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作者:万仁威   中建一局(集团)有限公司项目BIM负责人

中建一局成功将BIM技术应用到众多的施工项目中,拥有一系列有代表性的BIM应用成功案例,本次峰会施工分论坛邀请到中建一局(集团)有限公司项目BIM负责人万仁威为参会者分享代表性的项目:江西景德镇博物馆项目的BIM及数字化应用,作为该项目的一线BIM实施工程师,为大家分享下在目前行业还没有完全成功进行数字化转型的情况下,项目如何利用BIM和智慧建造技术来完成整个项目的实施。


01

  项目基本概况  


我们的项目位于江西省景德镇,景德镇是文明千年的世界瓷都,景德镇御窑厂也是景德镇的起源,景德镇市政府为了将景德镇从工业城市转型为文旅城市,实施了保护工程,这个工程是EPC工程,包括了御窑厂遗址以及御窑厂周边遗址的历史修缮。而御窑厂周边是非常庞大的历史建筑群,所以它的修缮工作非常考验项目整体实施能力。


在整个修缮的过程中,里面除了有普通修缮的历史建筑之外,还有很多重要的历史保护建筑,作为有高度社会责任感的企业,我们也希望用最大的技术能力来还原具有历史风貌的建筑。


其中本次项目最重要的部分是御窑博物馆,御窑博物馆是由中央美院建筑学院院长朱锫老师所设计的,他设计的博物馆是由八个朝向、大小、体量以及曲率都各不一样的拱体相互结交而成。这个特殊的造型,虽然看起来简约古朴,但其实这些拱体都是现浇的多曲率变曲面的异型结构,它每错开一厘米其结构的大小弧度都是会发生变化的,因此需要进行精度很高的施工质量控制。


我们最终发现对我们这个项目来说,常规的施工模板体系是没法达到这个施工要求的,因此我们就把项目的BIM应用以及整个项目质量控制的目标设定为,如何应用智慧建造技术来完成这种双曲面异性拱体模板项目的施工。


02

  BIM应用实施准备   


我们从几个方面进行了准备,首先是BIM团队设置,我们中建一局从2016年开始就大力推行项目型BIM团队,也就是我们项目上不存在专门的实体BIM中心来推行我们的工作,而是把BIM技术拆分开,所有的工作按照不同的职能部门,推到各个部门里面去。所以我们这个项目所有的BIM工程都是由技术部、质量部以及项目的工程师来自主完成的;


同时,由于我们对这个工程质量要求非常高,我们同时把BIM小组和QC小组进行了深度的结合,我们遵循了整个建筑行业PDCA质量控制系统来完成整个BIM的实施过程;


基于应用目标我们也采用了很多现在行业上应用比较多的硬件设备,从无人机到VR,到三维扫描以及放线机器人等各种设备都在上面进行了尝试;


我们也针对项目的特殊情况,运用了很多的软件,由于使用的方法,以及涉及到的软件、硬件较多,我们采用了不同阶段使用不同软件;在准备中还有一个重要的点就是,所有的BIM实施过程都是基于中建一局BIM实施细则,以及BIM技术考核的实施标准来进行策划的,以此来保证我们整个过程中信息流程的科学性和流程的合理性。


03

  BIM应用效果  


再来介绍下我们是如何应用BIM技术来完成整个项目施工。


首先,我们制定了相对于符合我们施工进度的BIM实施计划,从前期对所有部门的培训,到后期的建模以及各个施工技术、软硬件的介入,我们都制定了详细的计划;基于这个计划我们又总结了PDCA循环的流程表,当然这个表不是一开始就计划好的,也是通过不断的实验总结出来的;

还有BIM模型传递的控制,BIM最初的一个出发点就是模型问题,由于整个项目的特殊结构,在revit和目前行业的很多建筑软件里面均无法直接建立这个模型,我们直接从设计师那里拿到一个设计模型,在模型里面通过多种软件进行格式变化,完成导入到revit里面进行了多专业整合深化,最后再发出到不同的软件和硬件里面去进行拱体模板施工的质量控制。


在解决了结构模型的问题之后,我们进行了机电深化,虽然我们整个项目的机电深化并不是一个很复杂的系统,比如说地下部分的机房,但地上部分博物馆内的喷淋消防系统由于其需要依附于整个结构,难以用二维图纸表达,我们就用BIM进行三维深化。


同时,为了更好的管理项目施工方的多方协调问题,我们采用了BIM5D协同平台,它能够让商务部、物资部、工程部、技术部等各个业务工程师,基于同一个平台进行项目管理。但是现有的一些平台存在一个问题,目前由于行业和企业还没有很完备的基于BIM的管理和制度,因此项目需要自己做一些小的改变来完成这方面的缺失,所以我们自己编制研发了很多各个部门直接交流的文件,通过这些交流文件,数据才得以从BIM各个工程师的电脑里走出电脑,然后再到具体实施工程师的手上。

前面的基础模型解决之后,我们来解决整个13.1公顷的非物质文化遗产街区的修缮问题,整个项目处于老城区,地貌环境比较复杂,因此我们使用了无人机建模技术来完善整个复杂街区的物料运输规划。同时,我们也利用BIM技术完成一些简单的历史修缮相关工作,例如,因为景德镇当地所有的砖墙都是用窑砖进行砌筑的,我们采用了BIM 5D的一个小功能来解决快速排砖的问题。另外,BIM5D的工艺库功能、物料追踪功能,我们利用这些功能来帮助古建工程师对整个13.1公顷上几百栋修缮单位的管理工作。


在完成周边环境的BIM应用之后,我们回到博物馆这边来,因为博物馆的特殊形态,我们所有的图纸交底,以及所有的方案交底都在模型里面进行。同时交底阶段,我们还探索了一种新的方法,在前期我们采用MR的技术更好的把模型带到现场,还可以带到产品的方案讨论之中,能够基于模型进行多轮讨论,这个设备目前还在发展的初阶段,但是整个使用效果还是非常不错的。


下一步为了对模型进行更加具有沉浸感的交底,我们采用了VDP平台,在这个平台上根据自己的需求进行VR交互设计,因为它里面内置很多打包好的简易模块,非专业的人也可以做VR交互设计,我们主要设计了漫游、工艺考核、环境天气以及展陈方案模拟等几个功能。到这里,我们在前期整个PDCA循环的P当中,我们将整个模型的交底都用可视化的形式呈现出来,通过VR让大家更加深刻地了解到我们方案的情况。

模型交底之后,我们碰到的第一个问题就是双曲面异性供体如何去放线,每一个拱体的大小体量都是不一样的,而且每个供体的控制点非常多,即使体量不大的拱体整个也有14000多个控制点,我们工程师不能拿着厚厚的图纸去放料,因此我们就采用了BIM+放线机器人技术的解决方案,我们将模型在软件中处理之后,导入一个手持设备之中,它可以直接读取BIM模型中的数据,然后通过一台智能全站仪可以直接利用红外线打点技术进行三维空间上的放料放线工作,就相当于我们所有的图纸集中到了这台可以直接读取BIM模型的机器人里,这大大减轻了我们工程师的操作难度同时提高了效率。


当然我们实施这个方案集群的过程也不是那么顺利,首先我们的工程师是已经有着十年工作经验的工程师,他一开始接触这个设备也不是那么的快,也是从公司层面、领导对他不断进行思想疏导以及技能工作的培训,最后才慢慢接触这个设备,到现在他已经非常熟练地使用这个设备了。


在实施阶段,我们在每一阶段都对模板精度进行检测,最开始检测模板搭设精度的结果是不达标的,通过实施放线我们发现一些问题之后进入了第二阶段,我们再返回到BIM模型之中,对模架体系进行进一步的修正,使方案更能满足我们的施工工艺。通过多次的修正之后我们才完成了供体模板的验收,达到了设计的要求。


在完成这个模板之后,面临的是测量这种浇筑出来的混凝土实体能不能满足设计师的曲率精度要求,以及最后的拱体效果如何,针对这个问题,我们采用的是BIM+三维扫描技术的解决方案,这个技术对于异形结构的测量是非常好用的。


我们大概总结了这样一个实施流程,首先进行数据采集、扫描工作,完成之后我们将点云数据带回电脑之中,跟BIM模型进行结合,能够很快地发现我们实体施工中出现的浇筑问题,一方面可以针对计算机给出的偏差部位进行修补,另一反面也能在浇筑下一段拱体之前继续对模板搭设工艺进行修正,避免在浇筑时发生跟上一段拱体一样的问题,通过三次的浇筑修补纠偏浇筑验收的流程后,我们对这个模架体系进行多次的方案修正,最后才能达到后面的拱体能够100%一次成型的效果。


04

   经验教训总结  


可以看到,其实我们是在多次PDCA循环之中我们才最终发现模板以及施工有什么问题,才能达到100%拱体通过偏差验收的效果。因此,我觉得我们做BIM的示范和分享,很多人不是听成功的经验,而是听失败的经验,为什么呢?当一个失败的项目经验分享给大家以后,可能有一百个项目能够避免失败的操作,其实能为整个建筑行业节省很多资源,这也是我想分享的东西。


首先在模型深化阶段的教训。现在很多的机构以及各个项目,把建模工作摆在最重要的地位,花很多时间做了非常精致漂亮的模型,建模固然重要,但如果建模占用人太多的时间,我觉得就有些本末倒置了,其实我们更需要协调和善用多方资源,比如我们很多模型是承接各个设计院以及下面分包提供过来的模型,但这些模型在转接过程中就会有很多问题,比说模型的转换,现在虽然有IFC的标准,但在过程中不是那么容易解决的。所以我们自己也总结了一套如何从犀牛、Max、Tekla里把这个模型最后导入Revit里面,再进入BIM 5D平台,或者进入到其它的软硬件平台里面的流程。当时做第一次导入的时候出现了很多问题,比如出现了信息缺失,这是非常严重的问题。

还有就是我们现在用的MR混合现实技术,这个技术现在炒的非常热,但是也存在好多问题:


第一,MR设备承载能力有限,对于面数较多的模型,导入十分困难;


第二,协同交流对施工现场网络环境要求较高;


第三,Revit这种庞大的BIM软件存在的模型信息比较多,MR设备无法完全读取Revit中的信息;


第四,目前最大的问题就是无法精准的与现场坐标控制点结合,我们最开始想把MR设备直接用于辅助放线施工的功能,也就是带着模型和MR设备去现场把模型和现场定位点精准结合之后,就可以直接现场放线,但目前这个功能是无法实现的,这个设备是非常好的探索和尝试,对我们实质性的提高更多的是展示模型和技术交底的作用。

在放线机器人方面也有一些教训,现在这个设备在行业里呼声比较高,它确实解决了很多通过二维平面放线解决不了的问题,但是也有一些问题:


第一,像我们这种项目对控制点要求非常多,导致对控制点进行筛查非常麻烦;


第二,测量人员有抵触心理,建筑施工行业里经验比较丰富的工程师比较多,他们对于新技术的接受能力比较弱;


第三,我们这个项目使用了定制化模板,这个模板的制作有特殊的材料,可能会造成反光,导致机器人打点放样的准确性不高,这也是我们需要去解决的问题。


为了解决这三个问题,我们目前采用的方法如何减轻这些问题造成的损失。首先对于放点密集的情况,我们自己研究了一套这些点的命名规则,所有的点都对应相应的名字,我们通过名字可以将点全部筛选出来,就很容易识别我们应该在什么部位放样;第二,下功夫对整个测量员进行培训,我们也会将测量设备的信息放到整个公司的培训里面,从一开始就给测量员做好心理建设工作,在中间过程中领导也给予一定的支持,包括我们过程中也是在不断进行失败总结,最后才完成这个作品;第三,技术性的工作,比如说现场的施工反光问题,我们采取多点设站的方式尽量避免模板反光,来完成我们的工作。

三维激光扫描技术方面也有一些经验教训。三维扫描技术是一个比较成熟的技术,目前最大的特点就是价格比较贵,它的操作需要专业人员才能进行,这个需要从自己项目或者一个企业的需求为出发点,来考虑是否用这个设备或者其他合作方式来应用这个设备。而且三维扫描设备会很准确地反映出现场的具体情况,所以它可能会检测出非常多的现场问题,我们要及时去修改,才能做出好的工程。

最后从整个项目的实施来说,我们的经验教训总结就是以人为本、一模多用。


一是以人为本,对于一个项目的BIM实施者和策划者来说,这个是非常重要的。对于整个项目来说,尤其是项目型的BIM团队,每个工程师都有自己的工作,继续在他的工作上增加额外的工作,可能对个人来说都有一个消耗。当策划者做BIM策划,或者想计划如何实施BIM+智慧建造技术的时候,一定要考虑每一个工程师的工作流程,BIM工作尽量只包含他所需要的、工作范围之内的工作,比如说机件工程师做软件综合,结构工程师更多做一些结构深化的工作,这样BIM的应用会成为他们的助力而不是额外压力。


第二是一模多用,而且随着BIM+技术的发展,BIM延伸的其他技术可以直接利用这个模型进行更进一步的施工指导,因此在前期就要对模型的利用进行合理的规划,尽量避免多次重复建模,并且还可以保证多个应用之间的一致性和连贯性。


05

  综合效益分析   


我们这个项目通过PDCA循环对模板做了非常深入的设计,并且拿到了专利,这个模板成功研发也让我们整个项目异形模架部分的施工成本降低了50%,同时它节省了施工工期,单个拱体平均节约工期15天,这个项目的BIM实施从质量控制方面来说是非常成功的,同时我们在整个过程中积累了很多诸如工法、论文,QC等多种科技成果,也获得了社会各界的一致好评,在各种评优评奖中也取得了不错的成绩。

作者:万仁威   中建一局(集团)有限公司项目BIM负责人

设计:杨改革

监制:蒋艺

来源:广联达新建造,转载请申请授权并注明出处

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