徐家匯體育公園“兩館一建”BIM綜合應(yīng)用

辛家舜 王孫駿 曹 陽

(上海建工五建集團(tuán)有限公司，上海 200063)

引言

BIM技術(shù)在中國發(fā)展的十幾年間，總體來說是一個(gè)加速發(fā)展的過程[1]。歐盟目前正致力于工業(yè)4.0[2]在建筑業(yè)的落地，以數(shù)字孿生[3]等關(guān)鍵技術(shù)為支撐，并利用 BIM 技術(shù)真正實(shí)現(xiàn)建筑行業(yè)的現(xiàn)代化。實(shí)現(xiàn)數(shù)字化施工，必須采用BIM、云、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、人工智能、3D打印機(jī)、VR、AR、區(qū)塊鏈以及三維激光掃描技術(shù)等新技術(shù)，在新設(shè)計(jì)、新建造和新運(yùn)維[4]這三個(gè)階段發(fā)揮巨大價(jià)值。

1 工程概況

徐家匯體育公園建設(shè)項(xiàng)目占地面積約127 720.9 m2，建設(shè)項(xiàng)目總用地面積115 487.7 m2，包括地上建筑； 建筑面積51 386.4 m2，其中地下室面積64 101.3 m2； 新建綜合體占地面積58 635 m2。項(xiàng)目旨在保留原上海體育場和上海游泳池的主體建筑，同時(shí)實(shí)施內(nèi)部改造，建設(shè)地下運(yùn)動(dòng)基礎(chǔ)設(shè)施和室外結(jié)構(gòu)。項(xiàng)目分為三個(gè)單元：上海體育館、上海游泳池改造工程和體育綜合體。項(xiàng)目地下室建筑主要配備運(yùn)動(dòng)房屋、地下車庫和下沉式廣場。地下室建設(shè)主要包括兩部分：上海體育館新增地下室和新建體育綜合體。

上海體育館建于1975 年，建筑面積32 000 m2，主館直徑110 m，高33.62 m[5]。外部改造為：屋面與網(wǎng)架更新，幕墻更新裙房與大臺(tái)階重建； 內(nèi)部改造為：結(jié)構(gòu)加固機(jī)電與裝飾更新。上海游泳館建于1982 年，地上四層、平面呈不等邊六角形高30 m、東西93.5 m、南北90 m、周圍有5.5 m寬的挑檐。本項(xiàng)目兩館改建主體結(jié)構(gòu)，部分拆除，部分新建，部分加固，各項(xiàng)工作交錯(cuò)施工，兩館改建與新建綜合體基坑施工同步進(jìn)行，周邊環(huán)境復(fù)雜，如圖1～圖5所示。本文著重介紹項(xiàng)目施工過程中借助BIM以及三維掃描技術(shù)解決以上難點(diǎn)的方法。

圖1 項(xiàng)目效果圖

圖2 體育館改造前圖

圖3 體育館改造后圖

圖4 游泳館改造前圖

圖5 游泳館改造后圖

2 施工BIM綜合應(yīng)用

2.1 模型深化

本項(xiàng)目涉及多個(gè)專業(yè)，深化設(shè)計(jì)由總承包單位管理，各專業(yè)承包單位直接進(jìn)行本專業(yè)圖紙的深化。從不同專業(yè)的深化圖紙來看，深化完成的圖紙可以滿足各專業(yè)的要求，但與其他專業(yè)的合作往往有限。因此，由總承包商負(fù)責(zé)各部門之間的詳細(xì)協(xié)調(diào)尤為關(guān)鍵。

在結(jié)構(gòu)深化工作中，著重對結(jié)構(gòu)留洞及梁加腋位置進(jìn)行重點(diǎn)排查，向設(shè)計(jì)單位提交多份軟、硬碰撞報(bào)告，在現(xiàn)場施工前解決大量專業(yè)內(nèi)圖紙問題。項(xiàng)目經(jīng)過多次改建，將BIM模型分為兩塊：其一是施工前通過原始圖紙，結(jié)合現(xiàn)場踏勘進(jìn)行的原始土建模型，并通過三維掃描復(fù)核模型的準(zhǔn)確性； 其二是依據(jù)本項(xiàng)目施工圖改建完成后的新建模型。通過模型為交流載體，對建筑的拆除及加固方案進(jìn)行討論優(yōu)化，在施工過程中確保結(jié)構(gòu)安全穩(wěn)定，兩館BIM模型如圖6～9所示。

圖6 體育館原始模型

圖7 體育館改建模型

圖8 游泳館原始模型

圖9 游泳館改建模型

2.2 圖紙優(yōu)化

創(chuàng)建各專業(yè) BIM 模型后，模型會(huì)被劃分為多個(gè)區(qū)域，并逐一檢查各個(gè)區(qū)域、多專業(yè)間碰撞及設(shè)備安裝空間不足、凈高不足和空間不滿足使用需求等問題，然后整理報(bào)告，流轉(zhuǎn)設(shè)計(jì)，最后由設(shè)計(jì)給出回復(fù)意見,參與者根據(jù)這些問題更新設(shè)計(jì)圖紙，再更新 BIM 模型以進(jìn)行聯(lián)合驗(yàn)證。這樣可以集成平臺(tái)信息和數(shù)據(jù)，通過BIM 協(xié)同管理平臺(tái)實(shí)現(xiàn)完全共享，能夠保證圖紙質(zhì)量并解決施工階段存在的諸多問題。例如，本項(xiàng)目新建綜合體弧形屋面發(fā)現(xiàn)起坡點(diǎn)建筑與結(jié)構(gòu)不一致，最后由設(shè)計(jì)給出回復(fù)，如圖10所示。

圖10 弧形屋面起坡點(diǎn)面

2.3 鋼結(jié)構(gòu)深化設(shè)計(jì)

本項(xiàng)目采用自動(dòng)生成的深化圖紙的方式，圖紙中需補(bǔ)充說明用于加工和安裝的輔助數(shù)據(jù)，并對安裝節(jié)點(diǎn)的構(gòu)件進(jìn)行編號(hào)。

本工程原體育館網(wǎng)結(jié)構(gòu)為三向普通三角桁架體系，由邊長6.111 m、網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)高度6 m、中心拱2.5 m的三角網(wǎng)格和930只鋼球組成； 體育館新建網(wǎng)架由中心環(huán)和36榀徑向主桁架組成，主桁架之間共設(shè)置由9組環(huán)向桁架； 主桁架自身高度5.800 m，支撐于原結(jié)構(gòu)36根混凝土柱頂，環(huán)向桁架最小半徑11.423 m，最大半徑58.650 m。

游泳館原屋頂結(jié)構(gòu)形式為三向三角形網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，網(wǎng)架高度最大為7.6 m。網(wǎng)架總重量約為420 t； 新建網(wǎng)架外形尺寸與原網(wǎng)架相同，邊緣根據(jù)建筑改為圓角。新建結(jié)構(gòu)重量約為800t。游泳館改造去除比賽功能，拆除原有看臺(tái)，增設(shè)二層至四層內(nèi)部功能空間。兩館改造前后網(wǎng)架效果對比如圖11～圖14所示。

圖11 體育館原網(wǎng)架

圖12 體育館新建網(wǎng)架

圖13 游泳館原網(wǎng)架

圖14 游泳館新建網(wǎng)架

本項(xiàng)目兩館拆除的難點(diǎn)：網(wǎng)架結(jié)構(gòu)跨度大(其中體育館要達(dá)到110 m)，施工機(jī)械布置困難； 網(wǎng)架面積大(體育館+游泳館約2萬m2)，重量重(超1 000 t)，拆除困難； 拆網(wǎng)架屬于高空作業(yè)，安全防護(hù)設(shè)置存在困難。新建的難點(diǎn)：體育館新網(wǎng)架屬于桁架結(jié)構(gòu)，桁架尺寸大(高度6 m)，超寬構(gòu)件運(yùn)輸困難； 鋼桁架(桁架)安裝高度難以精確控制以及焊接質(zhì)量控制難以保證； 兩館新建都需使用大量施工腳手架，對地面要求高。體育館使用609鋼管以及盤扣式腳手架作為支撐體系，609臨時(shí)支撐體系[6]搭設(shè)完成后，再施工館內(nèi)滿堂支撐腳手架。體育館中內(nèi)側(cè)滿堂腳手架縱橫距1.2 m，步距1.5 m，面積約10 000 m2，高度26 m。609臨時(shí)支撐系統(tǒng)單支撐高度高，整體穩(wěn)定性難以滿足要求。通過水平結(jié)構(gòu)，將獨(dú)立支撐形成支撐系統(tǒng)，提高整體的穩(wěn)定性。借助BIM技術(shù)模擬鋼結(jié)構(gòu)方案，利用模型指導(dǎo)現(xiàn)場施工，確保結(jié)構(gòu)安全。場館支撐系統(tǒng)如圖15～圖16所示。

圖15 體育館支撐系統(tǒng)

針對游泳館網(wǎng)架的拆除采取相應(yīng)措施：在泳池及跳水池設(shè)置22組中間支承架和M60滿堂盤扣架作為臨時(shí)支撐系統(tǒng)，設(shè)置上弦預(yù)制馬道平臺(tái)，馬道操作平臺(tái)通長設(shè)置2道，上弦馬道平臺(tái)為統(tǒng)一規(guī)格，10.3 m長或5.15 m長，每座重約0.6 T(0.3 T)，馬道操作平臺(tái)如圖17所示。

游泳館網(wǎng)架的散拆步驟：依次切割下弦、腹桿和上弦桿件，利用繩索放至地面，將爬梯依次吊離； 吊鉤綁扎固定，錐體切割前，在上弦桿件加焊限位板，錐體采用三點(diǎn)吊裝； 拉起連橋，切割下弦及腹桿，固定纜風(fēng)繩，切割腹桿上端，切割上弦聯(lián)桿，慢松纜風(fēng)繩，讓錐體略向外旋轉(zhuǎn)，穩(wěn)定后吊至地面，通過Tekla完成建模深化與定位，如圖18所示。

圖18 游泳館網(wǎng)架拆除措施

2.4 復(fù)雜節(jié)點(diǎn)與施工方案模擬

(1)復(fù)雜節(jié)點(diǎn)模擬

體育館原結(jié)構(gòu)框架柱須保留并進(jìn)行加固，梁柱連接處節(jié)點(diǎn)復(fù)雜。BIM團(tuán)隊(duì)通過對節(jié)點(diǎn)建模與設(shè)計(jì)院、深化單位、同濟(jì)大學(xué)加固專家、現(xiàn)場的鋼筋工及木工等班組長共同制定節(jié)點(diǎn)加固方案，以確保結(jié)構(gòu)改造安全。對于特殊構(gòu)造形態(tài)，二維圖紙很難向班組表述清楚，模型便是最好的解決問題的手段。

采用BIM技術(shù)深化節(jié)點(diǎn)可以避免傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)深度問題，協(xié)調(diào)在設(shè)計(jì)與施工階段信息資料的一致性。BIM的信息集成能力能夠使特定的設(shè)計(jì)需求獲得更細(xì)致的表現(xiàn)細(xì)節(jié)。另外，3D建模可以用來模擬施工計(jì)劃，預(yù)測和預(yù)處理施工過程、位置、進(jìn)度和難度級(jí)別，以提高整體項(xiàng)目利潤，體育館結(jié)構(gòu)框架柱復(fù)雜節(jié)點(diǎn)模擬如圖19所示。

圖19 梁柱連接節(jié)點(diǎn)模型

(2)施工方案模擬

創(chuàng)建BIM施工方案與工藝流程模擬以查找施工沖突。在BIM 4D[7]中對施工過程進(jìn)行仿真時(shí)，將仿真結(jié)果轉(zhuǎn)化為施工動(dòng)畫，并將動(dòng)畫結(jié)果與施工現(xiàn)場進(jìn)行對比進(jìn)行演示。將時(shí)間信息插入動(dòng)態(tài)3D 模型，鏈接構(gòu)建計(jì)劃，并將構(gòu)建過程中的每個(gè)作業(yè)視為虛擬構(gòu)建過程的可視化組件。將BIM技術(shù)和施工進(jìn)度相結(jié)合，把控關(guān)鍵施工節(jié)點(diǎn)，進(jìn)行虛擬建造，提前預(yù)知問題、解決問題，確保施工連續(xù)性，保障施工進(jìn)度。

本項(xiàng)目游泳館滿堂腳手架的排布：游泳館舊網(wǎng)架拆除階段在兩側(cè)看臺(tái)及中間泳池位置分別搭設(shè)滿堂腳手架作為拆除支撐。新網(wǎng)架安裝階段在兩側(cè)框架結(jié)構(gòu)頂板上搭設(shè)滿堂腳手架，中間泳池位置滿堂腳手架不作拆除。通過 Revit 建模導(dǎo)入 Fuzor，給組件時(shí)間，最后形成創(chuàng)建動(dòng)畫模擬的過程，拆除和新建腳手架如圖20～圖21所示。

圖20 游泳館拆除滿堂腳手架

圖21 游泳館新建滿堂腳手架

游泳館舊網(wǎng)架拆除采用300 t汽車吊與ST6015及ZJ6018塔吊，自北向南，逐條拆除，每次拆除一個(gè)三角小單元。拆解雙球錐體單元，重量1.3-1.8T，采用三根5T吊裝帶； 標(biāo)準(zhǔn)四球錐體，重量2.5-3.2T，采用四根5T吊裝帶，施工方案模擬如圖22所示。

圖22 游泳館拆解雙球錐體單元

3 三維激光掃描技術(shù)

3.1 三維掃描概況

3D激光掃描技術(shù)也被稱為“實(shí)景復(fù)制技術(shù)”[8]。在上海體育館、上海游泳館改造及新建體育綜合體項(xiàng)目中采用三維激光掃描技術(shù)，對施工過程中的建筑物體進(jìn)行真彩色三維掃描，高精度采集現(xiàn)場真實(shí)坐標(biāo)數(shù)據(jù)及紋理信息，其輸出的三維格式點(diǎn)云可以直接插入到Revit軟件中進(jìn)行真實(shí)場景的三維建模，也可以將現(xiàn)場土建及鋼結(jié)構(gòu)的點(diǎn)云數(shù)據(jù)與設(shè)計(jì)的BIM模型做對比分析及干涉檢查，實(shí)現(xiàn)建筑施工的精度檢測、BIM模型調(diào)整及現(xiàn)場安裝指導(dǎo)，優(yōu)化管線排布方案。對改造后的建筑體及機(jī)電管線進(jìn)行全方位掃描的三維點(diǎn)云，也可作為竣工驗(yàn)收及后期維護(hù)的重要依據(jù)。

上海體育館、上海游泳館改造及新建體育綜合體項(xiàng)目可用場地非常有限，且場地主要為場館改造和新建，大面積三維掃描，直接影響到周邊工作的進(jìn)度。為如期完成竣工目標(biāo)，對掃描精度和施工組織安排提出了更高的要求。在施工場地內(nèi)選擇四處相互通視且基礎(chǔ)穩(wěn)定的位置，設(shè)置場區(qū)固定測量控制點(diǎn)，形成上海體育館、上海游泳館改造及新建體育綜合體項(xiàng)目三維掃描控制網(wǎng)，以便后續(xù)測量控制的統(tǒng)一性和穩(wěn)定性，兩館三維掃描點(diǎn)云如圖23～圖26所示。

圖23 體育館整體掃描點(diǎn)云

圖24 游泳館整體掃描點(diǎn)云

圖25 體育館夾層梁掃描點(diǎn)云

圖26 游泳館內(nèi)部掃描點(diǎn)云

3.2 三維掃描內(nèi)外業(yè)處理工作

(1)外業(yè)工作

為了更準(zhǔn)確地捕捉點(diǎn)云和BIM模型，本項(xiàng)目使用全站儀測量建筑坐標(biāo)系和數(shù)字化坐標(biāo)系。作為永久控制點(diǎn)，至少在待測對象周圍放置四個(gè)控制點(diǎn)，并使用全站儀測量施工坐標(biāo)。每個(gè)目標(biāo)的坐標(biāo)與從掃描儀獲得的各個(gè)目標(biāo)點(diǎn)的坐標(biāo)相結(jié)合，控制掃描儀的局部坐標(biāo)。擴(kuò)展目標(biāo)時(shí)，參考球必須在兩個(gè)掃描站之間居中。兩個(gè)站之間至少需要三個(gè)可見的參考球，參考球體和站點(diǎn)在等邊三角形附近形成分布。參考球體之間必須有一定的距離。參考球和設(shè)備之間的距離取決于掃描儀的分辨率設(shè)置。紙張的目標(biāo)布局與掃描儀的視角垂直，距離在10 m以內(nèi)控制。

(2)內(nèi)業(yè)工作

實(shí)地勘察完成后，使用掃描儀的關(guān)鍵是處理內(nèi)部點(diǎn)云數(shù)據(jù)。根據(jù)從掃描儀和全站儀接收到的點(diǎn)坐標(biāo)數(shù)據(jù)，將其導(dǎo)入適當(dāng)?shù)狞c(diǎn)云處理軟件中。

項(xiàng)目使用FARO SCENE軟件進(jìn)行點(diǎn)云過濾、顏色匹配和拼接等。將原始數(shù)據(jù)從SD卡導(dǎo)入計(jì)算機(jī)并在SCENE 中打開，選擇預(yù)處理命令完成過濾、目標(biāo)搜索、顏色匹配、拼接和項(xiàng)目工作區(qū)生成等過程，獲取即時(shí)的黑白或彩色點(diǎn)云，將全站儀獲得的數(shù)據(jù)導(dǎo)入掃描簇進(jìn)行外部參考控制，并將坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為所需的坐標(biāo)系。軟件中的特殊計(jì)算方法優(yōu)化了掃描數(shù)據(jù)，從而自動(dòng)去除不合理的噪聲點(diǎn)，還可以在掃描過程中手動(dòng)去除行人、車輛和其他人為噪聲，以獲得干凈清晰的3D 點(diǎn)云數(shù)據(jù)，從而獲得點(diǎn)云過濾器。通過三維點(diǎn)云的全景照片選取3個(gè)以上的特征點(diǎn)，然后在BIM模型中提取對應(yīng)特征點(diǎn)的位置，通過scene注冊功能，將整體點(diǎn)云坐標(biāo)轉(zhuǎn)換到BIM模型坐標(biāo)系當(dāng)中，完成坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，便于后期進(jìn)行偏差分析及碰撞分析。

將拼接完整的點(diǎn)云及設(shè)計(jì)的BIM模型同時(shí)導(dǎo)入Geomagic Control軟件中進(jìn)行配準(zhǔn)并做對比偏差分析，鋼結(jié)構(gòu)精度分析如圖27所示。

圖27 鋼結(jié)構(gòu)精度分析

由于土建施工及鋼結(jié)構(gòu)安裝會(huì)有誤差，用FARO三維掃描儀掃描幕墻承重結(jié)構(gòu)，與設(shè)計(jì)模型配準(zhǔn)，進(jìn)行精度分析，以點(diǎn)云數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)逆向建立承重結(jié)構(gòu)及幕墻的真實(shí)施工模型，形成最終可施工的模型成果，指導(dǎo)工廠精確生產(chǎn)及現(xiàn)場精準(zhǔn)安裝。

利用FARO As-Built for Autodesk Revit[9]插件可以直接在Revit點(diǎn)云中創(chuàng)建三維模型，墻壁、管道和結(jié)構(gòu)要素如橫梁和立柱可以快速而準(zhǔn)確地創(chuàng)建，如圖28所示。

圖28 鋼結(jié)構(gòu)精度分析

利用點(diǎn)云和Revit模型進(jìn)行墻體的平整度分析，對比結(jié)構(gòu)可導(dǎo)出為剖面線，如圖29所示。

圖29 墻體平整度分析

(3)三維掃描頻率

針對體育館和游泳館改造施工工序，項(xiàng)目擬定以下掃描頻率：體育館主要體現(xiàn)屋面網(wǎng)架的撤除和安裝改造，項(xiàng)目準(zhǔn)備在舊網(wǎng)架撤除前掃描——撤除過程中掃描——屋面安裝完成后掃描三個(gè)階段；

游泳館主要體現(xiàn)屋面網(wǎng)架安裝改造(空中拼接工序)，按照施工工序，在網(wǎng)架拼裝前掃描——拼裝過程中掃描——屋面完成后掃描三個(gè)階段。兩個(gè)場館的施工工序和工作的重點(diǎn)不同，掃描的內(nèi)容及成果的側(cè)重點(diǎn)也不相同。

體育館：第一階段為在舊網(wǎng)架撤除前，將整個(gè)場館全面掃描(重點(diǎn)為網(wǎng)架掃描)，將掃描的點(diǎn)云數(shù)據(jù)與有的BIM模型對比，比對出局部或整體結(jié)構(gòu)的差異，同時(shí)也為撤除和安裝過程建立了實(shí)際現(xiàn)狀模型； 第二階段為整體或局部掃描，形成實(shí)體點(diǎn)云數(shù)據(jù)，通過點(diǎn)云數(shù)據(jù)比對設(shè)計(jì)模型，可以檢核安裝過程的全程質(zhì)量，為技術(shù)變更提供依據(jù)； 第三階段為驗(yàn)收階段，整體結(jié)構(gòu)掃描，形成最終的點(diǎn)云數(shù)據(jù)和實(shí)體模型，與原有、設(shè)計(jì)、撤除前模型比對，分析結(jié)構(gòu)差異性，同時(shí)為運(yùn)營提供了相關(guān)數(shù)據(jù)。

游泳館：在空中拼接構(gòu)件前掃描，建立初次實(shí)際點(diǎn)云模型，與原有模型比對，檢核原有模型的差異性，為設(shè)計(jì)提供實(shí)際數(shù)據(jù)； 過程掃描階段為檢核拼裝的質(zhì)量為技術(shù)變更提供依據(jù)和指導(dǎo)； 待腳手架和支撐全部撤除后再整體掃描，形成最終模型，比對和分析整體變形以及為運(yùn)營提供后期數(shù)據(jù)。

3.3 模型配準(zhǔn)

首先在scene提取柱中子中心部位至少3個(gè)特征點(diǎn)，按順序命名，然后在Revit模型中提取相應(yīng)部位的三維坐標(biāo)，并以相同的名稱命名，利用強(qiáng)制匹配功能將點(diǎn)云的獨(dú)立坐標(biāo)轉(zhuǎn)換成與BIM模型一致的坐標(biāo)系，最終匹配精度5 mm以內(nèi)。平面坐標(biāo)匹配用于分析平面位置偏差，高程由于現(xiàn)場和模型存在差異，需要單層配準(zhǔn)?，F(xiàn)場一層地面不平整，高差最大有20公分誤差，實(shí)際地面中心點(diǎn)與夾層地面的高差約為3.4 m，BIM模型中一層地面到夾層高差為3.55 m。最終將夾層點(diǎn)云的地面高程設(shè)置為3.55(與BIM模型夾層地面高程一致)，一層地面中心點(diǎn)高程為0.15左右，以便分析夾層梁柱的位置偏差，如圖30所示。

圖30 夾層梁柱分析

通過BIM模型導(dǎo)出dxf格式，實(shí)體選擇多邊形網(wǎng)格，單位選擇米，坐標(biāo)選擇共享坐標(biāo)。然后將dxf格式模型導(dǎo)入3Dmax，再導(dǎo)出obj格式模型，最后將obj模型和點(diǎn)云導(dǎo)入Geomagic control軟件，兩者精確對齊借助于轉(zhuǎn)化后的統(tǒng)一坐標(biāo)體系。技術(shù)人員經(jīng)過多次測試，發(fā)現(xiàn)通過以上方法和軟件對模型和點(diǎn)云進(jìn)行導(dǎo)入和導(dǎo)出可以避免構(gòu)件信息的缺失，保證模型和點(diǎn)云的完整性。

關(guān)于點(diǎn)位的一致性，通過在Revit中導(dǎo)出模型時(shí)選擇共享坐標(biāo)，點(diǎn)云在內(nèi)業(yè)處理是通過處理軟件選擇超過三個(gè)特征進(jìn)行匹配，導(dǎo)出點(diǎn)云模型的時(shí)候?qū)鴺?biāo)信息，就可以保證與BIM模型的坐標(biāo)一致性。如圖31～圖32所示。

圖31 體育館BIM模型

圖32 體育館點(diǎn)云模型

通過模型配準(zhǔn)，點(diǎn)云完整、真實(shí)復(fù)制現(xiàn)場情況，全方位查看現(xiàn)場、使現(xiàn)場測量尺寸數(shù)據(jù)化。多階段三維掃描，記錄施工過程、進(jìn)行隱蔽查看，用于資料留檔，同時(shí)在竣工后用于質(zhì)量驗(yàn)收。通過提取點(diǎn)、線、面，可以得到施工現(xiàn)場的實(shí)際情況，兩館的模型配準(zhǔn)效果如圖33～圖34所示。

圖33 體育館模型配準(zhǔn)

圖34 游泳館模型配準(zhǔn)

3.4 偏差分析

本項(xiàng)目將模型設(shè)為參考，將點(diǎn)云設(shè)為測試，點(diǎn)擊分析-3D比較，實(shí)時(shí)監(jiān)測改造過程中的結(jié)構(gòu)變形，確保改造結(jié)構(gòu)安全，如圖35～圖36所示。

圖35 體育館3D偏差分析

圖36 游泳館3D偏差分析

針對兩館，技術(shù)人員通過軟件在不同高程處生成橫截面，進(jìn)行2D比較，查看并測量點(diǎn)云和模型的位置偏差。發(fā)現(xiàn)體育館內(nèi)圈層柱位偏差較大，其它柱位基本一致，夾層梁位置存在一定偏差； 游泳館柱位置基本一致，現(xiàn)場較模型缺少部分柱，位于游泳池周圍。將點(diǎn)云插入Revit當(dāng)中，利用剖面觀察偏差，并修改模型位置，土建模型基于結(jié)構(gòu)、建筑設(shè)計(jì)圖紙翻模得出，與施工現(xiàn)場情況存在一定的偏差，如不校正模型，無法用于后續(xù)鋼結(jié)構(gòu)、機(jī)電、消防等專業(yè)深化，借助偏差分析調(diào)整BIM模型使其能夠用于現(xiàn)場施工借鑒，如圖37～圖38 所示。

圖37 體育館夾層梁位置偏差

圖38 游泳館柱位置偏差

將體育館二層圓心及柱子平面圖打開，插入rcs格式點(diǎn)云，將現(xiàn)場掃描的點(diǎn)云圓心位置與平面圖的圓心位置套合，以圓心做為旋轉(zhuǎn)中心將點(diǎn)云旋轉(zhuǎn)至柱子對齊處，并分析柱子平面位置偏差，如圖39～圖40所示。

圖39 體育館rec格式點(diǎn)云

圖40 體育館柱位置分析

3.5 點(diǎn)云與BIM管線碰撞分析

體育館和游泳館建成后經(jīng)過多次改建，機(jī)電管線施工可利用空間較小，拆除、加固和新建穿插作業(yè)多，加固新建節(jié)點(diǎn)相交，施工工況復(fù)雜，針對上述問題，將Revit機(jī)電模型生成nwc格式，打開 Navisworks 軟件，附加點(diǎn)云進(jìn)行碰撞分析，并根據(jù)點(diǎn)云調(diào)整機(jī)電模型，優(yōu)化管線排布方案。

根據(jù)現(xiàn)場掃描報(bào)告調(diào)整機(jī)電，再次掃描復(fù)核； 對依舊有偏差的管道調(diào)整掃描，直到所有管道滿足要求，才能封模板； 出具項(xiàng)目管線精度報(bào)告，報(bào)告中包括掃描區(qū)域、掃描管線編號(hào)、偏差值描述、BIM模型與點(diǎn)云掃描數(shù)據(jù)偏差疊合圖，并標(biāo)號(hào)標(biāo)識(shí)； 混凝土澆筑與鋼結(jié)構(gòu)吊裝完成后進(jìn)行管道位置的最終驗(yàn)證； 同區(qū)域多次掃描數(shù)據(jù)對比，在精度范圍內(nèi)的管線是否掃描數(shù)據(jù)無偏差，最終形成數(shù)據(jù)閉合，點(diǎn)云與BIM管線碰撞分析如圖41所示。

圖41 體育館點(diǎn)云與機(jī)電模型碰撞分析

MEP模型調(diào)整及安裝指導(dǎo)由于土建施工的誤差會(huì)影響后期MEP的安裝，用FARO三維掃描儀掃描土建部分精確尺寸，與設(shè)計(jì)BIM模型配準(zhǔn)，以點(diǎn)云為基礎(chǔ)，調(diào)整設(shè)計(jì)模型，優(yōu)化管線排布方案，對主要管道系統(tǒng)進(jìn)行建模，進(jìn)行碰撞檢驗(yàn)，優(yōu)化MEP系統(tǒng)，也可以使用DWG文件進(jìn)行交流[10]，施工交底、施工模擬，如圖42所示。

圖42 模型調(diào)整

3.6 幕墻安裝指導(dǎo)

由于土建施工及鋼結(jié)構(gòu)安裝會(huì)有誤差，用三維掃描儀掃描幕墻承重結(jié)構(gòu)，與設(shè)計(jì)模型配準(zhǔn)，進(jìn)行精度分析，以點(diǎn)云數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)逆向建立承重結(jié)構(gòu)及幕墻的真實(shí)施工模型，形成最終可施工的模型成果，指導(dǎo)工廠精確生產(chǎn)及現(xiàn)場精準(zhǔn)安裝，如圖43～圖44所示。

圖43 拼接后完成三維點(diǎn)云

圖44 逆向生成真實(shí)模型

3.7 GRG裝飾材料加工及安裝精度檢查

GRG是預(yù)鑄式玻璃纖維加強(qiáng)石膏板[11]，它是一種特殊裝飾改良纖維石膏裝飾材料，造型的隨意性使其成為要求個(gè)性化的建筑師的首選，它獨(dú)特的材料構(gòu)成方式足以抵御外部環(huán)境造成的破損、變形和開裂。根據(jù)加工精度及尺寸大小，可采用大空間三維掃描儀和手持掃描儀對裝飾材料生產(chǎn)過程中的模具、成品進(jìn)行掃描及精度檢查。具體操作流程：模具掃描——模具精度分析及調(diào)整——成品掃描——成品精度分析，如圖45～圖46所示。

圖45 掃描模型

圖46 精度檢查

4 總結(jié)

上海市徐家匯體育公園兩館一建項(xiàng)目利用BIM技術(shù)結(jié)合三維掃描技術(shù)，解決了主體結(jié)構(gòu)拆除改建以及與改建項(xiàng)目機(jī)電深化的結(jié)合。鋼結(jié)構(gòu)與混凝土部分拆除和保留復(fù)雜區(qū)域的三維掃描，多次進(jìn)行掃描與復(fù)核誤差控制，將理論模型與現(xiàn)場實(shí)際模型深度結(jié)合，偏差分析后進(jìn)行現(xiàn)場整改。采用BIM+三維掃描的精細(xì)化控制，最終提升項(xiàng)目施工精度。

根據(jù)不同工況多次進(jìn)行側(cè)重點(diǎn)掃描，制定可靠性與可行性兼?zhèn)涞氖┕し桨?，結(jié)合機(jī)電管道碰撞分析，為改造項(xiàng)目的安裝專業(yè)工作節(jié)省了大量時(shí)間，有效提高了本次工程的建設(shè)施工安全質(zhì)量。本項(xiàng)目通過BIM技術(shù)優(yōu)化了現(xiàn)場管理方式，提高了生產(chǎn)效率，使施工方案評(píng)審更加直觀，體現(xiàn)了本工程的領(lǐng)先性與創(chuàng)新性。