王孫駿

上海建工五建集團(tuán)有限公司 上海 200063

BIM技術(shù)引進(jìn)我國多年，目前正處于快速發(fā)展與深度應(yīng)用階段。BIM技術(shù)是在建筑設(shè)計、施工、運(yùn)維的整個過程中，應(yīng)用三維信息技術(shù)，進(jìn)行協(xié)同設(shè)計、協(xié)同施工、虛擬仿真、工程量計算、造價管理、設(shè)施運(yùn)行的技術(shù)和管理手段。將BIM技術(shù)應(yīng)用到工程建設(shè)當(dāng)中可以消除建設(shè)過程中各種可能導(dǎo)致工期拖延的設(shè)計隱患，提高項目實施中的管理效率[1-3]。在我國信息化高度發(fā)展的今天，BIM技術(shù)作為一個新的理念，在信息化管理的新浪潮中應(yīng)運(yùn)而生且得到越來越多的實踐和認(rèn)可，解決了項目中諸多施工方案模擬、多專業(yè)整合、碰撞檢測、空間優(yōu)化、施工進(jìn)度管理等施工配合方面的問題，越來越多的項目成功應(yīng)用BIM技術(shù)并在項目各階段發(fā)揮了積極作用。

1 項目介紹

耀雪·冰雪世界（暫定名）項目是上海市浦東新區(qū)臨港新城的大型旅游娛樂項目，位于軌交16號線臨港大道站西側(cè)，東至夏櫟路，南鄰秋漣河，西至杞青路，北至滬城環(huán)路。與目前已經(jīng)開建的海昌極地海洋公園僅一路之隔。

項目以商業(yè)、文化功能為主，包含滑雪場、戲水中心、溜冰場、多功能廳、度假酒店、精品酒店、商業(yè)零售等設(shè)施，總建筑面積326 503 m2（地上216 468 m2，地下110 035 m2）。項目配套有機(jī)動車停車位2362個，非機(jī)動車停車位3 801個。本項目造型復(fù)雜，結(jié)構(gòu)形態(tài)多樣，專業(yè)設(shè)備種類繁多，施工難度高，室內(nèi)滑雪場以阿爾卑斯山為主題，有三類不同梯度的滑雪道，超過25個雪地游樂場項目及雪地游戲、滑雪體驗，從其中一間酒店的部分房間，還可直接進(jìn)出滑雪場。項目引入BIM技術(shù)，在提高設(shè)計、施工質(zhì)量，縮減工期，減少預(yù)算等方面取得顯著成效，并將進(jìn)一步提升品牌形象，打造精品旅游項目，最終實現(xiàn)基于BIM的智慧運(yùn)營管理。項目環(huán)境和效果如圖1、圖2所示。

圖1 項目周邊環(huán)境示意

圖2 項目效果圖

2 BIM技術(shù)綜合應(yīng)用

2.1 設(shè)計階段

在方案設(shè)計階段，設(shè)計的深度不足，會存在很多問題，在進(jìn)行BIM設(shè)計的同時可以發(fā)現(xiàn)這些問題并直接在BIM模型中進(jìn)行修改，確保模型的準(zhǔn)確性。在進(jìn)行方案匯報的過程中，用BIM匯報取代原來的二維圖紙匯報，可以直觀地從模型中進(jìn)行項目整體查看。

1）項目在設(shè)計階段進(jìn)行方案比選，配合方案設(shè)計階段經(jīng)濟(jì)指標(biāo)統(tǒng)計，模擬比選方案調(diào)整，將每種方案都進(jìn)行建模，通過BIM模型進(jìn)行直觀比較，最終選擇最優(yōu)方案。

2）根據(jù)初步設(shè)計階段的圖紙繪制出包含主要結(jié)構(gòu)構(gòu)件和建筑構(gòu)配件的土建模型以及機(jī)電安裝模型，最終形成初步設(shè)計階段的各專業(yè)模型。對機(jī)電各專業(yè)進(jìn)行深化以及凈空優(yōu)化，有效規(guī)避了出圖過程中對圖紙質(zhì)量與進(jìn)度的影響，避免了不必要的經(jīng)濟(jì)損失，如圖3、圖4所示。

圖3 設(shè)計模型

圖4 制冷工藝機(jī)房模型

3）基于Grasshopper做的幕墻優(yōu)化分析，“點(diǎn)集流”＋“特征值”的思路是將復(fù)雜的幕墻材料單元用最少數(shù)量的點(diǎn)來表示，將每一個單元的幾何信息存儲于若干有序點(diǎn)集中，再使用Grasshopper編程手段制作基于這些點(diǎn)集生成模型的算法，將幕墻的空間定位與內(nèi)部的拓?fù)溥壿嬤M(jìn)行結(jié)構(gòu)化的分開。從而在幕墻BIM工作中，在施工誤差、建筑方案變化、施工節(jié)點(diǎn)變化3個不確定性因素中，以確定性的框架實現(xiàn)有跡可循、快速響應(yīng)的參數(shù)化生成工作流。

4）在施工圖設(shè)計階段，利用Dynamo比較同一個模型的不同版本，找出新增、刪除以及更改的內(nèi)容，用Python實現(xiàn)，在Dynamo里做成一種通用的快捷方法可以檢測模型版本新增圖元、刪除圖元、參數(shù)變化、幾何變化以及參數(shù)和幾何均變化的地方。

2.2 施工階段

1）本項目涉及專業(yè)眾多，施工階段BIM應(yīng)用由總承包單位集成管理，各專業(yè)承包單位使用總承包單位提供的基礎(chǔ)BIM模型對本專業(yè)圖紙進(jìn)行正向深化出圖，建立本專業(yè)深化模型時需參照總承包提供的模型坐標(biāo)體系。過程中需要嚴(yán)格執(zhí)行總承包BIM管理要求，專業(yè)建模規(guī)范、構(gòu)件命名、問題報告樣板等參照總承包BIM管理大綱。

2）本項目砌筑結(jié)構(gòu)深化工作體量大、難度高，在調(diào)整完初版建筑模型的基礎(chǔ)上，依照安裝管線位置，在砌體墻上精確定位洞口位置及尺寸，運(yùn)用Revit插件進(jìn)行深化排布，提前解決二次結(jié)構(gòu)砌筑過程中可能存在的問題，保證了二次結(jié)構(gòu)的施工質(zhì)量。結(jié)合預(yù)留洞位置及尺寸，在土建模型中進(jìn)一步深化構(gòu)造柱及過梁等元素，導(dǎo)出圖紙指導(dǎo)現(xiàn)場施工，避免二次開洞，減少現(xiàn)場返工。項目實施過程中通過模型結(jié)合圖紙為交流載體，確保砌筑效率及質(zhì)量。

3）根據(jù)現(xiàn)場施工分區(qū)要求各專業(yè)單位完成BIM模型后，模型會被劃分為多個施工區(qū)域，并逐一檢查各個區(qū)域，進(jìn)行多專業(yè)間碰撞分析。例如在安裝管線密集的區(qū)域和機(jī)房，利用BIM模型結(jié)合平面圖、剖面圖，發(fā)現(xiàn)設(shè)備安裝空間不足、凈高不足、空間不滿足使用需求等情況，然后整理報告，流轉(zhuǎn)設(shè)計，由設(shè)計給出具體意見，并根據(jù)設(shè)計意見對BIM模型進(jìn)行進(jìn)一步更改。通過以上流程，每個專業(yè)單位根據(jù)上述流程及時更新自身專業(yè)設(shè)計圖紙，并根據(jù)最新的設(shè)計圖紙結(jié)合優(yōu)化后的BIM模型以進(jìn)行聯(lián)合驗證。同時將這些信息數(shù)據(jù)成果實時集成在BIM協(xié)同管理平臺上實現(xiàn)完全共享，有助于所有專業(yè)的深入溝通，在保證圖紙質(zhì)量的同時還能解決施工各階段的諸多問題。

4）對于鋼結(jié)構(gòu)深化設(shè)計部分，專業(yè)單位使用Tekla進(jìn)行正向深化設(shè)計，結(jié)合模型所包含的幾何信息和非幾何屬性，通過IFC格式進(jìn)行模型格式轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)與其他多專業(yè)數(shù)據(jù)擬合與反饋。鋼結(jié)構(gòu)的深化設(shè)計，基于自身施工特點(diǎn)確認(rèn)加工及安裝工藝，并需考慮基于主體結(jié)構(gòu)模型項目基點(diǎn)與其的銜接，并與機(jī)電設(shè)備及幕墻裝飾的相互配合，以消除詳圖設(shè)計誤差為原則。

室內(nèi)滑雪場鋼結(jié)構(gòu)分為樓層框架鋼結(jié)構(gòu)及屋面網(wǎng)架鋼結(jié)構(gòu)。局部地上4層，結(jié)構(gòu)標(biāo)高－0.10～＋79.09 m。8、16、35.5 m樓層為鋼框架結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)樓層框架及屋面網(wǎng)架結(jié)構(gòu)之間設(shè)置3條滑道鋼結(jié)構(gòu)。屋面網(wǎng)架鋼結(jié)構(gòu)為焊接球網(wǎng)架結(jié)構(gòu)。對網(wǎng)架和滑道進(jìn)行LOD500級標(biāo)準(zhǔn)建模，以指導(dǎo)現(xiàn)場施工，如圖5所示。

圖5 鋼結(jié)構(gòu)模型

5）對于大底板混凝土跳倉施工數(shù)字化監(jiān)測與分析部分，為減小大體積混凝土中的溫度應(yīng)力，除了可通過改變混凝土組成成分以降低水化生熱量外，在施工技術(shù)方面，降低混凝土入模溫度、設(shè)置冷卻管、分層分塊澆筑等方法都能有效減小溫度應(yīng)力。其中分層澆筑一般應(yīng)用于大壩等超厚混凝土，在建筑大底板中分塊跳倉澆筑的跳倉法施工技術(shù)應(yīng)用較為廣泛，并逐步取代了傳統(tǒng)的后澆帶施工法。

為控制大體積混凝土底板澆筑過程中的溫度應(yīng)力，驗證跳倉法在大底板施工中的應(yīng)用效果，通過有限元分析軟件對底板進(jìn)行建模，依照底板體積及面積合理規(guī)劃分割底板，再將模型導(dǎo)入分析軟件模擬施工過程，確保分區(qū)滿足跳倉法要求，驗證模擬方案可靠性和施工方案安全性。

通過BIM平臺結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，通過溫度實時監(jiān)測，平臺溫度監(jiān)測報警，在施工過程中對比模擬數(shù)據(jù)，合理優(yōu)化施工過程，證明本工程數(shù)值模擬結(jié)果在一定程度上能反映實際施工狀態(tài)。

6）對于施工方案模擬部分，結(jié)合BIM施工方案以及總進(jìn)度計劃以查找工序沖突加以分析。通過虛擬仿真制定相應(yīng)的解決方案，尤其是工藝工法、材料進(jìn)出場時間、工序間搭接等相關(guān)系數(shù)，通過先局部模擬后總體模擬一一確定，最終制定出最優(yōu)的施工方案。利用模擬軟件Fuzor對施工過程進(jìn)行仿真時，將仿真結(jié)果輸出為施工動畫，并將動畫結(jié)果與作業(yè)現(xiàn)場動態(tài)進(jìn)行對比演示。由于視覺屬性信息豐富，過程中沖突能被預(yù)先檢查和修復(fù)，各專業(yè)承包單位在施工之前可以進(jìn)行充分溝通。大大提高了專業(yè)人員之間的溝通效率，有效優(yōu)化了工序搭接問題。將實際施工計劃包含的信息插入實物量模型，可直觀感受隨著時間推進(jìn)工程實物量的完成情況。

本項目利用BIM技術(shù)助力大跨度鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)架施工，滑雪場建筑面積約9萬 m2，頂部屋蓋采用鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)架形式，四側(cè)邊長分別為133、153、256 m和328 m，所處高度為29 m和74 m，網(wǎng)架面積約3.29萬 m2，通過兩側(cè)排柱和中央6根結(jié)構(gòu)柱與下部結(jié)構(gòu)相連，網(wǎng)架結(jié)構(gòu)為焊接球節(jié)點(diǎn)四角錐網(wǎng)架。

網(wǎng)架根據(jù)施工單位方案分成5塊分別進(jìn)行安裝，BIM技術(shù)人員根據(jù)方案進(jìn)行流程模擬，輔助現(xiàn)場施工。1#塊用汽車吊進(jìn)行拼裝，2#塊拼裝下弦球下方設(shè)置B273鋼管，上弦球設(shè)置B609鋼管，先安裝下弦網(wǎng)格，使用特制調(diào)節(jié)支架，將斜腹桿臨時固定，然后安裝上弦球，再調(diào)整斜腹桿進(jìn)檔就位，最后安裝上弦桿；網(wǎng)架的提升采用鋼絞線承重，液壓千斤頂集群作業(yè)，計算機(jī)同步控制。為滿足整體網(wǎng)架的提升需求，現(xiàn)場共設(shè)置38處提升架，2#塊提升時，3#塊在場地內(nèi)進(jìn)行拼裝。4#塊在8 m和16 m平臺利用履帶吊進(jìn)行拼裝，3#塊完成后進(jìn)行4#塊的提升，與此同時，5#塊的拼裝在16 m平臺進(jìn)行，待提升補(bǔ)缺完后進(jìn)行提升設(shè)備卸載，如圖6、圖7所示。

圖6 1#塊網(wǎng)架吊裝模擬

圖7 4#塊網(wǎng)架吊裝模擬

3 BIM技術(shù)助力雙曲面滑道施工

3.1 滑道施工概況

滑雪場共有3條滑道，分別為初級、中級、高級滑道。初級滑道最大坡度12°，中級滑道最大坡度22°，高級滑道最大坡度26°。其中，彎道區(qū)域均為雙曲面滑道，施工成形為階梯狀。直道成形為斜坡，如圖8所示。

圖8 滑道模型1

覆雪樓地面底層為防水鋼筋混凝土底板，之上為隔氣層（滿鋪專用麻面隔氣膜），再之上為保溫層（100 mm厚B1級XPS保溫層分層錯縫搭接），再之上為隔離層（36 mm厚C20細(xì)石混凝土，內(nèi)配φ4 mm@200 mm鋼絲網(wǎng)片），再之上為防水層（4 mm厚橋梁專用型SBS改性瀝青防水卷材，聚酯胎Ⅱ型），再之上為冷支管層（120 mm厚C30抗凍混凝土），最后是70 mm厚雪層，如圖9所示。

圖9 滑道模型2

3.2 滑道施工技術(shù)難點(diǎn)及應(yīng)對措施

根據(jù)現(xiàn)場實際工況及進(jìn)度要求，確定滑道混凝土澆筑流程順序及工藝；滑道自下而上分塊進(jìn)行混凝土澆筑，每塊面積控制在1 500 m2內(nèi)，三處滑道按實際工期各自澆筑。

利用BIM技術(shù)對滑道進(jìn)行初步深化，發(fā)現(xiàn)滑道混凝土結(jié)構(gòu)加上壓型鋼板與鋼梁之間仍存在空隙，利用BIM技術(shù)的可視化協(xié)助解決滑道施工問題，做進(jìn)一步的深化設(shè)計。通過BIM技術(shù)，認(rèn)識到該項目滑雪場內(nèi)雪道為空間曲面，坡度較大且連續(xù)變化，對混凝土澆搗施工控制提出了較高要求，如圖10、圖11所示。

圖10 階梯狀滑道模型

圖11 滑道分塊模型

采用BIM技術(shù)進(jìn)行深化設(shè)計，通過工藝上對滑道結(jié)構(gòu)的“化繁為簡”，同時降低施工難度，通過BIM將部分滑道優(yōu)化為階梯形，降低定位放線與模板施工難度，施工效率增加，施工精度更易控制，是一個經(jīng)濟(jì)可行的施工工藝，為今后的類似工程提供了良好的借鑒，如圖12所示。

圖12 雙曲面滑道模型

為解決異形滑道中壓型鋼板的鋪設(shè)問題，保證異形滑道的造型符合設(shè)計要求，技術(shù)人員研究了一種異形滑道的施工方法。將BIM技術(shù)引入異形滑道的制作，保證每一個壓型鋼板單元的制作精度，并根據(jù)異形滑道模型將各個壓型鋼板單元吊裝就位，實現(xiàn)了異形滑道底板的正確拼裝，從而解決異形滑道中壓型鋼板的鋪設(shè)問題，保證異形滑道的造型符合設(shè)計要求。

在滑雪場的施工中，由于壓型鋼板組合樓板的抗疲勞能力較強(qiáng)的特點(diǎn)，滑道一般采用壓型鋼板組合樓板，壓型鋼板組合樓板包括壓型鋼板底板以及壓型鋼板底板上部的混凝土結(jié)構(gòu)。但是，由于滑雪場的滑道一般為雙曲面等異形平面，滑道部件形狀不一、滑道標(biāo)高變化大，這些都不利于壓型鋼板形成符合設(shè)計要求造型的滑道。根據(jù)這些難特點(diǎn)，通過建立異形滑道模型，再將滑道底板模型拆分為若干壓型鋼板單元模型，根據(jù)壓型鋼板單元模型加工壓型鋼板單元，根據(jù)異形滑道底板模型，將各個壓型鋼板單元吊裝就位，并拼接在一起，形成異形滑道底板，最后在異形滑道底板上放置鋼筋桁架進(jìn)行綁扎，并澆筑混凝土，形成異形滑道。其中，將所述壓型鋼板單元模型設(shè)計為階梯形，有利于后期異形滑道底板上混凝土的澆筑，如圖13、圖14所示。

圖13 桁架板模型1

圖14 桁架板模型2

4 結(jié)語

耀雪·冰雪世界（暫定名）項目利用BIM技術(shù)助力雙曲面滑道施工和大跨度鋼結(jié)構(gòu)吊裝。

針對滑道，雪場滑道的坡度多變且較大的特性，決定了混凝土澆筑和養(yǎng)護(hù)過程中存在易產(chǎn)生下滑堆積、流墜等問題。我們利用BIM技術(shù)的可視化，決定設(shè)置橫向和水平阻隔，分層分段澆筑，將滑道優(yōu)化為階梯形，順利解決該問題。

針對網(wǎng)架，充分利用BIM技術(shù)可模擬、可優(yōu)化的優(yōu)勢，通過模型對大跨度桁架吊裝施工工法進(jìn)行反復(fù)推演與討論，對多方案進(jìn)行模擬，提高施工人員對施工流程的把控，最終確定和完成了該方案的編制工作。

本項目通過BIM技術(shù)在設(shè)計施工階段的落地應(yīng)用，切實優(yōu)化了現(xiàn)場管理方式，通過高精度BIM模型結(jié)合輕量化模型管理平臺，將項目建設(shè)過程中的關(guān)鍵元素通過模型進(jìn)行在線深層溝通，達(dá)到了提高生產(chǎn)效率的目的，體現(xiàn)出了項目整體建設(shè)過程的實用性和先進(jìn)性。