上音歌劇院幕墻工程數字化建造技術應用

劉少瑜（上海市建筑裝飾工程集團有限公司， 上海 200720）

住房和城鄉建設部在《住房城鄉建設事業“十三五”規劃綱要》中提出：“加快推動裝配式建筑與信息化深度融合，推進建筑信息模型（BIM）、基于網絡的協同工作等信息技術應用，推進智能化生產、運輸和裝配，鼓勵企業裝配式施工，現場裝配。”上音歌劇院項目場地狹小、工期緊，同時包含大量預制 UHPC（超高性能混凝土） 板及 GRC（玻璃纖維增強水泥） 板，預制混泥土板的澆筑、養護生產周期較長，因此需盡早對材料進行下單，材料下單同時還需保證下單的準確率等各種因素，所以本工程采用數字化建造技術來助力項目管理。

1 工程概況

上音歌劇院項目坐落于上海音樂學院東北角，總建筑面積約 3 萬 m2，地上 5 層，地上部分主舞臺建筑高度為 34 m，幕墻面積總計約 1.5 萬 m2，其中超高性能混凝土 UHPC為本工程主要分項工程，面積約 0.7 萬 m2。該材料用于外幕墻在上海市為首次采用,其中新材料的材料論證和大量單塊面積達 6 m2的大板塊 UHPC 板的高空吊裝作業成為工程施工重點及難點。

2 投標階段的數字化應用

2.1 整體系統分布展示

幕墻系統分布全方位表達，清晰明了地體現建筑外立面效果，并將建筑的特色或代表性部位直觀、形象地展示，而非對著二維圖紙自行想象，使人對建筑的印象更加清晰，同時為公司項目競標加分。

2.2 面積統計

工程量計算在幕墻投標工作中占有舉足輕重的地位，傳統的工程量計算都是由造價人員手工或輔以簡單的辦公軟件來完成的，計算精度完全取決于計算人員的計算能力，當遇到復雜的項目時，通常需要兩方甚至三方人員共同計算工程量，以保證計算結果的準確性。基于 BIM 信息模型的工程量計算，是依托于模型信息化的屬性，直接由模型導出工程量，計算的精度則完全取決于建模的精度，準確度的可控性更高。上音歌劇院項目作為某公司的重點項目就在投標階段運用了 BIM 計算工程量，在計算效率和計算精度上都有了較大的提高。幕墻嵌板明細如表 1 所示。

表1 幕墻嵌板明細表

2.3 系統構造連接

本工程新材料超高性能混凝土 UHPC 為國內在幕墻上的首次使用,對于新材料幕墻系統的連接構造設計需進行論證模擬，確保幕墻系統的可行性。幕墻節點和材料規格精細地表達，為搭接、收口等復雜的位置提供清晰的解決方案，比二維圖紙和文字描述更能說明概況。

2.4 施工部署劃分

根據項目的立面效果、施工難度、施工方式等多種因素進行綜合分析，以劃分施工區域，并對各區域作詳細介紹。

第一施工區域：靠近淮海中路主入口，軸線2-J～2-N、1-13～3-3 位置。本立面分為 3 個施工段進行，即 UHPC 板幕墻和玻璃幕墻、門頭部位 3 個施工段，前期龍骨安裝采用腳手架進行，后期面板安裝采用小炮車配合活動腳手架進行。

第二施工區域：沿汾陽路排練廳，軸線 2-B～2-H 位置。本立面主要為 UHPC開槽板、玻璃幕墻，立面規整全部采用吊籃結合小炮車進行安裝。

第三施工區域：與原教學樓交接區域，主要為 UHPC 開槽板、洞口窗，考慮交接面復雜性，采用腳手架結合汽車吊進行安裝。

第四施工區域：C 單體后舞臺辦公區，主要為 UHPC 鏤空開槽板、洞口窗、玻璃幕墻，工作面內容多，采用腳手架結合汽車吊進行安裝。

第五施工區域：屋頂主舞臺區域，主要為 GRC 開槽板，工作面規整，采用腳手架結合小炮車進行安裝。

3 深化設計階段的數字化應用

3.1 鋼龍骨信息統計

前期通過顏色將模型歸類，通過顏色可以快速統計模型數量，避免人工手算產生的計算誤差，節約成本。對基于Catia 軟件 輸出的物料清單與 GH 軟件模型提取數據進行數據對比，確保數據準確。基于 GH軟件將鋼材總長度進行長度統計，在模型上標記長度數值，將其作為鋼材下單統計及成本校核依據。項目 BIM 的龍骨統計如表 2 所示。

表2 項目 BIM 龍骨統計

3.2 鋁材套材統計

將工程中所有涉及玻璃幕墻鋁型材的模型單獨提取，對每根鋁型材進行編號，統計鋁型材總長度及重量。運用 BIM輸出 2D 編號圖、鋁型材套料優化。鋁型材定尺加工，所有鋁材在幕墻加工廠實現斷料加工，現場按編號圖領料安裝，節約材料和現場管理成本。

4 施工建造階段的數字化應用

將模型檢測出來的碰撞位置，及時反饋給項目部技術人員，核對現場實際結構完成情況，在幕墻龍骨及面板安裝及訂購前，解決碰撞問題，避免按理論下單使現場結構不匹配進而造成的材料損失的情況。

5 項目難點的數字化應用

5.1 基于 BIM 快速生成無規則穿孔板加工單

本工程包含大量穿孔 UHPC 板，加工單的繪制需要將原始 100 mm 高的穿孔統一改成 107 mm 高,同時添加板面的開槽。平均單塊面板包含 100 個小穿孔，同時每塊板上每隔 100 mm 還要開槽，傳統 CAD 繪制方式的繪制單塊鼠標點擊量約達到 1 500 次。且面對大量操作準確率難以保證加工精度 100% 。

提供的原始鏤空圖案為整體圖塊，后期深化需要按面板進行分割，每塊面板需單獨提取。如何在一整面鏤空圖案中，選中想要的單塊圖案，其操作難度大。通過 BIM 可視化編程,可選擇其中一個鏤空樣式更改，再運用程序批量功能批量計算。通過 BIM 程序快速將 4 415 塊小鏤空圖案由 100 mm 高統一更改為 107 mm 高。通過 BIM 批量對三維模型進行實體布爾運算，得到最終鏤空圖案及正面開槽樣式實體模型。通過 BIM 批量完成對面板的編號及外尺寸標注，完成后編號和尺寸標注后導出 Excel 表格。將完成后的三維模型輸出 ?stl 格式模型，進行數控雕刻機 3D 打印雕刻，也可以將完成后的模型輸出 ?DWG 平面圖。

5.2 多種標高復雜屋面上解決垂直水平運輸裝置

本工程施工場地狹小且存在多種標高的屋面建筑，如果對應的屋面施工材料及大型設備無法及時進行垂直運輸，容易造成材料的堆積和不必要的損耗及浪費。同時對于存在多種標高的屋面，在屋面高差較大位置，往往需要在不同時間段組織多次垂直運輸。因此，本工程設置一種可固定架設在高低層屋面之間的垂直吊頂工具，可以方便實現材料的垂直和水平運輸且可根據實際安裝位置進行拆卸和移動，實現了吊裝工具的重復利用。

5.3 二維碼運用

本項目 UHPC 外墻板＞7 000 m2，有鏤空板、刻槽板，多種規格、多種型號，按照傳統方式將板塊加工好運到工地現場，工人要找板塊安裝肯定要花很多的時間。本項目采用某公司特有的“建筑裝飾工程構件加工及安裝施工數字化管理系統”打印二維碼來管理材料，為項目節約了工期和成本。

通過用戶列表添加材料供應商用戶名，實時跟蹤材料生產狀況。通過在材料出庫、安裝、驗收不同階段不同用戶掃碼，系統可以實時更新構件狀態。將相關各分公司（部門）及材料供應商納入平臺統一管理，通過二維碼實時跟蹤材料生產及安裝狀況

6 結 語

數字化建造技術在上音歌劇院項目上的成功運用不僅為項目的實施提供了便利還節約了成本。上音歌劇建筑外形像一艘船，造型復雜、高低錯層居多、外立面幕墻系統多，加之這是尚無國家標準的超高性能混凝土 UHPC 板在上海市較早次使用，施工難度較大。而且大量的鏤空 UHPC 板是掛在玻璃幕墻外面，鏤空 UHPC 板鏤空率每塊板子還不一樣，最終形成幕布的效果。傳統的項目管理方法肯定成本比較高，本項目全程采用數字化建造技術有效地節約了工期和成本，并取得了顯著的效果。