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BIM技术在香港理工大学创新楼的应用

BIM技术在香港理工大学创新楼的应用

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相比于内地,香港的BIM应用相对较早,香港大型开发商和地产商都选择用BIM技术辅助工程管理,以解决传统方法造成的“痼疾”。Building SMART 香港分会副会长、北京互联立方技术服务有限公司总裁李刚,结合香港理工大学创新楼项目介绍了BIM在异形建筑中的深入应用。


香港建筑业BIM应用概况

BIM,building information modeling,建筑信息模型。BIM是新的信息技术,也带来新思维,很多人认为BIM将改变整个建筑工程行业的格局。 BIM的概念自上世纪70年代提出,至今已有近40年。时至今日,在世界范围内,英国、新加坡、美国、澳大利亚、韩国等国家积极发展应用BIM技术,将BIM视为建筑行业必须使用的技术。


从香港过去十多年的BIM应用经验来看,我们深信BIM将由改变评估设计的方法开始,慢慢的集合及改变行业价值产生的过程,让我们在可见的未来实现投资回报的巨大增加和对管理的全面精细化,让建房子像造汽车一样。


BIM是三维信息数字模型,包含很多信息。坦白地说,在应用BIM初期,有很多“为BIM而BIM”的项目,以为做一个3D模型就可以了,做4D模拟就对了,把所有信息都放到BIM模型中就是整合了生命周期。虽然这是一个必经的过程,但这绝对不是应用BIM的目标。BIM的出现不是因为有BIM有nD的应用,它的目的只有一个——利用先进的BIM信息来解决我们工程行业古老的问题。因此,能否对这些信息进行合理的运用,关键在于能不能为这些信息找到合适的“主人”——要解决的问题。


BIM横跨两个行业——工程行业和信息行业,同时它也跨越了不少专业,因此,它是一个新生的行业,BIM行业应如计算机行业一般,在所有传统行业里都需要计算机,但它更会以一个新的模式展现,如计算机行业的IBM、甲骨文、苹果等。


相比于内地,香港的BIM应用相对较早,在香港地区,大型开发商和地产商都选择用BIM技术来辅助工程管理,以解决传统方法造成的“痼疾”,如变更、浪费、返工等。从2002年到2008年,BIM的价值在香港工程行业管理过程、施工过程得到很好的展现。负责发展和推行公共房屋计划的香港房屋委员会对BIM的应用也给予了大力支持,香港房屋委员会希望能够通过BIM来优化设计,改善协调效率和减少建筑浪费,从而提升建筑质量,并计划在2014年至2015年,将BIM应用作为所有房屋项目的设计标准。作为应用BIM比较早的地区,香港建筑业的BIM应用积累了很多宝贵经验,很值得与同行分享。


目前,香港地区成功运用BIM技术的项目很多,其中香港理工大学创新楼堪称香港地区BIM应用成功的案例之一,该项目于2011年获得第五届香港欧特克BIM大奖。该大奖是用以表彰运用BIM技术为项目节约成本,减少排放,推动建筑行业可持续性发展的团体和个人,是香港地区含金量最高的BIM奖项之一。理工大学创新楼项目获此殊荣可以说是对其BIM解决方案、BIM技术应用的肯定。正所谓“管中窥豹,可见一斑”,相信创新楼在BIM应用上的成功亦能为其他项目的BIM应用提供宝贵经验。


香港理工大学创新楼的独特设计

香港理工大学是一所有着七十余年历史的工科专业学院,以设计专业见长。2008年初,为了满足教学研究对校舍空间的需求,香港政府支持理工大学兴建创新楼项目。创新楼总建筑面积15000平方米,能容纳1800名工作人员和学生,并由素有“建筑界解构主义大师”之称的著名女设计师扎哈•哈迪德(Zaha Hadid)设计。


扎哈的设计一向以天马行空著称,她所设计的创新楼也充分展现了这一特点,流畅的外形,富有现代感的视觉冲击,设计师用其特有的设计理念诠释着“创新”和“未来”,这座充满幻想和超现实主义风格的建筑让人惊叹(见图1)。然而,创新楼没有一条直线,也没有一条垂直线,这无疑给施工带来了巨大挑战。


图1 创新楼


扎哈的设计概念是曲线,从传统建筑学的角度来看,创新楼造型“古怪”,难以准确施工,采用传统方法这个建筑恐怕很难建成。事实确实如此,人类采用二维图纸作为媒介来记录建筑这不能不说是一大进步,但是,二维图纸本身的局限性而导致的沟通效率低下等问题对项目的顺利进行有着不利影响,特别是异形建筑,这些不规则建筑采用传统的方法建造难度很大,如此一来,项目所承担的风险也相对加大,图纸可能无法变为现实,设计师的理念恐怕无法完好表达。


在香港理工大学创新楼这个项目中,如何准确地把握造型、确定楼板边界,如何让幕墙和造型完全吻合等都是项目所面临的难题。而这些难题,很难采用传统的建筑手段解决。因为运用传统二维手段难以准确描述本项目的细节,剖面图无法明确项目的楼板边界,平面图中无法得出精准的数据。就以幕墙固定点预埋为例,如果建筑是规整的正方体的话,采用传统方法可以解决幕墙固定点预埋的问题。然而,创新楼建筑是曲面的,没有一条垂直线,采用传统方法的话无法准确地预埋。从施工逻辑的角度来说,完成了幕墙固定点预埋之后还要进行预估,即预计将来把幕墙安装到每一个预埋之后的整体情况,如采用传统建筑方法,很难实现这一预估。


为解决项目带来的此类难题,论证三维BIM模型的准确性之后再指导施工来解决上述难题,本项目采用了BIM技术,基于设计师意图到建设准确的三维BIM模型(见图2),辅助解决项目中的难题,让设计师的理念从图纸变为现实。


图2 创新楼BIM 模型


BIM在创新楼项目的应用

创新楼项目中采用的软件主要是Revit,部分使用了Catia。创新楼属于异形建筑,复杂的造型为项目施工带来不少困难。总体来说,BIM技术在项目中的主要作用有以下五点。


应用BIM技术确定现场定位线。

施工时如何准确把握造型,如何确定施工放线,项目楼板在一个怎样的边界上,这都必须要确定下来。由于本项目属于异形复杂建筑,没有垂直的面,运用传统二维图纸很难看出楼板边界线的准确位置。如图3,4所示,原始图纸中只有一条线,但是这条线并不是真正的楼板边线。传统二维图纸,不管是结构平面图还是建筑平面图,都无法确定项目中每一个楼板边界上的坐标。


图3 建筑图纸


图4 结构图纸


项目中,运用BIM技术建立模型,BIM模型可预见未来,是虚拟建造,项目各方可以在模型中直接讨论,同时模型中也清晰地展现了各层的楼板边界坐标(见图5)。利用BIM模型把每一个关键点的坐标都找出来,就可以很准确地知道每一层楼板要浇筑的时候楼板模型边界的位置,从而指导现场施工。除此以外,还可以通过BIM模型看到浇筑后是一个怎样的状态。基于BIM模型,成功确定楼板的定位线,应用楼板的定位线,进而把混凝土的边界做准确。


图5 建筑放样/ 定位图纸


幕墙的预埋管理。

本项目外形复杂,幕墙安装也是项目难题之一,幕墙必须完全和造型相吻合。基于这一点,在项目中,通过三维BIM模型对幕墙进行有理化分割,包括幕墙定位点、幕墙玻璃板划分,这些都需要重新设计。


除此之外,由于项目属于异形复杂结构,因此难以采用传统方法准确地进行幕墙固定点的预埋。然而,运用BIM技术则能解决项目所遇到的难题,通过BIM技术应用,完成幕墙的预埋设计,以确保构件定位准确(见图6)。


图6 幕墙固定点预埋(基于BIM 的幕墙锚嵌件定位)


通过模型控制幕墙加工尺寸。

在项目中,通过模型控制幕墙加工尺寸,有利于幕墙的顺利安装。由于建筑属不规则造型,幕墙的尺寸每一块都不一样,因此如何准确计算幕墙尺寸,也是项目的一个难题。如采用传统方法对玻璃幕墙进行切割、打磨、安装,既浪费时间又浪费材料,运用BIM手段,通过三维方法和有理化工作(见图7),重新规划了幕墙的尺寸,通过优化,降低了浪费率,减少了损耗。本项目中,不仅优化了幕墙尺寸,而且还对其进行编号,以方便安装。


图7 幕墙有理化


通过模型控制混凝土量。

BIM模型中包含项目工程量等材料信息,由于项目是复杂建筑,因此很难准确算量,通过BIM技术,运用BIM模型,每一块板、每一根柱子的混凝土量都可以进行准确的估算(见图8)。BIM技术的应用,实现了混凝土的算量工作,解决了复杂造型混凝土算量难的问题,为现场材料组织提供了依据。


图8 基于BIM 的混凝土体积估算


通过模型校验现场。

虽然BIM是虚拟模型,但BIM模型所反映的是模拟施工的真实情况,换句话说,就是项目的现场最终呈现的结果可以通过模型去校验。在创新楼项目中,项目数据,包括坐标点、预埋点已经从BIM模型中得出,这无疑给施工提供了很好辅助。同时,运用BIM模型校验现场,如果现场跟BIM模型一样,那就说明现场所得的结果与预想一致,证明项目是可控的,反之就是不可控的。如图9所示,现场照片和模型所呈现的一致,这就说明了现场得到了预想的结果。


图9 现场模型比较


香港理工大学创新楼案例是香港地区众多BIM案例的其中之一,通过这个案例可以看到BIM技术为项目所带来的价值。在本项目中,运用BIM技术解决了异形建筑定位难的问题,确定了幕墙预埋的位置,利用BIM模型对幕墙加工尺寸、混凝土算量进行了很好的控制,减少了浪费,降低了损耗,确保了项目顺利进行。同时,BIM模型也应用于校验现场,便于现场管理,使现场管理井井有条,提高了工作效率。


香港理工大学创新楼已于2013年完工,BIM技术的应用让这座充满超现实主义气息的建筑完美地呈现在大众的面前。



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