BIM技術(shù)在吉林人民大劇院施工管理中的應(yīng)用

摘要：文章通過(guò)介紹BIM的技術(shù)特點(diǎn)，分析了吉林大劇院施工項(xiàng)目的重點(diǎn)和難點(diǎn)，結(jié)合實(shí)際情況將BIM技術(shù)應(yīng)用于鋼結(jié)構(gòu)工程項(xiàng)目中，實(shí)現(xiàn)了鋼結(jié)構(gòu)施工一體化管控，大幅提高了生產(chǎn)效率和智能化管理水平，創(chuàng)新地改造了傳統(tǒng)鋼結(jié)構(gòu)工程管理模式。

關(guān)鍵詞：BIM技術(shù)；鋼結(jié)構(gòu)；可視化；吉林人民大劇院；施工管理；建筑工程 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：TU29 文章編號(hào)：1009-2374（2016）08-0045-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.08.024

BIM技術(shù)即建筑信息模型（Building Information Modeling），是通過(guò)對(duì)建筑工程項(xiàng)目各項(xiàng)工程項(xiàng)目各相關(guān)信息數(shù)據(jù)的整理，建立建筑模型，以數(shù)字信息仿真來(lái)模擬建筑物的真實(shí)狀況。BIM技術(shù)與傳統(tǒng)技術(shù)相比較，具有五大特點(diǎn)，分別是可視化、協(xié)調(diào)性、模擬性、優(yōu)化性、可出圖性。目前，傳統(tǒng)的建筑工程管理模式仍然被鋼結(jié)構(gòu)施工所沿用，深化設(shè)計(jì)、制作、安裝等各環(huán)節(jié)信息在施工過(guò)程中相對(duì)獨(dú)立，存在信息交換滯后、不準(zhǔn)確，從而浪費(fèi)了大量的人力、物力和財(cái)力。BIM技術(shù)的發(fā)展為鋼結(jié)構(gòu)施工提供了新的發(fā)展方向，為建立數(shù)字化和全面工業(yè)化管理奠定了基礎(chǔ)，為工程各方面的信息共享與協(xié)同作業(yè)創(chuàng)建了平臺(tái)，并為鋼結(jié)構(gòu)精細(xì)化管理引進(jìn)了先進(jìn)的技術(shù)和手段。BIM技術(shù)對(duì)人、機(jī)、料等施工信息進(jìn)行關(guān)聯(lián)綁定，并對(duì)全過(guò)程的狀態(tài)進(jìn)行追溯。借助BIM技術(shù)，可以建立可視化的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)以及常備材料庫(kù)和鋼結(jié)構(gòu)施工全過(guò)程驗(yàn)收體系，對(duì)物流過(guò)程進(jìn)行全方位追溯，進(jìn)行準(zhǔn)確、高效的材料快速盤(pán)點(diǎn)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)施工進(jìn)度和造價(jià)的可視化管理以及各參與方的信息共享，提高材料綜合利用率。同時(shí)應(yīng)用智能工藝方案設(shè)計(jì)、自動(dòng)化排版套料、數(shù)控設(shè)備聯(lián)網(wǎng)集成、云計(jì)算技術(shù)，使管理失誤率和施工數(shù)據(jù)跨域傳遞成本大大降低，也提供了建立工程大數(shù)據(jù)庫(kù)的技術(shù)平臺(tái)。

1 工程概況

吉林市人民大劇院位于南山街東側(cè)，北臨松花江，吉林市人民大劇院總建筑面積為37007.98m2（其中地上建筑面積為27985.12m2、地下建筑面積為9022.86m2），主要由1個(gè)大劇院、1個(gè)小劇院、4個(gè)電影院以及辦公配套用房四部分組成，不設(shè)人防工程，建筑高度為34.6m，地上4層，地下1層。建筑結(jié)構(gòu)為框架-剪力墻，屋面工程采用鋁合金錘紋直立屋面板。劇院類型為乙等劇院，建筑等級(jí)為三級(jí)，地基等級(jí)二級(jí)，基坑安全等級(jí)一級(jí)。劇院外形以滿族風(fēng)俗文化為基礎(chǔ)，細(xì)節(jié)上增添了很多地域特色。4個(gè)影院分別以吉林市的四季“春、夏、秋、冬”命名，內(nèi)部設(shè)計(jì)融合不同季節(jié)的美景。大劇院可容納1500余名觀眾，算上影院和小劇場(chǎng)，能容納2600多人。

2 工程施工重點(diǎn)與難點(diǎn)

吉林市人民大劇院于2013年8月開(kāi)工，于2015年7月28日通過(guò)竣工驗(yàn)收。由于吉林屬于高寒地區(qū)，該劇院有效工期僅有15個(gè)月，而國(guó)內(nèi)同類劇院建設(shè)一般需要4年時(shí)間，最短也要3年，該劇院成為國(guó)內(nèi)大劇院建設(shè)歷史上工期最短的項(xiàng)目。大劇院緊鄰松花江，升降式主舞臺(tái)臺(tái)倉(cāng)設(shè)計(jì)深度為18.3m，公司直面涌水量大、地質(zhì)中含大量大卵石，錨索成孔困難或無(wú)法成孔的困擾，整個(gè)主體工程面臨、大跨度、大空間、異性結(jié)構(gòu)多、工期緊等難點(diǎn)。作為整個(gè)劇院亮點(diǎn)的大堂頂部設(shè)計(jì)，具有以下四個(gè)施工難點(diǎn)：

第一，吊頂面積大，多曲面。劇院的主體結(jié)構(gòu)采用的是球形設(shè)計(jì)，吊頂與外幕墻的接口處為高低起伏曲線設(shè)計(jì)，內(nèi)墻與外幕墻間的吊頂采用弧形設(shè)計(jì)。多曲面外加穹頂形的設(shè)計(jì)施工難度非常大。

第二，吊頂橫向縱向均為彎曲弧形造型，跌級(jí)燈槽人工定點(diǎn)放線較為困難。大廳墻面為GRG造型，由于墻面存在弧度造型和門(mén)洞、消防栓等，GRG要滿足造型需求并與門(mén)洞、消防栓等精準(zhǔn)對(duì)應(yīng)存在困難。

第三，現(xiàn)場(chǎng)限制性大。因設(shè)計(jì)的頂面與實(shí)際場(chǎng)地多處地方有碰撞，墻體非常突出的柱墩、挑檐板以及預(yù)留的空調(diào)空洞等都在制約著內(nèi)墻的標(biāo)高。

第四，網(wǎng)狀鋼結(jié)構(gòu)的固定要求苛刻。二次鋼構(gòu)轉(zhuǎn)換層的固定點(diǎn)不能焊接，也不能抱箍，只能套接在主體結(jié)構(gòu)的球形受力點(diǎn)上，固定非常困難。另外，球形點(diǎn)位的定位也是一個(gè)非常大的難題。

3 BIM技術(shù)在鋼結(jié)構(gòu)施工過(guò)程中的應(yīng)用

為了解決施工現(xiàn)場(chǎng)存在的諸多難題，項(xiàng)目借助BIM技術(shù)完成策劃，劇院頂部采用跌級(jí)雙曲面流線型設(shè)計(jì)，用3D掃描儀采集數(shù)據(jù)，科學(xué)拼接和分析，精確建構(gòu)模型，材料編號(hào)加工，彰顯設(shè)計(jì)效果?，F(xiàn)場(chǎng)拼裝屋蓋鋼結(jié)構(gòu)罩棚2萬(wàn)余m2，公司利用BIM中的全站儀，將模型坐標(biāo)精確定位到現(xiàn)場(chǎng)以方便安裝，編制大跨度鋼桁架梁采用400噸履帶吊整體吊裝方案以及復(fù)雜曲面鋼網(wǎng)架分片吊裝方案，完成鋼結(jié)構(gòu)施工。

3.1 施工模擬

首先進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)三維掃描，對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行實(shí)地考察，針對(duì)建設(shè)地點(diǎn)、氣候條件、地理環(huán)境等相關(guān)因素，結(jié)合設(shè)計(jì)、規(guī)范等資料，采集現(xiàn)場(chǎng)1∶1真實(shí)點(diǎn)云數(shù)據(jù)，得出點(diǎn)云模型，如圖2所示；其次進(jìn)行坐標(biāo)系匹配。利用三維模型及現(xiàn)場(chǎng)采集到的特征點(diǎn)數(shù)據(jù)將現(xiàn)場(chǎng)坐標(biāo)系與模型和圖紙進(jìn)行匹配，方便后期施工運(yùn)用。三維模型及點(diǎn)云數(shù)據(jù)能夠很清晰地反映施工細(xì)節(jié)和現(xiàn)場(chǎng)情況。我們通過(guò)這項(xiàng)技術(shù)，預(yù)先解決大部分的施工問(wèn)題，大幅降低后期的返工率和由錯(cuò)誤引起的設(shè)計(jì)變更，并將施工策劃的深度提升至下單圖水平，策劃的成果直接用于材料下單，不但提升了施工精度，也改變了傳統(tǒng)的流水施工模式，將工期大大縮短，是目前運(yùn)用BIM技術(shù)的核心內(nèi)容。

3.2 碰撞檢查

3.2.1 建立設(shè)計(jì)模型?，F(xiàn)場(chǎng)的建模工作主要由“犀?！避浖瓿?。通過(guò)對(duì)已有圖紙的分析建立初始模型。因?yàn)椴糠謪^(qū)域的設(shè)計(jì)頂面到鋼結(jié)構(gòu)主體的高度超過(guò)10米，現(xiàn)場(chǎng)還需要制作鋼結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層。由于涉及到鋼結(jié)構(gòu)承重問(wèn)題，轉(zhuǎn)換層模型的建立與調(diào)整要求廠家全程參與。如圖3所示：

3.2.2 進(jìn)行設(shè)計(jì)模型模擬安裝，碰撞調(diào)整。將初始模型根據(jù)軸網(wǎng)和特征柱位置匹配到現(xiàn)場(chǎng)點(diǎn)云模型中，綜合考慮預(yù)留轉(zhuǎn)換層、風(fēng)口、柱墩等部位，將模型大面調(diào)至標(biāo)高適合部位，查找碰撞部位。最后進(jìn)行綜合碰撞調(diào)整。轉(zhuǎn)換層需隨鋁板弧度造型走，在完成鋁板初步碰撞調(diào)整后，結(jié)合轉(zhuǎn)換層鋼架模型綜合碰撞，調(diào)整模型與現(xiàn)場(chǎng)不符部位。鋼架調(diào)整需得到廠家確認(rèn)。

3.3 分模下單，定位安裝

經(jīng)過(guò)碰撞調(diào)整，并經(jīng)各方確認(rèn)后的模型即可進(jìn)行分割、排版下單工作。由于頂面鋁板呈放射狀，所以下單尺寸并非模數(shù)化，每一塊鋁板的尺寸及角度都不一樣，為方便管理，每塊鋁板下單時(shí)都有唯一編號(hào)，對(duì)規(guī)格、安裝位置等信息進(jìn)行標(biāo)注。在前期模型調(diào)整完畢，完全匹配現(xiàn)場(chǎng)點(diǎn)云模型后即可進(jìn)行安裝定位工作。因?yàn)槟Ｐ妥鴺?biāo)已與現(xiàn)場(chǎng)吻合，直接在模型中提取相關(guān)數(shù)據(jù)即可直接在現(xiàn)場(chǎng)施放，十分快捷精準(zhǔn)。鑒于現(xiàn)場(chǎng)施工環(huán)境及安裝工藝，無(wú)需定出每塊鋁板安裝點(diǎn)。將鋁板分為若干小區(qū)域，只需定出該區(qū)域鋁板安裝起始點(diǎn)位后進(jìn)行安裝，再整體檢核該區(qū)域即可。

4 結(jié)語(yǔ)

在社會(huì)發(fā)展的“新常態(tài)”下，BIM技術(shù)在鋼結(jié)構(gòu)建筑施工中的運(yùn)用，很好地印證了如今可持續(xù)發(fā)展的時(shí)代主題，不僅增強(qiáng)了施工管理過(guò)程中的直觀性，還提高了施工進(jìn)度和成本造價(jià)等相關(guān)信息共享的及時(shí)性與準(zhǔn)確性。吉林市人民大劇院通過(guò)運(yùn)用BIM技術(shù)，使得施工全過(guò)程實(shí)現(xiàn)了高效性、經(jīng)濟(jì)性、簡(jiǎn)便性、直觀性和安全性。在項(xiàng)目施工的初級(jí)階段，BIM技術(shù)首先協(xié)調(diào)了設(shè)計(jì)師與材料、結(jié)構(gòu)、設(shè)備等各種實(shí)際問(wèn)題的關(guān)系，并進(jìn)行靈活變化，提供了多項(xiàng)備選的應(yīng)急措施，直觀高效地展現(xiàn)最優(yōu)結(jié)論；其次是對(duì)人力、物力和財(cái)力進(jìn)行優(yōu)化配置，通過(guò)建立節(jié)約時(shí)間和精力的數(shù)據(jù)平臺(tái)，對(duì)施工過(guò)程中的各項(xiàng)工作進(jìn)行系統(tǒng)化統(tǒng)籌，對(duì)成本數(shù)據(jù)進(jìn)行高效處理，從而全面清楚地展現(xiàn)成本信息，及時(shí)了解和應(yīng)對(duì)施工過(guò)程中的成本需求；最后是直觀地建立鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)建筑模型，實(shí)現(xiàn)四維立體的可視模型，便于觀察和改造。在工業(yè)建筑的施工階段和運(yùn)行階段，BIM技術(shù)的使用，借助計(jì)算機(jī)技術(shù)監(jiān)控整個(gè)鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)建筑群體的全建筑生命周期，在發(fā)現(xiàn)問(wèn)題時(shí)及時(shí)報(bào)告，并且提前整合出將要面臨的各種隱患問(wèn)題，提高鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)建筑的安全性能，減少不必要的經(jīng)濟(jì)損失。

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作者簡(jiǎn)介：溫愛(ài)明，男，山西人，中鐵十七局集團(tuán)東北指揮部執(zhí)行總經(jīng)理。

（責(zé)任編輯：蔣建華）