室內(nèi)曲面造型墻頂面的BIM技術應用研究

汪 靜，袁少華

（中建二局裝飾工程有限公司，北京 100000）

地鐵站、航站樓、博物館、音樂廳、演藝廳等公共建筑，考慮其使用性能，在建筑設計階段除了奇特的建筑結(jié)構(gòu)造型之外，也會在室內(nèi)裝飾造型上凸顯藝術性。因此，這類建筑對于室內(nèi)裝飾施工技術有著極高的要求。BIM 施工技術能夠?qū)⒍S圖紙轉(zhuǎn)化為三維模型，更加全面、準確的表達施工意圖，從施工管理、材料采購、實際施工和成本管控方面，都具有傳統(tǒng)施工技術不可比擬的優(yōu)勢。

1 工程概況

1.1 項目簡介

金沙演藝綜合體工程項目位于成都市三環(huán)路西四段東側(cè)，摸底河北側(cè)。項目主要分為劇場和文化中心兩部分，地上五層，地下三層，總用地面積約1.87 萬m2，建筑面積約6.7 萬m2（不含架空層），其中地上約為3.36 萬m2，地下約3.34萬m2。

本項目建筑輪廓形似“8”字形莫比烏斯環(huán)，外表連續(xù)流暢的曲面將墻面和屋面連為整體，極具流線美感。

1.2 重難點分析

1.2.1 造型難度大

由于外表獨特的造型，導致室內(nèi)裝修存在較多弧形、異形墻頂?shù)仫椕妫貏e是可容納1 200個座位的甲級劇院觀眾廳和休息大廳，存在較多GRG 造型的墻頂，施工難度大。

1.2.2 加工難度大

項目觀眾大廳和休息大廳墻面GRG 造型面積大，分別為1 580m2和1 847m2，墻頂面均具有起伏弧度，按照實際加工拆分出的小尺寸拼接面板存在單曲面和雙曲面兩種類型，曲面弧度不具有批量加工生產(chǎn)性。由于GRG 板均為開模翻制類石膏產(chǎn)品，無法共模導致模具加工種類多，開模費用高，生產(chǎn)周期相應變長，同時因為各種規(guī)格翻制的積累誤差，導致加工難度極大。

1.2.3 質(zhì)量要求高

休息大廳約有1 500m2的線刻木紋轉(zhuǎn)印鋁板，整體為曲面、多色彩的藝術鋁板，設計賦予金沙獨具代表性圖案。而傳統(tǒng)打印技術圖形仿真度低，弧形板面也無法滿足打印需求。因此，共板面多色跳躍轉(zhuǎn)印技術為本工程一大技術難題。

休息大廳弧形曲面墻面為單塊鋁板均為邊長1.6m 的正菱形弧形板面組成，通過在表面雕刻2mm×2mm 的細槽將一塊板面劃分為128 個邊長20cm 的小三角形，再對這128 個小三角形進行跳躍式三色木紋轉(zhuǎn)印，通過轉(zhuǎn)印色彩的變化來形成墻面豐富的視覺感官，再借助鋁板穿孔技術完美融入金沙具有代表性的青銅面具。

此外，鋁板整體為密縫拼接，龍骨的深化定位、斜切弧形板縫的拼縫處理、拼接口處理以及穿孔圖案的排版等，無一不對整體成型后的品質(zhì)效果提出更高的要求。

2 深化設計與BIM應用

2.1 建立三維模型

本工程在主體結(jié)構(gòu)移交后，第一時間組織人員開展測量放線工作，利用徠卡RTC360 型三維激光掃描儀對建筑內(nèi)部進行三維掃描，重點針對室內(nèi)休息大廳、觀眾廳等大空間，且墻面裝飾造型復雜部位作反復精準測量。測量人員將掃描完成的建筑數(shù)據(jù)信息，導入軟件Cyclone、3DR 中進行點云處理，得到現(xiàn)場實際模型。通過逆向建模，將實際模型與點云模型進行碰撞，提前發(fā)現(xiàn)主體偏差情況，得到符合實際的理論模型，保證建立模型的準確性，構(gòu)件的精準定位及后續(xù)構(gòu)件拼接精度。

2.2 三維模型輔助深化設計

2.2.1 單曲面優(yōu)化

休息大廳線刻鋁板墻面全長約70m，結(jié)構(gòu)標高23.2m，線刻鋁板面積約1 500m2，由多個菱形板拼接，構(gòu)成一定弧度墻面。通過BIM 編程在模型中模擬比對，對菱形三角板造型進行優(yōu)化，在不改變原設計要求前提下優(yōu)化同規(guī)格單曲面率達到70%。將墻面鋁板弧度優(yōu)化為同規(guī)格的單曲面后，大大降低了加工安裝難度，提高了施工效率，墻面最終呈現(xiàn)效果滿足預期。

2.2.2 雙曲面擬合

利用BIM 技術對休息大廳墻頂面GRG 造型進行尺寸和弧度上的優(yōu)化。原設計施工圖顯示墻頂面造型由800 塊雙曲度GRG 板構(gòu)成。施工高度達17.8m，全長約70m，GRG 施工面積約1 500m2。高大的空間對每塊GRG 板的安裝拼接有巨大難度，無法保證拼接的精確度，甚至影響整體面層的平整光滑度和流暢弧度。此外，雙曲度的GRG 板加工復雜，精度低，對整體拼接平整度影響較大。技術人員通過BIM 編程，構(gòu)建墻頂面整體造型，重新對模型進行拆分，首先解決雙曲面面板加工難度問題，將其盡量優(yōu)化為單曲面，其次再對單曲面面板進行尺寸規(guī)整，如圖1 所示，讓板塊可批量下單，批量生產(chǎn)，加工難度、安裝難度及成本等因素均有顯著改觀。

圖1 雙曲面擬合

2.2.3 裝飾面層參數(shù)化設計

休息大廳中扶手采用GRG 材料制作。安裝時，沿螺旋式樓梯延伸至二樓平臺邊緣，充當二樓臨邊防護墻，俯視為具有弧度的流暢線條，側(cè)面面板無縫連接，高度約1.2m，全長約300m。樓梯轉(zhuǎn)角不同于傳統(tǒng)不銹鋼欄桿和玻璃欄桿轉(zhuǎn)角的斷開形式，其呈弧形面連接平滑過渡，對面板拼接施工操作和預制加工有一定要求。下單下料時，借助建立的BIM 模型，對扶手的每個桿件單獨編號，并賦予單獨參數(shù)信息，導出數(shù)據(jù)，輔助下單工作，提高工程效率。

此外，龍骨構(gòu)件存在大量非標準件，且加工角度不一。施工時，利用BIM 參數(shù)化技術對龍骨構(gòu)件進行分組，并編寫相應程序，實現(xiàn)預加工圖及加工清單的批量輸出。

本工程通過提取BIM 模型數(shù)據(jù)的方式，輸出下料單、加工圖。加工廠根據(jù)數(shù)據(jù)表格直接加工構(gòu)件，從而實現(xiàn)工廠的數(shù)字化加工。項目搭建BIM-QR 系統(tǒng)，輸入材料尺寸及數(shù)量信息至共享平臺，并將構(gòu)件制作信息和材料信息相互關聯(lián)，通過材料進出場信息，自動更新統(tǒng)計材料剩余數(shù)量及構(gòu)件加工制作進度。

2.2.4 智能化圖案繪制

金沙演藝綜合體項目墻面設計青銅面具圖形，宣傳金沙出土文物。針對青銅面具圖形施工，為保證最終呈現(xiàn)效果，在軟件中對其進行合理分析。通過在BIM 軟件中模擬各類方案施工，綜合考慮圖形呈現(xiàn)效果、施工操作、構(gòu)件加工和經(jīng)濟成本等因素，選擇操作方便，施工高效，經(jīng)濟合理的方式施工。對比后，最終選定調(diào)整穿孔大小的方式將圖案繪制在鋁板上。采用直徑4～18mm不等的圓孔，利用小直徑圓孔，增加同一面板上小孔數(shù)量，營造圖案陰影暗部效果；對于其他區(qū)域，采用大直徑小孔，減少孔洞數(shù)量，賦予留白，更高效地還原了設計效果。

2.2.5 綜合管線碰撞分析

通過BIM 技術對項目整體建立機電各專業(yè)模型，并針對觀眾廳、舞臺網(wǎng)架及排練廳等對凈空要求較高的部位進行專項深化分析。對各專業(yè)進行管線綜合排布、碰撞檢查和凈高分析，從而調(diào)整各專業(yè)管線相對位置及標高，確保布設美觀、符合凈高要求。

建立的各機房模型，可對設備基礎、安裝、管道及支吊架位置進行優(yōu)化，檢查碰撞，并細化減振節(jié)點，實現(xiàn)減振降噪的效果，保障聲學效果。管線模型如圖2。

圖2 管線碰撞分析模型

3 施工管理中的BIM應用

3.1 三維出圖

面對復雜的裝飾施工圖，各面層銜接部位及安裝細節(jié)、關鍵節(jié)點通過常規(guī)圖紙進行表達，存在模糊和表達不清楚問題。通過BIM 技術創(chuàng)建本項目三維模型后，從碰撞分析后的實際模型中提取BIM 三維圖紙，可有效確保裝飾施工圖紙精確度，圖紙表現(xiàn)更立體。

利用三視圖原理投影生成結(jié)構(gòu)深化設計圖，標記同節(jié)點、同構(gòu)件多視角圖和加工詳圖，制作標準化加工圖紙，用于指導加工工廠的構(gòu)件制作和現(xiàn)場安裝。

3.2 三維可視化交底

本工程有效利用BIM 三維可視化技術，建立各專業(yè)標準系統(tǒng)節(jié)點模型、復雜系統(tǒng)節(jié)點模型，通過模型進行可視化技術交底，保證施工人員能夠全面理解施工圖紙。同時，制作各關鍵工序三維樣板模型，將施工工序逐步分解，保證每一施工工序質(zhì)量符合現(xiàn)階段國家標準及行業(yè)標準，減少后續(xù)施工問題導致的返工。

對施工人員在每日施工前進行關鍵工序重點交底工作，以三維模型視頻操作點明施工細節(jié)問題，把控工程施工質(zhì)量，充分發(fā)揮BIM 技術在施工中的輔助功能作用。

3.3 監(jiān)測平臺搭建

項目結(jié)合BIM 技術建立施工數(shù)字孿生模型，結(jié)合激光傳感器及力學傳感器的實時回傳數(shù)據(jù)，搭建網(wǎng)殼提升動態(tài)監(jiān)控平臺，分析提升全過程信息，并在平臺上進行可視化展示。

通過分析虛擬模型所存儲以及物理提升過程實時采集的多源異構(gòu)數(shù)據(jù)，實現(xiàn)對提升安全風險的實時預測。分析提升過程風險演化規(guī)律，并與智能安全管理平臺中顯示的提升多源異構(gòu)數(shù)據(jù)相結(jié)合，獲取現(xiàn)場實際施工面臨風險預測結(jié)果。根據(jù)風險預測結(jié)果，發(fā)出指令及時調(diào)整施工狀態(tài)或做出可用于調(diào)整施工狀態(tài)的輔助決策，實現(xiàn)虛實交互反饋、數(shù)據(jù)融合分析、決策迭代優(yōu)化，實現(xiàn)對整個提升過程安全生產(chǎn)的監(jiān)督管理，確保施工安全性、高效性。

4 BIM技術應用效果

1）本工程通過BIM 技術實現(xiàn)項目精細化管控，極大程度減少對建筑施工材料的浪費，并采用高強度鋼材等綠色環(huán)保材料代替?zhèn)鹘y(tǒng)碳基建筑材料和現(xiàn)場預制化拼裝等方式，減少建筑材料生產(chǎn)及施工過程中的碳排放。

2）本工程室內(nèi)墻面裝飾多為GRG 材料板材，墻面造型具有起伏弧度，采用BIM 技術對復雜造型墻面進行建模，模擬其裝飾面板安裝弧度及完成效果，優(yōu)化面板尺寸，并輔助材料下單下料工作，有效減少材料加工損耗，提高施工效率，保障目標工期。

3）本工程施工內(nèi)容復雜，造型多，通過BIM技術三維出圖和可視化交底技術能夠保證交底情況的準確性和施工工人理解。

4）代表金沙形象的青銅面具圖案在本工程墻面上的呈現(xiàn)是重點關注的內(nèi)容，本工程通過合理安排蜂窩鋁板面材表面孔洞，實現(xiàn)視覺效果上的觀感體驗。通過在BIM 技術模型中對孔洞的大小及位置排布的模擬，反復優(yōu)化方案，最終呈現(xiàn)滿意效果。

5 結(jié)語

在金沙演藝綜合體項目施工建造中，引入BIM 技術，實現(xiàn)模擬施工關鍵工序節(jié)點，深化面飾排版優(yōu)化及成本管控材料損耗。同時，有效保障整體施工質(zhì)量，提高施工建設效率，為圓滿完成業(yè)主要求，打下堅實基礎。

BIM 技術在金沙演藝綜合體項目的實施應用，為其在室內(nèi)異形墻面裝飾裝修領域的深入探索和應用前景，提供了寶貴的施工經(jīng)驗。