详解!BIM如何让上海国际金融中心闪耀东方

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。

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。

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

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

本文素材源于《建筑经济》2019年6期“建筑全生命期BIM技术在上海国际金融中心项目中的应用研究”（作者：丁颖），由“建筑经济与管理”编辑整理，转载务请注明。