尹大偉 錢峰 王嘉

摘要：依托成都體育學院整體遷建（一期）項目二批次十標段體育藝術中心為工程背景，采用BIM建模輔助施工及BIM拓展運用完成了多專業(yè)交叉大型復雜建筑的修建。研究結果表明，深化設計后的BIM模型能滿足工程要求，符合現場安裝、施工規(guī)范，可直接用于指導現場生產、安裝和施工，為工程質量檢查、工程驗收帶來了巨大幫助。

關鍵詞：復雜建筑工程；智能建造；BIM技術；集成應用

中圖分類號：TU741.2文獻標志碼：A

由于造型簡單，且有以往成熟的BIM資源和案例可以參考利用，采用常規(guī)BIM軟件和設備就可以完成整體應用，BIM技術廣泛應用于簡單商業(yè)建筑項目［1-4］。而對于體育場、劇院、文藝中心等復雜造型建筑項目，由于專業(yè)繁多，造型復雜，標高變化頻繁，缺乏BIM應用案例，采用傳統(tǒng)BIM應用方法無法滿足全專業(yè)落地應用的要求，拓展應用BIM技術成為大型復雜建筑體系輔助施工的一種新趨勢。

目前，國內外大量學者對BIM技術的拓展應用展開了大量研究。張宏銓等［5］通過對BIM部分功能進行二次開發(fā)，使得BIM技術更好地應用在碼頭項目工程的全生命周期中；王競千等［6］依托洪澤區(qū)文化體育館為工程背景，應用BIM技術輔助施工管理，項目實施過程中為了更好應用BIM建造智能平臺，借助外部插件對BIM技術進行了二次開發(fā)；孫國旺等［7-9］將BIM技術廣泛應用于輸變電工程中；常攀龍等［10］應用BIM3D建模技術輔助完成了某鐵路站房工程的建設；張林等［11］在現有BIM技術的基礎上，通過輕量化處理、數模分離以及數據融合，實現從BIM到CIM的高效融合無縫銜接；Cheng等［12］通過大量資料調研，統(tǒng)計了BIM技術拓展應用于建筑工程中的25個經典案例。

綜上，國內外學者在復雜BIM建模技術、信息技術的深層次拓展研究上取得了顯著研究成果。本文依托成都體育學院整體遷建（一期）項目二批次十標段體育藝術中心為工程背景，采用BIM建模技術輔助工程高難度施工，同時結合現場實際，對BIM技術進行拓展創(chuàng)新，將BIM+無人機、BIM+三維激光掃描、BIM+3D打印、BIM+VR等技術集成應用于重難點工程上，可為類似工程提供一定參考價值。

1工程概況

如圖1所示，成都體育學院整體遷建（一期）項目二批次十標段體育藝術中心建筑面積12 921.61 m2，建筑高度23.6 m，最大單跨跨度為27.6 m，地上2層，含機房層、架構層等，地下局部2層，結構類型為鋼筋混凝土框架剪力墻結構，基礎形式為樁基礎+條形基礎，抗震設防烈度為6度，結構抗震等級為三級。

本工程專業(yè)繁多，造型復雜，工期緊張，施工難度極大，亟需應用BIM技術提前在全專業(yè)碰撞檢查、深化設計、施工模擬、管線綜合等方面開展落地應用，在施工過程中拓展應用BIM+無人機、BIM+三維激光掃描、BIM+3D打印、BIM+VR等技術，并結合現場實際重難點研發(fā)BIM+創(chuàng)新技術，解決項目施工難題，降低施工成本，加快施工進度。

2基于BIM技術的復雜建筑施工

2.1地基與基礎施工

本工程基坑最大埋深達13.65 m，最淺與最深的基礎頂相差10.45 m。基礎形式復雜，包含條形基礎、承臺基礎、樁基礎、抗浮錨桿等，其中樁基礎187根，最小樁距僅2.1 m，場地狹窄，施工困難；同時基礎節(jié)點復雜，防水施工困難，后續(xù)漏水風險高。地下室局部兩層，大面一層，有舞臺機械升降平臺和大型機電安裝設備的預留洞口，結構施工過程中存在眾多預留預埋，施工工序與協(xié)調難度大。

如圖2所示，根據地勘報告、支護方案和基礎圖紙等資料，建立參數化地質模型、基坑支護模型和基礎模型，模擬基坑開挖、支護及基礎施工全過程?；娱_挖階段，遇到軟臥土層，利用3D掃描技術掃描并建立土方超挖模型，并提取超挖工程量，輔助現場實際成本控制。地下室施工過程中，利用模型提前深化舞臺機械和安裝設備的預留洞口和施工路線，做好預留預埋工作。

2.2狹窄空間高大模板和大跨度預應力梁施工

本工程最大支模高度為地下二層抗水板面至構架層結構板面，采用盤扣架搭設滿堂支撐架，支撐架高度38.45 m，面積約251 m2，如圖3所示。該區(qū)域還含有超重梁，梁跨度16 m，截面950 mm×2 600 mm，線荷載高達63 kN/m，觀眾席上空分布三根跨度27.6 m，截面500 mm×2 400 mm的后張法預應力梁，整體施工安全風險極大。

針對本工程施工難點，根據BIM模型、模板施工方案、腳手架施工方案等創(chuàng)建模板及腳手架模型，直觀真實地反映現場支模架搭設和模板鋪設的情況，及時優(yōu)化模板施工方案，進行三維可視化交底，提高施工效率。同時根據BIM模型、施工組織設計、資源計劃等創(chuàng)建施工模擬模型，通過4D施工模擬技術，直觀地展示施工過程的模擬，觀察施工方案和進度的執(zhí)行情況，提前對施工過程進行可視化、漫游及其他體驗。

施工模擬的真實性能讓項目各方了解成本、工期與環(huán)境影響，揭露施工過程中施工空間、設施、資源之間可能存在的沖突和不足，有助于改進施工規(guī)劃，盡早發(fā)現施工風險，提高施工組織設計的可實施性，減少潛在的施工問題。

3基于BIM技術的深化設計應用

3.1工程特點

3.1.1土建結構

如圖4所示，整個建筑外圈為圓形，多邊柱、折線梁、弧形梁等異形構件較多，模板安裝、加固困難；室內結構復雜，存在眾多夾層，用于設備房、操作間；觀眾看臺結構復雜，標高眾多，施工難度大；主體結構、二次結構施工過程中需提前預留設備、設施安裝的進出洞口；舞臺機械、燈光、音頻、樂池升降機械專業(yè)由建設單位分包，結構施工過程中需專業(yè)分包提前介入，參與主體結構施工過程中的預留預埋工作，工序、工期、工程質量的協(xié)調、控制難度較大；大屋面采用疊合板，屋面滲水風險大。

3.1.2機電安裝

因地下室區(qū)域無車道、車庫，地下室的風機、配電柜、變壓器、消防水泵、超長管道等，均需在二次結構施工過程中，通過結構預留洞吊入待裝樓層，通過土建搭設的施工通道轉運進入安裝部位，工作協(xié)調難度大；室內各層各區(qū)域均存在多聯機空調吊裝，數量多，安裝難度高。

3.1.3幕墻

如圖5所示，外墻為石材+玻璃+鋁單板幕墻，受圓形建筑、異形造型影響，部分幕墻為弧形，石材、玻璃、保溫一體板、鋁單板等安裝難度大；屋頂為圓形，鋁方通等裝飾造型放樣難度大。施工過程中，相對于普通工程，需額外在外墻增設建筑控制點，采用全站儀極坐標法控制弧形段定位，采用激光垂直儀投測豎向定位。施工完成后采用無人機掃描結合BIM模型進行采用定位復測、糾偏。

3.1.4裝飾裝修

如圖6所示，演藝廳上空為40 mmGRG多面階梯狀弧形造型，最大板塊為27.7 m×9.81 m，圖紙顯示為整塊，整體安裝難度大；該部分位于觀眾席上空，地面為弧形階梯狀，腳手架搭設困難且搭設后室內空間狹窄，材料運輸及安裝施工難度大；墻面裝飾采用25 mm厚穿孔吸音蜂窩鋁板、18 mm厚木紋防火掛板、40 mm厚GRG石膏板等整體塊料裝飾面層，最大豎向安裝高度21.7 m，塊料面層最大尺寸5.55 m×1.5 m，材料水平轉運、豎向垂直運輸工程量大、運輸難度大、安裝難度大；觀眾席臺階采用水磨石飾面，陰陽角成型質量控制難度高，收邊收口施工難度大，墻面、地面防水工序需提前穿插，排水措施需提前考慮防止影響已完工程施工質量；墻面、地面裝飾材料種類多，不同材料交界位置的收邊收口需提前策劃，深化設計施工圖，避免成型觀感質量差產生返工的情況。

3.2智能建造BIM技術的集成應用

針對多專業(yè)交叉施工的重難點，本工程采用BIM技術提前創(chuàng)建全專業(yè)模型，并以機電安裝為核心，開展各專業(yè)碰撞檢查，提前將所有碰撞問題落實解決。根據鋼結構安裝、機電管綜、幕墻安裝等要求，落實各專業(yè)預留預埋工作，避免后期破壞開洞等。具體深化設計包括異形模板深化設計、混凝土澆筑臨時通道深化設計、二次結構深化設計、輕質隔墻排版深化設計、預留洞口深化設計、屋面疊合板深化設計、鋼結構構件深化設計、機電管綜深化設計、幕墻深化設計、GRG造型深化設計等，結合生產、運輸、安裝、施工等現場實際情況，對模型進行細化、補充和完善，深化設計后的模型能滿足工程要求，符合現場安裝、施工規(guī)范，可直接用于指導現場生產、安裝和施工。

4BIM+拓展應用

4.1BIM+無人機

在施工過程中，借助無人機飛行從垂直、傾斜等多個角度獲取建筑影像照片，同時獲取地面上各控制點的完整精確信息，導出無人機攝像基礎數據，結合圖紙設計資料，利用圖形運算單元GPU，快速、精確、自動地生成逼真的實景三維場景模型。通過分析實景三維模型可以得到真實場地的三維坐標、視域情況、坡度坡向與現狀建筑等信息。在建立建筑物模型與表面紋理的過程中，垂直影像中包含建筑頂面信息，傾斜影像能夠提供地物側面的視角，兩者結合滿足生成建筑物表面紋理和模型的需要。

4.2BIM+三維激光掃描

三維激光掃描技術是整個三維數據獲取和重構技術體系中的最新技術，其實現了直接從實體進行快速逆向獲取三維數據及模型的重新構建。在施工階段，將BIM模型用于現場管理需要集成有效的技術手段作為輔助。三維激光掃描技術可以高效、完整地記錄施工現場的復雜情況，與設計BIM模型進行對比，為工程質量檢查、工程驗收帶來巨大幫助（圖7）。

4.3BIM+3D打印技術

本項目利用BIM+3D打印技術實現機房模型縮放打印，保證機房安裝整體成型效果，分析安裝過程中容易出現的質量和安全問題，提高技術交底的實用性和準確性。

4.4BIM+VR技術

為了能更好地展現模型提高模型交底效果和現場交流效果，本項目結合VR技術實現模型虛擬體驗，在三維模型的基礎上，加強了可視性和具象性，通過構建虛擬展示，為使用者提供交互性設計和可視化印象。

5結束語

本文依托成都體育學院整體遷建（一期）項目二批次十標段體育藝術中心為工程背景，通過深化設計BIM模型完成了多專業(yè)交叉大型復雜建筑的修建，模型能滿足工程要求，符合現場安裝、施工規(guī)范，可直接用于指導現場生產、安裝和施工，為工程質量檢查、工程驗收帶來了巨大幫助。

參考文獻

［1］池亞徽.BIM技術在高層建筑機電安裝施工中的應用研究［J］.中國建筑金屬結構，2023，22（8）：15-17.

［2］倪佰洋.BIM技術在建筑工程設計階段的應用研究［J］.房地產世界，2023（7）：44-48.

［3］Neelima， Sharma R， Rajput Y S， et al. Chemical and functional properties of glycomacropeptide （GMP） and its role in the detection of cheese whey adulteration in milk： a review［J］.Dairy Science & Technology， 2013， 93（1）：21-43.

［4］蘇志鋒.建設方基于BIM的項目管理實踐——以某商業(yè)項目為例［J］.建設監(jiān)理，2022（5）：24-26.

［5］張宏銓，李家華，陳家悅，等.BIM技術在某大型碼頭設計中的應用研究［J］.港工技術，2022，59（3）：84-88.

［6］王競千，徐思遠，周大偉，等.BIM技術在施工管理中的應用與功能拓展［J］.建筑機械化，2021，42（1）：41-43.

［7］孫國旺.BIM技術在輸變電工程造價管理中的應用研究［J］.智能城市，2020，6（10）：88-89.

［8］郭文東，何萍.基于三維智能輔助模型的輸變電工程全壽命周期控制研究［J］.微型電腦應用，2023，39（9）：82-86.

［9］季天程.輸變電工程項目管理場景中BIM技術應用［J］.中國科技信息，2023（18）：144-145+148.

［10］常攀龍，黃翔，盧其峰，等.BIM技術在南寧北站站房工程創(chuàng)新應用［J］.鐵路技術創(chuàng)新，2023（4）：124-130.

［11］張林，何平，陳云浩，等.BIM+CIM數據系統(tǒng)集成應用的研究與實踐［J］.土木建筑工程信息技術，2023，15（1）：119-123.

［12］Cheng J H， Wang H. Application and Popularization of BIM Technology in Project Management［J］.Applied Mechanics & Materials， 2012， 174-177：2871-2875.

［作者簡介］尹大偉（1975—），男，本科，高級工程師，主要從事建筑施工技術及工程管理工作。

［通信作者］王嘉（1983—），男，本科，工程師，主要從事建筑施工技術方面研究工作。