某大型冰雪主題綜合體項目BIM綜合應用

王孫駿

上海建工五建集團有限公司 上海 200063

BIM技術(shù)引進(jìn)我國多年，目前正處于快速發(fā)展與深度應用階段。BIM技術(shù)是在建筑設計、施工、運維的整個(gè)過(guò)程中，應用三維信息技術(shù)，進(jìn)行協(xié)同設計、協(xié)同施工、虛擬仿真、工程量計算、造價(jià)管理、設施運行的技術(shù)和管理手段。將BIM技術(shù)應用到工程建設當中可以消除建設過(guò)程中各種可能導致工期拖延的設計隱患，提高項目實(shí)施中的管理效率[1-3]。在我國信息化高度發(fā)展的今天，BIM技術(shù)作為一個(gè)新的理念，在信息化管理的新浪潮中應運而生且得到越來(lái)越多的實(shí)踐和認可，解決了項目中諸多施工方案模擬、多專(zhuān)業(yè)整合、碰撞檢測、空間優(yōu)化、施工進(jìn)度管理等施工配合方面的問(wèn)題，越來(lái)越多的項目成功應用BIM技術(shù)并在項目各階段發(fā)揮了積極作用。

耀雪·冰雪世界（暫定名）項目是上海市浦東新區臨港新城的大型旅游娛樂(lè )項目，位于軌交16號線(xiàn)臨港大道站西側，東至夏櫟路，南鄰秋漣河，西至杞青路，北至滬城環(huán)路。與目前已經(jīng)開(kāi)建的海昌極地海洋公園僅一路之隔。

項目以商業(yè)、文化功能為主，包含滑雪場(chǎng)、戲水中心、溜冰場(chǎng)、多功能廳、度假酒店、精品酒店、商業(yè)零售等設施，總建筑面積326 503 m2（地上216 468 m2，地下110 035 m2）。項目配套有機動(dòng)車(chē)停車(chē)位2362個(gè)，非機動(dòng)車(chē)停車(chē)位3 801個(gè)。本項目造型復雜，結構形態(tài)多樣，專(zhuān)業(yè)設備種類(lèi)繁多，施工難度高，室內滑雪場(chǎng)以阿爾卑斯山為主題，有三類(lèi)不同梯度的滑雪道，超過(guò)25個(gè)雪地游樂(lè )場(chǎng)項目及雪地游戲、滑雪體驗，從其中一間酒店的部分房間，還可直接進(jìn)出滑雪場(chǎng)。項目引入BIM技術(shù)，在提高設計、施工質(zhì)量，縮減工期，減少預算等方面取得顯著(zhù)成效，并將進(jìn)一步提升品牌形象，打造精品旅游項目，最終實(shí)現基于BIM的智慧運營(yíng)管理。項目環(huán)境和效果如圖1、圖2所示。

圖1 項目周邊環(huán)境示意

圖2 項目效果圖

2.1 設計階段

在方案設計階段，設計的深度不足，會(huì )存在很多問(wèn)題，在進(jìn)行BIM設計的同時(shí)可以發(fā)現這些問(wèn)題并直接在BIM模型中進(jìn)行修改，確保模型的準確性。在進(jìn)行方案匯報的過(guò)程中，用BIM匯報取代原來(lái)的二維圖紙匯報，可以直觀(guān)地從模型中進(jìn)行項目整體查看。

1）項目在設計階段進(jìn)行方案比選，配合方案設計階段經(jīng)濟指標統計，模擬比選方案調整，將每種方案都進(jìn)行建模，通過(guò)BIM模型進(jìn)行直觀(guān)比較，最終選擇最優(yōu)方案。

2）根據初步設計階段的圖紙繪制出包含主要結構構件和建筑構配件的土建模型以及機電安裝模型，最終形成初步設計階段的各專(zhuān)業(yè)模型。對機電各專(zhuān)業(yè)進(jìn)行深化以及凈空優(yōu)化，有效規避了出圖過(guò)程中對圖紙質(zhì)量與進(jìn)度的影響，避免了不必要的經(jīng)濟損失，如圖3、圖4所示。

圖3 設計模型

圖4 制冷工藝機房模型

3）基于Grasshopper做的幕墻優(yōu)化分析，“點(diǎn)集流”＋“特征值”的思路是將復雜的幕墻材料單元用最少數量的點(diǎn)來(lái)表示，將每一個(gè)單元的幾何信息存儲于若干有序點(diǎn)集中，再使用Grasshopper編程手段制作基于這些點(diǎn)集生成模型的算法，將幕墻的空間定位與內部的拓撲邏輯進(jìn)行結構化的分開(kāi)。從而在幕墻BIM工作中，在施工誤差、建筑方案變化、施工節點(diǎn)變化3個(gè)不確定性因素中，以確定性的框架實(shí)現有跡可循、快速響應的參數化生成工作流。

4）在施工圖設計階段，利用Dynamo比較同一個(gè)模型的不同版本，找出新增、刪除以及更改的內容，用Python實(shí)現，在Dynamo里做成一種通用的快捷方法可以檢測模型版本新增圖元、刪除圖元、參數變化、幾何變化以及參數和幾何均變化的地方。

2.2 施工階段

1）本項目涉及專(zhuān)業(yè)眾多，施工階段BIM應用由總承包單位集成管理，各專(zhuān)業(yè)承包單位使用總承包單位提供的基礎BIM模型對本專(zhuān)業(yè)圖紙進(jìn)行正向深化出圖，建立本專(zhuān)業(yè)深化模型時(shí)需參照總承包提供的模型坐標體系。過(guò)程中需要嚴格執行總承包BIM管理要求，專(zhuān)業(yè)建模規范、構件命名、問(wèn)題報告樣板等參照總承包BIM管理大綱。

2）本項目砌筑結構深化工作體量大、難度高，在調整完初版建筑模型的基礎上，依照安裝管線(xiàn)位置，在砌體墻上精確定位洞口位置及尺寸，運用Revit插件進(jìn)行深化排布，提前解決二次結構砌筑過(guò)程中可能存在的問(wèn)題，保證了二次結構的施工質(zhì)量。結合預留洞位置及尺寸，在土建模型中進(jìn)一步深化構造柱及過(guò)梁等元素，導出圖紙指導現場(chǎng)施工，避免二次開(kāi)洞，減少現場(chǎng)返工。項目實(shí)施過(guò)程中通過(guò)模型結合圖紙為交流載體，確保砌筑效率及質(zhì)量。

3）根據現場(chǎng)施工分區要求各專(zhuān)業(yè)單位完成BIM模型后，模型會(huì )被劃分為多個(gè)施工區域，并逐一檢查各個(gè)區域，進(jìn)行多專(zhuān)業(yè)間碰撞分析。例如在安裝管線(xiàn)密集的區域和機房，利用BIM模型結合平面圖、剖面圖，發(fā)現設備安裝空間不足、凈高不足、空間不滿(mǎn)足使用需求等情況，然后整理報告，流轉設計，由設計給出具體意見(jiàn)，并根據設計意見(jiàn)對BIM模型進(jìn)行進(jìn)一步更改。通過(guò)以上流程，每個(gè)專(zhuān)業(yè)單位根據上述流程及時(shí)更新自身專(zhuān)業(yè)設計圖紙，并根據最新的設計圖紙結合優(yōu)化后的BIM模型以進(jìn)行聯(lián)合驗證。同時(shí)將這些信息數據成果實(shí)時(shí)集成在BIM協(xié)同管理平臺上實(shí)現完全共享，有助于所有專(zhuān)業(yè)的深入溝通，在保證圖紙質(zhì)量的同時(shí)還能解決施工各階段的諸多問(wèn)題。

4）對于鋼結構深化設計部分，專(zhuān)業(yè)單位使用Tekla進(jìn)行正向深化設計，結合模型所包含的幾何信息和非幾何屬性，通過(guò)IFC格式進(jìn)行模型格式轉換，實(shí)現與其他多專(zhuān)業(yè)數據擬合與反饋。鋼結構的深化設計，基于自身施工特點(diǎn)確認加工及安裝工藝，并需考慮基于主體結構模型項目基點(diǎn)與其的銜接，并與機電設備及幕墻裝飾的相互配合，以消除詳圖設計誤差為原則。

室內滑雪場(chǎng)鋼結構分為樓層框架鋼結構及屋面網(wǎng)架鋼結構。局部地上4層，結構標高－0.10～＋79.09 m。8、16、35.5 m樓層為鋼框架結構。結構樓層框架及屋面網(wǎng)架結構之間設置3條滑道鋼結構。屋面網(wǎng)架鋼結構為焊接球網(wǎng)架結構。對網(wǎng)架和滑道進(jìn)行LOD500級標準建模，以指導現場(chǎng)施工，如圖5所示。

圖5 鋼結構模型

5）對于大底板混凝土跳倉施工數字化監測與分析部分，為減小大體積混凝土中的溫度應力，除了可通過(guò)改變混凝土組成成分以降低水化生熱量外，在施工技術(shù)方面，降低混凝土入模溫度、設置冷卻管、分層分塊澆筑等方法都能有效減小溫度應力。其中分層澆筑一般應用于大壩等超厚混凝土，在建筑大底板中分塊跳倉澆筑的跳倉法施工技術(shù)應用較為廣泛，并逐步取代了傳統的后澆帶施工法。

為控制大體積混凝土底板澆筑過(guò)程中的溫度應力，驗證跳倉法在大底板施工中的應用效果，通過(guò)有限元分析軟件對底板進(jìn)行建模，依照底板體積及面積合理規劃分割底板，再將模型導入分析軟件模擬施工過(guò)程，確保分區滿(mǎn)足跳倉法要求，驗證模擬方案可靠性和施工方案安全性。

通過(guò)BIM平臺結合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，通過(guò)溫度實(shí)時(shí)監測，平臺溫度監測報警，在施工過(guò)程中對比模擬數據，合理優(yōu)化施工過(guò)程，證明本工程數值模擬結果在一定程度上能反映實(shí)際施工狀態(tài)。

6）對于施工方案模擬部分，結合BIM施工方案以及總進(jìn)度計劃以查找工序沖突加以分析。通過(guò)虛擬仿真制定相應的解決方案，尤其是工藝工法、材料進(jìn)出場(chǎng)時(shí)間、工序間搭接等相關(guān)系數，通過(guò)先局部模擬后總體模擬一一確定，最終制定出最優(yōu)的施工方案。利用模擬軟件Fuzor對施工過(guò)程進(jìn)行仿真時(shí)，將仿真結果輸出為施工動(dòng)畫(huà)，并將動(dòng)畫(huà)結果與作業(yè)現場(chǎng)動(dòng)態(tài)進(jìn)行對比演示。由于視覺(jué)屬性信息豐富，過(guò)程中沖突能被預先檢查和修復，各專(zhuān)業(yè)承包單位在施工之前可以進(jìn)行充分溝通。大大提高了專(zhuān)業(yè)人員之間的溝通效率，有效優(yōu)化了工序搭接問(wèn)題。將實(shí)際施工計劃包含的信息插入實(shí)物量模型，可直觀(guān)感受隨著(zhù)時(shí)間推進(jìn)工程實(shí)物量的完成情況。

本項目利用BIM技術(shù)助力大跨度鋼結構網(wǎng)架施工，滑雪場(chǎng)建筑面積約9萬(wàn) m2，頂部屋蓋采用鋼結構網(wǎng)架形式，四側邊長(cháng)分別為133、153、256 m和328 m，所處高度為29 m和74 m，網(wǎng)架面積約3.29萬(wàn) m2，通過(guò)兩側排柱和中央6根結構柱與下部結構相連，網(wǎng)架結構為焊接球節點(diǎn)四角錐網(wǎng)架。

網(wǎng)架根據施工單位方案分成5塊分別進(jìn)行安裝，BIM技術(shù)人員根據方案進(jìn)行流程模擬，輔助現場(chǎng)施工。1#塊用汽車(chē)吊進(jìn)行拼裝，2#塊拼裝下弦球下方設置B273鋼管，上弦球設置B609鋼管，先安裝下弦網(wǎng)格，使用特制調節支架，將斜腹桿臨時(shí)固定，然后安裝上弦球，再調整斜腹桿進(jìn)檔就位，最后安裝上弦桿；
網(wǎng)架的提升采用鋼絞線(xiàn)承重，液壓千斤頂集群作業(yè)，計算機同步控制。為滿(mǎn)足整體網(wǎng)架的提升需求，現場(chǎng)共設置38處提升架，2#塊提升時(shí)，3#塊在場(chǎng)地內進(jìn)行拼裝。4#塊在8 m和16 m平臺利用履帶吊進(jìn)行拼裝，3#塊完成后進(jìn)行4#塊的提升，與此同時(shí)，5#塊的拼裝在16 m平臺進(jìn)行，待提升補缺完后進(jìn)行提升設備卸載，如圖6、圖7所示。

圖6 1#塊網(wǎng)架吊裝模擬

圖7 4#塊網(wǎng)架吊裝模擬

3.1 滑道施工概況

滑雪場(chǎng)共有3條滑道，分別為初級、中級、高級滑道。初級滑道最大坡度12°，中級滑道最大坡度22°，高級滑道最大坡度26°。其中，彎道區域均為雙曲面滑道，施工成形為階梯狀。直道成形為斜坡，如圖8所示。

圖8 滑道模型1

覆雪樓地面底層為防水鋼筋混凝土底板，之上為隔氣層（滿(mǎn)鋪專(zhuān)用麻面隔氣膜），再之上為保溫層（100 mm厚B1級XPS保溫層分層錯縫搭接），再之上為隔離層（36 mm厚C20細石混凝土，內配φ4 mm@200 mm鋼絲網(wǎng)片），再之上為防水層（4 mm厚橋梁專(zhuān)用型SBS改性瀝青防水卷材，聚酯胎Ⅱ型），再之上為冷支管層（120 mm厚C30抗凍混凝土），最后是70 mm厚雪層，如圖9所示。

圖9 滑道模型2

3.2 滑道施工技術(shù)難點(diǎn)及應對措施

根據現場(chǎng)實(shí)際工況及進(jìn)度要求，確定滑道混凝土澆筑流程順序及工藝；
滑道自下而上分塊進(jìn)行混凝土澆筑，每塊面積控制在1 500 m2內，三處滑道按實(shí)際工期各自澆筑。

利用BIM技術(shù)對滑道進(jìn)行初步深化，發(fā)現滑道混凝土結構加上壓型鋼板與鋼梁之間仍存在空隙，利用BIM技術(shù)的可視化協(xié)助解決滑道施工問(wèn)題，做進(jìn)一步的深化設計。通過(guò)BIM技術(shù)，認識到該項目滑雪場(chǎng)內雪道為空間曲面，坡度較大且連續變化，對混凝土澆搗施工控制提出了較高要求，如圖10、圖11所示。

圖10 階梯狀滑道模型

圖11 滑道分塊模型

采用BIM技術(shù)進(jìn)行深化設計，通過(guò)工藝上對滑道結構的“化繁為簡(jiǎn)”，同時(shí)降低施工難度，通過(guò)BIM將部分滑道優(yōu)化為階梯形，降低定位放線(xiàn)與模板施工難度，施工效率增加，施工精度更易控制，是一個(gè)經(jīng)濟可行的施工工藝，為今后的類(lèi)似工程提供了良好的借鑒，如圖12所示。

圖12 雙曲面滑道模型

為解決異形滑道中壓型鋼板的鋪設問(wèn)題，保證異形滑道的造型符合設計要求，技術(shù)人員研究了一種異形滑道的施工方法。將BIM技術(shù)引入異形滑道的制作，保證每一個(gè)壓型鋼板單元的制作精度，并根據異形滑道模型將各個(gè)壓型鋼板單元吊裝就位，實(shí)現了異形滑道底板的正確拼裝，從而解決異形滑道中壓型鋼板的鋪設問(wèn)題，保證異形滑道的造型符合設計要求。

在滑雪場(chǎng)的施工中，由于壓型鋼板組合樓板的抗疲勞能力較強的特點(diǎn)，滑道一般采用壓型鋼板組合樓板，壓型鋼板組合樓板包括壓型鋼板底板以及壓型鋼板底板上部的混凝土結構。但是，由于滑雪場(chǎng)的滑道一般為雙曲面等異形平面，滑道部件形狀不一、滑道標高變化大，這些都不利于壓型鋼板形成符合設計要求造型的滑道。根據這些難特點(diǎn)，通過(guò)建立異形滑道模型，再將滑道底板模型拆分為若干壓型鋼板單元模型，根據壓型鋼板單元模型加工壓型鋼板單元，根據異形滑道底板模型，將各個(gè)壓型鋼板單元吊裝就位，并拼接在一起，形成異形滑道底板，最后在異形滑道底板上放置鋼筋桁架進(jìn)行綁扎，并澆筑混凝土，形成異形滑道。其中，將所述壓型鋼板單元模型設計為階梯形，有利于后期異形滑道底板上混凝土的澆筑，如圖13、圖14所示。

圖13 桁架板模型1

圖14 桁架板模型2

耀雪·冰雪世界（暫定名）項目利用BIM技術(shù)助力雙曲面滑道施工和大跨度鋼結構吊裝。

針對滑道，雪場(chǎng)滑道的坡度多變且較大的特性，決定了混凝土澆筑和養護過(guò)程中存在易產(chǎn)生下滑堆積、流墜等問(wèn)題。我們利用BIM技術(shù)的可視化，決定設置橫向和水平阻隔，分層分段澆筑，將滑道優(yōu)化為階梯形，順利解決該問(wèn)題。

針對網(wǎng)架，充分利用BIM技術(shù)可模擬、可優(yōu)化的優(yōu)勢，通過(guò)模型對大跨度桁架吊裝施工工法進(jìn)行反復推演與討論，對多方案進(jìn)行模擬，提高施工人員對施工流程的把控，最終確定和完成了該方案的編制工作。

本項目通過(guò)BIM技術(shù)在設計施工階段的落地應用，切實(shí)優(yōu)化了現場(chǎng)管理方式，通過(guò)高精度BIM模型結合輕量化模型管理平臺，將項目建設過(guò)程中的關(guān)鍵元素通過(guò)模型進(jìn)行在線(xiàn)深層溝通，達到了提高生產(chǎn)效率的目的，體現出了項目整體建設過(guò)程的實(shí)用性和先進(jìn)性。