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发表于2017-7-12  0条回复  180次阅读    筑龙币+50  搜索相似帖  复制链接  只看楼主

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标签: BIM

首钢老工业区改造西十冬奥广场BIM设计介绍

作者 北京首钢国际工程技术有限公司 刘光

 

应用产品:PROJECTWISEMicroStationOpenPlantGEOKAPPowerCivilABDPro-StructuralStaadBRCMSubStationPointtoolsDescartes

1、概述

首钢按照国家的产业发展目标和自身的发展需要,实施整体搬迁并于201012月全面停止了石景山钢铁主流程的生产。这样在北京西部就形成了一个近八平方公里的工业遗址待开发区域,这个区域被命名为“首钢园”

首钢老工业区改造西十冬奥广场项目(以下简称“西十冬奥广场”)就位于首钢园的西北角。西十冬奥广场项目的总建筑规模约为85300平方米

西十冬奥广场的一期建设投资约3.6亿元包括了西十筒仓、料仓、皮带通廊等内容,项目一期定位于创意广场,是工业设施民用化改造的示范性工程。随着北京2022冬奥委的入驻,整个项目正式定名为“首钢老工业区改造西十冬奥广场”。

本文所述的BIM技术涉及项目一期的全部内容,建筑面积约30960m2,精装面积约5620m2。西十冬奥广场BIM设计不仅是整个工程的重要组成部分,同时也首钢总公司《首钢新园区智慧城市顶层设计》工作的重要基础性数据源之一,是数字化首钢重要数据基础测试项目。

2、项目背景

首钢总公司为了适应企业发展和建设需要,于2014年初开始全面启动首钢园的开发建设。首钢建设投资有限公司(内部称为开发部,以下简称为开发部)代表总公司负责园区的开发建设;首钢国际作为首钢总公司园区总体规划设计单位,具体负责西十冬奥广场的一期规划设计。

作为总公司园区BIMGIS业务体系的组成部分之一,首钢国际受首钢建设投资有限公司的委托,具体负责西十冬奥广场一期的BIM设计工作。

作为西十冬奥广场的核心部分,项目一期包含了主场地、西十筒仓一期、料仓等主体建筑化改造等的全部内容。

本次BIM设计,即是对从基础测绘、前期数据采集处理、规划设计、采购、施工以及运维支持等方面的全流程BIM技术探索

3项目面临的主要挑战

西十冬奥广场一期是一组有着近百年历史的建筑所组成的建筑群,不仅具有典型的工业建筑特点;而且因长期使用和历史年代久远,在现状勘察、历史资料查询等方面存在着相当的难度,这对于前期的设计资料准备是一个不小的挑战。

另一方面,由于整个场地条件过于狭窄,在规划方案的决策和设计方面,项目对基于虚拟现实技术的规划建设方案提出了较高的需求

而作为一个典型的工业改造项目,我们还面临着工业、民用标准统一和管理,BIM要同时考虑民用和工业特点和需求,确保软件适用和效率最大化的问题

与上述工作相对应,我们还必须要解决好不同的规划方案设计单位和部门间采用不同软件体系所生成的相关技术方案和模型的处理工作

作为首钢总公司主要BIM数据生产单位之一,首钢国际的另一个目标是探索以全流程一体化模型解决方案为目标寻求同一建筑在不同发展阶段使用多个模型描述所带来的模型重复和数据冗余,以及运维支持过程中多模型应用技术造成的数据信息的分散、交叉和重复等问题的解决方法

下图3-1是西十冬奥广场项目开工前的现场勘察照片,它真实地反映了现场测绘困难,生产使用和搁置等对设施的影响,以及施工场地空间的局促。

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3-1 现场开工前的真实情况

4BIM设计的前提与基本思想

就工程项目而言,我们认为BIM的作用在于一方面有效地辅助工程项目的开展;另一方面是利用BIM技术,帮助工程项目更好地实现标准化和信息化。

而就BIM本身而言,BIM也具有自身的专业特点和组织管理模式,甚至可以说BIM本身也是工程的一种。

于上述考虑,我们在项目规划之初,一方面着力于从工程项目的需求角度出发,来满足工程项目实施过程中提出的包括测绘数据采集管理和应用,多厂商和业务协同等工程项目的现实问题;另一方面,也非常关注BIM技术本身的各类需求,如多数据源的整合,GISBIM融合技术,不同专业数据的传递和使用,全生命周期一体化解决方案的实现等问题

为此,我们初步确定了如下的组织思想和实现方法:

4.1 以工程项目需求为出发点,组织相关软件的应用配合

针对于现场数据采集困难,需要用到激光扫描技术等实际情况,我们选择可以支持对点云数据进行处理和分析支持的相关工具,解决对应的现场分析以及施工设备调度分析问题;利用相关软件的功能,在点云、蓝图模型间进行差异分析,帮助设计人员准确地了解长年使用对相关设施所造成的影响。利用多数据支持环境,方便不同单位和部门的数据提交和处理,使设计人员可以不用过多考虑软件因素,而放心大胆地以自己熟悉的方式和方法进行规划设计。

4.2以颗粒化模型和数据为基础的文件和模型分类技术

众所周知,模型和数据的深度是决定BIM质量和使用价值的核心之一。LOD对于模型在深度方面有着详细的目标要求,而实现这一目标的重要方法,目前无外乎是DLODDiscrete LOD)和HLODHierarchical LOD)两种。

我们认为从全生命周期应用管理的角度上来看,HLOD技术显然比DLOD更贴进这个项目最终运维阶段用户的需求。西十冬奥广场项目一期,从组织、技术、施工运维等方面全部在首钢总公司集团内部实施;而首钢国际作为首钢总公司的控股企业,在总公司、开发部首建、管理部、服务公司等的配合与支持下,具备在这个项目中实施以细节和层次组织方法(HLOD方法)进行BIM设计条件。这也是我们敢于进行项目尝试和最终成功实施的重要组织保障

我们希望通过采用以构件以及比构件分类更细的颗粒化模型和文件组织方法,使整个模型和数据可以像“积木”一样,形成按不同的需求,用同一个积木组建起不同层次和细节的的模型,来满足不同行业和专业的需求

4.3 链接和协同管理技术为核心的模型与数据关系组织

要想达到4.1中所提出的模型建设思想,我们还必须能够利用已经完成的颗粒化模型(最小积木单元)来形成不同需求维度的的对应模型。而链接、超模型和协同管理技术为我们提供了一个可供选择的手段。因此,我们设想以链接、超模型和协同管理技术来对颗粒化模型和数据进行空间和不同使用维度的组织,使我们的成果可以更容易地被各方所使用,并且不需经过太多的模型重建和数据条件管理等重复工作,从而形成我们所说的模型的“一源多维”(一个数据源,多个使用维度)。

4.4 以业务数据发展进程为手段的模型生产和调整方法

我们前面谈到了首钢总公司的组织机构形式,让我们具备实现颗粒化模型和“一源多维”的基本前提条件。但工程项目的开展本身就是一个渐进的过程,试图从设计开始就得到后在采购和施工的详细信息,其实是不现实的。而阶段化数据成果又往往需要在相应的技术阶段(如设计阶段、采购阶段、施工阶段等)完成提交,这也是大多数项目无法按照HLOD方法组织的重要原因之一。

我们这个项目区别于其它项目的另一点也正在于此,我们的模型和成果并不是在设计完成时提供,而是按照BIM本身的业务需要和业主的要求,直到竣工验收才完成;作为业主方,开发部为我们提供了包括施工过程、施工变更,采购等不同内容和深度的更为完整的数据资料。我们认为,这两因素的叠加,是我们能够按照HLOD方法进行项目实施的关键所在。

5BIM软件架构体系

按照上述BIM设计思想,考虑到项目特有的工业、民用以及偏重开发和基础设施建设的特点,我们对整个业务流程和应用进行了详细的梳理,并初步选定主体采用Bentley相关软件,并辅助以其它软件共同实现工程建设和BIM目标的软件架构方案。下图5-1我们对业务进行梳理的结果,图5-2我们典型专业涉及的软件体系结构。

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5-1业务关系及内容分解图

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5-2 软件体系架构图

从这张图上我们可以看到,我们采用了这样的组织体系:

PROJECTWISE为协同业务平台,解决单位和专业间的协同问题和“一源多维”的人员、界面和维度管理,同时也实现对过程的管理和控制。

MicroStation为基础图形平台,解决多业务和部门的数据交互问题

以工作空间、标准、项目等Bentley所特有项目组织管理思想,处理我们面临的工业、民用标准化、模型和数据一致性问题

PointtoolsDescartes解决点云应用和点云模型化方面的问题

利用GEOKAPPowerCivil解决总图场地和道路布置问题

ABDProStructuralStaad以及其它工具软件解决建筑结构的模型、信息、分析等建筑结构以及BIM生产问题。

OpenPlant来解决项目的风、水、气等介质供应和管线综合问题

ABDBRCMSubStation来解决电气布线、电气设备设施布置方面的问题。

同时平台也为其它第三方软件提供了条件,来支持包括规划方案、绿建分析等相关应用的实现。

6BIM实施

6.1 利用软件手段辅助工程项目相关需求的实现

激光扫描解决现场数据测绘的重要手段之一,通过激光扫描技术的应用,我们不仅可以节省大量的人工测绘成本,而且在某特定的危险环境和场所,激光扫描技术还可以代替传统的人工作业,减少安全风险;同时采用激光扫描还可以比较全面和真实地反映全局和各相关细节,这是传统人工作业无法比拟的。

首钢国际在激光扫描技术应用方面积累了大量的技术经验,在西十冬奥广场项目以及首钢园的开发中大量应用激光扫描技术,进行现场测绘、数字复原以及历史存档等方面的工作,并形成了容量庞大的相关点云数据。本工程项目中的以激光扫描技术为核心的西十冬奥广场测绘技术及其应用,就取得了2016年北京市科技进步奖。

结合测绘和设计专业的需求,合理利用点云数据,完成相关工程支持,是我们BIM项目实施的一个重要议题。

与一般的BIM设计不同,我们专门针对历史图纸(蓝图)进行了BIM翻模(以下简称为蓝图模型)。而之所以这么做,其最主要的原因,是因为这个改造项目对现状具有很高的真实性和依赖性要求(内部楼层的结构设计要求与现状的环状筒体具有高度的楔合性)我们需要了解真实现状与历史蓝图间的差别。

为此项目团队多次与Bentley北京办公室的相关技术人员讨论,并协调了Bentley美国总部的相关技术支持力量,不仅成功地完成了点云数据与蓝图模型间的差异化分析,也实现了对相关进出场的施工设备的动态碰撞检查验证,从而为工程项目的开展提供子大量的一手数据和分析资料。点云技术应用见6-1

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6-1 点云技术应用

为了解决概念设计过程中的场地数字化模型和第三方概念设计软件的数据交互问题,我们还组织了基于GEOPAKPowerCivil的数字化场地模型和道路模型,并将相关的概念设计方案处理成我们可用的数据结果进行分析检查。相关的概念设计和场地应用见图6-2

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6-2 场地应用、规划方案的数据数据交互

按照整体建筑规划要求,我们要在六个筒状结构中建立一系列不同标高、功能和使特点的楼层结构,这对我们的结构设计提出很高的要求。不同于一般的民用建筑,我们的项目中大量采用了钢结构环梁,开孔、网格等方面的技术,这些技术的应用,不仅对我们前面提到的现状数据准确性提出了很高的要求,也对相关设计和实施提出很高的要求,我们采用以ABD为基础的建筑结构设计,辅以Pro-Structural详图技术,基本解决了钢结构模型和算量等方面的问题,相关结构设计见附图6-3

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6-3 结构模型与碰撞检查

管线综合是本项工程的另一个重点,我们的管线综合不仅包括建筑内部的,也包括建筑外部的。而且涉及现有管线和新增管线两部分。OpenPlantIL线驱动的管线布置技术,可以方便地帮助我们实现管线的快速布置与调整,而且相关模型和属性分类技术也更符合运维管理的需求,因此本项工程中我们采用了以OpenPlant为主ABD HVAC为辅助的管线综合应用,来满足项目提出的环状布管,管线位置快速调整以及相关专业布置等方面的要求。管线布置应用见图6-4

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6-4 管线综合应用

6.2 模型和数据的构件化和颗粒化

BIM技术发展到今天,在很大程度上已经摆脱了传统意义的模型重现,更多地向着专业和体系化应用方向发展,而这其中模型能否被最终用户接受和应用,则是BIM价值的真正体系。这一方面取决于用户的接受程度,同时也取决于BIM的成果水平。而体现这一成果水平的方法,除了运维阶段的支持工具和平台外,最核心的还是与运维阶段需求和相关业务平台相对应的BIM的文件、模型和数据的组织方式。

对于西十冬奥广场一期而言,我们采用了以构件化和颗粒化模型和数据为核心的文件和模型生产组织,就是想从源头上实现我们的一源多维应用技术。

在首钢总公司和开发部的支持下,我们协调和整合了规划、设计、采购、施工以及运维需求等方面的信息和数据,采用了以专业为基础,以维修、备件、零件、构件、部件为主要目标的模型单元化技术,辅以系统、区域、建筑、楼层、标高等文件划分体系,初步实现了模型和数据的最小化目标,该项目的最小数据单元甚至达到了某个传感器上的继电器这样的精度。

需要说明的是,我们这里所说最小数据单元,并不完全对应最小模型单元,而是结合了维修管理等方面的特点所划分的最小信息和属性单元以及模型单元的组合。例如对于一个传感控制器而言,我们真正维修的时候一般是整体更换的,那么我们的最小模型单元就按传感控制器进行划分;但其中会涉及到与电气和自动化相关联的继电器数据指标,这个指标在未来的运维管理中会作为一个额定和控制指标体现出来,那么我们的信息和属性部分就将这部分数据补充进去,这样的结果,我们就把它称作最小数据单元。

另外,在西十冬奥广场项目中,我们也和其它单位一样面临着于不同业务阶段模型精度发展的渐进过程,但由于西十冬奥广场BIM并不是单纯的设计阶段提供的BIM成果,因此,我们可以在整个项目的实施过程中不断地细化和完善相模型和数据,这是我们这个项目区别于其它项目的独有管理优势;同时,也是我们能够从项目开始就采用颗粒化数据模型的重要保证。

6.3 一源多维的实现

构件和颗粒化模型技术为我们提供了“积木”所需的最小单体,如何把这些“积木”个体组织成满足不同业务需求的对应模型,则是实现我们一源多维的另一个重点。

ProjectWise技术除了为我们提供多用户管理外,还为我们提供了文件间的关系组织管理。而参考文件、超模型则让我们可以从文件内部形成对不同文件的组织和管理,这不仅包括传统意义上的空间定位,也包括跨数据格式的文件拓展和关联。通过这些技术的合理应用,我们初步实现了一源多维中的多维度模型和数据的组织。

对于不同模型、数据以及文件间的相互关联性,如故障点分析中常用的溯源技术,上下游关联以及影响范围分析等方面的应用,目前正在进一步的探索和二次开发

6.4 多格式数据处理

由于规划模型采用第三方数据格式,分析、绿建、精装修、景观等对口专业和业务单位采用的不是我们统一的平台,在数据方面对我们的项目提出了更高的通用性要求。为此我们一方面依靠软件本身所能提供的方式进行数据转换,同时也与第三方合作,采用了包括对文件内部相关内容、要素和数据进行分类提取等不同技术手段对数据进行格式化处理。

为了使相关处理工作可以更为方便,我们在模型生产和数据组织过程中注意使用图层、颜色、线型等图元自身所具有的不同属性特征进行了预划分工作,特别是采用了以系统为核心的基于LOD技术所形成的要素分类进行了相关模型生产过程中的图层、颜色方面的控制,从实际使用情况来看,确实起到了事半功倍的良好效果。

6.5 GISBIM一体化探索

前面我们谈到了以图层、颜色、线型为基础的要素内部分类,这个分类过程,我们也大量参考了GIS业务中常用的模型和数据划分的一些知识和方法。特别是在管线技术方面,通过其它项目的验证,我们所采用的的划分方法对于三维GISBIM数据交互和管线驱动具有相当的实用价值。

不仅如此,我们后期正在组织和实施的BIMGIS的融合,也是基于上述分类方法进行的。我们认为提前选择符合GIS业务特点,并与BIM技术相适应的管理和控制方法,是保证BIMGIS融合实现和合理控制二次开发成本,减少开发不确定性风险的重要保证

7、主要成果

西十冬奥广场一期BIM技术,是首钢国际探索全流程BIM支持与数据生产的重要支撑项目之一。首钢国际通过这个项目的实施,探索了基于BIM技术的测绘、规划、设计、采购支持、施工支持、运维支持等方面的工作。

得益于首钢总公司相关业务组织流程和方案,首钢国际具备了以HLOD思想和方法进行全流程BIM生产的经验,并首次提出了以数据生产中心方式解决全流程BIM数据生产的思路,为以构件化和颗粒化模型生产方式组织HLOD模型和数据提供了可以借鉴的案例支持。

西十冬奥广场一期的BIM技术,并不是单纯的模型化,它包括了从现状数据采集到软件平台和系统组织架构的一系列方法性探索,模型成果只是其中的成果之一。由于采用了全流程组织思想颗粒化生产方式,西十冬奥广场一期的BIM数据承载了包括设计、采购、施工以及运维的大部分静态业务数据,达到了DB11/T 1069-2014《民用建筑信息模型设计标准》BIM4.0的水平要求,并略有增强。

西十冬奥广场一期BIM,是首钢国际从工业向民用、工业并重转型过程中,在建筑信息化技术方面的重要探索和实践,通过此项目的实施,首钢国际更坚定了发展BIM及其相关技术的决心。

西十冬奥广场一期在2016Be创新奖决赛中,取得土地开发类最高奖--优胜奖。

8结语

就项目本身而言,通过这次实践,我们看到了BIM在全生命周期应用中的价值,也看到了整个行业后期应用支持的不足。一个没有后续应用支持的成果,无论它多么丰富、多么优秀,至多只能像一个工艺品一样供人观赏和浏览,这显然不是我们的初衷。

作为一个已经有着十几年BIM应用历史的负责任的企业,首钢国际将继续在BIM行业深耕细作。未来,我们将更多地着力于项目数据的后期应用方面的工作,如我们前面提到的工程与数据逻辑层面的拓展关联构建技术,与工程建设流程相适应的模型、数据和信息传递技术和实现方法,以及动静态数据关联技术等。同时结合当前国内以及首钢不同项目和业务特点,在DLODHLOD两个方向上实现全流程综合应用探索。

 

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