基于BIM技术的机电深化设计及施工在南京金鹰世界•T1塔楼项目应用
江苏中南建筑产业集团有限责任公司
基于BIM技术的机电深化设计及施工在南京金鹰世界·T1塔楼项目应用
江苏中南建筑产业集团有限责任公司
摘要:应用BIM技术搭建南京金鹰世界·T1塔楼BIM建筑结构及机电模型, 进行基于BIM技术的相关应用, 深化设计及优化工作, 管线综合及预留洞,吊装方案模拟,支吊架预设,指导现场施工,减少了复工与返工的次数、且便于新型生产方式的兴起如场外预制、BIM参数模型作为施工文件等等，显著地提高了生产效率、节约了成本; 解决设计信息中没有体现的细节问题和施工细部做法，更直观更切合实际地对现场施工工人进行技术交底; 利用模型进行直观的“预施工”，预知施工难点，更大程度地消除施工的不确定性和不可预见性，保证施工技术措施的可行、安全、合理和优化;
关键词:BIM技术, 深化设计及优化工作, 管线综合及预留洞,VR技术, 吊装方案模拟
南京金鹰世界由相连的三栋塔楼和底部裙楼组成，总建筑面积91.8万平方米，四层地下室面积21万平方米,10层商业裙房面积21万平方米, T1、T2、T3塔楼高度分别为76层高368米、67层高328米和60层高300米，在塔楼方向的10层，27层，43层，59设置避难层，三栋塔楼在43到48层设有高空钢结构空中连廊，预计总投资100亿元，高耸入云的“三塔”成为南京河西新地标，是全亚洲单体最大的商业项目。建成后作为金鹰国际集团总部办公、高星级酒店和写字楼，是全球在建的、高度最高的、唯一的非对称三塔连体建筑!
项目结构及功能示意图
项目特点：
机电系统复杂：作为亚洲最大的“三塔”连体高端商业项目，其机电安装的工程的复杂程度可想而知，本工程为高端酒店、商业及写字楼业态，机电专业系统众多且复杂，每个分区基本设置有：给水、热水、排水、中水、雨水系统;消火栓系统、消防自动喷淋系统;空调系统、采暖系统;防烟排烟系统、消防自动报警与联动系统、照明、动力、防雷系统;自动化办公、安防、楼宇自控等智能化系统以及高速电梯系统、锅炉系统、高低压配电系统、擦窗机系统、停机坪系统等等。机电管线交叉复杂，每个楼层都需要经过机电管线综合后才能指导现场施工，管线综合调整的工作量非常大。
项目前期问题多：机电单位由于进场晚，工期紧张，业主要求本项目获得安装界的鲁班奖——安装之星奖项，图纸及土建条件不成熟，因此传统施工方法难以满足工期及质量需求。
项目招标图纸设计不全，空调水系统原有设计系统问题多，设备机房图纸不完整，达不到施工要求,机电图纸都需要经过深化设计才能确保系统功能完整。
设计优化难度大：本项目土建现场已基本完成,实际条件与图纸有较多不符，结构极其复杂，机电深化设计条件无法确认。
超高层项目由于系统复杂，业态调整多，高空商业配套业态要求高，传统设计无法表达到位,精装方案反复修改，精装效果要求高，标高要求不断抬升，给机电综合管线标高的压力非常大。而系统管线大的改动，会对机电系统使用功能造成影响。
施工安装难度大：本项目安装工期短，酒店要求安装工期5个月，办公部分安装工期6个月，安装完成满足精装进场施工条件。
机电设备安装工作量较大, 机电设备安装施工空间狭窄。机电工程系统与设备多、管线异常复杂，管道管径大，多专业管线综合布置难度大，给机电安装工程施工质量管理带来了不利因素。
设备层有钢桁架，大型设备无法吊运，只能从上一层楼板开孔往下吊冷冻机组等大设备。
核心筒走廊管线层数多，空间狭小，施工难度非常大，必须严格按施工工序分层施工才能完成管线的安装。
垂直运输困难。竖向管井安装及高空设备安装均采用传统方法费时费力 ，场地狭小，材料设备垂直运输难度大，接近4000吨型材、管材需吊运上楼。
项目实施:
本项目的机电安装由中南建设旗下的南通市中南建工设备安装有限公司实施，基于以上特点，我司承接的T1塔楼机电安装进行了系统深化设计和BIM技术应用，解决设计和施工难题,为此,项目配备了具备丰富机电安装管线综合经验的设计团队，对T1塔楼机电系统进行深化设计及优化工作。
BIM技术介绍:
BIM技术即建筑信息模型技术，是以三维数字技术为基础，集成了建筑工程项目各种相关信息的工程数据模型。通过参数模型整合各种项目的相关信息，实现设计效果可视化、施工方案优化、4D施工模拟、可建性模拟、施工质量与进度监控、提高施工预算的精度和效率、支持预制加工、网上协同作业管理平台等功能，有效地提升效率，节约成本。
BIM的核心应用综合管线排布对于机电各个专业都有着重要作用：
(1)综合管线合理布置，提高建筑净空高度。
(2)综合排布重要设备房及楼层平面区域内机电各专业管线，协调机电与土建、精装修专业的施工冲突。
(3)确定管线和预留洞的精确定位，减少对结构施工的影响,避免二次开洞。
本项目安装公司在设计方面工作主要包含以下几方面
(1)配合业主业态功能变化、装修需求、物业需求的调整以及消防、规划、图审、质检等职能部门意见进行的设计图纸修改工作;
(2)预留预埋图(结构墙、梁，楼板预留预埋)、室内外机电管线综合排布图、设备机房详图(含设备基础图)、管井管道综合排布图、支吊架详图、节点大样详图。
(3)优化设计工作，对原设计参数复核、修正、补充;对原设计负荷的重新计算复核;对原设计中的错、漏、碰、缺加以纠正、修改;对原设计中类似噪声等指标性要求进行具体的工程设计;对设备选型、对管路管线的尺寸与材质进行复核计算与比选;对机房布局以及其与建筑结构的相关处理进行协调等。
(4)施工现场驻场技术交底、现场设计等技术支持工作。
(5)与精装设计配合，与装饰现场设计人员沟通确定灯具、风口、喷淋、烟感、探测器、音乐广播的具体位置，调整修改设计图纸并及时出图。
(6)配合采购提供设备材料的技术参数、规格、材质、数量、使用场所等明细用于招标。
安装公司应用BIM技术综合深化设计内容包含以下几方面
(1)负责搭建建筑、结构、机电各专业的BIM模型
(2)机电系统深化设计完成后，对机电管线进行综合排布
(3)提供机电综合管线图和综合预留洞图
(4)提供净高分析图
(5)参与业主机电各系统方案讨论、配合业主确定精装吊顶标高
(6)在满足精装吊顶标高的前提下，修改和优化机电系统管线(本工程重点)
(7)BIM综合节点大样图
(8)基于BIM的施工平面图及剖面图、施工详图
(9)基于BIM技术的机电管线预制加工
基于以上要求,我司通过BIM三维设计协助梳理系统，确保系统方案的可实施性，
1、首先项目制定BIM应用标准：通过建立项目BIM模型搭建模型应用标准：以国家规范标准为前提，建设方应用标准为依据 ，模型建立原则是分层搭建，服务现场施工，准确反映设计，竣工模型为目标
在有限层高和装修要求高的前提下，现场必须按照BIM图纸施工，因此对BIM施工图设计深度及精度提出了很高的要求。
2、BIM建筑结构模型的搭建:
由于现场建筑结构条件与图纸多处不符合，为保证模型的准确性,需要提前对项目结构进行实测实量确保准确,只有在正确的结构模型上,才能完成准确的管线综合,避免了在错误的结构上排布管线在现场无法按照模型排布。
3、BIM机电综合建模
机电模型采用分层搭建，与原设计图对比，每层机电管线调整量在60%以上，最终方能出具BIM施工图用于现场施工。
4、基于BIM的综合应用-管线综合及预留洞
由于本项目设计周期长，数轮方案优化及深化设计后，现场土建预留孔洞与实际需求上洞口数量、大小、位置均不相符。在进行管线综合深化设计前，结合模型对现场实际的孔洞预留进行复核，对需要开洞的位置重新开洞。
在管线综合时，需要结合二次结构的构造柱位置及圈梁高度来设计管线高度及管路走向，避免出现管道穿二次结构的情况 。
43层为空中平台设备层，结构桁架众多，管线复杂。通过BIM设计师的合理排布，保证避难区标高。
5、基于BIM的综合应用-VR技术
建筑工程项目中创新应用建筑VR虚拟可视化仿真技术。借助于先进的计算机和传感器，在多维信息空间上创造一个完全独立的虚拟信息环境，继而将建筑模型和场地模型无缝载入，从而体验者具备身临其境的沉浸感，极大加强了使用者与环境要素的交互作用能力。传统CAD图纸演变为BIM模型是一种认知输入上的飞跃，从二维演进至三维是巨大的进步，而VR技术则更上一层楼，将三维模型虚拟化,本项目制作的冷冻机房VR立体全景图,通过扫描二维码,可以直观显示机房立体效果,用于对工人的技术交底及外部展示，，准确传达设计意图，保证了机房的安装一次性到位，避免了碰撞返工。
6、基于BIM的综合应用-吊装方案模拟
本项目为超高层项目，传统垂直运输方案(塔吊运输、施工电梯运输)等需求，无法满足现场大批量材料、设备运输需求。为了提高施工效率，加强安全系数，本项目采用BIM预先进行吊装方案分析及模拟。
超高层项目材料运输是生命线，利用已完成的BIM模型，统计出每一层各个专业所需的材料表，力求快速准确的将每一层所需要的材料运输到位大型设备及管材吊运至相应楼层后，用手动液压托盘车转运至楼房内，移动设备或材料就位
在模拟吊装过程中发现，43F设备层结构加固桁架很多，水平运输不方便，故选择在44层新开吊装孔，将设备材料吊运至44层相关位置后再下至43层
7、基于BIM的综合应用-支吊架预设
传统施工过程中，支吊架的按照经验设置加工，过于保守，造成大量人工及材料的浪费。并且REVIT模型是否能在施工中落地的重要环节就是支架的设置。我们在传统支架模型的基础上利用广联达Magicad支吊架软件对综合支吊架进行设计及受力分析。
运用支吊架综合计算技术，现场节约大量材料成本，增加支架设置的可靠性。同时对支吊架工厂化加工，缩短工期，节约项目成本 。
8、基于BIM的综合应用-指导现场实际施工
依据业主要求，本项目BIM要求能够指导现场实际施工，项目深化设计团队采取一系列措施保证现场能够顺利施工：每周现场技术交底，每周精装修业主协调会，现场管线标高走向复核，工序调整等等。
在现场完成后，组织人员对现场管线走向及标高进行复查，确保设计意图落地。
结语：经过现场全体技术人员和BIM工程师的努力，项目顺利按照时间节点和设计要求完成机电安装，本项目运用BIM技术主要达成以下几点目标：
(1)缩短项目工期。利用BIM技术，可以通过加强团队合作、改善传统的项目管理模式、实现场外预制、缩短订货至交货之间的空白时间，大大缩短工期;
(2)提高生产效率、节约成本。由于利用BIM技术可大大加强各参与方的协作与信息交流的有效性，使决策的做出可以在短时间完成、减少了复工与返工的次数、且便于新型生产方式的兴起如场外预制、BIM参数模型作为施工文件等等，显著地提高了生产效率、节约了成本;
(3)把握施工细节——在设计方提供的模型基础上进行施工深化设计，解决设计信息中没有体现的细节问题和施工细部做法，更直观更切合实际地对现场施工工人进行技术交底;
(4)降低施工风险——利用模型进行直观的“预施工”，预知施工难点，更大程度地消除施工的不确定性和不可预见性，保证施工技术措施的可行、安全、合理和优化;
未来BIM技术随着软硬件技术的发展，还会衍生很多应用，落地应用于各类项目，包含了真实数据的建筑模型，广泛应用于工程项目的全周期，建筑CAD技术如果说是建筑行业的第一次革命，那么BIM技术可以说是具有高科技含量的第二次革命!
相信在不久的将来，BIM技术会大放异彩，BIM技术必将助力我司成功实现转型升级，借助高科技，实现跨越式腾飞发展!
