BIM应用|上海世博会博物馆全生命周期BIM应用

上海世博会博物馆全生命周期BIM应用

1 工程概况

1.1项目简介

上海世博会博物馆项目是上海首个市财力投资的BIM试点项目，同时也是和国际展览局合作的国际性博物馆。本馆规划选址于上海世博会地区文化博览区15街坊15-02地块，具体范围为北至龙华东路，南至局门路，西至15-01地块，东至蒙自路，规划用地面积约4公顷，容积率不超过1.0，建筑高度不超过40米。世博会博物馆总建筑面积约为46550㎡。该项目是上海市实施BIM技术管理试点样板示范工程。

在世博会博物馆工程项目中开展BIM应用和科研创新课题，目的是在于：通过世博馆项目，创建打造面向建筑全生命周期的BIM三维可视化协同工作平台，实现项目建设全程可视化、精细化管理;通过BIM实施，实现项目的“缩短工期、降低成本、确保质量”的工程目标;通过BIM实施，实现世博会博物馆工程项目的应用示范、科研创新和工程实施相互促进;实现BIM在世博馆项目中出标准、出成果的科研目标。

图1 项目效果图                                    图2 博物馆模型

1.2 工程特点和难点

首先体现在项目管理难度大。本项目坐落于中心城区，施工时间和场地都受限制，且各参与单位达到30多家，业主、施工、设计均不在同一场所办公，项目管理和协调成本较高。

其次体现在技术难度大。本项目中的欢庆之云建筑造型独特，为空间三维扭曲网壳结构，杆件和节点数量多、形式多样，造成设计深化难度大;同时杆件为箱型，截面切割变化无统一规格，造成加工难度大;结构整体跨度大、单件吨位轻、杆件、节点、焊缝较多，造成施工难度大。

综上所述，结合本项目的实际需求，采用基于BIM技术的协同平台来解决项目管理中的难题，提高效率。同时利用专业BIM工具软件进行建模和性能化分析，提高设计和施工效率，以解决攻克技术难题。

2 BIM组织与应用环境

22.1BIM应用目标

本项目由业主主导，涵盖设计、施工、运维全生命周期，同时开发一套基于BIM技术的三维协同管理平台。

设计阶段主要进行各阶段的建模，通过三维模型进行光照、风环境、热环境、火灾烟气模拟等性能化分析，以提高设计效率;通过多专业综合管线碰撞优化设计阶段的管线排布;通过三维模拟来提高业主决策效率。

施工阶段在设计模型的基础上进行钢结构、幕墙、机电等主要专业的深化工作，通过模型深化调整模型的可实施性;通过场地布置模拟快速制定施工组织方案和措施;通过施工过程BIM量价的动态数据为造价控制提供决策依据。

运维阶段根据业主的管理需求，开发一套基于BIM技术的运维管理平台。根据博物馆的特色，在空间管理、展陈管理、设备管理等方面进行运维管理。

协同管理方面，针对项目管理要求开发一套基于BIM技术的三维协同管理平台，能够支持PC端及移动端，提高项目管理效率。

2.2实施方案

在本项目实施开始前，制定了完整的BIM实施方案，包括建模深度标准、文档及构建编码标准、协同平台使用手册、算量建模规范等;设计阶段采用Revit建立建筑、结构、机电模型，欢庆之云的异形曲面采用Rhino+grasshopper进行参数化设计，以达到设计师所需要的效果。施工阶段利用Revit进行二次结构与机电专业的深化，根据安装工艺要求添加保温层、法兰等构件，形成施工模型。其中欢庆之云结构复杂，采用Tekla进行节点深化并出图，将模型送至加工厂进行预制，真正做到正向三维设计及施工。在竣工阶段根据运维的要求添加设施设备的属性、说明手册等，以满足运维系统的需要。竣工进入运维阶段后，将竣工模型进行轻量化及构建化，利用数据库进行数据的管理，按照运维需求进一步完善模型信息。

全过程所有图纸、模型、文档等数据都采用工程协同平台进行管理，各参与方通过平台实现数据的交互及传递。各类模型审核、提资等流程通过协同平台进行统一流转。

2.3团队组织

本项目是由业主主导，由BIM总包对各BIM应用团队进行管理的模式。同时聘请社会行业内的老师作为老师组对项目里程碑阶段给予指导和质量把控。各BIM应用团队皆来自项目本身的设计、施工单位，有效地把传统项目管理和BIM技术结合在一起，真正做到BIM技术为项目服务。各项目团队通过三维协同平台进行协同工作，有效保证了数据的及时性和唯一性。

图3 组织架构图

2.4应用措施

本项目规划的全生命周期的BIM应用有132项，根据项目的进度及实际应用场景,在众多应用中挑选价值容易突显的应用点进行着重深入的实施。同时做好宏观层面的规划，每个参与方进入项目体系之前都会有一份相应的BIM实施要求，并纳入合同进行管理。协同平台的使用手册分发至每个项目组，按照前期规划的方案进行执行。在每个应用完成之后通过协同平台将模型等文件进行流转，各个参与方对模型进行自检并已交至下游工作小组。在施工图设计、竣工等关键阶段采用老师组进行指导和验收，以保证项目实施目标符合试点项目的要求。

2.5软硬件环境

本项目涉及的应用软件众多，建模类软件主要包括Autodesk Revit系列及Tekla结构软件。工程协同平台在Bentley ProjectWise的基础上进行二次开发，并在业主方、施工现场、设计院分别架设服务器，以满足工程管理需要。

图4 软硬件配置

3 BIM应用

3.1设计阶段应用

设计阶段通过Grasshopper插件进行参数化设计，优化欢庆之云的幕墙板块，使得幕墙面积减少5%。同时将幕墙板块分割进行调整后，减少了损耗。

完成各专业模型后，利用各类性能化分析软件进行分析，提高设计效率，性能化分析应用见表1。

表1 性能化分析效用

3.2施工阶段应用

对设计模型进行深化，增加支架、保温层、法兰等附件，对直径250mm以上管道进行碰撞检测，确保模型可施工性。同时对异形云厅结构进行深化，三维深化建模完成后导出图纸，并下料进行加工，利用BIM技术指导复杂曲面的施工。

           图5 Tekla深化设计                                                   图6 预制加工

同时在施工过程中通过模型导出土建、机电、钢结构、幕墙的量，进行归纳统计，为投资控制提供依据。将BIM工程量与传统造价估算相比较，本项目整体误差在1%以内。

3.3运维阶段应用

根据业主实际运营要求，定制化开发一套运维平台。平台具有空间管理功能：实现二维图纸与三维模型空间的联动，快速查找定位并显示空间体积、归属等属性;搬运管理功能：实现展陈物品的智能模拟搬运，自动计算最优搬运路径;设备管理功能：将模型中的设备构件、二维系统图中的设备、进行统一编码，并将说明手册、厂商信息等与编码进行关联，对设备进行结构化数据的管理;开放接口：提供标准开放的接口，将建筑智能化系统中的视频监控、楼宇设备控制系统、门禁等接入运维管理平台统一监管。

        图7 空间管理图                                            8 搬运管理

3.4协同管理平台应用

数据管理方面，对现有的图纸、模型、图片等各类文档进行管理，并支持轻量化模型、图纸等文档预览、批注等。编码体系方面，对文档进行统一编码及版本管理，保证数据唯一性和准确性。权限及流程管理方面，不同的参与方在平台使用过程中拥有不同的权限，既满足协同工作的要求，又保证数据安全。同时将模型审核等流程通过平台进行管理，实现管理数据可追溯。移动应用方面，实现流程、数据存储、模型浏览等功能在移动端的应用，提高平台使用的便捷性。

图9 协同管理平台及移动端应用

4 应用效果

BIM技术在本项目中的益处显而易见，虽然不能做到面面俱到，但在本项目的设计应用，施工深化应用、算量应用、协同平台中都发挥了很大的作用。

设计方面主要解决大量的净高问题，通过管线综合，BIM团队与设计人员的拍图例会，不断的沟通，减少了大量设计过程中的疏漏，解决设计错漏碰缺700多处。

钢结构深化设计方面，主要针对云厅钢结构(复杂的异性曲面)进行三维深化，3000多个不同节点深化后通过三维方式展现出来并出具二维图纸指导施工，节省钢结构吨位约8%，一般杆件数量减少5%，铸钢件减少87%。

算量方面，目前主要针对地下土建部分进行算量，主要包括混凝土及模板数量，通过三维模型的算量结果和实际投资监理的人工算量相比，误差大多在5%以内，可以说三维算量结果具有一定的参考价值，部分异常值如框架柱模板面积是由于劲性柱里面含有钢板，计算模板时将钢板所占面积也计算在内，属于建模技术问题，可后期进行处理，在初次建模的时候应尽量规避。

协同平台中数据文档5002个，累计数据约30G，在线用户132个，显著提高了项目管理的信息化水平。

5 总 结

5.1创新点

BIM技术应用是一项结合项目管理的系统工程，在本项目实施过程中也积累了不少经验。其中项目管理方作为BIM总包在项目实施的过程中带来了极大的好处主要体现在以下几方面：

1)作为项目管理公司对设计方、施工方都有一定的约束力;

2)拥有工程技术背景的优势使得在BIM技术应用的过程中沟通更加顺畅。

其次协同平台的使用也使得沟通成本大大降低，主要表现在：

1)数据源、编码统一，各类文件版本管理使得共享文件的准确性和可追溯性;

2)分布式服务器的部署方式使得本地访问数据的效率更高;

3)兼容各类不同版本的文本文档及各种格式的三维模型，使得轻量化访问数据成为可能;

4)基于平台的BIM流程使得模型等单文件容量较大的电子文档流转效率更高更流畅。

最后钢结构三维深化应用使得深化效率更高，主要体现在：

1)正向三维设计显著加快设计和施工速度，模型及图纸质量更高;

2)在平面图表达效率低下时，通过专业三维软件设计使出图效率更高。

5.2经验教训

当然根据项目不同的性质和实际情况，在本项目的实施过程中也遇到了很多困难。首先专业工程师BIM应用能力欠缺，BIM工程师专业能力欠缺，这使得在前期两个团队合作的过程中沟通成本较高。其次由于项目工期紧张等各种因素，项目实施过程中以解决工程中的实际困难为首要目标,理论性的科研尝试较少。再者，本项目为上海市首个试点项目,为保证项目实施效果,从技术选型上较为保守,选择一些市场上较为成熟的产品和技术路线,大胆创新的应用点没有全面开展。

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