BIM技术在守拙园EPC项目上的应用

河南省第二建设集团有限公司

BIM技术在守拙园EPC项目上的应用

一、项目概况

(一)项目基本信息

守拙园项目是EPC模式下的装配式建筑，对集团公司具有战略意义，总体定位高。其中3#公寓采用装配式钢结构，地下建筑面积为2199.17㎡，地上建筑面积为31896.01 ㎡，1-3层柱子截面为700mm×700mm,3层以上柱子截面为400mm×400mm。梁最大截面为1150mm×400mm,地下室1层，层高为5.5m，地上部分25层、标准层高为3.3m，建筑高度为89.97m。主体为钢框架--偏心支撑结构,用钢量共计3700余吨。该项目装配率达92%，是新乡市首个建筑产业化示范项目。

本工程建设单位：河南二建立新置业有限公司

总承包单位：河南省第二建设集团有限公司

监理单位：河南景宏建设工程管理有限公司

设计单位：河南省第二建设集团有限公司

勘测单位：河南省郑州地质勘察院

施工单位：河南省第二建设集团有限公司

(二)项目难点

1、工程目标高、项目定位高，各项管理要做到河南乃至全国示范和引领作用;

2、本工程工期紧、参与方多、各专业之间信息交叉多、协调难度大;

3、92.97米高纯钢结构公寓，施工难度大

(三)应用目标

1、推广集团公司BIM技术落地应用，创建公司BIM管理实施体系。

2、BIM技术与现场结合，实现精细化管理。

3、减少施工现场错误，提高施工质量。

4、收集整理建造过程数据，为后期运维做准备。

二、BIM应用方案

(一)应用内容

依据本项目的现状，结合集团公司对项目BIM应用的期望，本项目BIM技术应用目标围绕着全面深度应用设定，具体如下：

1、设计阶段BIM模型应用

(1)依据工作制度、建模标准规范和施工图纸建立BIM模型，通过建模对图纸进行优化，提前解决图纸中的错误问题。

(2)对建立的设备管线模型进行初步深化，对设备管线复杂部位及管线标高进行优化，并结合模型对设备管线图纸进行优化，提前处理管线错漏碰撞问题。

(3)将设计模型交付施工单位，便于施工单位使用，避免二次建模。

2、采购阶段BIM模型应用

(1)依据设计深化模型，自动统计构件清单。

(2)将构件清单导入自动排版软件，输出材料计划表。

(3)根据材料计划表编制工程量清单，根据清单编制采购计划，在公司A8办公系统发起采购申请，进行材料采购。

3、施工准备阶段BIM技术应用

(1)利用BIM技术进行三维场地策划，对施工现场进行科学合理的布置。

(2)对设备管线模型进一步深化，解决设备管线之间的碰撞问题。对局部复杂的设备管线进行多方案综合优化，并通过模型进行方案比选，供甲方选择。

(3)施工中重难点方案策划及模拟，通过BIM技术解决项目技术重难点问题，并利用BIM技术可视化优势实现三维交底。

4、施工阶段BIM管理平台应用

结合BIM平台对施工过程管控，收集整理过程文件、协调各参与方处理施工过程问题，合理有效的对工程进度、资源、质量、安全进行管理。

通过平台将模型数据集成在云平台之上，项目全体参与人员，可通过不同端口，随时随地查看项目相关资料，基于资料生成二维码实现资料共享，以实现现场无纸化办公，指导施工。解决项目资料丢失问题，以保证工程资料安全性，方便存档随时查看。

(二)应用方案的确定

1、软硬件配置

(1)软件选型

序号	软件	应用内容
1	Revit2016	模型创建软件，主要用于在机电、场布；
2	AutoCAD2014	图纸处理、查看、出施工图等
3	Navisworks 2016	主要应用在净高分析、碰撞检测、施工模拟、漫游等
4	Fuzor 2017	主要应用在漫游、净高分析、动画制作、模型查看等
5	Tekla 18.1	主要钢结构模型创建、深化等
6	lumion 8.0	主要应用在效果图、室外场景、动画视频等
7	Office 2013	辅助现场办公

(2)硬件配置

类型	品牌	CPU	内存	数量	用途
台式机	Dell	i7-6700	32G	5	模型创建
笔记本	Alienware	i7-4700MQ	16G	2	工作汇报
移动设备	不限	尽量高	不低于64G	根据项目人员而定	结合BIM平台使用

2、组织架构

河南守拙园项目为我公司首个运用BIM技术的EPC总包项目，公司领导对此高度重视;BIM团队由集团公司高管层、总工办、BIM中心、项目部BIM应用小组组成，其中集团公司高管层负责公司资源的协调，总工办负责技术上的把控，BIM中心负责BIM技术的推广实施，项目部BIM应用小组负责BIM成果的落地应用。具体职责如下：

序号	姓名	职务	BIM技术履历	任务与分工
1	苏群山	集团总工程师	8年	负责BIM技术实施策划
2	董新红	集团副总工程师	8年	配合团队建设及管理，带领团队培训和实施
3	曾  良	BIM中心副主任	7年	负责BIM的策划及实施
4	宋研研	BIM中心副主任	5年	统筹BIM模型建立与应用
5	孙玉霖	总工助理	4年	负责施工模拟及数据管理
6	张  旭	项目执行经理	6年	负责现场BIM技术的落地应用

3、实施顺序

(1)对甲方提供的资料和设计院提供的项目图纸进行收集;

(2)对收集到的图纸资料进行查验，将问题意见及时反馈给甲方，确保图纸资料完整无误;

(3)依据设计图纸进行任务的分工，构建BIM建筑、结构、机电、场地模型;

(4)将各专业模型进行汇总整合;

(5)根据BIM模型出图纸问题校核报告、钢结构或型钢混凝土节点碰撞报告及管线碰撞报告;

(6)根据碰撞报告及施工工艺规范，优化模型;

(7)依据BIM模型进行可视化展示、综合管线优化、现场管理平台等应用;

(8)根据施工现场的进度，将变更、签证等文件及时添加至BIM模型，确保模型与现场施工保持一致;

(9)工程结束后，汇总过程资料及竣工模型，将所有成果提交。

三、BIM实施过程

(一)实施准备

1、制定项目级BIM应用目标

结合本项目制定的质量、安全文明、绿色施工、节能、设计、科技创新等目标，制定本项目BIM应用目标。

2、制定项目级BIM应用实施方案

根据项目级BIM应用目标，编写项目级BIM应用实施方案，将项目应用目标进行细化。

本次应用目标的实现主要有四大技术路线：设计阶段BIM模型应用、采购阶段BIM模型应用、施工准备阶段BIM技术应用、施工阶段BIM管理应用。

(1)设计阶段BIM模型应用

1)用BIM技术依据设计院提供的项目图纸进行BIM模型创建和管理;

2)根据BIM模型给出图纸验证报告、钢结构或型钢混凝土节点碰撞报告及管线碰撞报告;

3)根据BIM模型钢结构或型钢混凝土节点碰撞报告优化结构模型，并配合施工方施工;

4)根据甲方施工进度，乙方负责根据甲方提供的变更、签证等文件修改、完善BIM模型。

(2)采购阶段BIM技术应用

本项目在设计阶段，通过BIM技术对图纸进行优化，查漏补缺，避免后期设计变更和现场签证，物资采购基于BIM模型进行，实现成本精确控制。

(3)施工准备阶段BIM技术应用

1)专项方案：根据甲方专项施工方案(场地布置、钢结构深化及出图，钢结构工程量统计、钢结构数字化生产等)，完成专项施工方案的可视化技术交底;

2)工序模拟：依据施工组织设计，进行重点工序三维模拟分析。

(4)施工阶段BIM管理应用

利用模型进行工程算量，形成工程量价信息，然后利用BIM平台集成全专业模型，并以集成模型为载体，关联施工过程中的进度、合同、成本、质量、安全、图纸、物料等信息，为项目提供数据支撑，实现有效决策和精细管理，从而达到减少施工变更，缩短工期、控制成本、提升质量的目的。

3、人员培训

组织实施团队成员，对BIM应用实施方案中的实施要求，建模标准，建模原则等进行统一培训。

4、项目文件夹的创建

按照专业、楼层、应用点等进行项目文件夹的创建，以便于后期的成果整理和汇总。

5、图纸收集

根据BIM实施方案的要求，对相关的图纸进行收集。

6、工作任务分工

根据BIM实施方案的规定，对相关参与人员进行任务分工。

7、项目样板创建

创建统一的项目样板，以便于多专业、多人协同建模。

(二)实施过程

1、设计阶段BIM模型应用

(1)BIM模型建立

建立适合本项目的BIM标准(包括：《项目精细模型命名规则(与概预算分部分项项目编码对应统一)》、《项目BIM构件信息添加标准》、《项目BIM设备模型颜色标准》等

(2)BIM模型检查

建立土建和钢结构模型，将二者模型进行整合，检查容易出错的地方，包括预埋件位置、土建和钢结构接触部位的标高、钢结构梁柱节点牛腿长度、型钢混凝土节点的碰撞检查等，形成完整的图纸问题汇总单。

(3)减震设计优化

传统结构抗震设计常常强化结构的抗侧力系统，主要致力于保证结构自身具有一定的强度、刚度和延性，结构尺寸需要做得很大，增加成本投入。

在建筑隔墙中设置软钢阻尼器，建立计算模型，分析受力，利用软钢良好的滞回性能耗散输入的地震能量。

(4)柱脚设计优化

在建筑结构中,柱脚的作用是固定柱身并将柱中的内力传递给基础。由于埋置深度的特殊要求，如果采用现有规范中的常规埋入式柱脚形式，柱脚埋入深度至少需要是柱子截面高度的2.5倍。

依据钢结构规范、焊接规范、钢结构设计手册等国家规范和标准的相关要求，通过ANSYS计算分析柱脚的受力性能，形成设计方案，

最终确定带栓钉及加强环板的埋入式柱脚，能够将冲切锥破坏面起始位置提高至上加强环板边缘处，增加冲切面周长，从而在不增加基础底板总高度的情况下大幅提高基础的抗冲切承载能力，经工程实际比较，使基础所需厚度从3m降至2m，大大减少了基础的造价。

(5)钢结构与装配式清水混凝土外墙挂板连接节点优化设计

守拙园项目高层钢结构与装配式外墙挂板体系节点的结构设计、构造方式以及施工工艺等均由我公司自主研发与设计。挂板间及挂板与主体结构连接点的可靠性，结构在风荷载、地震荷载作用下整体位移时对挂板的影响，是整个设计的关键所在。

我公司与河南工业大学展开校企合作，对外墙挂板连接节点可靠性，优化“守拙园”工程的PC 幕墙与主体结构连接形式，研究“守拙园”工程中的PC幕墙及外挂连接节点在水平荷载(风荷载、地震荷载)作用下的受力性能、变形能力和破坏损伤模式;评估设防烈度下新型PC幕墙及外挂节点连接方式的安全性和舒适性。

2、采购阶段BIM模型应用

(1)工程量统计

利用tekla软件，自动统计构件零件清单，项目中共计用钢量 3700多吨。

(2)工程量统计

将零件清单(对零件清单进行排序合并，使同厚度，同规格的钢板在一个清单里)导入SinoCAM进行自动排版，输出材料计划表。

(3)编制工程量清单，物资采购

根据材料计划表编制工程量清单，根据清单编制采购计划，在公司A8办公系统发起采购申请，进行材料采购。

3、施工准备阶段BIM模型应用

(1)场地布置

采用BIM技术建立场地布置模型，借助动态模拟及漫游展示功能，从不同角度展现地上施工阶段、地下施工阶段中办公区、生活区、加工区、临电等布置方案，合理安排工作路线，避免现场混乱，减少二次搬运。

(2)复杂节点深化及出图

在设计模型的基础上，进行钢结构深化，并生成加工图和安装图共计616张，指导加工和安装。

(3)碰撞检查，辅助图纸会审

依托深化后的钢结构模型，创建建筑模型，对建筑结构进行碰撞检查，提前发现并解决问题，辅助图纸会审。

(4)桁架板深化

通过BIM模型对桁架板进行深化，提前策划排布方案，统计桁架板规格数量。单层桁架板342块，项目共计8208块。

(5)套料排版

深化后的BIM模型直接转换成NC数据，通过SinoCAM自动套料软件，对构件进行自动排版，最后将套料后的版图导入数控机床，辅助机床自动切割板材，自动焊接。

(6)工程量统计

利用tekla软件，自动统计构件工程量清单，根据清单编制采购计划，辅助采购。

(7)数字化生产

通过Tekla模型和先进的数控机床相结合，自动导入构件信息，实现数字化、自动化加工，大大提高了加工速度和质量。

(8)钢构件验收

钢结构生产加工完毕后.对其进行结构几何尺寸的验收。在对钢结构几何尺寸验收的同时，也对钢结构的焊缝质量、油漆喷涂等进行验收。同时对焊缝进行超声波探伤检查，使外观达标，漆膜厚度符合规范要求，具备出厂吊装安装的条件。如下图所示：

(9)钢结构虚拟预拼装

利用BIM模型对钢结构进行预拼装。检查钢构件成品的尺寸规格是否满足现场施工精度要求，有质量缺陷的构件进行返工处理，对在预拼装中满足模型要求的进行验收确认，直接进入下道工序，如下图所示：

(10)三维动画施工模拟

在该项目钢结构施工方案的编制过程中，除明确钢构件的加工制造是重点难点外，对钢构件的吊装也进行了详细的文字说明和图片演示。在模拟施工过程中，BIM技术团队采用了3Dmax软件对钢结构进行分解在Tekla模型的基础上制作了钢结构吊装的模拟施工动画视频。利用视频的形式发现吊装过程中的难点，并通过视频向吊装工人进行详细的技术交流，让工人知道施工中的注意事项，提高吊装工艺策划的可视化。通过吊装工艺的施工模拟，提升了BIM技术团队的技术实力，提高操作工人对技术交底的接受度，如图所示：

(11)预制构件深化

守拙园项目大力践行“装配式建筑”的理念，项目中楼梯、阳台、飘窗、清水混凝土挂板等均采用预制装配式。预制构件共计6大类，14小项，2169个。其中钢结构公寓外围护采用清水混凝土挂板，有27中规格，1460块。

(12)预制构件生产

(13)预制挂板安装

现场安装人员安装前，进行安装动画进行技术交底，并通过移动端查看挂板模型，辅助挂板位置确定及安装。

3、施工阶段BIM管理平台应用

(1)文档资料管理

依据集团公司《民用(非电力)工程技术资料管理办法》要求和项目实际需要，在BIM平台建立相应资料管理文件夹，通过平台整理上传相关资料，各参与方通过PC端、移动端均可随时随地查看资料，方便资料信息的传递，提高工作效率。

(2)表单审批管理

通过BIM平台对现场表单过程审批文件进行管理。通过设置相应流程，对流程动态进行时时监管，动态过程可查。最终通过平台能够进行大数据分析。

(3)进度管理

通过平台建立项目动态圈，各参与方及时了解项目情况。

(4)质量安全管理

通过BIM平台对现场的质量安全进行管理，现场工程人员进入现场后，对现场不符合要求的作业进行移动端问题发送，工程问题对接人员接收问题消息后，进入现场处理待解决的问题，然后在云平台上进行回复。问题可以追溯到具体负责人，避免了后期推诿扯皮。

(5)施工日记管理

平台上植入施工日记模板，工长通过手机端实时记录现场情况，减轻工长工作量。

(6)二维码应用

项目中通过二维码对相关构件进行构件信息查询、构件定位、构件材料跟踪、构件问题创建等功能，真正的实现一码多用，提高工作效率。

四、BIM应用效果总结

(一)效果总结

1、通过项目实践应用，形成了项目《BIM管理制度》、《BIM建模标准》、《BIM实施方案》等方法体系，为下一步项目实施奠定了基石，同时也积累了BIM数据库，培养了岗位人才员，为后续集团BIM体系完善提供依据;

2、BIM平台在项目上使用，提高了各参与方的高效协调能力，优化了资料管理，减少了安全隐患，提升了过程控制能力，更好的把控工期，从而实现精细化管理。

3、项目协同平台的使用，提升了沟通的效率，有效地解决了本工程工期紧、参与方多、各专业之间信息交叉多、协调难度大的问题。

(二)方法总结

1、应用方法的总结

守拙园项目BIM技术应用的亮点在于全生命周期的BIM技术应用研究，特别是施工阶段的BIM技术应用进行更深入的研究。作为EPC总承包项目，BIM技术应用的亮点在于设计阶段的优化，减少了因图纸问题导致的变更和返工;同时施工阶段实现了BIM碎片化的方案策划应用，对现场的精细化管理提供了技术支撑。

通过本项目的实践应用，整理总结了《新乡守拙园钢结构建模标准》;建立了固定的部门工作协作流程。

2、人才培养的总结

该EPC项目设计施工全过程应用BIM技术，参与单位主要有：设计院、钢结构公司、施工总包单位等5家单位，参与及培养BIM人员20余人，为后续各单位BIM应用储备了人才。

BIM技术的推广应用，需要一批既懂专业又懂软件技术的专业型人才，因此本项目在实施初期，便制定了人才培养方案及目标，通过项目建模实践培训，培养了一批具备建模能力的专业人员;通过过程中的实施培训，培养了一批具备现场应用能力的专业人员;通过平台的应用培训，培养了一批具备信息化使用能力的综合性管理人员。

3、经济效益

BIM技术的应用，目前已经节省了材料成本和施工成本83万。主要效益点为：优化设计，节省造价;提高图纸质量，避免返工;设备管线深化，避免材料浪费;提前策划，节省成本。

4、社会效益

在守拙园项目工程中，因为采用BIM技术，获得一定的社会效益，具体体现在以下方面：

1)项目召开了多场现场观摩会，利用此方式向兄弟企业进行了BIM技术的宣传交流，获得了良好的社会赞誉。

2)守拙园3#楼钢结构工程获得了“中国钢结构金奖”奖杯，充分展现了我公司卓越的钢结构制造与安装能力。