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[分享]详解!BIM如何让上海国际金融中心闪耀东方

发表于2019-10-30    42人浏览    0人跟帖    总热度:10  

上海国际金融中心项目由三个建筑单体组成,分属上海证券交易所、中国金融期货交易所、中国证券登记结算有限责任公司。 三个建筑单体的地下部分相连、能源系统共用,但三个项目分别立项、报建,产权分开。 作为一组超高层建筑群体,在规模超大、功能丰富、结构复杂、幕墙系统多、工期紧,采用立体交叉施工工序技术难度大的基础上,三家建设单位共同委托上海竹园工程管理有限公司(以下简称: 项目公司)对该项目建设过程及楼宇物业进行建筑全生命期管理。

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项目建设伊始,采用由建设单位主导,项目公司对各家参建单位进行管理的模式,聘请专业咨询公司和行业专家组指导,从而控制工程整体品质。项目的许多 BIM团队来自设计、监理、施工单位,为了保证各团队提供的模型质量,提高建模效率,有效实现BIM应用软件与项目管理系统之间的数据转换,项目公司针对项目的性质、构成、各参与方分工和责权等多方面约定了详尽的BIM建模标准、手册及应用规程,并聘请清华大学担任BIM咨询顾问,负责进行CS-CMS、BS-PMS开发,聘请上海建科工程咨询有限公司担任BIM监理,确保交付模型信息的准确性。各家团队在BIM数据管理平台上协同工作,形成了唯一的共享数据库。

 

01

设计阶段的BIM应用

1.BIM建模、合模与碰撞检测

本项目设计包括各专业系统,涉及建筑(包含幕 墙、景观)、结构(包含围护结构、钢结构、一结构、二 结构)、机电(包含智能化、会议系统)、装饰(包含剧院 舞台音响、数据机房),设计之间的界面众多,空间关系 极为复杂。传统按照施工图设计开展深化设计的模式, 经常会遇到结构或管线碰撞、施工空间不足等问题,导致工程推进效率低下。

 

在施工图设计阶段,利用BIM模型可视化的特点, 基于各专业施工图全部采用参数化设计方式建立3D立体模型。通过合模发现各专业施工图纸的“碰撞问题”,主要是结构与幕墙、结构与机电、机电与机电互相之间的碰撞。这一阶段主要解决了施工图的“错漏碰缺”问题,寻找标高、位置错误或缺、漏项,此时图纸上可见区域内通常存在成片碰撞、局部标高不足,以地下 室B1层为例,机电碰撞统计见表1。BIM团队汇总问题后 要求设计方优化原设计,调整部分管路走向甚至对系统局部进行调整。

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在深化图设计阶段,各专业系统承包商在BIM设计 模型的基础上进行一体化深化设计工作。通过深化设计 建模和合模发现大多数是“空间问题”,即安装空间不足,需要适当调整原设计、预留管线交叉空间、管线与二结构、装饰之间的空间。在深化设计阶段,经常会遇 到BIM构件信息过于简单不够精细,造成模型表达受限和多点碰撞。遇到此类问题应提高BIM构件细度级数, 补充详细参数,明确避让原则。在BIM模型中,所有构 件都存在关联,因而一体化设计得以实现,例如在钢结构梁柱的细部接合上,若螺栓偏移,则接合板上的孔位也会随之移动。形成准确的深化设计模型后,可指导或自动生成深化设计图纸。

 

2.设计方案性能化分析与优化

室外风环境分析

     

项目位于浦东陆家嘴金融城毗邻世纪公园,一侧是陆家嘴建筑高耸的密集办公区,另一侧是广场、公 园、艺术中心等开阔的文化休闲区,属于比较特殊的人行风环境。为此,项目公司委托加拿大Rowan Williams Davies & Irwin Inc.在建筑群塔模型上进行风洞试验, 并在BIM模型基础上开展室外行人风环境分析研究,以评估工程周边的风舒适性和风安全性。通过模拟优化,在塔楼入口处设置6处凹形的入口,结合景观设计长青 乔木和遮风屏体,有效减缓建筑塔群和空中廊桥下洗风 带来的加速气流,成功将冬季和夏季人行区域的风速控 制在19公里/小时的舒适级范围。

日照与室内采光分析

     

本项目为一组高层建筑群塔,互相之间存在日照遮 挡的问题;地下室设有金融剧院,地下空间自然采光要 求非常高。在BIM模型基础上,利用Autodesk Ecotect Analysis软件进行模拟计算,通过在指定日期进行模拟 计算日照影响情况,根据技术管理规定要求控制建筑塔 群间的日照间距;采取下沉式庭院、采光天窗、台阶式电 梯口等多种方式,使地下一层、二层采光系数达到1.1% 以上,有效改善地下空间的采光效果,节约照明电能。

消防疏散分析

     

在BIM模型基础上,利用三维疏散模拟软件 STEPS,对项目内办公场所、数据机房、剧院、博物馆等场所各种复杂的消防疏散状况进行了模拟分析。遵循美国防火协会NFPA的规范,结合STEPS拥有的障碍物、 楼梯、出口、车辆、电梯等专有模型元素,按照消防顾问美国ROLF JENSEN & ASSOCIATES,INC.设定的疏散路线和速度行动,通过内部优化算法和规则分析了紧急状况下人员的行动规律,计算得出自行疏散所需时间,形成人员安全疏散的分析报告,对防火分区、消防楼梯的设置提出优化建议。

车辆行驶分析

     

在交通车流组织设计过程中,利用清华大学开发的基于BIM模型的车道仿真软件,模拟轿车行驶的点位和转弯,然后在前后两点之间进行密集插值,实现平滑过渡,最大程度模拟真实行车轨迹。通过仿真模拟发现 地下室车道转弯处有设计缺陷,即内车道转弯困难,内侧车道的轿车在实际行驶过程中转弯无法避免越过车道线,而实际开车过程中不太可能离墙柱很近。后续通过协 调结构设计进行调整优化,最终顺利解决行车问题。

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02

施工阶段BIM应用

力学形态模拟与结构监测

     

本项目三幢塔楼均为“双核心、高中庭”的内部空间形式,采用钢管混凝土框架-双核心筒-巨型支撑结构 体系;联通各塔楼的5层地下室属于超深大基坑工程。根据工程结构功能及受力特点,在BIM模型基础上对围护 结构、主体结构、幕墙支撑钢结构等施工过程中的力学 形态进行模拟,分析预测结构变形值,对变化趋势进行初步判断。基于BIM模型建立4D信息化监测平台,综合运用GIS可视化技术、数学模型分析、通讯网络等技术,按照监测类型在模型中布置三维变形监测点,建立以实时监测数据为核心的数据管理中心,同时实现 传感器设备与用户间信息的实时互动,使管理人员随时 掌握监测信息。监测平台还包含多种数据库,实现对工程地质、周边环境地理信息的集成管理,通过设置各监测项目的预警值、报警值实现分级报警,确保工程结构和周边环境的人员、财产、建筑安全。

施工部署模拟与优化

     

在复杂工序条件下,本项目超大体量的施工组织及 工期控制、风险控制难度大。施工总承包运用BIM建模 软件搭建基础、结构、场地的模型,开展场地、交通组 织和工期控制等方面的整体施工部署,力争资源配置均 衡最优,工期最省。在场地和交通组织转换方面:塔楼 区域顺作阶段,道路及材料堆场均利用未开挖区域;纯地下室逆作区首层板完成后,进行结构养护,达到设计强度后可作为行车通道;同时在纯地下室逆作区首层结 构的加固区域内及部分栈桥板上布置材料加工及堆场。在工期控制方面:顺逆结合的施工方案对整个工程工 期的影响包含两条关键线路:一是以三幢塔楼为关键线 路,突出塔楼工期;二是以地下金融剧院为关键线路,因为支撑廊桥的核心筒位于剧院区域,优化后确保廊桥施工不受剧院结构施工的制约。

构件预拼装模拟

     

在深化设计阶段,构件分拆设计人员利用BIM可视 化技术建立预制构件的三维模型,并生成深化设计图。考虑到传统的实物预拼装费时费力,利用BIM合模开展信息化构件预拼装模拟,有效提高加工制作的精度。要求工厂人员实际测量将要预拼装的构件的控制截面数据,通过坐标转换后导入BIM模型,核对构件加工偏差和构件之间的空隙是否满足规范要求,实现工地施工的整体拼装一次性就位。

工地施工与工厂加工联动模拟

     

超高层建筑施工过程中通常会出现主体结构施工偏差、钢结构施工变形、索幕墙竖索张拉变形等。通过将偏 差实测数据和预测结构变形值导入BIM模型,与钢结构构件、幕墙转接件的控制点数据进行比对和校核,可以在工厂加工时及时调整以吸收施工偏差。BIM的一体化 施工技术能够提高单元式拼装的进度和精度,大幅减少工地现场返工修改,降低高空作业风险。

立体交叉同步施工模拟

     

本项目巨型钢结构廊桥跨度达158m,主跨单根钢 梁重达116t;廊桥施工工况与金融剧院地下结构同步施工、工况交错、场地紧张,起重设备无法近距离吊装主跨钢梁,廊桥吊装过程中的加固支撑体系与金融剧院环 形支撑、地下室结构共存,空间上局部有冲突,施工难 度非常大。为此,各家施工单位借助BIM模型开展研究合作。通过采取廊桥核心筒先冲高,同时剧院B3层、B2层竖向结构先施工(相应的水平结构后施工)以加快剧院屋盖施工进度;创新采用塔吊安装+临时支撑+牵引滑移+同步提升的工艺实现廊桥钢结构的顺利安装。

施工方案可视化交底

     

由于项目采用多项新技术、新工艺,在建设初期就 明确利用BIM技术的可视化优势向施工人员进行方案 交底,但实际应用效果未达到预想目标,原因在于整个流程的模拟并没有想象中那么清晰细致,主要是各道工 序的搭接表现不够清楚。因此BIM团队强化模型建立 的细致程度,并减小模拟动画中单位时间内所表达的信 息量。以地送风系统装配化施工方案交底为例,在动画 中有效表达出4项施工难点:①地板空腔高度低;②地 送风管与各种管线交错,布置困难;③地送风系统采用 非标L型空调箱,机房面积小,预留检修维护通道难度 高;④空腔内地板架设。可视化交底还能让该施工区域 的各家施工单位协同安排现场作业,让土建施工人员确认空腔内砌筑二结构墙体位置,精装修施工人员确认 地板上大理石和地毯铺贴顺序。

施工进度模拟

     

利用4D-CAD和BIM技术,将模型与WBS进行 关联用来模拟进度,通过进度管理引擎与Microsoft Project软件链接来编制进度计划和进行预审核流程控制。施工方在综合项目管理系统中填报的实际进度数 据,经过归并处理后会成为系统中的进度计划WBS,并自动关联到BIM模型中的建筑构件。通过对比实际进度与进度计划,从而实现施工过程模拟、进度控制、追踪 分析等功能。同时,项目公司将无人机拍摄和施工方录入进度数据相结合,实现自动对比计划与完成的差异、 开展对关键路线上重要节点的实时动态跟踪,分析时间滞后所带来的多方面影响,判定工作任务滞后的主要责 任方并给予预警。随着楼层精装修施工单位进场,利用 BIM模型对任一时点的工地状况进行动态展示,实现工作面的分阶段分批次交接。

投资控制预评估

     

目前以BIM为基础研发的专业算量软件减少了图纸数据的重复录入,使工程量计算更为简便精准。项目公司将投资控制的重点放在合约架构规划、设计变更预评估、资金拨付计划等方面。通过BIM模型,可以直 观厘清不同专业的施工界面,建立符合项目特点的合约体系,制定合理的招标采购计划,动态监测合约履行情况。在项目建设过程中,遇到重大设计变更事项还利用BIM信息进行增加投资金额的多种方案对比预评估,为管理层提供决策依据。系统内设置资金使用预警机制,当期资金使用临近每季度计划准备金额上限时发出预警,督促责任人进行调整。


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