BIM技术在X88被动式幼儿园项目施工中的综合应用

X88被动式幼儿园项目是北京市第一个钢结构被动房，也是全国最大的钢结构被动房幼儿园。结构形式为钢框架结构，地下部分为型钢混凝土结构，地上为钢筋桁架楼承板。工程整体分为北楼、中楼和南楼三部分，北楼地下1层地上3层，南楼地上3层，中楼地上2层局部1层，结构总高度11.7 m。工程采用被动式建筑设计理念，侧重考虑儿童体感舒适度，注重周围生态环境改善，是实现可持续发展的重要途径，代表了未来建筑业发展的一大方向。

1 项目BIM策划

1.1 目标策划

项目部以实现精细化施工管理为目标，以节约成本为导向，以提高公司品牌建设为宗旨，大力推行BIM技术在本项目的应用。

1.2 组织架构和部门职责划分

本项目BIM团队涵盖项目5个部门15名工程师参与，并得到了公司技术质量部BIM中心的支持。责任细分到人，实施更明确。

1.3 建立BIM技术应用管理制度

为保障项目BIM技术应用切实落地，项目部根据公司《BIM技术推广管理办法》《BIM应用流程标准》《BIM应用数据标准》，编制了《X88幼儿园项目BIM技术应用策划方案》。

2 BIM技术的应用

本项目实施多软件协作BIM技术应用，从基础建模、模型整合、工序虚拟展示、fuzor应用于会议交流、lumion渲染、unity沉浸教育等多方面应用。

2.1 模型搭设

（1）项目部根据图纸建立各专业模型（图1），通过建立各专业模型实现三维虚拟展示和模型信息填充。通过建筑模型展示外窗、幕墙等信息。通过机电模型调整各专业综合碰撞。通过钢构虚拟拼装模型展现钢构连接节点，提前发现安装将会遇到的问题。

（a）

（b）

（c）

图1 X88被动式幼儿园各专业模型

（a）建筑模型；（b）机电模型；（c）钢构模型

（2）场布模型。建立场布模型，破解场地狭小的难题，辅助前期场地空间设计（图2）。

图2 建立场布模型

（3）样板模型。本工程为钢结构被动式建筑。为保证工程的施工质量，满足要求，根据被动式建筑工艺新颖、结构独特的特点，建立了结合本工程的整被动式样板区域，并分别形成了5项样板重点，搭建相应的节点模型，制作施工动画，并在现场西门建立实体模型。

2.2 图纸会审

工程前期，通过翻模检查各专业图纸问题，并在合模后检查各专业交叉碰撞问题，汇总各种问题后，统一交由设计单位解答，此方法比传统看图查找问题效率高，可有效解决图纸中发现的问题。图模会审：模型直观展示图纸问题，又有利于与设计沟通。

2.3 工艺工序模拟

2.3.1 被动窗工艺演示

为保证安装质量，对工人明确施工工艺，项目部根据门窗安装时的注意事项，制作窗户三维节点模型，并利用模型制作工艺安装视频，对施工人员进行技术交底。

2.3.2 被动窗工艺演示

通过建立屋面三维深化节点模型，剖析常规屋面与被动式屋面的区别，直观展示被动式屋面的细部作法。

2.3.3 被动式屋面分仓施工工艺演示

项目部利用样板区屋面作法模型制作屋面系统施工工艺演示动画，指导工人施工。被动式屋面从女儿墙顶收口、错缝铺设、层与层间搭接、防水采用分仓方法等各方面细化屋面防水分仓施工的具体做法。保温、同步施工，既防止施工过程中雨水的影响，又便于后期维修。分仓方法施工为被动式建筑屋面特殊要求，减少了水汽的侵扰，保证了屋面保温、防水的施工质量。

2.3.4 外幕墙施工工艺展示

项目部根据被动式建筑断热桥的要求，利用BIM技术对幕墙安装节点断热桥处理进行工艺深化。

（1）通过工艺深化确定岩棉钉布置为梅花状；

（2）无热桥设计是被动房的五大准则之一，被动房研究所PHI认为所有的结构方式必须满足高标准的气密性、保温效果和避免热桥现象发生。为避免产生热桥，在工程中可能产生热桥的部位加橡胶隔热垫等方式隔绝热桥产生。转接件铰接位置采用厚5 mm的尼龙隔热绝缘垫；

（3）岩棉钉采用长度为365 mm的专用隔热尼龙胀栓，每平方米不低于6个，既保证安装牢固，又满足传热要求。

2.4 三维节点技术交底

本工程为钢结构被动式建筑，钢结构表面喷涂厚18 mm的防火涂料，平整性较差，钢柱、钢梁与砌体接触面无法做到严丝合缝，气密性无法满足被动房的要求，屋面保温层较厚，雨水斗出气密性水密性要求高。为满足被动房气密性的要求，减少漏气量，钢结构与砌体墙面及楼承板接触点阴角处均用坡面水泥砂浆找平，然后贴防水隔气膜。

通过打印三维技术交底或施工人员通过扫码获得技术交底，达到BIM辅助技术交底的效果。

2.5 方案比选

窗框与钢结构处固定情况不同于混凝土结构，连接件无法直接对钢结构进行固定。安装过程中，在钢梁上需临时加焊钢板，以满足窗框与钢梁固定。很难精确把握钢板与钢梁翼缘固定角度，钢板一旦焊接固定，角度不能调节，窗户安装效果不佳。通过BIM技术进行节点模型深化，再进行方案比选，然后分别进行验证（表1）。

表1 方案比选

方案一：两个角件固定在一块钢板上。

方案二：两个角件分别固定在两块钢板上。

方案三：通过BIM深化设计专用角垫，提交给厂家进行加工。

抽查验证3个方案的安装精度情况，前两个方案角件安装误差均超过误差≤2 mm的标准要求。

通过比选，方案三连接安装精度超过方案一、方案二，低于被动窗2 mm安装精度要求，既省材料，又省人工。

2.6 BIM技术辅助安全虚拟体验应用

为了对工人进行有效的安全教育，公司建立虚拟的安全体验中心，本项目参与安全体验中心模型搭建工作，并制作相关安全学习视频等，以提高安全教育的效果。

现场技术管理人员、安全管理人员以及操作人员利用unity集成系统，进入质量样板展示区、安全体验区虚拟场景中，既能全方位地观看质量样板细部做法、体验安全设施，又能通过场景中设置的触发热点（图片讲解或链接动画），了解施工工艺要点、质量安全注意要点以及在线答题，答题完毕后系统能够自动汇总成绩，对人员受教效果进行考评。此种体验式教育既直观又生动，达到了良好的效果。

2.7 机电综合排布

各专业在二维图纸基础上，利用中心文件同步进行三维协同深化建模。

通过碰撞检查、漫游审查等方式，循环调整，消除专业间碰撞及排布不合理的问题。

通过土建与机电各专业的协同，BIM模型中将所有穿墙管线留洞、套管预埋、圈过梁及构造柱设置、砌块排布统筹考虑，做到“一墙一图，按图备料，照图施工”，不仅杜绝了后期机电开凿的二次破坏和大量洞口封堵，而且有效减少砌体施工中的材料消耗和垃圾废料的产生，大幅提升了施工质量。

借助MagiCAD对综合排布完成的管线进行不同专业之间的综合支吊架设计，既可达到节约材料的目的，又可优化排布，确保美观。

2.8 三维可视化应用

可视化、模拟化和分析化的技术手段在建筑工程的全建筑周期中创建、应用并且共享一致的建筑信息模型，可以提前做出最佳决策，使项目团队能够更好地协同，从而实现有效管理、降低项目成本、加速项目进程、提高项目质量的目的。

2.9 工厂化预制施工

通风与空调专业采用热镀锌铁皮风管，在完成管线综合排布后，绘制风管管段分段图，实现管道工厂化预制与加工，加工成型后交付现场进行组装，减少现场施工成本，提高安装质量。

2.10 钢结构施工

通过钢结构模型深化辅助出图；生成CAD详图指导施工现场安装。

2.11 工程辅助排砖