(北京城建集團(tuán)有限責(zé)任公司 北京城建一建設(shè)發(fā)展有限公司，北京 100096)

1 工程概況

1.1 工程簡(jiǎn)介

中央歌劇院劇場(chǎng)項(xiàng)目位于北京市東城區(qū)中街115號(hào)，項(xiàng)目北側(cè)為富華大廈南街，南側(cè)緊鄰文化部大樓，東側(cè)為東中街，西側(cè)為朝陽(yáng)門(mén)大街。建設(shè)用地面積13 386，本項(xiàng)目規(guī)模為1 201座乙等大側(cè)舞臺(tái)、觀眾廳以及后臺(tái)輔助用房組成。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用型劇院建筑，由入口大堂、主舞臺(tái)、后舞臺(tái)、側(cè)舞臺(tái)、后年限為50年，耐久性100年。工程整體效果圖(BIM模型)如圖1所示。

圖1 工程整體效果圖

1.2 工程特點(diǎn)及難點(diǎn)

本項(xiàng)目位于市中心，有著施工用地緊張，場(chǎng)地狹小，工期緊、總包協(xié)調(diào)量大、造型復(fù)雜、工藝要求高等特點(diǎn)。本項(xiàng)目被評(píng)為北京市第一批BIM示范應(yīng)用工程，獲得中國(guó)鋼結(jié)構(gòu)金質(zhì)獎(jiǎng)，爭(zhēng)創(chuàng)魯班獎(jiǎng)，在管理上有很高的要求。

項(xiàng)目難點(diǎn)在于：1)鋼結(jié)構(gòu)含量大、形式復(fù)雜；2)勁性結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)復(fù)雜，屋頂具有雙曲面造型；3)系統(tǒng)繁多、管線密集、內(nèi)部做法與精裝要求高，實(shí)施難度大；4)劇場(chǎng)結(jié)構(gòu)空間轉(zhuǎn)換多、安全風(fēng)險(xiǎn)大。

2 BIM組織與應(yīng)用環(huán)境

2.1 BIM應(yīng)用目標(biāo)

利用BIM技術(shù)解決勁型結(jié)構(gòu)從設(shè)計(jì)到生產(chǎn)、施工的高效管控；嘗試BIM各類(lèi)新技術(shù)和平臺(tái)的多方位使用提升對(duì)項(xiàng)目的精細(xì)化管理水平，培養(yǎng)出一個(gè)優(yōu)秀BIM團(tuán)隊(duì)，打造出北京城市的標(biāo)志性劇院建筑。

2.2 團(tuán)隊(duì)組織

項(xiàng)目開(kāi)工前建立以公司BIM中心為牽頭，由公司總工程師與項(xiàng)目經(jīng)理為領(lǐng)導(dǎo)的BIM團(tuán)隊(duì)，項(xiàng)目總工負(fù)責(zé)執(zhí)行，其他項(xiàng)目各部門(mén)均參與其中，見(jiàn)圖2所示[1-2]。

圖2 BIM管理組織機(jī)構(gòu)

2.3 軟硬件環(huán)境

項(xiàng)目以REVIT為核心，用于土建、機(jī)電、分包等模型的創(chuàng)建[3-5]。TEKLA用于鋼結(jié)構(gòu)模型創(chuàng)建和深化；NAVISWORKS用于進(jìn)行模型的碰撞檢測(cè)；FUZOR、LUMION、SKETCHUP用于建筑方案設(shè)計(jì)、模型瀏覽、動(dòng)畫(huà)、漫游等應(yīng)用。廣聯(lián)達(dá)BIM5D用于項(xiàng)目進(jìn)度、質(zhì)量、安全等管理。

硬件方面項(xiàng)目配備了3臺(tái)專(zhuān)業(yè)建模計(jì)算機(jī)及1臺(tái)筆記本，VR眼鏡、移動(dòng)觸屏電腦等，如圖3所示。

圖3 項(xiàng)目配置建模電腦以及應(yīng)用REVIT軟件

3 BIM相關(guān)應(yīng)用

3.1 模型創(chuàng)建

參照“建筑信息模型應(yīng)用統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)”中的要求，按工程不同階段、專(zhuān)業(yè)、任務(wù)的需要進(jìn)行建模。工程初期已將結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)、機(jī)電、勁型結(jié)構(gòu)模型全部搭建完成。勁型結(jié)構(gòu)施工難度大，鋼筋與鋼結(jié)構(gòu)交叉施工，利用模型進(jìn)行最優(yōu)化的施工模擬并編制進(jìn)度計(jì)劃。中后期將各系統(tǒng)專(zhuān)業(yè)、精裝修、幕墻等模型逐步完善，并且與土建、機(jī)電模型相結(jié)合，如圖4所示[6]。

圖4 各專(zhuān)業(yè)模型

3.2 企業(yè)族庫(kù)標(biāo)準(zhǔn)化構(gòu)件搭建

(1)結(jié)合場(chǎng)地布置順序與企業(yè)設(shè)施圖冊(cè)標(biāo)準(zhǔn)順序進(jìn)行族庫(kù)存儲(chǔ)歸檔體系的建立，以后項(xiàng)目可以直接拿來(lái)使用，不用重復(fù)建模；

(2)場(chǎng)地布置制作的標(biāo)準(zhǔn)族達(dá)到100余個(gè)，充實(shí)了公司的族庫(kù)；

(3)通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化族庫(kù)構(gòu)建能夠快速地對(duì)場(chǎng)地布置進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整，從而協(xié)助相關(guān)人員快速做出正確決策；

(4)族庫(kù)搭建過(guò)程進(jìn)行深化，進(jìn)行關(guān)鍵參數(shù)的搭建。可以通過(guò)簡(jiǎn)單的變量修改得到最終需求的成果，為以后項(xiàng)目應(yīng)用尺寸調(diào)整提高了效率，如圖5所示[7]。

圖5 自建標(biāo)準(zhǔn)族

3.3 工程技術(shù)場(chǎng)地布置

由于施工場(chǎng)地狹小，場(chǎng)地布置的合理性顯得尤其重要，通過(guò)搭建三維場(chǎng)地模型，直觀分析辦公區(qū)、加工區(qū)、材料堆放區(qū)、道路的設(shè)置，利用虛擬施工部署指導(dǎo)實(shí)際部署，利用三維動(dòng)畫(huà)進(jìn)行場(chǎng)地方案比選，從基坑階段到主體階段再到裝修階段整個(gè)過(guò)程對(duì)場(chǎng)地布置實(shí)施動(dòng)態(tài)調(diào)整，保證滿足項(xiàng)目空間合理劃分，場(chǎng)地合理利用，如圖6所示[8-10]。

圖6 場(chǎng)地布置模型

3.4 凈空分析

由于是劇院項(xiàng)目，對(duì)劇院內(nèi)的凈空把控嚴(yán)格，既要符合審美又要達(dá)到觀眾的視聽(tīng)效果，通過(guò)搭建各專(zhuān)業(yè)模型，進(jìn)行管線綜合布局深化設(shè)計(jì)。通過(guò)漫游瀏覽管線排布效果及凈高檢查。利用Revit和Fuzor軟件對(duì)模型進(jìn)行凈空分析，凈空要求2.6m，但是管線較復(fù)雜無(wú)法滿足要求，經(jīng)過(guò)考慮決定在鋼梁部位進(jìn)行開(kāi)洞，使管線穿越，經(jīng)過(guò)BIM模型模擬分析和驗(yàn)算，為設(shè)計(jì)提供數(shù)據(jù)支持。圖7所示為凈空分析模型及漫游。

圖7 凈空分析模型及漫游

3.5 碰撞檢測(cè)

通過(guò)多專(zhuān)業(yè)三維模型碰撞檢查，提交碰撞檢查報(bào)告，發(fā)現(xiàn)地下重大碰撞89處，地上重大碰撞107處，其中56處已核準(zhǔn)，每處均有三維模型、碰撞位置、碰撞類(lèi)型和設(shè)備名稱(chēng)等信息描述并提供了相應(yīng)解決方案[11-12]。

3.6 勁型結(jié)構(gòu)綜合應(yīng)用

本項(xiàng)目中存在大量的勁性柱、勁性梁等勁性結(jié)構(gòu)。型鋼節(jié)點(diǎn)部位的鋼筋綁扎成為施工的難點(diǎn)，針對(duì)此問(wèn)題，運(yùn)用BIM技術(shù)提前對(duì)型鋼節(jié)點(diǎn)進(jìn)行建模及施工工藝模型，優(yōu)化型鋼節(jié)點(diǎn)的鋼筋施工，大大提高了現(xiàn)場(chǎng)施工效率、保證施工質(zhì)量。圖8為勁性結(jié)構(gòu)柱、梁節(jié)點(diǎn)圖與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際安裝效果圖。

本項(xiàng)目中鋼柱規(guī)格有40多種、鋼梁規(guī)格有90多種，標(biāo)準(zhǔn)重復(fù)構(gòu)件少，無(wú)標(biāo)準(zhǔn)層。型鋼節(jié)點(diǎn)部位的鋼筋綁扎成為施工的難點(diǎn)，針對(duì)此問(wèn)題，運(yùn)用BIM技術(shù)提前對(duì)型鋼節(jié)點(diǎn)進(jìn)行建模及施工工藝模型，優(yōu)化型鋼節(jié)點(diǎn)的鋼筋施工，鋼結(jié)構(gòu)安裝也實(shí)現(xiàn)可視化交底，施工現(xiàn)場(chǎng)張貼二維碼，現(xiàn)場(chǎng)施工人員不懂隨時(shí)可以查看，之后通過(guò)制作大節(jié)點(diǎn)的施工模擬動(dòng)畫(huà)，觀察吊裝計(jì)劃是否合理，也大大提高了現(xiàn)場(chǎng)施工效率、保證施工質(zhì)量，如圖9所示[13-14]。

圖8 勁性結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)

圖9 勁性結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)

3.7 平臺(tái)管理

隨著B(niǎo)IM技術(shù)的發(fā)展日漸完善，各種軟件廠商均推出了針對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量、安全等工作的協(xié)同平臺(tái)。經(jīng)過(guò)對(duì)比，本項(xiàng)目選用了廣聯(lián)達(dá)BIM5D平臺(tái)來(lái)集中管理工程的質(zhì)量、安全工作。例如在項(xiàng)目施工中，發(fā)現(xiàn)墻體鋼筋綁扎不合格缺少鋼筋，質(zhì)量安全人員用手機(jī)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)拍照記錄問(wèn)題，之后打開(kāi)手機(jī)客戶端選擇問(wèn)題類(lèi)型，進(jìn)行信息錄入。然后明確責(zé)任人、限期整改日期以及所屬專(zhuān)業(yè)等問(wèn)題，發(fā)送后，手機(jī)端線上流程提醒，及時(shí)跟蹤問(wèn)題，進(jìn)行整改，如圖10所示。

圖10 手機(jī)平臺(tái)操作流程

也可以通過(guò)云端查看質(zhì)量安全問(wèn)題，進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析了解現(xiàn)場(chǎng)施工情況，對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行有效的管控；通過(guò)PC端，也可查看質(zhì)量安全問(wèn)題，定位到模型中并且自動(dòng)生成整改通知單，提高現(xiàn)場(chǎng)管理人員的工作效率責(zé)；結(jié)合模型進(jìn)行線上線下，下發(fā)整改通知單。

圖11 移動(dòng)端質(zhì)量安全問(wèn)題查看

本項(xiàng)目中通過(guò)應(yīng)用移動(dòng)端解決了傳統(tǒng)施工中口述問(wèn)題不清、無(wú)詳細(xì)記錄、不可追蹤的問(wèn)題，也解決了問(wèn)題傳達(dá)不及時(shí)、后續(xù)跟蹤難；問(wèn)題缺失、信息需要重復(fù)錄入、沒(méi)有相關(guān)數(shù)據(jù)分析等一系列難題。

截至到目前為止共記錄98條質(zhì)量安全問(wèn)題，土建專(zhuān)業(yè)40條、鋼結(jié)構(gòu)專(zhuān)業(yè)24條、機(jī)電專(zhuān)業(yè)34條。

這些數(shù)據(jù)為我們管理提供了可靠的依據(jù)，使問(wèn)題能夠定位跟蹤，隨時(shí)查看；同時(shí)也為我們以后的項(xiàng)目對(duì)分包的篩選，提供了考核依據(jù)。

4 拓展聲學(xué)研究

在劇場(chǎng)專(zhuān)項(xiàng)設(shè)計(jì)過(guò)程中，BIM技術(shù)可以對(duì)舞臺(tái)設(shè)計(jì)中的面光、耳光、追光的角度和投射面進(jìn)行即時(shí)的模擬，既減少了工作量也提高了工作效率。

對(duì)于觀眾廳來(lái)說(shuō)，吊頂板聲學(xué)設(shè)計(jì)非常重要，要滿足一次反射聲的要求，并能夠最大限度地?cái)U(kuò)展觀眾廳內(nèi)的混響時(shí)間。針對(duì)劇場(chǎng)模型的復(fù)雜性，借助歐特克軟件搭建的BIM平臺(tái)和Odeon聲學(xué)軟件，可以在很短的時(shí)間里建立完整的聲學(xué)模型，模擬并糾正模型的問(wèn)題，并反饋到設(shè)計(jì)師手中。

在BIM模型內(nèi)建立一套反饋機(jī)制，生成從聲源到反聲板再到觀眾區(qū)的一套計(jì)算模型。在這套反射模型中，通過(guò)調(diào)整反聲板的角度、大小、高度等數(shù)據(jù)，確保來(lái)自聲源的聲音能夠準(zhǔn)確地落在觀眾席上，最終將反聲板整合到觀眾廳模型中，并由Odeon聲學(xué)軟件進(jìn)行驗(yàn)證。

圖12 聲源反射模型

5 結(jié)論

本文介紹了BIM技術(shù)在中央歌劇院施工階段的應(yīng)用與成果。本項(xiàng)目中BIM技術(shù)的應(yīng)用提升了管理水平，建立了以BIM模型為中心的項(xiàng)目管理平臺(tái)和提高參與各方溝通效率的云端平臺(tái)；節(jié)約成本材料損耗低于行業(yè)基準(zhǔn)值5～10%；提升技術(shù)增加競(jìng)爭(zhēng)力，充分應(yīng)用BIM進(jìn)行施工模擬，輔助設(shè)備更高效、高質(zhì)量地完成項(xiàng)目任務(wù)；BIM技術(shù)在劇場(chǎng)項(xiàng)目中的應(yīng)用進(jìn)一步擴(kuò)展了BIM的應(yīng)用價(jià)值，為其他劇場(chǎng)類(lèi)項(xiàng)目或勁型結(jié)構(gòu)項(xiàng)目提供范例。