BIM在施工项目现场管理中的应用

BIM在施工项目现场管理中的应用
中国建筑第八工程局有限公司
1背景介绍
1.1项目概况
天津周大福金融中心工程位于天津经济技术开发区，总建筑面积39万平方米，地下4层，地上100层，建筑高度530米，为世界第八高楼。

工程涵盖甲级办公、精品商业、豪华公寓、超五星级酒店等多种业态，见图1.1。

图1.1建筑效果与业态分布
1.2现场管理面临难题
1.2.1造型独特，结构多变
建筑造型“天圆地方”，“复杂多变”是建筑和结构设计的最大特点。

角柱、边柱、斜柱和带状桁架、帽桁架之间形成复杂的空间弯扭交汇体系，剧增了钢结构、幕墙等专业的设计与制安难度。

1.2.2工程体量大，工期跨度长
8万吨钢筋、30万方混凝土、3.2万件钢构件近7万吨钢结构、38万延米焊缝、1.5万块单元体约11万平米幕墙、24个机电层近百个独立运行的机电系统、100万平米装饰，庞大的工程体量和长达5年半的工期跨度对现场施工组织提出极大挑战。

1.2.3参建单位多，协调难度大
总承包需对接15家设计及咨询顾问，管辖30多家专业分包和150多家物资供应商，协调管理工作量大面广，总承包管理面临严峻考验。

1.3BIM工具破解管理难题
依托BIM工具智慧建造，破解诸多现场管理难题，创造了超高层建造的新速度，铸就了超高层建筑的新标杆，天津周大福金融中心成为天津滨海的新名片。

项目获得2017年现场管理星级评价五星级，承办了中质协2018年第二期现场管理经验交流会。

参编了国家与行业BIM标准，荣获众多国内外BIM大奖。

2选择依据
2.1BIM是智慧建造的重要依托
坚持“工程总承包管理”的理念组织施工总承包，推行“全过程、全方位、全专业”的可视化智能总承包管理，依托BIM、互联网、大数据、物联网和云计算技术，全面打造智慧工地，助力管理提质增效，见图2.1。

图2.1依托BIM实现智慧建造
2.2BIM是各方协同的工作平台
BIM将各种信息始终整合于一个三维建筑模型中，在建筑的全寿命周期过程中进行共享和传递，为建设相关方提供协同工作的基础和平台，在提高生产效率、提升质量、节省资源、降低成本和缩短工期等方面发挥重要作用。

2.3BIM是现场管理的重要工具
BIM是建筑信息的集成综合模型，具有可视化、协调性、模拟性、优化性和可出图性等特点。

BIM不再像CAD一样只是一款软件，而是一种管理手段，是实现现场精细化、信息化管理的重要工具，被誉为继CAD之后建筑业的第二次“科技革命”。

2.4BIM的适用范围
BIM应用于建筑的全寿命周期中，包括设计、施工、运维等阶段。

对于施工总承包而言，BIM主要应用于计划管理、深化设计管理、质量管理、安全管理、物资管理、可
视化与8S管理等。

3实施步骤
3.1BIM实施过程
3.1.1“三全”BIM应用模式
采取“总包主导，统筹分包，辐射相关方”的BIM应用模式，实现项目“全员、全专业、全过程”的BIM协同应用管理，见图3.1.1-1。

随工程施工进展情况，统筹所有专业分包及供应商开展BIM的相关工作。

图3.1.1-1“三全”BIM应用管理
1）BIM实施组织架构
BIM实施组织架构由四个层级组成，并有企业BIM工作站和Autodesk外部技术支持，见图3.1.1-2。

BIM工作由总承包项目总工全权管理，BIM小组负责人带领总包和分包专业工程师共同完成BIM成果。

图3.1.1-2项目BIM实施组织架构
2）BIM实施服务内容与责任分工
依据不同阶段的BIM实施服务内容，明确参建各方的管理责任分工，细化包括业主
/项目管理方、BIM咨询顾问、设计单位、施工总承包、专业/劳务分包、供应商或制造商在内的参建各方的BIM管理工作职责，见表3.1.1-1~2。

表3.1.1-1施工总承包BIM管理的主要职责
表3.1.1-2专业分包BIM管理的工作内容和职责
3）BIM实施“人材机”保障
总承包负责组建项目BIM工作站，配备项目私有云服务器、协同工作硬件设施和核心软件，创建模型中心文件，搭建全专业协同深化设计平台。

统筹分包配备BIM深化设计工程师与建模专业软件，保证项目BIM的平稳实施，见图3.1.1-3。

图3.1.1-3BIM实施“人材机”配备
4）BIM实施工作计划与业务流程
制定项目BIM实施工作计划，明确关键节点的完成时间。

并制定12项BIM主要管理的业务流程，理清各项业务管理所涉及的工作任务与实施路径，见表3.1.1-3。

表3.1.1-3BIM实施的主要管理业务流程
5）BIM实施应用路线
按精度和维度两条线路实施BIM应用，见图3.1.1-4。

在精度方面，从建立LOD300模型切入，全专业协同深化设计，达到出图及指导现场施工的LOD400模型。

在维度方面，将时间信息与LOD400模型关联，实现BIM4D工期管理；将造价等信息录入模型中，实现BIM5D管理。

将施工信息与实测数据反馈到模型中，形成满足后期运维管理需求的LOD500模型。

6）BIM实施综合应用
以LOD400精度模型为基础，BIM综合应用涵盖图纸会审、深化设计、智能加工、重大方案模拟、4D工期与平面管理、虚拟样板与安全体验、可视化交底与质量验收等方面，见图3.1.1-5。

图3.1.1-4BIM应用线路图图3.1.1-5BIM实施综合应用3.1.2BIM深化设计管理
围绕“保障施工、降本增效”的设计管理理念，建立“以BIM为平台”的全专业设计管控体系。

主承建自行深化图纸30000余张，组织并审核分包深化图纸53000余张。

1）组建专业设计工作坊
总承包设置BIM及深化设计部，组建土建、机电、精装修等专业设计工作坊，所有分包专业工程师合署办公，及时沟通、协同设计，保证BIM深化设计效率，见图3.1.2-1。

图3.1.2-1专业协同设计工作坊
2）细化设计管理流程
细化机电、幕墙、精装修等专业设计管控流程，见图3.1.2-2。

依托高精度BIM模型，严控图纸会审、分包提资、模型整合、碰撞检查、漫游审查、施工图预审与出图等环节。

图3.1.2-2专业深化设计报审流程
3）模型确认出施工图
通过碰撞调整、断面确认、漫游审查等方式确认模型，由通过顾问最终审查确认的BIM模型，生成CSD综合图与各专业施工图，用于指导现场施工和可视化验收，见图3.1.2-3。

图3.1.2-3模型审查确认生成施工图
4）土建专业深化设计
BIM优化大截面墙柱密集钢筋排布与接驳器、穿筋孔等位置，实现砌筑墙体和轻质隔墙“一墙一图”、防火门及卷帘“一门一图”、设备管井“一井一图”、浮动地台“一台一图”等精细设计，从源头上减少材料消耗和现场剔凿返工，见图3.1.2-4。

图3.1.2-4土建专业精细深化设计
5）钢结构专业深化设计
BIM合理优化外框钢柱、转换桁架、钢板墙等重型构件分节，确保吊装安全、减少吊次，见图3.1.2-5。

提前深化钢板墙、钢梁的预留孔洞，预先精确定位、加固补强，见图3.1.2-6。

优化外框钢柱弯扭汇交节点、异型CFT柱转SRC柱过渡节点等构造做法，实现精准放样、合理分割，确保复杂异形钢结构的加工精度与安装质量，见图3.1.2-7。

图3.1.2-5重型钢构件分节优化
图3.1.2-6钢构件预留孔洞优化
图3.1.2-7外框钢柱复杂节点优化
6）机电专业深化设计
通过优化管道尺寸、疏散密集区域管线、利用梁间空位进行管线交叉避让等方式提高机电管线标高，通过调整建筑布局、结构梁局部变截面、梁上预留洞口等方式扩大机电使用空间，解决了管线粗大密集、净空要求严苛的施工难题，见图3.1.2-8。

机电管
线排布共解决5000多项专业协调难题，调整2万面墙体布局、1万樘门高度、约10万平米天花标高，避免了后期大量拆改和返工，见图3.1.2-9。

图3.1.2-8综合模型漫游审查设计调整
图3.1.2-9机电管线排布优化提高净空
7）幕墙专业深化设计
运用BIM插件编程进行参数化建模，形成准确的幕墙外表皮模型，再利用自适应构件功能快速完成板块优化和模型绘制，建模速度提高3倍，且精度保证100%准确，见图3.1.2-10。

统计分析、优化调整每个单元板块的翘曲值，保证整个建筑形体的外观效果，见图3.1.2-11。

采用“-4mm数学法”归并玻璃规格，从初步设计的6652种优化缩减至3308种，显著提高玻璃的工业化加工效率，见图3.1.2-12。

图3.1.2-10幕墙单元板块定位优化
图3.1.2-11幕墙单元板块翘曲分析
图3.1.2-12幕墙玻璃规格尺寸优化
8）精装修专业深化设计
通过BIM综合模型协调解决与土建、钢结构、机电、幕墙专业间的碰撞问题，细化各类节点与收口做法，统筹所有末端点位布置，保证整体观感质量效果，见图3.1.2-13。

图3.1.2-13精装修细部深化设计
3.1.3BIM智能加工
钢构件、幕墙单元板块、机电管件等基于BIM模型，应用专业机械设计软件深化模型精度，创建误差在0.1mm级别的加工模型，同时生成工厂加工需要的装配明细表。

将模型导入数控机床，自动读取单元体板块的加工信息，控制构配件智能化加工，实现高精度预制加工，提高加工效率，减少材料浪费，见图3.1.3。

图3.1.3BIM+机械软件高精度智能加工
3.1.4BIM虚拟建造
1）施工方案模拟
底板溜管法浇筑、整体顶升平台、动臂塔吊、物流通道塔等12项重大方案模拟推演和优化调整，柴油发电机、擦窗机等大型设备模拟吊装就位，确保方案安全、顺利实施，见图3.1.4-1。

图3.1.4-1重大施工方案模拟推演
2）复杂构件预拼装模拟
弯扭汇交圆管柱、异形组合柱模拟加工和组焊顺序，转换桁架、帽桁架模拟安装和焊接顺序，确保复杂构件制安精度与焊接质量，见图3.1.4-2。

图3.1.4-2复杂钢构件预拼装与焊接模拟
3）复杂部位工序模拟
对复杂部位BIM模型进行工序拆分，模拟施工顺序，制定切实可行的工序计划，可视化协调各专业分包交叉作业，见图3.1.4-3。

图3.1.4-3复杂机电管线施工工序模拟
4）工序质量样板模拟
应用BIM模拟制作混凝土与钢结构、砌筑墙体、初装修与精装修、机电安装等工序样板模型，确认施工工艺标准与质量效果，见图3.1.4-4。

图3.1.4-4模拟制作工序质量样板
5）消防应急演练模拟
BIM模拟超高层消防应急演练，有效解决现场演练难题，规避对施工生产的不利影响，提高工人对突发事件的应急处理能力与自救能力，见图3.1.4-5。

图3.1.4-5超高层消防应急演练模拟
3.1.5BIM虚拟现实
1）高仿真VR安全体验
BIM+VR虚拟没有防护状态下300米高空行走和坠落过程真实场景及声效，让体验者切身体会到高处作业的危险性和高空坠落的恐惧感，见图3.1.5-1。

还可虚拟体验物体打击、模架坍塌等多种场景，切实提高现场人员的安全防范意识。

图3.1.5-1BIM+VR高空安全体验
2）高仿真VR精装体验
搭建公寓、酒店精装修VR虚拟场景，能够让业主、设计师、施工方真实体验不同装修材料、不同设计方案的装饰效果，利于装饰方案的直观比选，见图3.1.5-2。

图3.1.5-2BIM+VR精装修样板体验
3.1.6BIM可视化管理
1）可视化测量
BIM+放线机器人，实现现场高精度自动定位测量，确保机电管线支架、幕墙单元板块、复杂异形钢构件等高空定位安装精准，见图3.1.6-1。

图3.1.6-1BIM+放线机器人高精度自动定位测量
2）可视化复核
BIM+三维激光扫描仪，实现现场高精度扫描复核，高频扫描生成点云模型，逆向建模与BIM模型拟合，分析找出实际尺寸偏差，确保构件加工与实体质量100%达标。

塔楼结构外檐、电梯井道垂直度、污衣槽安装、精装修作业基层等预先扫描复核，核查实际偏差是否在可调控范围之内，见图3.1.6-2。

图3.1.6-2BIM+三维激光扫描仪高精度扫描复核
3）可视化交底
复杂劲性节点钢筋绑扎、密集机电管线安装、复杂机电管井与设备房间施工等利用BIM模型进行可视化交底，交底直观形象、易于接受，见图3.1.6-3。

图3.1.6-3BIM现场可视化交底
4）可视化验收
严格按照BIM模型出图施工，严格按照BIM模型质量验收，现场实体与模型100%相符，真正意义上实现了现场“零拆改”、“零返工”，见图3.1.6-4。

图3.1.6-4BIM现场可视化质量验收
5）可视化平面管理
根据不同阶段的施工需求，动态调整施工平面布置，高效利用有限的空间场地。

现场施工平面共调整12次，提高场地利用率20%，见图3.1.6-5。

图3.1.6-5BIM可视化施工平面布置
3.1.7EBIM协同管理平台
自主研发EBIM协同管理平台，提供给相关参建方协同使用，真正实现模型协同、视口协同、数据录入协同、话题协同、数据共享等，见图3.1.7-1。

图3.1.7-1EBIM平台协同管理
1）模型轻量化管理
EBIM平台可将模型压缩至原文件1/6大小，轻量化模型存储于项目私有云服务器中，可供多人同时使用和多方漫游审查，最大化方便全员BIM应用的需求，见图3.1.7-2。

目前，平台共压缩上传模型1265项。

图3.1.7-2EBIM平台将模型压缩轻量化
2）物料跟踪管理
应用“二维码”为模型构件创建唯一“身份识别系统”，设置不同的颜色标识不同的物流状态。

通过现场扫码，就能轻松定位、查询构件的物料信息和物流状态，实现物料追踪自动统计分析，见图3.1.7-3。

目前，平台累计追踪约34.5万个构件、124.37万个物流状态，共审查4936份材料进场申请。

图3.1.7-3物料全过程追踪物流状态
3）4D工期管理
在EBIM平台中导入各类进度计划，将计划中各项任务与对应模型关联，使计划通过模型直观展现出来。

通过计划任务推送、扫码记录实际进度、实际完成情况统计分析，自动生成差异报告，自动发布进度预警提示，为工期纠偏提供可视化依据，见图3.1.7-4。

图3.1.7-44D工期管理
4）问题协同管理
现场扫码自动创建协同话题，把进度、质量、安全等问题与模型关联，通过EBIM 平台发送给相关责任人。

相关责任人可通过模型快速定位到问题所在位置进行整改落实，并将整改情况以照片的形式进行反馈闭合，提高了协同管理效率，见图3.1.7-5。

目前，平台共创建协同话题8931条。

图3.1.7-5EBIM创建协同话题
5）资料信息管理
大量文档资料以“二维码”为媒介与模型相关联，以信息属性形式附加在模型中，实现模型与资料的双向定位查看。

通过“定制化表单”功能将各类审批流程移至云端，实现流程审批便捷、高效，同时，为物业运维管理提供可靠的数据保障，见图3.1.7-6。

目前，平台共存储文档资料1575份。

图3.1.7-6EBIM文档资料信息化管理
3.2BIM实施创新点
3.2.1创新采用“三全”BIM应用模式
将专业工程师都锻炼成为BIM工程师，使BIM工具与专业技能更好地融合在BIM模型中。

形成一套完整的“设计-加工-储运-施工-运维”BIM应用流程，在建筑全寿命周期实现“设计零变更、加工高精度、现场零存储、施工零返工、运维低成本”的目标。

3.2.2创新组建专业设计工作坊
组建机电、初装修、精装修专业设计工作坊，相关分包专业工程师合署办公、协同深化，提高BIM深化设计工作效率和质量。

依据审批确认的高精度BIM模型出施工图，100%指导现场施工，使“无BIM不施工”、“施工图即为竣工图”的理念深入人心。

3.2.3创新“BIM+”应用智能化水平
BIM+专业机械软件，实现构件的高精度智能加工。

BIM+放线机器人，实现高精度自动定位测量；BIM+三维激光扫描仪，实现高精度扫描逆向建模复核实际尺寸偏差。

BIM+VR 虚拟搭建真实场景，高仿真进行多种安全体验、多种精装修方案效果比选。

3.2.4自主研发EBIM协同管理平台
促使项目管理模式发生重大变革，模型轻量化且与管理挂钩，让抽象枯燥的管理具有可视化、信息化、可追溯性等特点。

EBIM为构件便捷创建“身份识别系统”，实现“扫码快速定位模型”“扫码自动更新物流状态”“扫码自动创建协同话题”“扫描自动查阅资料信息”等智能化操作。

4实施效果
4.1BIM实施效果
“三全”BIM应用管理，助力项目智慧建造；EBIM协同管理平台，提升现场管理品质；BIM工具应用直接创效6500余万元。

BIM深化设计管理，颠覆传统深化设计方式，实现了“深化零碰撞、现场零返工”。

BIM4D工期管理，保证了所有工期节点的完美履约。

BIM虚拟建造与虚拟现实，确保了实体绿色、本质安全、过程精品，工程质量“一次成优”。

BIM可视化管理，提升了现场精细化8S管理水平。

EBIM管理平台，实现了现场智能化协同管理，扩展了模型的信息属性，为BIM运维管理打下坚实基础。

4.2BIM业绩水平
参编国家及行业标准2项，获得软件著作权6项，发明专利3项（公布），实用新型专利1项（授权），荣获国内外大奖5项，见表4.2-1~4。

表4.2-1参编BIM标准一览表
表4.2-2软件著作一览表
表4.2-3专利一览表
表4.2-4BIM相关获奖情况一览表
多次受邀参加Autodesk网络大讲堂、CTBUH超高层论坛等学术交流活动，承办大型论坛与科技观摩会4次，BIM智慧建造赢得业界的广泛认同。

4.3BIM推广价值
近几年，BIM在国内应用更加广泛，有着很好的推广前景，BIM应用范围逐步扩大，前伸至项目的规划与设计，后延至项目的运行与维护。

智慧建造、智慧建筑离不开BIM，BIM能够大幅度提升项目的精细化、智能化、信息化建造管理水平，能为现场管理以及建筑的全寿命周期提供更多、更好的增值服务。