皇家社会与西班牙人比赛分析
數字化助力超級工程建設——深圳平安金融中心機電施工BIM應用

 

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圖1 在建的深圳平安金融中心大廈

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圖2 深圳平安金融中心大廈效果圖

2009年8月29日,深圳平安金融中心大廈正式奠基。自此,中國在建第一高樓正式進入公眾視野。

2014年7月15日,平安金融中心項目主體高度達到448.3米,超越京基100大廈成為深圳第一高樓。

深圳平安中心這一超級工程預計將于2016年正式竣工,屆時該項目將成為中國第一、世界第二高樓。

深圳平安金融中心大廈位于深圳市福田商業中心區,由中國平安人壽保險股份有限公司投資建設,平安國際金融中心建筑主體高度588米,塔頂高度660米,總建筑面積約46萬平方米,建成后將發展為國際一流、可持續發展的智慧型辦公、商業、觀光等多功能一體化的城市綜合體。

 

超級工程——高難度施工挑戰

作為國內在建第一高樓,平安金融中心業主在項目前期即對工程建設提出了高目標:工程質量確保獲得國家優質工程獎、魯班獎、詹天佑獎,并確保通過美國綠色建筑協會LEED金級認證。

平安金融中心項目是國內真正意義上的第一個大型機電總承包工程,作為平安金融中心機電總承包方,中建三局負責統籌管理通風空調、強弱電、變配電房、制冷站等多個機電專業系統。

超高層項目機電安裝量大,綜合管線多,塔樓設備層多,垂直運輸高度高,設備吊裝的風險控制難度大,過程中往往會面臨因施工錯誤而造成的返工情況,延誤工期,降低效率。作為未來第一高樓,平安金融中心結構空間復雜,機電系統眾多,施工精度要求高,則面臨著更高難度的挑戰。這不僅為機電管線綜合設計與施工帶來了重大考驗,也對機電總承包單位提出了高度要求。傳統機電安裝施工方法將面臨許多難以解決的問題:如現場施工誤差造成返工及設計變更;施工隊的傳統工作方法無法滿足精度與效率要求;傳統驗收過程相對粗糙,信息檢查核準不夠完善等。作為機電總承包單位將如何應對以上難題,順利完成專業間協作,保障高難度機電施工順利進行? 

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圖3 項目模型三維視圖

 

精益建造——BIM技術保駕護航

近年來,伴隨信息化發展浪潮,BIM(建筑信息模型)作為一項帶來行業革命的新技術,已成為推動建設行業智慧發展,實現創新項目管理的重要工具。同時,BIM技術也為提高施工效率、確保施工質量帶來了新的突破點。

據中建三局第二建設工程有限責任公司安裝公司平安金融中心項目總工程師唐鐵軍介紹,平安金融中心項目業主非常重視BIM技術在項目實施及后期運營維護過程中的應用,在招投標階段即明確提出BIM應用任務,這也為施工單位的BIM解決方案選擇、BIM應用實施水平帶來考驗。 

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圖4 項目總工程師唐鐵軍

“業主希望我們交付的機電施工BIM模型能用于項目后期運維管理,這對BIM應用的深度提出了相當高的要求。除了運用BIM技術實現常規的管線碰撞檢測、支吊架布置、管線復核、方案優化等內容,還需要將施工過程中建立的BIM模型不斷完善、精細化。我們要把機電管線設備的參數,零部件更換維修時間周期等信息全部輸入BIM模型,與智能樓宇管理系統相連接,從而形成基于BIM的運維管理平臺,未來將簡化后期機電系統的運維操作難度,更便捷地去查找機電系統故障原因、鎖定零配件更換位置、快速找到系統維修方案。”

 

BIM放樣機器人——將BIM技術引入現場施工

“作為項目的最大挑戰之一,我們需要最短的時間內,在每層樓3000多平方的空間里定位數百個點,任何錯誤和返工對于超高層建筑施工都是巨大的時間浪費,我們必須把驗證過的BIM模型帶到工地,并快速準確地放樣!”中建三局機電BIM團隊負責人表示。

為保證機電施工BIM模型的信息精確度,提高施工效率,平安金融中心項目在機電綜合管線施工過程中創新引入天寶BIM放樣機器人,其應用貫穿于深化設計、管線安裝施工、施工驗收整個機電安裝施工階段。 

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圖5 項目施工現場技術宣傳展板

 

一、放樣精確,銜接設計施工

  從BIM模型中獲取現場控制點坐標和建筑物結構點坐標分量作為BIM模型復合對比依據,從BIM模型中創建放樣點。施工團隊進入現場之后,所有的放樣點將導入Trimble Field Link for MEP軟件中,開始使用BIM放樣機器人進行樓層貫通點和掛鉤預埋件的放樣。

在機電和管道的設計完成協同并被批準后,施工團隊可通過Trimble Point Creator(TPC)軟件進行2D和3D現場放樣點的創建,從BIM模型中獲取現場控制點坐標和建筑物結構點坐標分量作為BIM模型復核對比依據,根據 BIM模型中的機電綜合管線坐標及尺寸數字信息創建放樣點。施工團隊進入現場之后,所有的放樣點將導入Trimble Field Link for MEP軟件中,開始使用BIM放樣機器人進行樓層貫通點和掛鉤預埋件的放樣。BIM放樣機器人通過發射紅外激光自動照準現實點位,實現“所見點即所得”,從而將BIM模型精確的反應到施工現場,加強深化設計與現場施工的聯系,保證施工精度,提高效率。 

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圖6 施工現場應用天寶BIM放樣機器人
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圖7 現場放樣

“在標準層施工過程中,即使設計過程中已經應用BIM技術解決了很多碰撞問題,但由于專業協調施工問題以及實際工藝偏差,導致管線碰撞和凈空標高控制困難等問題,面對這種情況,我們要盡可能保證模型信息的真實準確度,從而盡可能的減少變更。相比傳統放樣方法,BIM放樣機器人范圍更廣,每一個標準層都能實現300-500個點的精確放樣,并且所有點的精度都控制在3mm以內,超越了傳統施工精度。同時,天寶BIM放樣機器人可操作性比較強,技術門檻比較低,人員投入也相對簡單,單人一天即可完成300個放樣點的精確定位,效率達到傳統方法的6-7倍,精度更有保障。”中建三局機電BIM團隊負責人表示。 

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圖8 施工現場放樣實測

天寶BIM放樣機器人在現場使用過程中的成效顯而易見。根據平安金融中心塔樓標準層現場放樣過程統計結果顯示,一個標準層主要風管放樣及支吊架固定過程,傳統方法需要4名工人7個工作日完成,在BIM放樣機器人的配合下完成相同工作量,只需要2名工人3個工作日,每一個標準層節省了22個標準工作日。此外,該方法同時減少了移動平臺等機具占用的時間。

中建三局機電BIM團隊已經順利完成了機電和管道BIM模型中超過二萬個點的放樣,包括套管點、嵌入點、層貫通點、排水通道點和掛鉤預埋件等。

一位現場放樣工程師表示:“這臺放樣機器人已經成為我工作中的得力助手,我很難想象再回到原來傳統的三角測量和拉鋼尺的作業方式了。” 

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圖9 天寶BIM放樣機器人放樣報告


二、信息精準,助力工廠預制

  平安金融中心的施工地點緊鄰深圳的CBD區域,施工現場周邊被建筑緊密包圍,無形中加大了項目施工的難度。在這樣的施工條件下,項目團隊選擇采用工廠化預制-現場組合裝配的工作流程,以優化施工流程,確保施工效率。

技術人員采用BIM放樣機器人與BIM技術相結合進行現場定位放樣,通過精確的三維模型信息完成施工深化設計、結構復核,繼而在電腦中預先制作出裝配圖紙,在工廠完成模型構件預制,運輸到現場直接安裝,實現工廠與現場的無縫拼接。這種創新工作流程簡化了以往的施工工藝程序,人員投入簡單,降低現場勞動力成本,構件組合拼裝更精準,有效提高了工作效率。

“有了機器人反饋的精確三維信息,運用BIM模型指導構件加工,尺寸非常精確,大大減少了現場人工作業所帶來的錯誤與不便。”目前,平安金融中心項目機電設備多數構件都實現了工廠加工,現場組裝。“我們現在幾乎所有的構件都是根據BIM模型下料,從工廠預制好,實際施工時我們只需要通過BIM放樣機器人自動放樣,根據風管分段安裝圖,利用BIM放樣機器人測點放線確定安裝位置,確保安裝成功率。”

 

三、突破精度,輔助施工驗收

在施工驗收階段,應用天寶BIM放樣機器人實測實量,采集現場施工成果的三維信息,通過設計數據與實際數據的一系列簡單對比分析來檢查管線、設備的安裝施工質量。通過機器人輔助施工,既能夠確保管線和設備安裝的較高精度,也能夠實現對施工成果更加全面細致的驗收。

以往通過傳統的施工驗收方法驗收精度為厘米級,而使用BIM放樣機器人輔助,驗收精度可突破性地達到毫米級,更有利于提高施工驗收的質量。同時,BIM放樣機器人可通過無線網絡將現場驗收情況實時傳遞到辦公室,實現遠程驗收同步保存實時的影像記錄,確保驗收過程精確可靠。

BIM放樣機器人在平安項目中實現了令人滿意的高精度、高效率。“管道套管的架設如果出現任何精度問題,會導致一系列后續問題。” 中建三局機電BIM團隊負責人說:“我們要求精度在1-2厘米之間,而實際精度已達到毫米級,大大高于我們的預期,天寶“把模型帶到工地”技術真正為我們解決了精度問題。”

 

前景展望——實現項目全生命周期管理

建筑信息模型中所包含的豐富數據信息將項目投入使用后的物業管理中發揮重要作用,作為平安金融中心機電施工總承包單位,中建三局也對此展開了積極探索。

在建筑生命期中,施工階段是承上啟下的關鍵環節,BIM技術是實現項目全生命期管理的優秀平臺和手段,施工階段中建三局基于BIM技術不斷開展深化應用研究,后期將為業主提供一套實用的運維管理模型,從而為項目建成后的物業設施管理提供有效保障。天寶BIM放樣機器人的引入,將BIM設計數據直接帶入工具,不僅為施工環節的精確實施提供保障,同時也為精細化施工管理帶來了新的思路。“平安金融大廈機電施工過程中,我們成功應用BIM放樣機器人開展了大量工作,有效提高了施工效率。BIM技術具有非常廣泛的功能與潛力,在機電施工領域的深入應用值得期待。”唐鐵軍表示。

在平安金融中心項目機電施工過程中,BIM技術對于保證施工質量、提高施工效率發揮了重要作用。2016年,這座以BIM技術打造的超級建筑將正式竣工,成為深圳新地標,刷新城市天際線。

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