曹海良 武 雷 佟昊芯

中國建筑第八工程局西北分公司 陜西 西安 710075

GRG是玻璃纖維加強石膏板，是一種特殊改良纖維石膏裝飾材料，它最大的特點是造型隨意，可以拼接生成任意弧面曲面，是目前市場上較為火熱的新型裝飾材料。本工程對GRG材料的研究主要集中在劇院高大空間的觀眾廳上空曲面吊頂造型上。由于該劇院本身聲、光控及設備布置的特殊要求，導致其吊頂極為復雜、曲面非常多，驗收困難。施工過程中如何既保證其施工質量，同時又能縮短工期，避免二次返工是本文研究的重點，為以后類似的材料吊頂施工、驗收提供系統(tǒng)的思路和方法，創(chuàng)造更大的價值。

1 工程概況

敦煌大劇院是國家批準的唯一以“一帶一路”文化交流為主的絲綢之路文化交流博覽會主場，是一座大型的多功能劇場建筑（圖1），以國際專業(yè)水準建造，其地上建筑面積為25 591.55 m2，地下建筑面積12 626.33 m2。劇院建成后將成為亞洲地區(qū)最復雜、最具影響力的劇院之一，目前已經創(chuàng)造了劇院建造史上的奇跡，從設計到竣工，工期約180 d。

圖1 敦煌大劇院效果圖

2 項目難點、特點

1）項目工期異常緊張，6個多月時間內需要完成設計、采購、施工協(xié)調、裝飾裝修等任務，且敦煌屬于縣級市，大部分工程材料都需提前進行預制加工，運往項目組裝拼接，同時項目吊頂GRG材料尤為特殊，一旦驗收工作滯后或出現問題，將會影響工期和質量，給項目造成不可逆的損失。

2）項目劇院吊頂主體空間較為高大，傳統(tǒng)的驗收方法難以對這種曲面材料進行判定，同時由于結構造型原因，采用常規(guī)方法對觀眾廳內的吊頂數據采集也非常難，同時劇院對于觀賞的藝術性要求極為嚴格，在如此短的工期內完成曲面GRG材料的誤差分析與驗收是一個關鍵點，一旦出現問題將會造成大量的返工，影響工期。

3）項目內部施工專業(yè)分包單位多，管理協(xié)調難度大，同時多曲面吊頂施工工序非常復雜，在施工前期必須對GRG材料進行預制加工，現場測量放線并拼接組裝，因此前期預制加工必須引入BIM模型，中期施工引入三維激光掃描儀進行質量控制，后期將BIM和激光掃描儀結合進行驗收，過程中也存在一定的技術難點，需要不斷地試驗與研究，是一種大膽的創(chuàng)新。

3 分析解決

3.1 基于BIM的多曲面GRG吊頂驗收原理

GRG材料驗收要求整個板的罩面要光滑平整，沒有起皮脫膠，輕鋼的輕鋼龍骨吊桿連接桿的位置一定要正確，材料平整順直，連接處一定要牢固不能松動，吊桿距離主龍骨不能超過規(guī)范距離，拼接處整理平整，整體要做到無色差、變形和污漬，面板和燈具墻面要嚴密。本項目需要在施工過程中不斷地對劇院觀眾廳多曲面GRG吊頂材料的實際施工質量與設計要求值進行比較，分析施工誤差，以達到過程質量管控，其原理如下：建立GRG吊頂材料BIM模型；利用三維激光掃描儀分階段實施掃描；根據掃描儀器得到的點逆向建模；選擇軟件整合平臺整合模型比對；出具驗收誤差報告；提出整改措施[1-2]。

3.2 基于設計BIM模型的預制加工、拼接

利用設計提供的BIM相關模型（Rhion），進行必要的專業(yè)深化后出具預制加工圖，生產廠家按照模型加工完成后，運往工地拼接安裝，而拼接的質量與定位完全依照設計BIM模型的尺寸定位。敦煌項目部門在設計之初便建立了精確的BIM吊頂模型（圖2），為后續(xù)的預制加工和拼接施工提供了有力保障。

圖2 劇院觀眾廳曲面BIM模型

3.3 基于三維激光掃描儀的實際施工逆向模型

利用三維激光掃描儀對已經存在的空間物體進行全方位掃描，獲取物體空間幾何信息后（相當于對其進行了數字化），將已經被數字化的物體導入三維設計軟件中，通過獲取的點云數據幾何參數化信息進行逆向建模。敦煌大劇院項目引入目前國內較為先進的GX9三維激光掃描儀，對劇院觀眾廳GRG吊頂材料施工過程中及施工完成的曲面進行數據掃描，采集現場實際施工點云數據（該項目一次掃描采集樣坐標點近2 000萬個，需要時間15 min左右），進而導入Geomagic Studio軟件平臺生成相應的實際施工模型（圖3）。

圖3 GRG吊頂材料施工過程中點云數據的采集

3.4模型間融合分析

在確定坐標基點之后，通過對三維激光掃描儀掃描到的點云數據逆向建模，同時將點云生成的模型與設計提供的經過深化的BIM模型進行平臺融合分析。我們對劇院項目實際的掃描模型和設計BIM模型在Geomagic Studio軟件平臺進行了融合拼接并做了詳細分析（圖4、圖5）。

圖4 平臺模型融合與分析

圖5 模型融合與比對

3.5 誤差分析

通過融合平臺主要分析整個板的罩面光滑平整度，材料是否平整順直，曲面弧度是否滿足設計要求，是否和設計模型相匹配，避免因施工原因影響到劇院的燈光反射、聲學分析等。

1）整體分析：經過將軟件平臺上設計深化的BIM模型與實際現場掃描的模型相融合，整體3D比較分析可知劇院建模時某些地方模型匹配的好壞，根據生成的彩虹圖（圖6）可以動態(tài)掌握工程的施工質量，進而制訂持續(xù)性整改措施。由上圖可以看出，設計模型與掃描模型之間的偏差臨界值為21 cm；平均偏差為－4～4 cm；整體狀況良好，同時可根據彩虹圖去重點整改、修補偏差較大的部位。

圖6 劇院項目模型3D比對彩虹圖及比對結果

2）偏差分布與標準差分析：軟件對于模型之間的偏差分布進行了分析，并進一步分析了吊頂驗收的模型間的整體偏差分布正態(tài)分布與標準差（圖7、圖8）。從圖中我們可以看出，模型的偏差主要集中在－0.2～0.3 cm之間，這種分布屬于良好，對于超出范圍的偏差進行整改。

圖7 偏差分布

圖8 標準差分布

3）注釋圖與剖面圖分析：在模型中預先選出重點觀測的地方，同時對各分布點進行分析，可得知選取的點之間的坐標偏差，這樣可以更有利于對吊頂材料重點部位的質量控制（圖9）。

4 出具驗收報告

根據軟件對掃描的實際模型和設計BIM模型進行對比，進而進行誤差分析，形成質量驗收報告，同時通過報告找出誤差不符合規(guī)范要求的地方并進行整改，分析造成誤差的原因，進而在接下來的吊頂施工中加以避免，有效提高施工效率，保證施工工期。

5 結語

本項目將BIM與三維激光掃描儀結合并用于GRG材料的驗收，在實際施工中獲得了良好的效果，對劇院復雜結構吊頂的施工質量起到了嚴格的管控，可以看到BIM技術在本項目發(fā)揮著如下作用[3-5]：

圖9 主視圖與剖面分析

1）解決了復雜結構吊頂過程質量控制的問題。本項目的觀眾廳曲面造型異常復雜，設計流線要求極高，過程中質量難以控制，在傳統(tǒng)方法難以簡單控制的情況下，將BIM技術與三維激光掃描儀相結合，另辟蹊徑，逆向建模，在計算機上完成對裝飾材料的質量控制。

2）節(jié)約工期。項目通過BIM模型的深化與定位，加快了GRG材料的預制加工與拼接的速度，現場結合掃描儀的質量管控，避免了很多不必要的返工，同時過程中的檢測不影響施工的進度，反而與施工相配合，為項目節(jié)約了工期。

3）優(yōu)秀的現場實時指導。通過掃描儀的實時掃描檢測，可以對有質量問題的部分吊頂進行精準定位，在施工現場極大地避免了因各種原因導致的實際安裝與設計不符的問題，根據驗收報告分析可以看出，對于問題的檢測可以精確到每個坐標點的－2～2 cm范圍內，使問題得到了準確解決，實現更高的現場質量控制。