BIM技術(shù)在異形場館幕墻工程中的應(yīng)用

王偉林 周作義 程希奇 李蓓 陳炳任

摘 要：以樂山奧體中心體育場幕墻工程為例，研究分析當(dāng)前異形幕墻BIM技術(shù)應(yīng)用重點及難點，討論BIM技術(shù)在幕墻工程從設(shè)計到施工實施階段全過程的應(yīng)用，并展現(xiàn)BIM技術(shù)在場館類幕墻設(shè)計的優(yōu)勢。

關(guān)鍵詞：BIM；體育場；參數(shù)化；幕墻；裝配式

中圖分類號：TU17 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：2096-6903（2023）01-0024-03

0 引言

目前，國內(nèi)很多項目都在推行BIM技術(shù)，BIM能夠有效減少幕墻設(shè)計變更、碰撞、施工返工等問題，切實提高施工效率，保證施工質(zhì)量。

本文從樂山奧體中心體育場幕墻深化設(shè)計、節(jié)點優(yōu)化、BIM下料與施工指導(dǎo)等方面闡述場館類幕墻設(shè)計建造中應(yīng)用，將BIM參數(shù)化輔助幕墻工程裝配施工，進行結(jié)構(gòu)復(fù)測和指導(dǎo)裝配式吊裝精確，對今后場館類大型項目的幕墻工程具有參考價值。

1 項目簡介

1.1 項目概況

樂山市奧林匹克中心項目位于市中區(qū)蘇稽新區(qū)，占地面積約339畝。樂山市奧林匹克中心（圖1）作為2022年四川省第十四屆運動會主場館，主要建設(shè)內(nèi)容為“一場三館”及配套用房，地下車庫等。其中“一場三館”包括主體育場（3萬座），建筑面積約4.6萬m2；體育館（6 000座），建筑面積約2.7萬m2；游泳館（300座），建筑面積約2.2萬m2；綜合訓(xùn)練館建筑面積約2.9萬m2，地下車庫約5.5萬m2，共設(shè)1 580個停車位。滿足承辦全國性大型體育賽事需求。

1.2 幕墻系統(tǒng)概況

體育場分為低區(qū)D1、低區(qū)D2、高區(qū)G1、高區(qū)G2、非標區(qū)（圖2）。幕墻系統(tǒng)類型有鋁單板屋面+TPO防水+吊頂穿孔鋁板系統(tǒng)、不銹鋼拉索蜂窩鋁板系統(tǒng)、首層中空玻璃系統(tǒng)、風(fēng)雨球場鋁單板屋面+TPO防水+鋁合金格柵吊頂系統(tǒng)（圖3）。

2 項目重難點分析

第一，前期設(shè)計資料少，項目工期緊，體量大、任務(wù)重、給設(shè)計和項目部帶來困難。

第二，從效果圖中可以看出，體育場似馬鞍狀線形曲線過渡的造型，非常有特點（沒有標準板塊），這種波浪變化的造型對于施工準確度帶來了極大考驗。

第三，體育場屋面采用雙層龍骨設(shè)計，運用模塊化分單元。整體吊裝的方式施工，需要BIM技術(shù)提供三維定位點安裝，這是決定工程質(zhì)量的關(guān)鍵[1]。

第四，鋼結(jié)構(gòu)的沉降因素，板塊偏差大。

3 鋼結(jié)構(gòu)偏差復(fù)測

2020年11月20日利用3D掃描技術(shù)，生成點云后與原鋼構(gòu)對比做分析報告。數(shù)據(jù)分析主要按三維偏差判斷，內(nèi)環(huán)偏差稍小，但仍有個別點位偏差達100～200 mm；外環(huán)偏差較大，100～200 mm偏差值點位較多，內(nèi)環(huán)膜結(jié)構(gòu)即將張拉，與其理論變形共同作用，其變形趨勢具有不確定性。

4 BIM技術(shù)參數(shù)化應(yīng)用

BIM技術(shù)應(yīng)用流程為：前期收集資料→通過幕墻圖紙搭建模型→BIM負責(zé)人模型檢查審核→輔助設(shè)計對圖紙查缺補漏→通過測量員現(xiàn)場反尺BIM人員更新模型→給模型劃分區(qū)域→模型下料加工→模型提取安裝定位點→現(xiàn)場復(fù)核至安裝完成→竣工模型整理[2]。

4.1 模型創(chuàng)建

為保證施工質(zhì)量和設(shè)計圖紙問題，通過參數(shù)化程序創(chuàng)建體育場模型。模型包括上下層主次龍骨、鋁單板、穿孔鋁板、各種鋼檁條連接件（見圖4）。

4.2 裝配式施工指導(dǎo)

體育場整個屋面龍骨采取雙層龍骨，以減少高空焊接作業(yè)。整個體育場龍骨采用整體吊裝的工藝作業(yè)。現(xiàn)場組裝人員先通過板塊編號找到相應(yīng)的板塊龍骨進行拼裝（見圖5），然后從BIM模型中提取35個參數(shù)來控制板塊的形體，接著采用大型起重機將板塊吊入與模型相應(yīng)位置（見圖6）。模型用顏色區(qū)分每塊吊裝板塊（見圖7）。

對整體吊裝散裝板塊的每個鋼件進行編號，與設(shè)計師和現(xiàn)場班組對接，統(tǒng)一編號規(guī)則。BIM人員可通過參數(shù)化程序編寫板塊號，如G1BK02-CLT-09，表示高區(qū)G1區(qū)02板塊的C型檁條09編號（見圖8）。

體育場共有900個板塊，牛腿有1 200個，建筑效果通過牛腿進行找形，每個牛腿的長度都不一樣，對牛腿提取5個參數(shù)值。其中最難的就是找到每個牛腿與鋼結(jié)構(gòu)相慣處的最高點和最低點（見圖9）。BIM人員通過參數(shù)化程序?qū)С雒總€位置的點位數(shù)據(jù)，提交給現(xiàn)場工作人員進行打點定位。

4.3 提取吊裝板塊定位點

對每一個龍骨板塊模型，提取板塊的安裝定位點的坐標，保證框架與理論模型精度，以提高準確度。制作單元胎架，統(tǒng)一鋼架精度，采用標準化工廠焊接組裝，減少焊接質(zhì)量問題。工序工藝控制管理精細，減少質(zhì)量隱患，使成品及半成品保護效果明顯。質(zhì)量巡檢高效、集中，過程檢查及時，質(zhì)量源頭控制，減少質(zhì)量整改；BIM人員通過參數(shù)化程序提取單元吊裝板塊提取4個交點（見圖10）、對角線長度、每個鋼方通的長度以及限位尺寸等數(shù)據(jù)，保證現(xiàn)場組裝準確無誤。

4.4 金屬屋面鋁板優(yōu)化及下料

第一，確證屋面的順滑度。原始表面都是雙曲面，調(diào)整為平板后整體過度比較緩和，拼接的順滑度與原始表面基本無誤差。

第二，鋁板編號規(guī)則與設(shè)計對接統(tǒng)一，對每塊鋁板進行編號，參考深化設(shè)計給出鋁板加工圖，對不同類型的鋁板分別提取相應(yīng)數(shù)據(jù)。

5 經(jīng)驗總結(jié)

第一，異形建筑造型復(fù)雜，空中定位難，安裝及調(diào)整時間長，采用地面裝配，分段吊裝，減少安裝控制點尺寸，保證精度。

第二，對裝配式施工進行節(jié)點整合，統(tǒng)一對各種類型幕墻節(jié)點進行裝配式施工深化，形成標準圖集，在項目推廣應(yīng)用，積累技術(shù)經(jīng)驗。準確定位，形成整套模式[3]。

第三，增加測量人員提前對結(jié)構(gòu)進行復(fù)核，依據(jù)實際結(jié)構(gòu)進行模型調(diào)整及建模，減少重復(fù)工作量，滿足現(xiàn)場一次成活，減少收邊收口。

第四，單元采用胎架制作，統(tǒng)一鋼架精度，生產(chǎn)標準化，質(zhì)量巡檢高效、集中，及時檢查，從源頭控制質(zhì)量，減少質(zhì)量整改，采用工廠化焊接組裝，減少焊接質(zhì)量問題。

第五，運用BIM技術(shù)對本項目的吊裝板塊編號時需注意以下3點：①統(tǒng)一規(guī)則，避免后續(xù)修改易錯。②先編輯板塊編號，不可重復(fù)。③板塊里的龍骨編號需要嵌套，注意順序。

第六，非標板塊部位需要特殊處理，通過現(xiàn)場復(fù)測，通過返點調(diào)整模型。

6 結(jié)語

樂山奧體中心項目是地標性建筑，為大型空間異形幕墻項目，不管是建模優(yōu)化，還是數(shù)據(jù)提取，BIM技術(shù)都發(fā)揮了重要作用。采用裝配式施工，不僅減少了現(xiàn)場工人高空作業(yè)的工作量，還提高了施工進度。同時為保證施工精度，利用BIM參數(shù)化編程提取安裝定位點來保證施工工期。

參考文獻

[1] 程希奇，李蓓，陳炳任，等.BIM技術(shù)在襄陽東站幕墻項目中的應(yīng)用[J].土木建筑工程信息技術(shù)，2020，12（6）：12-19.

[2] 李海祥，王燦燦，劉倩，等.BIM技術(shù)在河南省科技館新館建設(shè)項目中的應(yīng)用[J].土木建筑工程信息技術(shù)，2022，14（2）：77-83.

[3] 程希奇，李蓓，邱繼衠，等.復(fù)雜建筑幕墻BIM正向設(shè)計研究[J].土木建筑工程信息技術(shù)，2020，12（4）：23-33.