吴垞燊 周东升 程垚 许兆斌 陈宗林
中国建筑第八工程局有限公司南方分公司 广东深圳 518000
摘要:BIM+A-CFI技术链通过对正向设计、协同模式、装配式技术、智慧拓展这四方面的研究与应用，将BIM技术贯穿于从初步设计到运维管理的全生命过程，有助于BIM技术的融合和智慧建造技术体系的形成。通过对BIM+A-CFI技术链在中山大学项目机电管道全装配式技术的研究与应用，研究出适用本项目特点的装配式技术，在施工技术及项目效益上得以提升，实施过程中不断总结，最后形成从初步设计到后期运维一整套的智慧建造技术。
关键词:技术创新;智慧管控;BIM+A-CFI
1 成果背景
1.1行业背景
随着国内BIM施工技术的蓬勃发展和国家的大力推广，BIM相关的施工技术已经深入应用到工程建设的方方面面。软件平台的开发及互联网信息化的互通，更是催生了BIM+A-CFI技术链的概念，A-CFI即在应用过程中注入装配基因（Assemble），以协同模式（Coordinate）合作，通过正向设计（Forward design），实现智慧拓展（Intelligent）。
目前国内建筑领域对正向设计、协同模式、装配式技术、智慧拓展这四方面的内容已有一定研究，但是相关研究概念要么比较模糊要么片面的集中于某一块，并没有形成整体的技术体系。BIM+A-CFI技术链通过对这四大方面的全面研究与应用，将BIM技术贯穿于从初步设计到运维管理的全生命过程，有助于BIM技术的融合和智慧建造技术体系的形成。当下正大力推进快速建造的模式，通过此课题，我们意研究出对机电管道全装配式实施的一套流程及管理模式，参照A-CFI技术链的概念总结出各阶段的实施要点。
1.2 工程项目概况
中山大学·深圳建设工程项目施工总承包工程位于深圳市光明新区公常路以北，康弘路以东，羌下二路以西，与东莞黄江接壤的猪婆山、猪公山周边区域，Ⅱ标范围的建筑面积约42万平方米，包括2#图书馆、5#西区公共教学实验组团(A\B\C\D\E）、12#学生综合服务中心、13#体育场看台、20#医科组团（一）、21#医科组团（二）、22#医科组团（三）、23#医科组团（四）、30#垃圾转运站（一）等9栋建筑单体和校园道路、室外总体等相关配套工程。
本工程由中国建筑第八工程局有限公司作为施工总承包单位，工程于2018年11月1日开工，2021年6月20日竣工。
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图1 工程效果图
1.3 成果背景
中山大学和深圳市政府于2015年签署合作协议共建深圳校区，是中山大学的主体校园之一。深圳校区着力服务国家重大战略，注重内地和港澳青年精英的融合培养。学科布局紧密契合深圳未来产业发展和创新发展战略，重点建设医科和工科，规划建设20个学院，现在已经设立的有10大学院。同时，深圳校区还具备了文理医工相对齐全的学科体系以及从本科到博士完整的人才培养体系，是具有综合性学科优势的世界一流大学校区。
由于本工程的高度政治性和重要性，从工程开始就加强项目管理，确定了各项管理目标，以质量安全控制为主线，技术、进度、绿色施工、成本等方面齐头并进，全力打造精品工程。
2 选题理由
1）工程载体好：省市级重点工程，工程特点突出，体量大，机电专业系统多、管综复杂，新技术应用广泛，创新点多。
2）创优目标明确：“图书馆”获得“鲁班奖”，本标段获得“深圳市优质工程奖”。
3）参建各方紧密配合：监理、业主单位对工程质量、施工技术应用要求高，参建各方均大力支持将工程打造成精品工程、标杆项目，在工程质量管理方面投入较大管理举措。
4）管理手段科学新颖：该项目通过先进科学技术与机电工程相结合，打造出符合机电施工管理的智慧工地系统平台，大幅度提高施工管理、技术质量、安全生产、绿色施工等工作效率。
5）业主对BIM技术应用的要求高：
（1）2020年度下半年联合申报第九届“龙图杯”全国BIM大赛；
（2）2021年度上半年联合申报第十二届“创新杯”全国BIM大赛；
（3）2021年度下半年申报第七届“科创杯”全国BIM大赛；
（4）2021年度下半年联合申报中国建设工程BIM大赛；
（5）BIM课题完成申报1个市级（深圳市）课题和1个广东省建设科研项目课题；对各项BIM成果和实施总结以及归纳梳理形成两本著作集。
3 实施时间
实施时间见表1所示。
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4.2 管理难点
1）采用全装配式管道施工：
本工程定位高，创优要求高，同时非吊顶区域的全专业需全部采用成品支架。为打造深圳地区的品牌项目，项目采用全装配式管道及设备机房进行部分单体的安装工程施工。
2）施工单体多，工程量大
本工程包括12栋建筑单体和校园道路、室外总体等相关配套工程，还有3.3千米左右的地下密集型管廊，施工单体多、分布面广；对项目部与设计、监理、业主的协同能力，现场安全、质量、进度及场坪布置的把控能力要求极高。
3）实验室专业系统复杂
本工程含有较多医学实验室、冶金实验室、机械试验室等，其中的机电管线及设备均为工业型或洁净型，专业性强、管线及设备复杂，需提前考虑此类系统的招标事宜，并同厂家进行管线、设备的深化，优化管线、设备的进场运输及安装。
4）机电联合调试复杂：
本工程建筑单体多，系统多，同时由于业主甲指分包，各系统关联性强，系统协作、系统调试及联调要求高，组织联动调试实施难度大。充分利用BIM工具，做到智慧建造，为后期调试打下坚实基础。
针对以上项目的特点及难点，我们提出了机电管道全装配式技术的思路，并利用BIM+A-CFI技术链，在项目实施的过程中进行本主题的研究与应用。
5 实施策划及创新
5.1管理策划
本工程为个广东省深圳市重点工程，在质量，安全，绿色施工，科技创新、智慧工地建设等方面均制定了详细的目标。在进行目标管理分析的基础上，提出了如何提高施工质量；保证施工作业安全；保护施工现场周围环境；进行科技创新，采用何种管理措施和方法进行质量管控；以及在确保相关目标实现的基础上，如何最大程度的确保项目利润等问题。项目采用各种先进的方法和工具，经方案比选分析制定了以智慧工地系统为主的现代化管理方式，逐步实现各项管理目标。
5.1.1强化组织管理
开工伊始，为了实现本工程各项目标，建立以项目经理为工程第一责任人体系，从质量技术、安全环保、进度控制、成本控制、效益收获五个方面进行项目组织，最终达到辩证统一的效果。
5.1.2建立智慧工地系统
项目部以科技为先导，运用物联网、互联网、大数据等先进技术，科学系统的建立了智慧工地系统平台，通过大数据处理及运用管理，有效的提升质量技术、安全环保、进度控制、成本控制、效益收获等相关工作效率，保障了各项目标的顺利实现。
5.1.3项目积极推广应用新技术，在施工过程中，推广应用《建筑业10项新技术》3大项中的17小项。新技术应用概况具体见下表3所示：
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5.2创新点
5.2.1机电管线、设备优化上的创新：
本工程含有较多医学实验室、冶金实验室、机械实验室，其中机电安装特点均为专业系统复杂、工艺性强、精度要求高，故除了常规的机电管线优化外，与各设备厂家提前介入协同进行设备的深化（建模设计好设备的外形、开口方向及尺寸等图纸）。
5.2.2建设信息化的创新：
利用BIM技术的协同平台作用，将BIM融入设计阶段、材料采购阶段、施工阶段、运维阶段，针对每个阶段的重点，编制合理的BIM实施方案、实施导则、交付规范等用以指导每个阶段的工作开展；通过公司自有“智慧工地”、“物料验收”软件平台，实现平台上施工资料与工程进度同步结合，二维码实时呈现现场材料、设备安装的状态，集成所有设备、管线信息（安装图纸、验收情况、运行状态及过程资料等）于一运维平台、或现场二维码上。
5.2.3各应用点的创新：
结合机电、建筑模型计算机房结构承载（抗拉、抗剪），确定是否需要预埋管道吊装部件；
针对装配式机房、装配式管线，出具立体式构件装配图，直观指导工人对各管线模块的预制加工；
对管道加工实现焊缝信息管理，出具反应焊缝位置及等级要求的焊缝图，以提供工厂化生产；
紧凑型管廊狭小空间内管线安装优化；
市政大口径管道及预制装配式雨污水检查井施工。
6 实施措施
6.1研究方法：
成立全专业的BIM小组，研究小组成员以中山大学项目为依托，根据各专业相关规范设计要求，结合业主对项目的需求，编制对应的实施方案。通过运用BIM相关技术以协同模式进行机电专业全装配式管道安装施工的研究和应用，过程中记录分析，积累总结，形成相关的研究成果。
6.2研究手段：
采用BIM+A-CFI技术链，建立三维模型和出图，通过软件平台实现各专业之间线上建模、修改深化，划分管线及支架的模块、模拟现场装配顺序并进行现场可视化交底，建立反应机制实时将现场实施情况上传软件平台，实现设计、施工的无缝衔接。为保证装配的质量、精度，做到以下两大研究要点。
1）现场操作：
（1）建立预制装配式加工场地，对所有的预制式管道进行下料加工；
（2）利用汽车吊以及平板车等，运输预制管道至指定安装场所；
（3）在现场进行支吊架以及管道的组合拼装工作；
（4）进行支吊架拉拔试验以及管道的压力试验；
（5）对各预制管道的装配式安装施工工作
2）实验室操作
（1）对原材料管道，支架C型钢的性能试验；
（2）对大口径管道的焊缝质量检测；
（3）对于安装过程中使用仪表的精度试验。
6.3研究步骤：
1）确认研究目标，制定研究任务书。建立协同工作小组，确认各专业负责人。将任务分解至责任人。
2）通过正向设计建立机房全专业模型，并建立项目全专业深化设计模型。
3）碰撞检查，采集各方意见进行模型优化。并出具问题报告和碰撞检查报告。
4）通过前期注入装配式基因，在已完成的模型基础上出具指导工厂预制和现场装配的图纸。
5）分配专人负责工厂预制的进度和精度控制，构件运输过程控制，现场装配的安、健、环、质的控制。
6）全过程的智慧拓展应用，辅助可以研究。
7）过程中记录分析，积累总结，形成相关的研究成果。
6.4实施步骤
1）正向设计：
（1）结合项目需求和现场实际对机房进行正向设计，确认设备选型和管线走向，建立机房全专业模型，并导出用于指导工厂预制和现场装配的图纸。
（2）结合业主要求对建筑关键区域做法进行正向设计，利用三维软件出具可视化的效果图，在施工前即完成业主，监理等各方的意见收集。
2）装配基因：
（1）利用BIM技术对机电管线进行深化设计，并在设计过程中注入装配式基因，通过合理划分管段，出具指导工厂预制的装配式施工图纸。
（2）通过正向设计，完成机房的全专业精确模型，并注入装配基因。模型完善后，出具指导工厂预制的装配式图纸。
（3）依据已完成的管线综合模型，通过插件对支架进行受力分析和计算，确定支吊架的材料型号和尺寸，并出具指导工厂预制的装配式施工图纸。
（4）运用BIM技术对建筑构件进行深化设计，出具指导工厂预制的装配式施工图纸。
3）协同模式：
（1）项目实施过程中，各BIM专业人员运用工作集（中建八局BIM协同平台）进行协同设计，实时共享模型信息，及时发现并解决问题。
（2）深化设计过程中，项目人员实时采用BIM技术辅助与业主，监理沟通，及时收集相关意见并完善，从而减少施工过程中的设计变更。
4）智慧拓展：
（1）采用AR、VR，无人机、BIM放样机器人等技术辅助施工。
（2）与业主沟通，将BIM技术拓展至后期运维管理，并确认是否建立后期的智慧运维平台。
6.5主要技术难点及解决途径
1）技术难点：
（1）A-CFI技术链的研究与应用贯穿于建筑施工的全生命周期，涉及的专业和系统较多。
（2）正向设计需要丰富设计经验的设计人员，项目人员对施工较熟悉而对工程设计较陌生。
（3）装配式施工对精度的要求较高，前期需花费大量的人力物力对模型进行完善，使精度达到毫米级。
（4）采用机电各专业全装配式管道施工在国内应用较少，技术难度大。
2）解决途径：
（1）建立以总工为首的课题研究小组，全专业统筹协调，互相配合完成研究工作。
（2）考虑增加有经验的设计人员或寻找合作设计院帮助，完成正向设计工作。
（3）使用BIM放样机器人扫描现场建筑结构并形成模型，结合BIM Revit软件直接建立三维模型和出（4）图，保证图纸和模型的一致性，提高了设计完成度和精细度。
（5）利用BIM技术将管线及支架划分成各大模块，并模拟装配施工的过程，运用AR、VR、二维码等。
（6）技术辅助现场技术交底，施工过程，校核验收等。
7 管理效果评价
通过对BIM+A-CFI技术链在中山大学项目机电管道全装配式技术的研究与应用，研究出适用本项目特点的装配式技术，在施工技术及项目效益上得以提升，实施过程中不断总结，最后形成从初步设计到后期运维一整套的智慧建造技术。
项目机电管道全装配式实施的不同阶段，积累数据经验，对外参赛交流，形成各类科技成果，总结研究成果争取达到国内先进水平。由于本技术具有完美的可移植性，可在后续建筑项目中大量应推广用，从而改变建筑施工企业传统施工模式。
7.1管理效果
1）通过本课题的研究，形成专利3项，工法2项，论文3篇等科研成果。
2）通过对正向设计，装配式技术，协同设计模式，智慧拓展的研究，形成一套智慧建造的技术体系，此技术的研究成功和在后续建筑项目中的大量应推广用，改变建筑施工企业传统施工模式。产生极大的社会效益和经济效益。
7.2经济效益
1）通过对本课题的研究为公司今后的建筑项目提供有力的技术保障，使公司在BIM技术应用中走在国内前列。
2）通过对本课题的研究，形成一整套的智慧建造技术体系，改变传统设计图纸至考虑满足规范和业主要求而不考虑施工条件的情况，同时通过各项技术的应用，节省大量材料和人工，助推项目降本增效。
7.3社会效益
紧跟当今BIM技术潮流，技术含量高，研究成功将带来持续不断的经济和社会效益。在本课题的研究过程中，可为公司储备一大批掌握BIM技术、装配式技术实施的人才。
7.4管理评价
本工程于2018年11月1日开工，2021年6月20日竣工。项目部精心策划，精细管理，以智慧工地系统平台以及多项管理措施并行，达到了各项既定目标。