中央歌劇院劇場項目BIM技術(shù)應(yīng)用

(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 工程簡介

中央歌劇院劇場項目位于北京市東城區(qū)中街115號，項目北側(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)為朝陽門大街。建設(shè)用地面積13 386，本項目規(guī)模為1 201座乙等大側(cè)舞臺、觀眾廳以及后臺輔助用房組成。結(jié)構(gòu)設(shè)計使用型劇院建筑，由入口大堂、主舞臺、后舞臺、側(cè)舞臺、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 工程特點及難點

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

項目難點在于：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，實施難度大；4)劇場結(jié)構(gòu)空間轉(zhuǎn)換多、安全風(fēng)險大。

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)計到生產(chǎn)、施工的高效管控；嘗試BIM各類新技術(shù)和平臺的多方位使用提升對項目的精細(xì)化管理水平，培養(yǎng)出一個優(yōu)秀BIM團(tuán)隊，打造出北京城市的標(biāo)志性劇院建筑。

2.2 團(tuán)隊組織

項目開工前建立以公司BIM中心為牽頭，由公司總工程師與項目經(jīng)理為領(lǐng)導(dǎo)的BIM團(tuán)隊，項目總工負(fù)責(zé)執(zhí)行，其他項目各部門均參與其中，見圖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；FUZOR、LUMION、SKETCHUP用于建筑方案設(shè)計、模型瀏覽、動畫、漫游等應(yīng)用。廣聯(lián)達(dá)BIM5D用于項目進(jìn)度、質(zhì)量、安全等管理。

硬件方面項目配備了3臺專業(yè)建模計算機(jī)及1臺筆記本，VR眼鏡、移動觸屏電腦等，如圖3所示。

圖3 項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)度計劃。中后期將各系統(tǒng)專業(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 各專業(yè)模型

3.2 企業(yè)族庫標(biāo)準(zhǔn)化構(gòu)件搭建

(1)結(jié)合場地布置順序與企業(yè)設(shè)施圖冊標(biāo)準(zhǔn)順序進(jìn)行族庫存儲歸檔體系的建立，以后項目可以直接拿來使用，不用重復(fù)建模；

(2)場地布置制作的標(biāo)準(zhǔn)族達(dá)到100余個，充實了公司的族庫；

(3)通過標(biāo)準(zhǔn)化族庫構(gòu)建能夠快速地對場地布置進(jìn)行動態(tài)調(diào)整，從而協(xié)助相關(guān)人員快速做出正確決策；

(4)族庫搭建過程進(jìn)行深化，進(jìn)行關(guān)鍵參數(shù)的搭建?？梢酝ㄟ^簡單的變量修改得到最終需求的成果，為以后項目應(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)場地布置

由于施工場地狹小，場地布置的合理性顯得尤其重要，通過搭建三維場地模型，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)實際部署，利用三維動畫進(jìn)行場地方案比選，從基坑階段到主體階段再到裝修階段整個過程對場地布置實施動態(tài)調(diào)整，保證滿足項目空間合理劃分，場地合理利用，如圖6所示[8-10]。

圖6 場地布置模型

3.4 凈空分析

由于是劇院項目，對劇院內(nèi)的凈空把控嚴(yán)格，既要符合審美又要達(dá)到觀眾的視聽效果，通過搭建各專業(yè)模型，進(jìn)行管線綜合布局深化設(shè)計。通過漫游瀏覽管線排布效果及凈高檢查。利用Revit和Fuzor軟件對模型進(jìn)行凈空分析，凈空要求2.6m，但是管線較復(fù)雜無法滿足要求，經(jīng)過考慮決定在鋼梁部位進(jìn)行開洞，使管線穿越，經(jīng)過BIM模型模擬分析和驗算，為設(shè)計提供數(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

通過多專業(yè)三維模型碰撞檢查，提交碰撞檢查報告，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、碰撞類型和設(shè)備名稱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)點部位的鋼筋綁扎成為施工的難點，針對此問題，運(yùn)用BIM技術(shù)提前對型鋼節(jié)點進(jìn)行建模及施工工藝模型，優(yōu)化型鋼節(jié)點的鋼筋施工，大大提高了現(xiàn)場施工效率、保證施工質(zhì)量。圖8為勁性結(jié)構(gòu)柱、梁節(jié)點圖與現(xiàn)場實際安裝效果圖。

本項目中鋼柱規(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，無標(biāo)準(zhǔn)層。型鋼節(jié)點部位的鋼筋綁扎成為施工的難點，針對此問題，運(yùn)用BIM技術(shù)提前對型鋼節(jié)點進(jìn)行建模及施工工藝模型，優(yōu)化型鋼節(jié)點的鋼筋施工，鋼結(jié)構(gòu)安裝也實現(xiàn)可視化交底，施工現(xiàn)場張貼二維碼，現(xiàn)場施工人員不懂隨時可以查看，之后通過制作大節(jié)點的施工模擬動畫，觀察吊裝計劃是否合理，也大大提高了現(xiàn)場施工效率、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

圖9 勁性結(jié)構(gòu)節(jié)點

3.7 平臺管理

隨著BIM技術(shù)的發(fā)展日漸完善，各種軟件廠商均推出了針對施工現(xiàn)場質(zhì)量、安全等工作的協(xié)同平臺。經(jīng)過對比，本項目選用了廣聯(lián)達(dá)BIM5D平臺來集中管理工程的質(zhì)量、安全工作。例如在項目施工中，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)對現(xiàn)場拍照記錄問題，之后打開手機(jī)客戶端選擇問題類型，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業(yè)等問題，發(fā)送后，手機(jī)端線上流程提醒，及時跟蹤問題，進(jìn)行整改，如圖10所示。

圖10 手機(jī)平臺操作流程

也可以通過云端查看質(zhì)量安全問題，進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析了解現(xiàn)場施工情況，對項目進(jìn)行有效的管控；通過PC端，也可查看質(zhì)量安全問題，定位到模型中并且自動生成整改通知單，提高現(xiàn)場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 移動端質(zhì)量安全問題查看

本項目中通過應(yīng)用移動端解決了傳統(tǒng)施工中口述問題不清、無詳細(xì)記錄、不可追蹤的問題，也解決了問題傳達(dá)不及時、后續(xù)跟蹤難；問題缺失、信息需要重復(fù)錄入、沒有相關(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)量安全問題，土建專業(yè)40條、鋼結(jié)構(gòu)專業(yè)24條、機(jī)電專業(yè)34條。

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

4 拓展聲學(xué)研究

在劇場專項設(shè)計過程中，BIM技術(shù)可以對舞臺設(shè)計中的面光、耳光、追光的角度和投射面進(jìn)行即時的模擬，既減少了工作量也提高了工作效率。

對于觀眾廳來說，吊頂板聲學(xué)設(shè)計非常重要，要滿足一次反射聲的要求，并能夠最大限度地擴(kuò)展觀眾廳內(nèi)的混響時間。針對劇場模型的復(fù)雜性，借助歐特克軟件搭建的BIM平臺和Odeon聲學(xué)軟件，可以在很短的時間里建立完整的聲學(xué)模型，模擬并糾正模型的問題，并反饋到設(shè)計師手中。

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)的一套計算模型。在這套反射模型中，通過調(diào)整反聲板的角度、大小、高度等數(shù)據(jù)，確保來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模型為中心的項目管理平臺和提高參與各方溝通效率的云端平臺；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)增加競爭力，充分應(yīng)用BIM進(jìn)行施工模擬，輔助設(shè)備更高效、高質(zhì)量地完成項目任務(wù)；BIM技術(shù)在劇場項目中的應(yīng)用進(jìn)一步擴(kuò)展了BIM的應(yīng)用價值，為其他劇場類項目或勁型結(jié)構(gòu)項目提供范例。