施工阶段是在确保工程各项指标的前提之下贯彻设计意图，是建设工程周期最长的阶段。施工阶段的主要任务就是如期保质保量地完成建筑施工任务。由于该项目属于超高层建筑，其施工技术非常复杂，众多大型的机械设备可能同时进行施工，多个相关专业的工程师们也需要共同参与。所以，如何保证不同的施工队伍和施工机械可以协调工作，对于实现项目的成本、进度以及质量目标，确保施工过程顺利进行，意义非常重大。

（1）塔吊运行分析

在上海中心大厦的施工阶段，要求4台1280D型塔吊同时工作，但这4台设备相隔较近，在工作空间上有所冲突，所以，在塔吊机械实际工作运行时需进行合理的协调和避让。由于上海中心大厦项目位于上海市陆家嘴地区，属于上海市的中心地带，而且该项目的施工工期紧张，如果由于设备干扰而延误了工期，将会对该项目的成本和工期产生很大的影响。在之前的传统模式下，要么是通过CAD得到的二维平面图纸计算得出设备运行范围的临界值，要么是在实际施工过程中通过观察和调试来限定塔吊的工作范围。但是，这两种方法都存在一定的缺陷，第一种模式会延缓施工的进度，这对于上海中心大厦这样的对于工期要求特别高的施工项目来说是极其不利的；第二种模式的直观性较差，在进行预测时需要花费大量的人力、物力和财力，而且经常会出现错误。为了有效地解决这一问题，该项目的管理人员利用BIM技术，通过3D视角模拟项目的施工，计算出4个塔吊的工作状态，通过建立模型，找到这4台塔吊之间工作的极限状态，然后整理出模拟的结果，形成培训资料，根据这份资料操作人员就可以做到协调统一，保证4台塔吊同时施工，降低时间成本，从而减少塔吊租赁、人工等其他方面的施工成本。

（2）供应链管理

在设计和施工的阶段中，上海中心大厦将供应链管理和BIM技术有机地结合在一起，提高了管理效率，大大降低了各环节的出错率，降低了施工成本。下面以上海中心大厦的钢结构和幕墙工程为例。

1）钢结构的供应链管理

与玻璃幕墙工程的供应链管理类似，借助于对BIM技术的精确控制，在施工阶段，上海中心大厦实现了钢结构设计、加工、安装的数字化管理，大大地提高了实际施工的速度，降低了返修次数，在很大程度上将钢材的成本支出进一步降低了。上海中心大厦项目的地上部分由八个大型的桁架层所组成，这八大桁架层有力地提高了上海中心大厦整体建筑的稳定性和安全性。其中，每个桁架层都是由非常多的单根组件所构成，而每根组件的重量达到了100t。这些大型的钢结构的结构十分复杂，而且组件节点是非常多的，这就对建筑物的整体变形量提出了很高的要求。为了很好地解决这些问题，该项目的设计人员借助于BIM技术的数字化特点，比对了钢结构的实际坐标与模型坐标，在正式解始安装钢结构之前就确保了组件的准确性，从而取得了非常好的施工效果；与此同时，也极大地避免了不必要的材料和资源浪费，将整个施工过程中的钢材损耗量控制在了2吨以内，效果明显，钢材的损耗量明显降低。

2）幕墙工程

上海中心大厦项目幕墙是玻璃幕墙，由19000个异形设计单元构成，每个设计单元大约包含30种不同类型的构件。如果采用传统的管理模式，想要管理如此大规模的异形组件几乎是难以实现的，而且对流程的标准化和设计的精确性提出了非常严格的挑战和要求。而如果采用BIM技术则可以很好地解决这一问题。最后，上海中心大厦的幕墙设计、加工和组装过程由同济大学设计研究院进行数字化设计，组件加工由宝钢集团进行，组件的拼装是由上海机施公司完成。

①创建工厂级幕墙的BIM模型

上海中心大厦项目的幕墙设计、加工和拼装，是以“工厂级幕墙BIM模型”作为基础去完成。首先，工程师们依据BIM模型在设计阶段所提供的信息，进一步深化加工，建立工厂级的BIM模型。然后加入各组件的信息并加以细化，通过对实际参数与模型参数的反复比对，不断地完善BIM模型，保证幕墙工程一次成型，避免反复修改所带来的成本增加问题。

②深化设计幕墙的BIM模型

深化设计幕墙BIM模型的主要目的，就是为了在充分满足了建筑物的功能需求和设计效果的基础之上，符合相关的法律法规和规范的要求，综合考虑幕墙的制造和加工技术，细化、深化设计。通过幕墙BIM模型的进一步深化设计，可大大提高建筑设计信息传递和沟通的可靠性，而且在深化设计以后，可以选择出最佳的玻璃幕墙的设计方案，进一步地深化设计图纸，便于项目参建各方的协同合作等等。对于加工工厂和设计师们来说，保证信息传递的有效性和准确性是至关重要的。在传统的模式下，CAD所出具的二维图纸的设计语言抽象性较高，对于异形玻璃组件的详细信息是很难表达出来的，一旦信息表达得不够准确，就极易

造成项目参建各方对组件的信息产生错误的理解。但是，借助于BIM技术，结合相应的数据分析软件，通过BIM模型的导出，对建筑形态的设计原则进行了充分的考虑之后，进一步优化幕墙组件的尺寸和种类，将幕墙设计的偏差控制在2mm以内，并且尽可能地降低组件的种类，最后通过不断地改进，将组件减少到约7000种。因此，BIM软件所具有的强大的数据提取和分析功能，可以快速准确地获得某一种组件的位置和数量，满足项目施工中深化设计的要求，为组件的精确加工和组装提供了强大的技术支持。

③BIM技术下的幕墙组件加工

在加工BIM幕墙组件的过程当中，最重要的技术要点就是：保证组装的精确度，保证项目可以在规定的工期内完成，降低返工的次数，降低施工成本。为了保证组件加工的精确性，上海中心大厦项目主要采取了以下两个措施：第一点，通过预拼装检验组件的精确性；第二点，借助于BIM软件向供应商提供出精确的组件信息。在以往的幕墙组装模式下，一直困扰建设者的难题就是怎样又好又快地加工复杂的组件，由于组件尺寸不一而且种类非常多，这就给整个行业提出了非常高标准的要求。因此，整个行业内必须要提升整条信息链的质量和水平，继而可以确保供应链上组件加工的精确性和效率。

在加工该项目的幕墙组件过程中，相关专家先后解决了软件插件设计、接口标准化、BIM信息文件的转换和共享等一系列的困难以后，成功地实现了数字化加工的“无纸化”，将幕墙BIM模型中的数据信息直接输入到建材加工制造商的数控技术。正是由于BIM模型的设计和加工，在很大程度上降低了人力、物力和财力的不必要的浪费和消耗，而且借助于BIM模型强大的软件分析功能，实现了对建筑材料消耗量的精确控制和计算，大大地降低了建筑材料的消耗。

④BIM模型下的幕墙组件组装

虽然通过BIM模型的信息沟通和共享，许多困难在幕墙供应商的工厂内已经得到了很好的解决，但是幕墙组件的现场组装依旧存在着许多需要解决和攻克的难题。由于施工现场涉及到了很多的项目参与方，包括业主方、施工方以及监理方……，在实际的施工过程中很多不同专业的人员需要同时进行施工，这就需要他们根据自己的工作需要划分出各自的施工区域，所以，在上海中心大厦的玻璃幕墙组建过程中仍然存在着很多非常复杂的环节。借助于BIM的幕墙模型，进一步精确组件安装的时间，再借助BIM技术的相关软件模拟幕墙的预安装，能够非常直观地将不同的施工时间范围内可能出现的施工碰撞展示出来，进而提前防范风险，提高幕墙组件组装的效率。

在组装玻璃幕墙的过程中，在每完成一层幕墙的安装工作之后，总承包方、监理方以及幕墙加工方就会对其数据进行相关的检测，并将得到的数据导入到幕墙的BIM模型当中，然后进行二者的对比，一旦发现问题，就要及时采取解决措施，避免了后期的返工，也避免项目参建各方出现推卸责任和扯皮推诿的现象。

（3）预制构件的加工管理

在上海中心大厦项目中，以深化设计阶段的BIM模型为依据，导入到Autodesk Inventor软件当中，然后再借助于BIM技术进行预制构件的加工设计，再通过机械设计、数据转换实现预制构件的加工设计，将BIM模型转换成为一张设计图纸，工厂就会根据得到的图纸进行预制构件的生产加工，在充分保证高质量的前提之下，避免不必要的人力、物力和财力资源的浪费，减少现场施工人员的工作量；再借助于BIM技术所自带的软件统计功能，将单个工作区域所需要的材料进行归类统计，将得到的结果以表格的形式展示出来，交给供应商，

供应商根据各项材料的需求量送到材料配送中心。由于BIM技术具有强大的归类统计功能，能够极大地降低领用过程中的误差，减少材料发放的审核工作，大大避免了运输成本的不必要浪费。

（4）虚拟施工管理

结合上海中心项目的施工方案、施工模拟和对现场的视频监测资料，对该项目进行基于BIM技术的虚拟施工，由于BIM技术具有可视化的优点，因此，可以及时地看到项目施工的全过程和最后的结果，从而在很大程度上降低返工和管理的成本，增强管理者控制施工过程的能力，降低施工过程中的风险成本。

在虚拟施工管理中，BIM技术的应用主要有以下几个方面：专项施工方案、场地布置方案、施工模拟、关键工艺展示以及装修效果的模拟。在上海中心大厦的建设过程中，工程人员基于建立的BIM模型以及搭建的各种临时设施，可以对施工场地进行布置，并合理地安排塔吊、库房、加工场地、生活区等的位置，解决上海中心大厦施工现场的平面布置问题。

作者：刘俊超

出处：《绿色建筑全生命周期成本管理问题分析研究——BIM技术探索运用》

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