1.1 項目簡介
南京青奧會議中心工程占地面積 40 000 m2，總建筑面積 194 000 m2，建筑高度為 46.9 m，地下 2 層、地上 6 層，具備會議、音樂、商業(yè)、展覽、餐飲等功能。
本工程地下室為鋼筋混凝土框架剪力墻結(jié)構(gòu)，地 上為全鋼結(jié)構(gòu)，15 m 以下由 4 個獨立的單體組成，15 m 以上連成整體，本工程由當(dāng)代英國“解構(gòu)主義大師”扎哈·哈迪德設(shè)計，整個建筑采用了流線型，室內(nèi)色彩及構(gòu)造變幻多樣，動感十足，是南京史上最具現(xiàn)代感 的建筑(圖 1)。
(a) 建筑效果圖
(b) 模型截圖
1.2 工程特點和難點
青奧會議中心工程作為 2014 年青奧會的主辦場地，社會影響大，關(guān)注度極高，但工期僅為 945 天，且不確定因素多，所有關(guān)鍵工序沒有機動時間，必須保證每道工序都按期完工才能保證工期目標(biāo)的實現(xiàn)， 工期非常緊張。本工程設(shè)計富于動感和現(xiàn)代氣息，內(nèi)裝部分大量采用 GRG 自由曲面，色調(diào)豐富多彩(圖 2)， 地面為環(huán)氧水磨石、崗石，整體裝修檔次高，工藝復(fù)雜，立體交叉施工多，不規(guī)則拼縫多，接口處理工作 量大。外幕墻設(shè)計新潮，造型復(fù)雜，采用 GRC 板安裝，最大限度的滿足了設(shè)計師對建筑外觀的要求。該 項目也是目前國內(nèi)體量最大的 GRC 板安裝工程。
會議中心主體為框架-中心支撐全鋼結(jié)構(gòu)體系，外形和建筑功能布局的需要導(dǎo)致結(jié)構(gòu)形式錯綜復(fù)雜，柱 網(wǎng)及桿件布置隨意、無規(guī)律性，桁架最大跨度約 78 m，最大重量 175 t，鋼柱部分為外框架傾斜柱，鋼斜 柱節(jié)點最重 43 t，相貫節(jié)點最多為 93 個，24 000 多個構(gòu)件中均為獨立尺寸，無相同構(gòu)件，鋼構(gòu)的深化設(shè)計 非常復(fù)雜，加工困難(圖 3)。
圖 2 典型內(nèi)裝模型
圖 3 典型鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點模型
2.1 BIM 應(yīng)用目標(biāo)
本項目曲線曲面多、形體空間大、異性結(jié)構(gòu)多重嵌套傳統(tǒng)模式難以施工，BIM 技術(shù)的引入為總承包管
理提供了一種新思路。減少施工的工期、人工、材料損失同時，也實現(xiàn)了綠色、低碳、智能、科學(xué)的管理 目標(biāo)和項目的合同目標(biāo)。
2.2 實施方案土建和幕墻沿用設(shè)計和業(yè)主提供的模型，鋼結(jié)構(gòu)和機電安裝專業(yè)自主建模，并在模型上進行施工階段的信息錄入和模型上的優(yōu)化調(diào)整，將 BIM 技術(shù)全面應(yīng)用到項目總包管理的過程中，對傳統(tǒng)平面上難以解決 的問題采用 BIM 技術(shù)進行優(yōu)化和解決，在項目的技術(shù)管理、進度管理、質(zhì)量管理、合約管理、安全文明施 工管理中進行全面的應(yīng)用。
2.3 團隊組織
成立以項目經(jīng)理為核心的 BIM 團隊，直接和設(shè)計對接，提高項目 BIM 工作執(zhí)行力度，如圖 4~5 所示。
2.4 應(yīng)用措施
制訂了詳細(xì)的 BIM 建模標(biāo)準(zhǔn)項目和 BIM 實施標(biāo)準(zhǔn)，用于規(guī)范化項目的 BIM 管理工作。并且由業(yè)主主
推，項目經(jīng)理牽頭，從總包管理層進行施工階段 BIM 技術(shù)應(yīng)用過程資源的調(diào)配，將 BIM 作為一項工具應(yīng) 用到項目管理的各個環(huán)節(jié)中去。
2.5 軟硬件環(huán)境
圖 7 軟件配置情況
3.1 BIM 建模
在原有設(shè)計模型的基礎(chǔ)上，依據(jù)總包制定的 BIM 建模標(biāo)準(zhǔn)由各分包單位進行設(shè)計模型的優(yōu)化，本項目BIM 模型以提交運維模型為目的，精度要求達到 LOD400，機電專業(yè)建模精度要求達到 LOD500。總包負(fù) 責(zé)施工過程中模型的搜集管理發(fā)放工作，并配合業(yè)主及設(shè)計單位完成 BIM 竣工模型的整理和審核工作。
3.2 BIM 應(yīng)用情況
3.2.1 HCI(人機互動)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計、加工和現(xiàn)場安裝工程
根據(jù)深化設(shè)計提供的精準(zhǔn)鋼結(jié)構(gòu)專業(yè)三維 TEKLA 模型，與各專業(yè)綜合系 統(tǒng)進行碰撞檢查，提高了各專業(yè)協(xié)調(diào)的效率和精確性。利用鋼結(jié)構(gòu)專業(yè) BIM 技術(shù)軟件 TEKLA Structure 中 的 API 技術(shù)，根據(jù)設(shè)計院提供的結(jié)構(gòu)線模型，進行快速三維模型搭建，節(jié)約了采用常規(guī)方法建立模型的時 間(圖 8)。對南京青奧會議中心主體鋼結(jié)構(gòu)進行建模，并將模型用于編制工程施工方案。三維動畫的引入， 使得項目所有參與者可以對整個結(jié)構(gòu)體系、制作吊裝進度、制作吊裝工藝等直觀的理解，實時根據(jù)現(xiàn)場吊 裝機械配置的調(diào)整，跟進調(diào)整施工方案(圖 9)。
圖8 鋼結(jié)構(gòu)建模
圖9 模擬動畫
利用 BIM 技術(shù)，對南京青奧會議中心主體鋼結(jié)構(gòu)材料的統(tǒng)計、采購、制作、安裝進行全過程實時控制; 通過 BIM 軟件的使用，材料的使用狀況得以及時、準(zhǔn)確地反映(圖 10)。當(dāng)設(shè)計圖紙變更時，所發(fā)生的變 化可能造成的影響亦能及時反饋至業(yè)主和設(shè)計方。同時采用 TEKLA 人機交互完成所有構(gòu)件現(xiàn)場安裝平 立面布置圖，并根據(jù)工廠制作進度、現(xiàn)場吊裝設(shè)配配置的變化，對施工方案進行實時調(diào)整。
圖 10 工程量提取
3.2.2 異型流線大空間機電管道安裝設(shè)計和施工應(yīng)用南京青奧會議中心安裝工程涉及專業(yè)多，管線排布復(fù)雜。大量四新成果使用，造成新型設(shè)備材料種類
繁多，系統(tǒng)復(fù)雜性、專業(yè)性特征明顯。建筑結(jié)構(gòu)外形獨特新穎別致，內(nèi)部空間高度跳躍性變化，大多呈曲 面曲線無規(guī)則可言，機電安裝末端設(shè)備安裝難度極大。
通過匯集各專業(yè)電子版圖紙并通過 BIM 建模，合成綜合管線布置圖，組織給排水、暖通、電氣各專業(yè) 技術(shù)人員參與管線綜合布置的討論和調(diào)整(圖 16)。
圖 17 彎頭優(yōu)化
通過在模型上的不斷調(diào)整實現(xiàn)了施工的美觀和合理，避免返工。找出管線密集區(qū)域或交叉碰撞過多的區(qū)域，遵循上述綜合布置原則，考慮施工工藝和安裝操作的 空間以及將來的維修空間，有代表性地做出相應(yīng)的剖面圖、立面圖。重點完成管排、走道、管井、機房等 區(qū)域的節(jié)點詳圖的設(shè)計及綜合支吊架的設(shè)計。考慮到非標(biāo)角度管件的加工時間長、造價高以及不便于以后 維修更換的缺點，機電管線綜合重點考慮非標(biāo)角度的轉(zhuǎn)換問題(圖 17)。通過調(diào)整管道走向或管道標(biāo)高，借 助 Revit 的管道自動生成功能，采用 45°、90°彎頭等標(biāo)準(zhǔn)管件組合運用達到消除或減少非標(biāo)角度的目的。項目在施工前通過 BIM 模型對勞務(wù)隊和項目技術(shù)人員進行可視化交底，同時導(dǎo)出二維施工圖紙發(fā)放勞務(wù)隊 直接指導(dǎo)施工。
3.2.3 BIM 技術(shù)在 GRC 幕墻系統(tǒng)中的運用
本項目 GRC 約 89 000 m2，曲面轉(zhuǎn)角較多，板塊分縫劃分難度較大。外形較為復(fù)雜、控制面積較大，同時 GRC 板的安裝精度要求很高，GRC 板的連接件只能作為最后的精調(diào)措施，因此對 GRC 支撐結(jié)構(gòu)的 安裝定位提出了很高的要求。轉(zhuǎn)角部位板塊為雙曲面造型，且 GRC 幕墻板塊精度要求高，一旦成型后期 無法調(diào)整(圖 18)。
通過犀牛軟件對模型進行劃分、展開投影線，GRC 模型被分為 3 m ?2 m 的板塊，板塊分縫縱橫對齊， 在上下傾、屋面上板塊被分為標(biāo)準(zhǔn)板、折板、單曲面板、雙曲面板等，平面尺寸基本為 3 m *2 m，在轉(zhuǎn)角處 局部板塊被分為 3 m *6 m、4 m *2 m、6 m *4 m 等。經(jīng)設(shè)計許可后，加工預(yù)制現(xiàn)場吊裝，完美表現(xiàn)設(shè)計意圖。
項目采用三維掃描逆向建模，利用三維空間模型進行坐標(biāo)提取，現(xiàn)場通過全站儀、經(jīng)緯儀、水平儀等 測量儀器通過從平面、高程上進行投點放樣，保證了測量精度(圖 19~20)。
對于復(fù)雜造型的雙曲面部位，采用 CNC 數(shù)碼雕刻工藝，直接將模型導(dǎo)入 CNC 雕刻機，解決了模具制 作、產(chǎn)品尺寸控制，接縫控制的難題，將復(fù)雜面的三維定點誤差控制在了 3 mm 以內(nèi)，背負(fù)鋼架安裝點誤 差也能較好地控制在連接角碼的誤差調(diào)節(jié)范圍(圖 21~22)。
青奧會議中心 GRC 板共計 12 700 塊，從深化設(shè)計、二次鋼構(gòu)安裝、保溫防水層施工，到 GRC 板安裝 結(jié)束，用時一年，其每道工序都在考驗施工人員的智慧與能力，通過三維模型技術(shù)與傳統(tǒng)施工技術(shù)相結(jié)合， 將設(shè)計師的作品完美的呈現(xiàn)在世人的眼前。
3.2.4大空間自由曲面三維數(shù)字化施工
本項目內(nèi)裝部分曲面較多，造型復(fù)雜，內(nèi)裝表面分割難度高異性的空間曲面，造成了設(shè)計和施工間的 交流障礙。多轉(zhuǎn)角，多扭曲，控制面積大，GRG 板的安裝精度要求很高，且后期安裝過程總較難調(diào)整。借 助 BIM 技術(shù)，以先轉(zhuǎn)角后大面，滿足設(shè)備搬運安裝要求為前提，在原設(shè)計模型上進行分模，并使用模型作為和設(shè)計直接交流的工具。通過三維技術(shù)，根據(jù)需要安裝的 GRG 信息建立主體結(jié)構(gòu)的三維數(shù)字化模型， 提前預(yù)知并解決安裝過程中會出現(xiàn)的碰撞、間隙等施工問題，提高工作效率;建立三維坐標(biāo)作為安裝施工 的依據(jù)，更加方便，也提高了安裝精度(圖 23~24)。
圖 19 下傾部位模型
圖 22 GRC 加工現(xiàn)場
圖 24 GRG 制作安裝
3.2.5BIM 在進度管理中的應(yīng)用工程分為樁基施工、基坑施工、地下室結(jié)構(gòu)、主體結(jié)構(gòu)、外幕墻及內(nèi)裝飾施工、室外管線及景觀工程等 6 個階段，并對各個階段進行細(xì)化節(jié)點，從日到周，周到月進行節(jié)點控制，施工節(jié)點只能提前，不能延 遲，并借助 Naviswork 軟件將排出的計劃和模型相關(guān)聯(lián)，用來驗證計劃的合理性，并實時監(jiān)控現(xiàn)場的完成 情況(圖 25~26)。
圖26 4D模擬界面
3.2.6 BIM 在質(zhì)量管理中的應(yīng)用
項目人員借助 BIM 技術(shù)，將施工方案內(nèi)容，制作成施工動畫，模擬實際施工，使復(fù)雜工藝形象的展現(xiàn)得到快速、準(zhǔn)確的傳遞。使用手持式移動終端設(shè)備，采用無線移動終端，對工人、質(zhì)檢人員、現(xiàn)場施工作 業(yè)人員進行現(xiàn)場技術(shù)交底，檢驗施工質(zhì)量，使施工方案可視化、施工難點與關(guān)鍵部位明確化，進而保證施 工的順利進行。
自主研發(fā)了一套工程質(zhì)量監(jiān)督能力評價提升系統(tǒng)，創(chuàng)新性的將 BIM 模型用于人員的培訓(xùn)考核中去，系統(tǒng)能導(dǎo)入建立好的內(nèi)含質(zhì)量問題的 BIM 模型，并可以通過在質(zhì)量通病庫中勾選結(jié)果進行評分，從而提升新員工發(fā)現(xiàn)質(zhì)量問題和鑒別質(zhì)量問題的能力(圖 28)。
圖 28 軟件系統(tǒng)截面
3.2.7輔助現(xiàn)場平面管理
利用 BIM 模型進行現(xiàn)場平面布置規(guī)劃(圖 29~30)，使其與結(jié)構(gòu)主體關(guān)系更加立體。信息表現(xiàn)更全面、直觀。再利用動畫演示，發(fā)現(xiàn)不足，不斷優(yōu)化，完全實現(xiàn)模型和現(xiàn)場的一致，提高工作效率，降低管理難度。
圖 30 鋼結(jié)構(gòu)階段平面布置
通過 BIM 技術(shù)，提高與業(yè)主設(shè)計、分包工作效率，解決了本項目多個技術(shù)難度超前的工藝難題。利用BIM 模型結(jié)合項目算量軟件、管理軟件等實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的統(tǒng)一和準(zhǔn)確率，使項目成本更準(zhǔn)確、及時。BIM 技 術(shù)的應(yīng)用提高了工程一次成優(yōu)率，為項目創(chuàng)優(yōu)奠定基礎(chǔ)(表 1)。
青奧會議中心工程在 2014 年 8 月投入使用，給世界各國的運動員、教練員、官員留下了深刻印象， 充分展示了南京形象，獲得了各界一致好評。多次迎接全國建筑業(yè)協(xié)會、施工技術(shù)雜志社、江蘇省裝飾協(xié) 會等各界社會團體的觀摩，也多次被江蘇城市頻道、江蘇教育頻道、南京科教頻道、南京電視臺、南京日 報、揚子晚報、《金陵瞭望》雜志和中央電視臺報道，獲得了“江蘇省省級文明工地”、“市優(yōu)質(zhì)結(jié)構(gòu)獎”、“金 鋼獎”、“上海市青年文明號”、“江蘇省建設(shè)系統(tǒng)工人先鋒號”等，形成了良好的社會效應(yīng)。
總結(jié)
本項目遵循以管理為核心，模型為工具的應(yīng)用思路。項目的創(chuàng)意性設(shè)計促使了 BIM 技術(shù)在本公司的落地和應(yīng)用，特別是結(jié)合三維掃描技術(shù)、三維數(shù)字雕刻技術(shù)以及數(shù)字化預(yù)拼裝技術(shù)的鋼結(jié)構(gòu)施工應(yīng)用，使GRC 和 GRG 施工應(yīng)用水平和深度處于國內(nèi)領(lǐng)先地位。圍繞 BIM 軟件展開了一系列二次開發(fā)，并將 BIM技術(shù)用在現(xiàn)場質(zhì)量人員的考核過程中。BIM 應(yīng)用圍繞項目參建人員的日常工作展開，在優(yōu)化傳統(tǒng)工作方式 的同真正實現(xiàn)了綠色、低碳、智能、科學(xué)的管理目標(biāo)。
本文借鑒原創(chuàng)論文《南京青奧城(會議中心)工程 BIM 技術(shù)應(yīng)用》
作者葉 嵩，唐 潮，李文春，陳于峰（中建八局第三建設(shè)有限公司，江蘇 南京 210068)
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