BIM技術(shù)在忻州大劇院項(xiàng)目施工過(guò)程中的應(yīng)用

陳 靜 靜

(山西建筑工程有限公司，山西 太原 030027)

0 引言

忻州大劇院工程是一座涉及劇場(chǎng)、群藝館各功能用房及配套設(shè)施和展覽大廳、商鋪、辦公管理用房等公共活動(dòng)空間的大型公共建筑。其造型獨(dú)特，施工難度大，58根斜柱定位困難。同時(shí)機(jī)電安裝覆蓋專(zhuān)業(yè)全面，管線(xiàn)綜合排布的各種管道主要包括：新風(fēng)管道；排煙管道；空調(diào)供、回水管道；冷凝水管；地暖供、回水管；噴淋管；氣體滅火管；消火栓給水管；生活給水管；污水管；壓力廢水；雨水管；強(qiáng)電橋架；弱電橋架；消防電橋架，各類(lèi)管線(xiàn)共計(jì)17種。

忻州藝術(shù)中心“大劇院·群眾藝術(shù)館”項(xiàng)目位于山西省忻州市鳳棲街以南，慕山路以東，總用地面積為172 099 m2(258.14畝)，凈用地面積為155 546 m2。

本工程建筑設(shè)計(jì)形式吸取了佛教圣地五臺(tái)山寺廟形態(tài)，整體造型既像一朵蓮花浮座，又像佛教文化中的“毗盧帽”。不同折面反射著不同的光影效果，夜晚更是璀璨奪目，使其成為忻州一張新的名片。從不同的角度登上平臺(tái)，可以欣賞到這棟獨(dú)特的建筑的不同造型角度。該建筑東西長(zhǎng)178 m，南北長(zhǎng)178 m，地下1層，地上6層，局部8層，總建筑面積7.3萬(wàn)m2，其中地上面積6.5萬(wàn) m2，地下建筑面積8 000 m2，建筑高度51.95 m；主要由一個(gè)2層1 326座大劇場(chǎng)，一個(gè)2層586座小劇場(chǎng)、440座影劇院和群眾藝術(shù)活動(dòng)館組成；全樓設(shè)電梯18部、扶梯6部、樓梯11部、鋼梯2部。

忻州大劇院項(xiàng)目復(fù)雜、造型獨(dú)特，特別適合BIM的應(yīng)用與推廣。此項(xiàng)目中運(yùn)用了2個(gè)BIM的應(yīng)用點(diǎn)：1)BIM的可視化設(shè)計(jì);2)管線(xiàn)綜合排布。

1 應(yīng)用BIM進(jìn)行可視化設(shè)計(jì)

運(yùn)用BIM技術(shù)輔助定位，型鋼斜扭柱定位準(zhǔn)確，安裝位置正確。

本工程建筑設(shè)計(jì)吸取了佛教圣地五臺(tái)山靈感，二層底座平臺(tái)上塑一朵五瓣蓮花，為實(shí)現(xiàn)五瓣蓮花的造型，工程主體結(jié)構(gòu)在標(biāo)高11.55 m以上外立面結(jié)構(gòu)由58根斜向外伸出的型鋼混凝土組成，大體可分為五瓣，其中53根由基礎(chǔ)生根，5根在11.55 m標(biāo)高梁內(nèi)生根。斜向外伸柱外伸角度不一，外伸距離不一。斜柱截面為800×800有52根和750×750有6根，而且型鋼柱的變換段是不規(guī)則的四邊形或多邊形。其中獨(dú)立斜柱外伸高度和水平投影距離相當(dāng)大，水平距離最大為11.5 m，伸出高度從11.55 m至大屋頂最高處47.85 m、最低處41.02 m，中間無(wú)板分隔。

以往放樣時(shí)使用的多數(shù)是二維的圖紙，在放樣前需要對(duì)放樣數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算和整理，在放樣過(guò)程中直接使用的是一系列坐標(biāo)，即一串?dāng)?shù)字。因此放樣時(shí)不直觀，放樣點(diǎn)之間的幾何關(guān)系和相對(duì)位置不清楚，同時(shí)在放樣時(shí)出現(xiàn)錯(cuò)誤也不易發(fā)現(xiàn)。但是BIM技術(shù)的引入使得放樣過(guò)程變得更加簡(jiǎn)單，配套相應(yīng)測(cè)量設(shè)備和BIM圖紙就可以在三維模型中直接選擇需要放樣的點(diǎn)位，直觀、方便地將待放樣點(diǎn)位直接放樣出來(lái)。

施工前對(duì)斜柱進(jìn)行深化設(shè)計(jì)，根據(jù)施工圖紙建立BIM土建模型，確定型鋼斜柱每一節(jié)頂部及安裝節(jié)點(diǎn)處的空間坐標(biāo)。先支出斜柱與內(nèi)部豎向結(jié)構(gòu)間框架梁的梁底，以梁底長(zhǎng)度控制斜柱上部的空間位置。結(jié)合BIM技術(shù)方法，確定型鋼柱在相應(yīng)樓層上的水平投影位置并在現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)出，之后在水平投影位置的基礎(chǔ)上確定型鋼斜柱的空間位置。并且將很多節(jié)點(diǎn)通過(guò)BIM技術(shù)，進(jìn)行可視化技術(shù)交底。在模型中優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，深化設(shè)計(jì)圖紙，并在建立的模型基礎(chǔ)上利用軟件導(dǎo)出正式的CAD圖紙，指導(dǎo)施工。

現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施：

1)對(duì)施工圖紙進(jìn)行研究，并結(jié)合BIM技術(shù)對(duì)型鋼斜柱進(jìn)行三維空間定位，通過(guò)研究討論，以確保型鋼斜柱的正確位置。

2)在確定了型鋼斜柱的空間位置之后，計(jì)算出其在相應(yīng)標(biāo)高樓層的水平投影位置并在現(xiàn)場(chǎng)放出。

3)測(cè)量人員使用全站儀和手持棱鏡，根據(jù)每根型鋼斜柱的空間角度和距離關(guān)系，在水平投影位置的基礎(chǔ)上確定型鋼斜柱在三維空間中的位置。

2 應(yīng)用BIM進(jìn)行機(jī)電排布

忻州大劇院機(jī)電系統(tǒng)復(fù)雜(包括新風(fēng)、排煙、強(qiáng)電、弱電、消防、空調(diào)供回水、冷凝水等)，走廊凈寬小(各走廊寬度在1.66 m～2.25 m范圍內(nèi))，標(biāo)高錯(cuò)層大、凈空要求高，系統(tǒng)管線(xiàn)穿過(guò)狹窄井字走廊，要綜合考慮：凈高要求、走廊寬度、梁底高度、機(jī)電管線(xiàn)管件規(guī)格型號(hào)、保溫厚度等。

2.1 機(jī)電管線(xiàn)綜合排布的意義

1)對(duì)建筑物內(nèi)的機(jī)電管線(xiàn)進(jìn)行最佳排位，最大程度減少管道所占空間，提高天花的吊頂高度。

2)將施工中可能遇到的問(wèn)題預(yù)先在設(shè)計(jì)中解決，有效地避免了機(jī)電管線(xiàn)在平面、立面上的交叉和沖突，以保證施工的順利進(jìn)行節(jié)約工程成本。

3)管線(xiàn)的有序排列給工程竣工后的維修和管理帶來(lái)許多方便。各種工程管線(xiàn)各自具有各自的工藝布置要求，當(dāng)出現(xiàn)相互交叉擠占同一空間的問(wèn)題時(shí)，應(yīng)相互協(xié)調(diào)、布置得當(dāng)。

2.2 維排布準(zhǔn)備工作

1)熟悉各專(zhuān)業(yè)圖紙，不僅僅是本專(zhuān)業(yè)的，包括其他專(zhuān)業(yè)的圖紙；2)處理圖紙；3)根據(jù)標(biāo)高要求，完成各專(zhuān)業(yè)管線(xiàn)的標(biāo)高；4)根據(jù)需要完成剖面圖的繪制。

2.3 機(jī)電管綜排布程序流程

1)認(rèn)真熟悉機(jī)電圖紙;2)參數(shù)收集;3)建立精確的土建模型;4)以連接的方式建立機(jī)電模型;5)根據(jù)排布原則及項(xiàng)目實(shí)際情況進(jìn)行管綜深化設(shè)計(jì);6)主動(dòng)與設(shè)計(jì)方、現(xiàn)場(chǎng)管理方溝通，反復(fù)推敲方案，多次整改提出最佳方案;7)根據(jù)最終方案導(dǎo)出各專(zhuān)業(yè)平面圖、剖面圖、核定單;8)通過(guò)設(shè)計(jì)單位簽字確認(rèn)。

2.4 管線(xiàn)綜合排布要點(diǎn)

1)排布原則;2)根據(jù)實(shí)際情況深化排布;3)精細(xì)化調(diào)整;4)凈高分析;5)局部特殊化處理;6)碰撞檢測(cè)與整改;7)多專(zhuān)業(yè)聯(lián)動(dòng)。

2.5 機(jī)電安裝工程管線(xiàn)綜合排布策劃總則

1)大管優(yōu)先，小管讓大管。

2)有壓管讓無(wú)壓管。

3)低壓管避讓高壓管。

4)常溫管讓高溫、低溫管。

5)可彎管線(xiàn)讓不可彎管線(xiàn)、分支管線(xiàn)讓主干管線(xiàn)。

6)附件少的管線(xiàn)避讓附件多的管線(xiàn)。

7)電氣管線(xiàn)避熱避水，在熱水管線(xiàn)、蒸氣管線(xiàn)上方及水管的垂直下方不宜布置電氣線(xiàn)路。

8)安裝、維修空間不小于500 mm。

9)預(yù)留管廊內(nèi)柜機(jī)、風(fēng)機(jī)盤(pán)管等設(shè)備的拆裝距離。

10)管廊內(nèi)吊頂標(biāo)高以上預(yù)留250 mm的裝修空間。

11)各防火分區(qū)處，卷簾門(mén)上方預(yù)留管線(xiàn)通過(guò)的空間，如空間不足，選擇繞行。

12)調(diào)圖初期由業(yè)主結(jié)合裝修確認(rèn)綜合支架使用范圍(應(yīng)明確綜合支架商務(wù)成本)。

13)調(diào)圖初期明確穿結(jié)構(gòu)范圍。

14)空調(diào)水系統(tǒng)盡量不走公區(qū)有吊頂?shù)奈恢?避免檢修不變，漏水凝露等風(fēng)險(xiǎn)對(duì)公區(qū)吊頂部分帶來(lái)的影響，以及后期試壓對(duì)公區(qū)裝飾進(jìn)度上的沖突)。

15)為保證鋪內(nèi)無(wú)吊頂區(qū)域的美觀性，消防、噴淋、空調(diào)水系統(tǒng)、常規(guī)給排水等管線(xiàn)在鋪內(nèi)走一起(是否做綜合支架根據(jù)前期商務(wù)的情況)。

16)為保證美觀以及減少系統(tǒng)水損，管道有翻彎時(shí)應(yīng)整跨翻彎。連續(xù)翻彎時(shí)可協(xié)調(diào)業(yè)主考慮穿梁。充分利用梁窩解決管線(xiàn)碰撞問(wèn)題。

17)BIM單位應(yīng)結(jié)合設(shè)計(jì)圖考慮閥門(mén)，支架，保溫等安裝空間。

18)原則上管線(xiàn)不超過(guò)兩層。

19)管線(xiàn)避讓原則：分支讓主管、非保溫讓保溫、低壓讓高壓、氣管讓水管、金屬管讓非金屬管、給水讓排水、檢修難度小的管線(xiàn)讓檢修難度大的管線(xiàn)、常態(tài)讓易燃易爆。

20)管線(xiàn)縱向排布原則：氣體上液體下、保溫上不保溫下、高壓上低壓下、金屬管道上非金屬管道下、不常檢修上常檢修下、電上水中風(fēng)下。

21)管井道處應(yīng)結(jié)合建筑充分考慮安裝檢修，閥門(mén)操作等空間并不影響建筑功能。

2.6 管線(xiàn)精細(xì)調(diào)整

由于忻州大劇院管線(xiàn)多、走廊窄、凈高低，經(jīng)過(guò)第一次排布以后，凈高達(dá)不到設(shè)計(jì)要求。所以需要進(jìn)一步的優(yōu)化和設(shè)計(jì)。我們采取以下措施：將密集區(qū)管線(xiàn)移至管線(xiàn)較少處、等截面修改風(fēng)管尺寸，修改下設(shè)風(fēng)閥，改變管道路徑等。在此過(guò)程中一直與設(shè)計(jì)院、勞務(wù)班組進(jìn)行溝通，達(dá)到既符合設(shè)計(jì)要求，也滿(mǎn)足施工要求的目的。

2.7 碰撞檢查

將土建模型鏈接到最終調(diào)整好的機(jī)電模型中進(jìn)行碰撞檢查，共發(fā)現(xiàn)管線(xiàn)之間的碰撞85處，管線(xiàn)與結(jié)構(gòu)之間的碰撞17處。需要按照管線(xiàn)排布原則再次調(diào)整，調(diào)整完成后進(jìn)行新一輪的碰撞檢查，直至沒(méi)有碰撞為止，見(jiàn)圖1。

2.8 成果輸出

根據(jù)管綜排布，繪制各個(gè)走廊的剖面示意圖以及各個(gè)樓層的各個(gè)系統(tǒng)的管線(xiàn)平面位置示意圖，整理成技術(shù)核定單經(jīng)設(shè)計(jì)院認(rèn)可簽字,見(jiàn)圖2。

3 結(jié)語(yǔ)

我國(guó)建筑施工企業(yè)的BIM技術(shù)目前還處于探索階段，但我們施工企業(yè)需要持續(xù)關(guān)注，有針對(duì)性的做好技術(shù)儲(chǔ)備等準(zhǔn)備工作，同時(shí)可以進(jìn)行局部實(shí)踐。