BIM技術在吉林人民大劇院施工管理中的應用

摘要：文章通過介紹BIM的技術特點，分析了吉林大劇院施工項目的重點和難點，結合實際情況將BIM技術應用于鋼結構工程項目中，實現了鋼結構施工一體化管控，大幅提高了生產效率和智能化管理水平，創新地改造了傳統鋼結構工程管理模式。

關鍵詞：BIM技術；鋼結構；可視化；吉林人民大劇院；施工管理；建筑工程 文獻標識碼：A

中圖分類號：TU29 文章編號：1009-2374（2016）08-0045-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.08.024

BIM技術即建筑信息模型（Building Information Modeling），是通過對建筑工程項目各項工程項目各相關信息數據的整理，建立建筑模型，以數字信息仿真來模擬建筑物的真實狀況。BIM技術與傳統技術相比較，具有五大特點，分別是可視化、協調性、模擬性、優化性、可出圖性。目前，傳統的建筑工程管理模式仍然被鋼結構施工所沿用，深化設計、制作、安裝等各環節信息在施工過程中相對獨立，存在信息交換滯后、不準確，從而浪費了大量的人力、物力和財力。BIM技術的發展為鋼結構施工提供了新的發展方向，為建立數字化和全面工業化管理奠定了基礎，為工程各方面的信息共享與協同作業創建了平臺，并為鋼結構精細化管理引進了先進的技術和手段。BIM技術對人、機、料等施工信息進行關聯綁定，并對全過程的狀態進行追溯。借助BIM技術，可以建立可視化的動態數據庫以及常備材料庫和鋼結構施工全過程驗收體系，對物流過程進行全方位追溯，進行準確、高效的材料快速盤點，進而實現施工進度和造價的可視化管理以及各參與方的信息共享，提高材料綜合利用率。同時應用智能工藝方案設計、自動化排版套料、數控設備聯網集成、云計算技術，使管理失誤率和施工數據跨域傳遞成本大大降低，也提供了建立工程大數據庫的技術平臺。

1 工程概況

吉林市人民大劇院位于南山街東側，北臨松花江，吉林市人民大劇院總建筑面積為37007.98m2（其中地上建筑面積為27985.12m2、地下建筑面積為9022.86m2），主要由1個大劇院、1個小劇院、4個電影院以及辦公配套用房四部分組成，不設人防工程，建筑高度為34.6m，地上4層，地下1層。建筑結構為框架-剪力墻，屋面工程采用鋁合金錘紋直立屋面板。劇院類型為乙等劇院，建筑等級為三級，地基等級二級，基坑安全等級一級。劇院外形以滿族風俗文化為基礎，細節上增添了很多地域特色。4個影院分別以吉林市的四季“春、夏、秋、冬”命名，內部設計融合不同季節的美景。大劇院可容納1500余名觀眾，算上影院和小劇場，能容納2600多人。

2 工程施工重點與難點

吉林市人民大劇院于2013年8月開工，于2015年7月28日通過竣工驗收。由于吉林屬于高寒地區，該劇院有效工期僅有15個月，而國內同類劇院建設一般需要4年時間，最短也要3年，該劇院成為國內大劇院建設歷史上工期最短的項目。大劇院緊鄰松花江，升降式主舞臺臺倉設計深度為18.3m，公司直面涌水量大、地質中含大量大卵石，錨索成孔困難或無法成孔的困擾，整個主體工程面臨、大跨度、大空間、異性結構多、工期緊等難點。作為整個劇院亮點的大堂頂部設計，具有以下四個施工難點：

第一，吊頂面積大，多曲面。劇院的主體結構采用的是球形設計，吊頂與外幕墻的接口處為高低起伏曲線設計，內墻與外幕墻間的吊頂采用弧形設計。多曲面外加穹頂形的設計施工難度非常大。

第二，吊頂橫向縱向均為彎曲弧形造型，跌級燈槽人工定點放線較為困難。大廳墻面為GRG造型，由于墻面存在弧度造型和門洞、消防栓等，GRG要滿足造型需求并與門洞、消防栓等精準對應存在困難。

第三，現場限制性大。因設計的頂面與實際場地多處地方有碰撞，墻體非常突出的柱墩、挑檐板以及預留的空調空洞等都在制約著內墻的標高。

第四，網狀鋼結構的固定要求苛刻。二次鋼構轉換層的固定點不能焊接，也不能抱箍，只能套接在主體結構的球形受力點上，固定非常困難。另外，球形點位的定位也是一個非常大的難題。

3 BIM技術在鋼結構施工過程中的應用

為了解決施工現場存在的諸多難題，項目借助BIM技術完成策劃，劇院頂部采用跌級雙曲面流線型設計，用3D掃描儀采集數據，科學拼接和分析，精確建構模型，材料編號加工，彰顯設計效果。現場拼裝屋蓋鋼結構罩棚2萬余m2，公司利用BIM中的全站儀，將模型坐標精確定位到現場以方便安裝，編制大跨度鋼桁架梁采用400噸履帶吊整體吊裝方案以及復雜曲面鋼網架分片吊裝方案，完成鋼結構施工。

3.1 施工模擬

首先進行現場三維掃描，對項目進行實地考察，針對建設地點、氣候條件、地理環境等相關因素，結合設計、規范等資料，采集現場1∶1真實點云數據，得出點云模型，如圖2所示；其次進行坐標系匹配。利用三維模型及現場采集到的特征點數據將現場坐標系與模型和圖紙進行匹配，方便后期施工運用。三維模型及點云數據能夠很清晰地反映施工細節和現場情況。我們通過這項技術，預先解決大部分的施工問題，大幅降低后期的返工率和由錯誤引起的設計變更，并將施工策劃的深度提升至下單圖水平，策劃的成果直接用于材料下單，不但提升了施工精度，也改變了傳統的流水施工模式，將工期大大縮短，是目前運用BIM技術的核心內容。

3.2 碰撞檢查

3.2.1 建立設計模型。現場的建模工作主要由“犀牛”軟件完成。通過對已有圖紙的分析建立初始模型。因為部分區域的設計頂面到鋼結構主體的高度超過10米，現場還需要制作鋼結構轉換層。由于涉及到鋼結構承重問題，轉換層模型的建立與調整要求廠家全程參與。如圖3所示：

3.2.2 進行設計模型模擬安裝，碰撞調整。將初始模型根據軸網和特征柱位置匹配到現場點云模型中，綜合考慮預留轉換層、風口、柱墩等部位，將模型大面調至標高適合部位，查找碰撞部位。最后進行綜合碰撞調整。轉換層需隨鋁板弧度造型走，在完成鋁板初步碰撞調整后，結合轉換層鋼架模型綜合碰撞，調整模型與現場不符部位。鋼架調整需得到廠家確認。

3.3 分模下單，定位安裝

經過碰撞調整，并經各方確認后的模型即可進行分割、排版下單工作。由于頂面鋁板呈放射狀，所以下單尺寸并非模數化，每一塊鋁板的尺寸及角度都不一樣，為方便管理，每塊鋁板下單時都有唯一編號，對規格、安裝位置等信息進行標注。在前期模型調整完畢，完全匹配現場點云模型后即可進行安裝定位工作。因為模型坐標已與現場吻合，直接在模型中提取相關數據即可直接在現場施放，十分快捷精準。鑒于現場施工環境及安裝工藝，無需定出每塊鋁板安裝點。將鋁板分為若干小區域，只需定出該區域鋁板安裝起始點位后進行安裝，再整體檢核該區域即可。

4 結語

在社會發展的“新常態”下，BIM技術在鋼結構建筑施工中的運用，很好地印證了如今可持續發展的時代主題，不僅增強了施工管理過程中的直觀性，還提高了施工進度和成本造價等相關信息共享的及時性與準確性。吉林市人民大劇院通過運用BIM技術，使得施工全過程實現了高效性、經濟性、簡便性、直觀性和安全性。在項目施工的初級階段，BIM技術首先協調了設計師與材料、結構、設備等各種實際問題的關系，并進行靈活變化，提供了多項備選的應急措施，直觀高效地展現最優結論；其次是對人力、物力和財力進行優化配置，通過建立節約時間和精力的數據平臺，對施工過程中的各項工作進行系統化統籌，對成本數據進行高效處理，從而全面清楚地展現成本信息，及時了解和應對施工過程中的成本需求；最后是直觀地建立鋼結構工業建筑模型，實現四維立體的可視模型，便于觀察和改造。在工業建筑的施工階段和運行階段，BIM技術的使用，借助計算機技術監控整個鋼結構工業建筑群體的全建筑生命周期，在發現問題時及時報告，并且提前整合出將要面臨的各種隱患問題，提高鋼結構工業建筑的安全性能，減少不必要的經濟損失。

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作者簡介：溫愛明，男，山西人，中鐵十七局集團東北指揮部執行總經理。

（責任編輯：蔣建華）