个构件上粘贴包含各种信息的二维码“身份证”,实现对构件在成品入库、成品出厂、进场验收、安装完成各个关键环节的监控。


  另一方面,基于BIM技术,构件状态实时反应到BIM模型,在BIM模型中通过不同颜色的形式展现实际工程进度状态,确保项目相关方实时掌握工程进度。并可以根据需要生成项目进度实时统计报表等功能。




  3. 钢结构施工过程管理


  1) 施工平面布置


  本项目三栋主体建筑相邻较近,由于工期要求,三栋建筑必须全面展开作业面、平行施工才能保证项目的按时完工。因此,需要基于BIM技术合理布置现场,规划好施工组装场地和进出通道,优化原材料和半成品的堆放和加工地点,减少运输费用和场内二次倒运,有效利用场地的使用空间,提高劳动效率。




  2) 施工方案及顺序模拟


  本项目钢结构工程所包含的结构形式较多,其中包括大跨度三角拱桁架、平面单层网壳、环形网架、主次梁楼面系统等等,因此三个单体、不同结构形式同时施工的施工方案选择、施工顺序安排就显得尤为重要。基于BIM技术对施工方案和施工顺序进行了专项分析与模拟。




  本项目钢结构工程根据结构形式不同,施工工艺采用了多种工艺方法。钢结构施工方案模拟分析以施工工艺为基础,针对不同的结构形式、工程进度要求,采用不同的施工工艺。对于局部有特殊要求的部分创建施工工艺模型,将施工工艺信息与模型关联,输出资源配置计划、施工进度计划等。


  3) 钢结构预拼装管理


  BIM技术的虚拟预拼装技术,本质是三维激光扫描技术为基础的逆向成模检测技术。本项目通过三维激光扫描相关技术,实现实物模型数字化、数据预处理、三维模型重建,并应用于结构数字化预拼装。




  本项目主体钢结构造型复杂,弯扭构件、铸钢件多,可利用激光扫描逆成模技术,采用精度达0.085mm的工业级光学三维扫描仪及摄影测量系统,对加工完成的构件逆向成形,并使用BIM技术进行预拼装模拟。




  本项目使用结构虚拟预拼装技术,不仅节约了现场拼装的成本投入,而且大大降低了传统实体预拼装对现场安装工期的制约,有效保证了施工进度。


  4. 施工质量及安全管理


  在本项目现场管理过程中,通过将场地布置、施工顺序、机械调度等信息形成可视化的施工方案,让建设单位更直观明了的理解并把握项目管理的理念和项目实施质量。为保证施工质量并避免不必要的施工浪费,项管管理采用BIM技术进行施工方案的模拟与分析,在正式施工开始之前确定合理的施工方案,及时基于BIM技术进行施工可视化交底,确保项目实施质量。




  此外,本项目利用BIM技术对现场的文明施工及施工安全进行综合管理,对施工现场存在的安全隐患在BIM模型数据中及时标示,并通知有关单位进行及时整改,对项目作业面范围内的裸漏土方进行及时覆盖,避免扬尘对城市的污染影响,提高项目现场管理水平。


六、 小结


  项目管理本质是对项目全过程的目标管理,BIM技术是实现这些目标的技术手段。BIM技术通过项目管理过程发挥了更大作用,项目管理利用BIM技术实现了更高价值。


  本项目项目管理过程中对BIM技术的应用取得巨大成功,并由于“基于BIM技术主线的一体化项目管理模式”创新,项目荣获IPMA 2018年度全球项目管理卓越大奖金奖。可以预见不久之后,随着这一模式在项目管理行业内推广,BIM在行业应用范围的不断扩大、BIM技术应用深度不断加强,BIM在项目管理过程中的应用必将发挥更大的作用。


  参考文献

  【1】《建筑工程信息模型应用统一标准》,征求意见稿

  【2】《建筑工程施工信息模型应用标准》,征求意见稿

  【3】“内蒙古少数民族群众文化体育运动中心一期工程”施工组织设计


  李永双,教授级高工,一级注册结构工程师,现任重庆联盛建设项目管理有限公司副总经理。

责任编辑:王兴钊

标签:BIM
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