BIM技術助力內蒙古賽馬場項目榮獲全球卓越項目管理金獎

李永雙

2018年10月30日，國際項目管理協會（IPMA）2018年度頒獎盛典在芬蘭赫爾辛基隆重舉行。重慶聯盛建設項目管理有限公司（下稱“重慶聯盛”）負責管理的內蒙古少數民族體育文化運動中心項目（下稱“賽馬場項目”），榮獲大型項目全球卓越項目管理（Global Project Excellence Award）金獎。

一號重點工程

賽馬場項目位于呼和浩特市新城區保合少鎮（呼和浩特市東北角），項目占地1 800畝，總建筑面積約8.2萬平方米，總投資約8.39億元。項目建設內容包括標準賽道、主體建筑群、馬廄、停車場等，其中標準賽道單圈長度達3.2千米，主體建筑群自東向西由看臺樓、亮馬圈、多功能主樓三部分組成。

賽馬場項目是內蒙古自治區2016—2017年一號重點工程，該項目于2016年3月開工，按計劃于2017年6月全面完工。2017年8月8日，內蒙古自治區成立70周年盛大慶典在此成功召開。項目主建筑群設計氣勢宏偉，極具民族特色。項目建設單位為呼和浩特市城發投資經營有限責任公司，建設單位通過公開招標方式委托重慶聯盛作為項目管理單位，對項目實施全過程管理。

截至目前，除前文所述IPMA國際項目管理大獎外，賽馬場項目也榮獲了眾多國內獎項，包括2016年第十二屆中國鋼結構金獎工程、中國金屬圍護系統工程金禹獎、本特利（Bentley）2016年全球BIM技術創新杯入圍獎（全國僅兩席）、呼和浩特市青城杯、內蒙古草原杯等。

賽馬場項目的主要創新體現在以下兩個方面。

（1）管理模式創新?；谫愸R場項目施工進度與質量的雙重要求，重慶聯盛提出一體化項目管理模式?；谠撃Ｊ?，項目實現了包括項目管理、工程監理、招投標代理及造價咨詢管理等的全過程一體化管理，最大限度地提高了生產效率。

（2）技術應用創新。BIM技術是目前建筑行業的技術革命方向，但在國內工程領域仍處于分塊應用階段，這主要是由于參加單位的角色分工不同。賽馬場項目采用一體化項目管理模式，重慶聯盛具備全過程實施BIM技術的條件。同時，針對項目造型復雜、成本控制及工期要求，BIM技術也是必須引入的。因此，重慶聯盛不僅力主將BIM技術引入本項目，而且主導了BIM技術在設計、施工、驗收、審計等全過程的應用?；贐IM技術作為項目技術主線，真正實現了各主要相關方之間及各個施工環節之間的無縫銜接、深度融合和集成管理。

BIM技術應用概述

重慶聯盛在賽馬場項目實施過程中，通過BIM技術將管理信息和數據模型整合，將各參建方整合，實現了對項目進度和成本的綜合管理。賽馬場項目基于項目管理目標的要求，制定了如下BIM技術實施方案。

（1）設計成果的審核與優化。重慶聯盛應用BIM技術，對各階段設計成果進行內部審核及優化，目的是解決設計矛盾與錯誤，從根源上對項目成本進行控制，全面提升項目的實施品質。

（2）機電及鋼構工程深化設計。賽馬場項目造型復雜，機電系統、鋁板及幕墻系統均非常復雜，現有BIM技術已經相當成熟，其在項目的深化設計為項目施工奠定了堅實基礎。

（3）鋼結構及分部工程的施工控制。賽馬場項目的施工進度要求非常嚴苛，另外，鋼結構及分部工程均非常復雜。因此，在項目實施過程引入BIM技術，對鋼結構加工、物流、安裝等全過程進行管理，有效保證了項目的整體實施進度。

另外，賽馬場項目參與建設方較多，為了嚴格管控各個分項工程的進度及質量，重慶聯盛建立了基于BIM技術的統一模型及信息交互平臺、模型深度標準及數據交換標準，借此對各分部工程成果進行整合與管理。

數字化模型構建與優化

建筑方案模型解析

賽馬場項目建筑外立面方案為某蒙古族藝術家根據民族元素特色手工繪制，再由建筑方案單位使用3Dmax建立初步幾何模型描述，因此BIM建模工作需要對建筑方案模型進行數據轉換和解析工作。例如，主樓馬鞍處（見圖1）的曲面非常復雜，其模型是通過對原模型的結構線提取，重新放樣制作。中部為單曲面，邊緣及落地處為雙曲面，過渡區域復雜。

賽馬場項目建筑模型解析主要路徑為：基于原有建筑方案3Dmax的模型，對幾何曲面進行剖切解析，力求形成解析方程；建立了犀牛（Rhino）表皮模型，將表皮數據模型轉換至Revit軟件，進行建筑及結構BIM基本模型建模工作；將結構模型轉換至其他鋼結構專業軟件進入詳圖及加工模型的完善。

參數化分析與優化

賽馬場項目幕墻及鋁板屋面造型十分復雜，幕墻及屋面的分格設計既影響建筑的美觀，也影響構件加工和安裝難度。因此，通過合理分格設計，用最標準的模數對幕墻和鋁屋面模型進行分格劃分，從而節約了大量的成本?；赗hino模型，使用Grasshopper進行參數化分析與優化。以下以亮馬圈（見圖2）為例說明基于參數化分析方法對幕墻和鋁屋面分格優化的效果。

圖2左側為優化前幕墻分格，原設計玻璃材質中間部分為方形劃分，而兩側球形為三角形劃分；所有單元分格均未標準化，且頂部交接區域分格過細，單元過小，建筑效果不理想，也加大了加工生產和安裝難度。圖2右側是基于BIM技術的分格解析及優化結果。設計優化后玻璃球形部分和頂部平板部分都由三角嵌板劃分而成，因而整個玻璃部分完整順暢統一；玻璃球形部分按照“菱形—三角形”邏輯劃分，邏輯更順暢；鋁板部分沿緯線等距離劃分，將兩側球狀面和中間柱狀面連接的誤差消化在每塊嵌板中。

設計管理的BIM技術應用

土石方工程量優化

賽馬場項目在設計管理初期，通過對設計成果的審核發現，設計標高確定未考慮原始地貌高差，導致三棟主體建筑采用統一的基底設計標高，由此帶來近40萬立方米工程量，并且凈缺土方量達到38萬立方米?？紤]項目實施周期不具備大范圍周轉土方條件，且周圍是萬畝草場，不具備土方資源，必須對設計標高進行優化，從而控制土方工程量。

基于BIM技術建立原始地貌模型，并將設計BIM模型與地貌模型進行疊合，精確計算項目實際土方工程量。通過建筑標高調整進行土方量分析，實現土方量的減少并實現挖填方的平衡。賽馬場項目最終實現了土方的完全自平衡，為項目爭取了寶貴的工期及大量的成本投入。

設計成果審核及優化

賽馬場項目為異形建筑，二維平面的專業配合及圖紙表達存在的局限是毋庸置疑的，因此需要基于BIM技術對項目設計成果進行審核及優化。將BIM技術應用到建筑設計中，設計平臺將承擔起各專業設計間“協調綜合”工作，設計工作中的錯漏碰缺得到有效控制。以多功能主樓（見圖3）為例，建筑不同標高的平面回收變化，導致設計時管線等沖出墻面。

賽馬場項目為大型公共建筑，因此項目凈高控制是項目最終品質提升的關鍵因素之一。BIM技術模型將能有效協調各類專業設計，協調設計和施工，協調設備安裝和土建的工作。在三維環境下可以更好地優化凈空，優化管線排布方案，特別在設計復雜區域和管線密集區域。同時，應用專業檢查工具，可以有效控制凈高，提高工作效率，保證項目的最終品質。

專項深化設計管理

（1）管線綜合設計。傳統項目建設過程中，項目參建各方有時需要花費巨資來彌補由設備管線碰撞而引起的拆裝、返工及浪費，BIM技術應用能完全避免這種浪費。在管線綜合設計時，可利用BIM技術的可視化功能進行管線碰撞檢測，將碰撞信息反饋給設計人員及時做出調整，以減少施工現場的管線碰撞及返工，降低工程成本。

（2）鋼結構及分部工程深化設計。賽馬場項目鋼結構及分部工程是項目的難點，也是項目成敗的關鍵因素。對于項目大范圍的異型雙曲屋面，鋼結構受力構件、屋面檁條、屋面板及玻璃幕墻的相對關系很難使用二維平面圖紙進行表達，其構造內容也十分復雜，因此項目實施必須借助BIM技術完成相關系統及節點的深化設計工作（見圖4）。

施工管理的BIM技術應用

構件數字化加工管理

由于賽馬場項目建筑立面不規則，導致鋼結構絕大部分受力構件存在彎弧、彎扭情況，鋁板屋面絕大部分為雙曲面造型，這些構件及面板的加工制作及質量控制均存難點。項目根據準確的BIM數字模型成果進行工廠數字化加工，從而提高了工作效率，提升了建筑質量。

在鋼結構工程數字加工實施過程中，要求：① 鋼結構及分部工程數字加工需要基于加工模型完成，加工模型在深化設計模型基礎上得到，并補充關聯材料信息、生產批次信息、工期成本信息、生產責任主體等信息；②產品加工過程相關信息需要附加或關聯到鋼結構構件加工模型，實現加工過程的追溯管理。對于特殊構件及節點需要制定專項加工方案。

構件物流及存儲管理

賽馬場項目鋼結構及分部工程涉及工廠加工的主要構件及面板超過3.5萬個，這些構件絕大部分是各不相同的，如何在構件物流及存儲管理環節提高效率和準確率，是項目按期完工的關鍵因素之一。通過BIM技術與物聯網技術結合，實現構件實時監控：每個構件上粘貼包含各種信息的二維碼“身份證”，實現對構件在成品入庫、成品出廠、進場驗收、安裝完成各個關鍵環節的監控。

此外，構件狀態實時反應到BIM模型，在BIM模型中通過不同顏色的形式展現實際工程進度狀態（見圖5），確保項目相關方實時掌握工程進度，并可以根據需要生成項目進度實時統計報表等功能。

鋼結構施工過程管理

（1）施工平面布置。賽馬場項目三棟主體建筑距離較近，由于工期要求，三棟建筑必須全面展開作業面、平行施工才能保證項目按時完工。因此，需要基于BIM技術合理布置現場，規劃好施工組裝場地和進出通道，優化原材料和半成品的堆放和加工地點，減少運輸費用和場內二次倒運，有效利用場地的使用空間，提高勞動效率。

（2）施工方案及順序模擬。賽馬場項目鋼結構工程所包含的結構形式較多，其中包括大跨度三角拱桁架、平面單層網殼、環形網架、主次梁樓面系統等，因此三個單體、不同結構形式同時施工的施工方案選擇、施工順序安排就顯得尤為重要。BIM技術對施工方案和施工順序進行了專項模擬（見圖6）。

賽馬場項目鋼結構工程根據結構形式不同，施工工藝采用了多種方法。鋼結構施工方案模擬分析以施工工藝為基礎，針對不同的結構形式、工程進度要求，采用不同的施工工藝。對于局部有特殊要求的部分創建施工工藝模型，將施工工藝信息與模型關聯，輸出資源配置計劃、施工進度計劃等。

（3）鋼結構預拼裝管理。BIM技術的虛擬預拼裝技術的本質是以三維激光掃描技術為基礎的逆向成模檢測技術。賽馬場項目通過三維激光掃描相關技術，實現實物模型數字化、數據預處理、三維模型重建，并應用于結構數字化預拼裝。

賽馬場項目主體鋼結構造型復雜，彎扭構件、鑄鋼件多，可利用激光掃描逆成模技術，采用精度達0.085毫米的工業級光學三維掃描儀及攝影測量系統，對加工完成的構件逆向成形，并使用BIM技術進行預拼裝模擬。

項目使用結構虛擬預拼裝技術，不僅節約了現場拼裝的成本投入，而且大大降低了傳統實體預拼裝對現場安裝工期的制約，有效保證了施工進度。

施工質量及安全管理

在項目現場管理過程中，通過將場地布置、施工順序、機械調度等信息形成可視化的施工方案，讓建設單位更直觀明了地理解并把握項目管理理念和項目實施質量。采用BIM技術進行施工方案的模擬與分析，及時基于BIM技術進行施工可視化交底，確保了項目實施質量。此外，項目利用BIM技術對現場的文明施工及施工安全進行綜合管理，對施工現場存在的安全隱患在BIM模型數據中及時標示，并通知有關單位進行及時整改，對項目作業面范圍內的裸漏土方進行及時覆蓋，避免揚塵對城市的污染影響，提高項目現場管理水平。

結語

項目管理的本質是對項目全過程的目標管理，BIM技術是實現這些目標的有效技術手段。BIM技術通過項目管理發揮了更大作用，項目管理利用BIM技術實現了更高價值。

賽馬場項目管理過程中對BIM技術的應用取得巨大成功，節約混凝土用量4 000余立方米、鋼材2 000余噸、土石方量38萬立方米， 減少設計變更1 000余處，土建工程投資額節約了10%（約3 800萬元）。以上成果已經得到設計單位確認和項目業主認可。

可以預見，隨著基于BIM技術的一體化項目管理模式在行業內的推廣，BIM技術在項目管理過程中必將發揮更大的作用。