沈阳市·恒隆广场 超高层（改造项目）- BIM应用
摘要：随着时代的发展和当地社会经济的变化，以前规划设计的项目功能已远远不能满足当地民众的生活需求，如今为了迎合客户更高的标准和体验，这些项目需要脱胎换骨、改造翻新，挖掘更高的使用价值。然而国内像恒隆广场这样的超高层项目改造屈指可数，经验有限，五星级设计和施工难度大。随着BIM信息技术在我国的发展和应用，这类高难度的改造项目也变得易如反掌。
作者：中铁建筑工程集团设计院BIM中心
关键词：BIM项目管理；协同设计；改造项目；机电深化；超高层
1. 项目概况
沈阳恒隆广场位于沈阳市政府广场南侧，地处沈阳国家金融贸易开发区内，项目东临辽宁大剧院、辽宁省博物馆，西临市政府办公大楼，南临沈阳桃仙国际机场，北临被建设部评为“国家公园”的北陵公园。
项目占地面积9.2万平方米，建筑面积逾85万平方米，由东西双塔、南小双塔、3栋酒店式公寓及商场组成，集国际一流购物中心、甲级写字楼、顶级酒店、酒店式公寓于一体。
办公区主双塔楼东塔高384.2米，西塔高350.6米，南侧小双塔高220米。
项目档案
Ø 建筑结构：地下室及多层商业裙房为钢筋混凝土框架结构，主塔为外框内筒结构
Ø 开发商：恒隆地产，总投资约100亿元人民币
Ø 建筑设计：美国KPF
Ø 工程顾问：王董国际、奥雅纳、谢伟宁、 Ltd.
Ø 机电安装：中铁建筑集团有限公司
Ø BIM咨询单位：中铁建工集团设计院BIM中心
Ø BIM咨询范围：1A期68层、350.6米高高端商务写字楼改造（含49层及以上改建为康莱德酒店、5/6/23/41设备层、地下室B1-B4改造，其余写字楼商业正常运营）
二、项目重点与难点
v 项目现场改造区域管线、设备较多，无法拆除，且设备处于运行状态
v 建筑高度有限，一般梁底3.1米，地面加固回填，但精装修要求吊顶高，造型复杂，灯槽众多，机电安装预留空间有限
v 专业分包商众多（厨房、SPA桑拿、泳池、健身房、消防、弱电、精装修、毛装修、幕墙、土建、机电、通讯），各专业功能要求不同，协同工作复杂
v 核心筒内管井数量及空间受限，导致高层建筑竖向系统受阻，立管设计多次变更（超高层建筑的缺点，竖井对整个结构有连锁效应），导致其他楼层机电管线变更
v 地下室建筑功能区域及防火分区多次变化
v 酒店物流区位于地下三层，业主对天花板高度的要求多次变更
v 建筑结构复杂，竣工图缺失，无法准确搭建模型
v 顾问审批图纸时间长（每次至少15天），且图纸经常更改。
v 香港业主时间紧迫，质量要求高
针对上述改造项目的重点、难点，我司BIM管理人员在工作过程中陆续提出了一系列重大的BIM应用解决方案，协助业主、顾问解决了机电深化、协同管理、造价核算、施工指导、运维管理等方面的难题。
3. BIM在超高层建筑中的应用（改造项目）
1、BIM+点云技术应用
三维激光扫描仪：针对本项目竣工图纸严重缺乏、施工空间狭小、既有运行设备管线复杂繁多的特点，我们引进了背负式三维激光扫描仪，可以灵活地对现场情况进行扫描，形成点云模型数据，为我们后期的模型建立和机电深化打下了坚实的基础。
图 1：3D（背包）扫描仪扫描项目现场
图 2：L67 层现场复杂钢结构的点云模型
图 3：点云模型链接到 Revit，以验证 67 层钢梁的准确性
（二）BIM机电深度应用
1）整个项目的重点难点是地下三层（B3层15000平米）：B3层前期是地下车库，后来改为酒店物流区，建筑功能、防火分区多次变更，地面结构加固回填250mm，现有管线较多无法拆除，导致我们在短短几个月内提交了4版管线图。具体难点如下
a.建筑梁下功能空间有限，局部结构梁高2.2m，隔断了左右物流区域，根据BIM方案对部分房间功能进行改变（排烟间与花房对调），将排烟间改为管线穿越间，将小管线贴在梁上做成U型，装修时需做假梁包裹管线，满足功能要求；
图 1：2.2 米梁和房间位置
图 2：3D 2.2 米光束定位解决方案
b.为满足卫生防疫要求，整个物流厨房区域均为吊顶（仅梁下有空间），根据样板房情况，将不能满足吊顶标高的房间的风机盘管更换为壁挂式VRV分体机组（经香港顾问同意），从而增大了吊顶内部空间，抬高了吊顶标高。
c.对于有特殊功能的房间，厨房顾问对房间有特殊要求，例如冷库需要吊顶（我们的方案是将管道穿过冷库上方，预留检查口）；制服间有吊顶（梁下只有一个），需放置旋转晾衣架（我们与厨房顾问协调，将一个3.1m的晾衣架改成两个，一个2.5m，一个2.2m）；安控中心有吊顶（避开安控屏顶部，将局部吊顶做低）；洗衣间设备多，送排风量大，有吊顶要求（基于三维可视化，合理布置空间，保证吊顶高度）。
图：衣架数量改为两个后的制服室平面图
d.在大量既有管线无法拆除的情况下，根据127份指导图结合BIM专业思维合理利用空间，平衡客房及走道吊顶标高（出具1.0版图）；后针对香港顾问及业主对B3吊顶的特殊要求，优先保证客房吊顶，适当降低走道高度（出具2.0版图）；之后酒店提出尽量提高走道吊顶高度，管线尽量穿过客房（出具3.0版图）；最后根据建筑功能变化及机电顾问最新266份指导图（出具4.0版图）。
图：现有管道（实心粉色阴影）与新建管道的交互模型
虽然超高层改造项目BIM应用之路并不平坦，但我们的BIM工程师们经过不懈努力，充分利用BIM的各种优势，克服了一切困难，确保了项目建设的顺利进行。
2）利用3D模型制作的吊顶标高控制图结合现场采集的照片，让业主和顾问一眼就能知道此区域某个房间的吊顶标高不达标，再结合现场照片和3D模型共同探讨解决问题，节省了各方现场勘察的时间，加快了综合治理图的进度。
图1：B3走廊现有管线照片
图2：B3管道吊顶标高控制图
3）67/68层设备需从楼顶通过预留吊装孔进行安装，但现场此区域为设备夹层，管线密集，无法避开2500*2200的吊装孔。经过BIM管路布置研究，决定风管采用可拆卸方式，桥式水管避开预留吊装孔。此方案得到了业主及顾问的一致认可。
图1：67层至68层至楼顶的吊装孔模型
图2：吊孔平面位置示意图
4）66/67层机电设备预留安装空间仅300mm，但恒隆技术规范要求每个风口必须配备风量调节阀，通过BIM对机电设备进行深度布局后，仍然没有安装空间，因此通过BIM提出合理的优化方案，将风口做成内置调节阀，从而合理解决了这一问题。
图1：现场排风口与精装修灯槽连接示例
图 2：通风口和灯槽模型示例
5）对于复杂管廊，制作典型段，严格预留专业安装空间、检修空间、电缆放线空间、污水坡度空间、管道保温空间、吊顶龙骨安装空间、灯具等设备安装空间，并向施工管理人员进行现场立体讲解，按照管道集成顺序合理组织施工。
图：66层物流区走廊剖面图
6）本项目高层办公楼L5层为设备层，所有设备均在运行，剩余空间非常有限，我们的BIM工程师基于已有的点云模型，在有限的空间内合理布置新增设备管线，免去了业主对运行设备进行拆卸改造的麻烦，也解决了新增管线该放哪儿的问题。
图1：L5设备层现场设备管线照片
图2：L5设备层3D扫描-点云模型
图3：L5设备层新增设备管线-深化模型
7）超高层核心筒竖向管井空间有限，导致前期改造系统设计路线无法顺利实施（这也是所有超高层改造项目机电安装的常见问题和难点），设计的立管位置与既有管线发生冲突。我司BIM工程师介入后，综合考虑项目整体情况，合理优化竖向空间布局，提前规划既有及新增管线路线，先实现竖向系统贯穿目标，再制作竖向预留洞图，确保不会因立管位移而改变上下层管线。
图1：L66型号预留孔图
图2：L66模型井岩心管
8）68层楼顶雨水管为作业工程，施工期正值雨季，不能中断雨水排放功能，因此我司BIM工程师采取保留原有雨水主干管、增设机电管线的原则，避免原有雨水管深化67层模型，仅进行局部拆除，并在模型中用填充颜色明确标注现有水管（属性为既有阶段，其他为新建阶段），防止重复施工。
图1：L67层现有DN300雨水管
图 2：L67 层雨水排水模型（填充阴影）
9）L60层供水室：
a.设备层：机房空间有限，设备庞大，上方管线众多，通过紧密布置设备层上部空间，力求最大程度给下部机房腾出空间，最后合理布置基础，使机房面积利用率最大化。
图1：L60供水室模型
图2：L60供水室模型（含架空设备）
b.根据设备尺寸，合理布置高层设备房，选择合理的运输通道。对于L60层供水房大型设备无法拆卸运输的储热罐，我们BIM提出了合理的优化建议，将3个φ1800*3300h储热罐替换为7个φ1300*2500h，既满足功能又方便运输。
图1：L60供水房模型（3个储热水箱）
图2：L60供水房模型（更换7个蓄热水箱后）
c.深化机房管道设备时，由于改造后功能属于高端酒店，声学顾问对设备的隔震要求严格，设备基础需满足声学技术规范的要求。我司BIM工程师根据设备质量、尺寸，向声学顾问提供基础荷载图及表格，供其审核批准设备基础。
图1：L60供水室-设备负荷图
图2：L60供水房水泵基础荷载表
10）由于现场设备层环境恶劣，L41转运水箱前期机电顾问设计的尺寸及位置无法安装。我司工作人员采用激光测距对现场空间进行精确测量，确定了两套水箱尺寸及位置方案供业主选择：a.将之前的长x宽x高（米）=4.0*4.0*3.5改为5.5*3.5*2.5（缺点是有效容积减少了7m³）；b.根据现场情况做异形水箱（缺点是价格昂贵）；最终业主顾问认可了第一套方案的实施。
图1：招标图上的水箱位置
图2：现场水箱位置照片（左）
图3：现场水箱位置照片（右）
图4：现场水泵位置照片
图5：BIM确定的水箱尺寸及设备平面图（蓝色代表已有设备）
图6：L41层转水箱-3D模型
11）B2热水机房因结构加固，楼板垫高800mm，导致整个机房净高不足一半，现场已有管线无法拆除。我们没有完整的专业平面图，仅根据系统图对机房进行了深度设计。在机房上方不足的空间放置了小型膨胀水箱及膨胀水箱，在踏步下放置了板式换热器及水泵，充分利用了空间，合理布置了机房。
图：B2层热水机房3D模型（含既有管线）
12）B4生活水预热间：a.设备选型前，我们根据系统图及投标图对大房间进行深入检查，发现大量管道系统问题并向顾问发出质询，更为严重的是水箱堵门、撞到现有风管，无设备运行维护通道；b.设备选型后，我们根据最新选定的设备尺寸对房间空间进行深入检查，发现无空间放置软化水装置及分配箱，我们提出疑问并建议在附近增加一个小房间放置软化水及分配箱。
图1：B4层生活用水预热间3D模型（设备选型前）
图2：B4层生活用水预热间3D模型（设备选型后）
13）66/67层区域为高端娱乐会所，包含（泳池、健身室、SPA、自助餐厅灯光），对精装修要求较高。在第一版3D深化之前，筒灯、音箱、电子屏等专业分包附属设备前期未选定高度，未确定高度和尺寸；第一版管线完成后，我们在不拆除、修改任何管线的情况下，依据3D模型数据和精装修，合理设计吊顶造型、布置设备。
（三）可视化图纸审查
1）利用BIM技术，在BIM模型创建过程中，BIM工程师认真审阅图纸，梳理问题，形成图纸问题评审报告。报告中将主要问题通过BIM模型直观展现，使问题暴露得更透彻，参与人员了解得更清楚，从而减少后期机电施工中问题的爆发。
2）面对业主强制工程按期完成的情况，我司BIM管理人员也提出了现场审图的思路，由驻地顾问、业主、设计师、BIM设计人员在现场进行模型复杂节点三维展示、切面计算、轴向展示、施工模拟、动画效果展示，最终审图签字施工，大大缩短了香港送审图审批的时间（15天），从而加快了工程进度。
4. BIM对改造项目成本的影响
1）统计拆除改造工程量，通过对既有管线进行建模，科学、准确地核算拆除工程成本
2）多重计算比较，有效管控。通过BIM数据库快速获取项目基础信息，进行多重计算比较，有效了解项目作业、消耗、分包单价等情况，实现对项目成本风险的有效管控。
3）精准规划，减少浪费。利用BIM可以快速、精准获取工程量基础数据，制定人员、材料、机具的精准计划，大大减少资源、物流、仓储等方面的浪费，实现材料有限回收和消耗控制。
5. BIM协作对改造项目机电安装的影响
1）专业深化及协同：招标拆除改造图纸→现场拆除改造→改造招标图纸→专业深化图纸→BIM管理及全面深化→施工图纸→按新图施工
2）专业分包协作：基于深化施工图，由深化设计工程师对施工管理人员进行技术指导，各专业按照三维空间序列合理安排进场顺序，依次进行安装（不占用其他专业安装空间），节省施工时间，减少拆除改造量。
6. BIM对改造项目运维管理的影响
1）改善传统运维：在传统运维阶段，运维方仅依靠2D平面图纸、Excel表格开展运维工作，一旦出现问题，很难从图纸中快速找到问题点，另外图纸中的信息不全面，对运维工作计划的制定也是极大的制约。使用BIM后，运维人员可以通过BIM模型快速准确地了解建筑内设备设施的相关参数、管线走向、相关注意事项等，一旦出现问题，可直接从模型中快速找到问题点，并及时做出响应，维持建筑系统的正常运行。例如，当甲方发现一些渗漏问题时，并不是先到现场检查整栋建筑，而是借助BIM系统找到位于疑似位置的阀门等设备，获取阀门的规格、厂家、零件编号等信息，快速发现问题，及时进行维护。
2）运维信息的汇集：BIM运维系统集成了厂商信息、竣工信息、维护信息等大量信息，为后续的运维管理提供了有利条件。
3）超高层演练模拟：在传统运维中，演戏的模拟一般都是走形式，缺乏指导意义。现在通过BIM模型的可模拟性，业主可以在模型中提前演示突发事件或灾难，在演示过程中发现并总结问题，用量化的数据制定出一套切实可行的方案，预防突发事件的发生。在培训管理人员如何应对突发事件时，有了BIM系统，这些管理人员可以进行培训和模拟，进行一些现实中无法进行的模拟训练，比如：火灾模拟、人员疏散模拟、停电模拟等。
4）内部空间设施可视化：利用BIM建立的可视化三维模型，所有的数据信息都可以直接从模型中调用。例如二次装修时，哪里有管线，哪里承重墙不能拆除，都可以在BIM模型中清晰看到。后期还可以将租户的详细信息添加到BIM模型中，方便租户运营管理。
四、结论
通过我院BIM中心在恒隆广场超高层酒店改造项目中的BIM应用，认为BIM技术在改造项目中有极高的利用价值，不仅帮助施工单位梳理原有建筑内的管线信息，充分利用改造可预留的设备及管线，优化设计，解决百余道问单，合理核算工程量，精准控制投资成本，降低工期延误及索赔概率，指导施工合理组织实施，同时也为我院BIM中心在超高层改造项目中的BIM技术应用能力奠定了基础。
如今随着我国基础设施项目的不断完善，未来需要改造的项目数量要大于新建项目，这是有目共睹的，BIM不仅适用于新建项目，同样也适用于改造项目。因此我们BIM中心对于改造项目的BIM应用技术有清晰的思路和解决方案，包括运用逆向工程思维-3D扫描技术还原改造项目信息、点云数据处理、BIM平台修复模型、云存储、云计算、VR和GIS应用等，希望为未来的国家建设贡献一份力量。
参考
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