BIM技術在忻州大劇院項目施工過程中的應用

陳 靜 靜

(山西建筑工程有限公司，山西 太原 030027)

0 引言

忻州大劇院工程是一座涉及劇場、群藝館各功能用房及配套設施和展覽大廳、商鋪、辦公管理用房等公共活動空間的大型公共建筑。其造型獨特，施工難度大，58根斜柱定位困難。同時機電安裝覆蓋專業全面，管線綜合排布的各種管道主要包括：新風管道；排煙管道；空調供、回水管道；冷凝水管；地暖供、回水管；噴淋管；氣體滅火管；消火栓給水管；生活給水管；污水管；壓力廢水；雨水管；強電橋架；弱電橋架；消防電橋架，各類管線共計17種。

忻州藝術中心“大劇院·群眾藝術館”項目位于山西省忻州市鳳棲街以南，慕山路以東，總用地面積為172 099 m2(258.14畝)，凈用地面積為155 546 m2。

本工程建筑設計形式吸取了佛教圣地五臺山寺廟形態，整體造型既像一朵蓮花浮座，又像佛教文化中的“毗盧帽”。不同折面反射著不同的光影效果，夜晚更是璀璨奪目，使其成為忻州一張新的名片。從不同的角度登上平臺，可以欣賞到這棟獨特的建筑的不同造型角度。該建筑東西長178 m，南北長178 m，地下1層，地上6層，局部8層，總建筑面積7.3萬m2，其中地上面積6.5萬 m2，地下建筑面積8 000 m2，建筑高度51.95 m；主要由一個2層1 326座大劇場，一個2層586座小劇場、440座影劇院和群眾藝術活動館組成；全樓設電梯18部、扶梯6部、樓梯11部、鋼梯2部。

忻州大劇院項目復雜、造型獨特，特別適合BIM的應用與推廣。此項目中運用了2個BIM的應用點：1)BIM的可視化設計;2)管線綜合排布。

1 應用BIM進行可視化設計

運用BIM技術輔助定位，型鋼斜扭柱定位準確，安裝位置正確。

本工程建筑設計吸取了佛教圣地五臺山靈感，二層底座平臺上塑一朵五瓣蓮花，為實現五瓣蓮花的造型，工程主體結構在標高11.55 m以上外立面結構由58根斜向外伸出的型鋼混凝土組成，大體可分為五瓣，其中53根由基礎生根，5根在11.55 m標高梁內生根。斜向外伸柱外伸角度不一，外伸距離不一。斜柱截面為800×800有52根和750×750有6根，而且型鋼柱的變換段是不規則的四邊形或多邊形。其中獨立斜柱外伸高度和水平投影距離相當大，水平距離最大為11.5 m，伸出高度從11.55 m至大屋頂最高處47.85 m、最低處41.02 m，中間無板分隔。

以往放樣時使用的多數是二維的圖紙，在放樣前需要對放樣數據進行計算和整理，在放樣過程中直接使用的是一系列坐標，即一串數字。因此放樣時不直觀，放樣點之間的幾何關系和相對位置不清楚，同時在放樣時出現錯誤也不易發現。但是BIM技術的引入使得放樣過程變得更加簡單，配套相應測量設備和BIM圖紙就可以在三維模型中直接選擇需要放樣的點位，直觀、方便地將待放樣點位直接放樣出來。

施工前對斜柱進行深化設計，根據施工圖紙建立BIM土建模型，確定型鋼斜柱每一節頂部及安裝節點處的空間坐標。先支出斜柱與內部豎向結構間框架梁的梁底，以梁底長度控制斜柱上部的空間位置。結合BIM技術方法，確定型鋼柱在相應樓層上的水平投影位置并在現場標出，之后在水平投影位置的基礎上確定型鋼斜柱的空間位置。并且將很多節點通過BIM技術，進行可視化技術交底。在模型中優化設計方案，深化設計圖紙，并在建立的模型基礎上利用軟件導出正式的CAD圖紙，指導施工。

現場實施：

1)對施工圖紙進行研究，并結合BIM技術對型鋼斜柱進行三維空間定位，通過研究討論，以確保型鋼斜柱的正確位置。

2)在確定了型鋼斜柱的空間位置之后，計算出其在相應標高樓層的水平投影位置并在現場放出。

3)測量人員使用全站儀和手持棱鏡，根據每根型鋼斜柱的空間角度和距離關系，在水平投影位置的基礎上確定型鋼斜柱在三維空間中的位置。

2 應用BIM進行機電排布

忻州大劇院機電系統復雜(包括新風、排煙、強電、弱電、消防、空調供回水、冷凝水等)，走廊凈寬小(各走廊寬度在1.66 m～2.25 m范圍內)，標高錯層大、凈空要求高，系統管線穿過狹窄井字走廊，要綜合考慮：凈高要求、走廊寬度、梁底高度、機電管線管件規格型號、保溫厚度等。

2.1 機電管線綜合排布的意義

1)對建筑物內的機電管線進行最佳排位，最大程度減少管道所占空間，提高天花的吊頂高度。

2)將施工中可能遇到的問題預先在設計中解決，有效地避免了機電管線在平面、立面上的交叉和沖突，以保證施工的順利進行節約工程成本。

3)管線的有序排列給工程竣工后的維修和管理帶來許多方便。各種工程管線各自具有各自的工藝布置要求，當出現相互交叉擠占同一空間的問題時，應相互協調、布置得當。

2.2 維排布準備工作

1)熟悉各專業圖紙，不僅僅是本專業的，包括其他專業的圖紙；2)處理圖紙；3)根據標高要求，完成各專業管線的標高；4)根據需要完成剖面圖的繪制。

2.3 機電管綜排布程序流程

1)認真熟悉機電圖紙;2)參數收集;3)建立精確的土建模型;4)以連接的方式建立機電模型;5)根據排布原則及項目實際情況進行管綜深化設計;6)主動與設計方、現場管理方溝通，反復推敲方案，多次整改提出最佳方案;7)根據最終方案導出各專業平面圖、剖面圖、核定單;8)通過設計單位簽字確認。

2.4 管線綜合排布要點

1)排布原則;2)根據實際情況深化排布;3)精細化調整;4)凈高分析;5)局部特殊化處理;6)碰撞檢測與整改;7)多專業聯動。

2.5 機電安裝工程管線綜合排布策劃總則

1)大管優先，小管讓大管。

2)有壓管讓無壓管。

3)低壓管避讓高壓管。

4)常溫管讓高溫、低溫管。

5)可彎管線讓不可彎管線、分支管線讓主干管線。

6)附件少的管線避讓附件多的管線。

7)電氣管線避熱避水，在熱水管線、蒸氣管線上方及水管的垂直下方不宜布置電氣線路。

8)安裝、維修空間不小于500 mm。

9)預留管廊內柜機、風機盤管等設備的拆裝距離。

10)管廊內吊頂標高以上預留250 mm的裝修空間。

11)各防火分區處，卷簾門上方預留管線通過的空間，如空間不足，選擇繞行。

12)調圖初期由業主結合裝修確認綜合支架使用范圍(應明確綜合支架商務成本)。

13)調圖初期明確穿結構范圍。

14)空調水系統盡量不走公區有吊頂的位置(避免檢修不變，漏水凝露等風險對公區吊頂部分帶來的影響，以及后期試壓對公區裝飾進度上的沖突)。

15)為保證鋪內無吊頂區域的美觀性，消防、噴淋、空調水系統、常規給排水等管線在鋪內走一起(是否做綜合支架根據前期商務的情況)。

16)為保證美觀以及減少系統水損，管道有翻彎時應整跨翻彎。連續翻彎時可協調業主考慮穿梁。充分利用梁窩解決管線碰撞問題。

17)BIM單位應結合設計圖考慮閥門，支架，保溫等安裝空間。

18)原則上管線不超過兩層。

19)管線避讓原則：分支讓主管、非保溫讓保溫、低壓讓高壓、氣管讓水管、金屬管讓非金屬管、給水讓排水、檢修難度小的管線讓檢修難度大的管線、常態讓易燃易爆。

20)管線縱向排布原則：氣體上液體下、保溫上不保溫下、高壓上低壓下、金屬管道上非金屬管道下、不常檢修上常檢修下、電上水中風下。

21)管井道處應結合建筑充分考慮安裝檢修，閥門操作等空間并不影響建筑功能。

2.6 管線精細調整

由于忻州大劇院管線多、走廊窄、凈高低，經過第一次排布以后，凈高達不到設計要求。所以需要進一步的優化和設計。我們采取以下措施：將密集區管線移至管線較少處、等截面修改風管尺寸，修改下設風閥，改變管道路徑等。在此過程中一直與設計院、勞務班組進行溝通，達到既符合設計要求，也滿足施工要求的目的。

2.7 碰撞檢查

將土建模型鏈接到最終調整好的機電模型中進行碰撞檢查，共發現管線之間的碰撞85處，管線與結構之間的碰撞17處。需要按照管線排布原則再次調整，調整完成后進行新一輪的碰撞檢查，直至沒有碰撞為止，見圖1。

2.8 成果輸出

根據管綜排布，繪制各個走廊的剖面示意圖以及各個樓層的各個系統的管線平面位置示意圖，整理成技術核定單經設計院認可簽字,見圖2。

3 結語

我國建筑施工企業的BIM技術目前還處于探索階段，但我們施工企業需要持續關注，有針對性的做好技術儲備等準備工作，同時可以進行局部實踐。