梅溪湖城市島總用地面積約為2萬平方米，呈長方形，為地面平整的人工島嶼，由1座雙螺旋體景觀構(gòu)筑物、1座服務中心及屋頂觀景平臺、1座人行天橋、1座入島橋和室外廣場組成，涵括高檔住宅、超五星級酒店、5A級寫字樓、酒店式公寓、文化藝術(shù)中心、科技創(chuàng)新中心等眾多頂級業(yè)態(tài)，城市島定位為公共開敞空間。
▲圖2 梅溪湖城市島項目概念圖
梅溪湖城市島實現(xiàn)整個環(huán)道的順利對接合龍，島上的標志性構(gòu)筑物雙螺旋觀景平臺，高約34米、直徑約80米，兩條相互環(huán)繞螺旋上升的步道采用三角支撐架結(jié)構(gòu)的構(gòu)筑物曲線通道，象征著城市的發(fā)展與自然環(huán)境相融合，成為生態(tài)之城和繁榮之城。
雙螺旋觀景平臺主要是由空間雙曲彎扭構(gòu)件組成，兩條螺旋形的曲線通道采用三角支撐架結(jié)構(gòu)的構(gòu)筑物曲線通道，連接著一列密集的柱廊。項目包含由6米寬坡道構(gòu)成的人行通道，螺旋通往約30米的高處，站在螺旋的頂端，人們能欣賞到梅溪湖以及周邊共約40公頃的規(guī)劃新區(qū)全景風貌。與螺旋形景觀構(gòu)筑物相連處，往西延伸有約800米長的人行天橋，橋墩為變截面混凝土斜柱結(jié)構(gòu)，橋跨結(jié)構(gòu)為倒三角形立體桁架和倒三角形立體桁架加單榀索拱結(jié)構(gòu)。服務中心及屋頂觀景平臺為鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，入島橋為長約22米的多跨梁板結(jié)構(gòu)。
▲圖3 人行天橋
▲圖4 入島橋
▲圖5 服務中心
項目難點
梅溪湖城市島項目鋼結(jié)構(gòu)在設計上形式獨特，結(jié)構(gòu)新穎，且對拼裝精度控制、安裝精度控制以及安裝過程監(jiān)測精度要求高，特別是結(jié)構(gòu)的地面拼裝、安裝精度。如何將空間三維結(jié)構(gòu)安裝到設計的空間位置，控制過程極為復雜，是該項目的測量重難點之一。
此外，鋼結(jié)構(gòu)測量控制網(wǎng)是整個測量工作得以開展的基礎。該項目施工范圍廣，施工測量控制區(qū)域大、面廣，施工過程中整體平面布局變化較大。施工控制網(wǎng)布設的合理性、測量控制點的建立與維護，直接影響整個測量施工的成果。而且該項目主體為純鋼結(jié)構(gòu)建筑，總用鋼量約7000 噸，為目前世界上最大的雙螺旋鋼結(jié)構(gòu)建筑。
其復雜奇異的造型主要是由330 塊大小、形狀完全不同的環(huán)道單元 和32根斜柱構(gòu)成，這給項目施工帶來很大難度，對施工精度控制非常高，要求施工過程中反復調(diào)驗、監(jiān)測。同時，該項目結(jié)構(gòu)復雜，構(gòu)件數(shù)目多且比較大，如何消除構(gòu)件在吊裝過程中因自重產(chǎn)生的變形、因溫差造成的縮脹變形、因焊接產(chǎn)生收縮變形等造成的誤差累積，也是鋼結(jié)構(gòu)施工測量需重點考慮的問題。
▲圖6 梅溪湖城市島項目圖
解決方案
▲圖7 梅溪湖BIM 整合模型
一、BIM與全站儀校核的集成
基于BIM的異型鋼結(jié)構(gòu)放樣主要分為三個步驟，即在模型中導出點位數(shù)據(jù)、將數(shù)據(jù)導入至儀器和現(xiàn)場測量校核。其中在模型中導出點位數(shù)據(jù)與BIM 技術(shù)的關(guān)聯(lián)較為密切，湖南建工嘗試利用Autodesk PointLayout 在BIM 模型中布置控制點及需校核的點位，輸出為.txt 的格式，直接導入儀器中，經(jīng)過評估發(fā)現(xiàn)該方法既可以保障校核點位的準確性，又可以減少人工輸入數(shù)據(jù)的偶然誤差，保證校核數(shù)據(jù)的嚴謹性和科學性。該項目鋼結(jié)構(gòu)屬于大截面空間彎扭結(jié)構(gòu)，結(jié)合項目異型鋼結(jié)構(gòu)的安裝流程，對其復核的重點為：
▲圖8 梅溪湖城市島項目復核重點
二、BIM+測繪施工
為提高工作效率，保障工程進度，湖南建工BIM中心在該項目采用基于BIM模型TOPCON LN-100自動放樣機器人，對海量點位數(shù)據(jù)進行放樣及校核?；贐IM的空間放樣定位目前在國內(nèi)應用較少，且軟件操作流程不夠完善。湖南建工BIM中心首次完成了基于BIM TOPCON LN-100放樣軟件流程的探索，基于BIM的異型鋼結(jié)構(gòu)放樣主要分為三個步驟，即布設控制網(wǎng)、設置放樣點位和現(xiàn)場測量放樣。
湖南建工BIM中心嘗試并完成了基于AutodeskBIM 360 和TOPCON LN-100放樣流程探索， 在Revit 模型中設置的放樣點信息，通過BIM 360 上傳至云端，并同步到Glue及Layout中，在施工現(xiàn)場只需登錄IPAD中的Autodesk BIM 360 Layout下載模型及放樣點信息，連接測繪儀器TOPCONLN-100便可進行現(xiàn)場測繪。
▲圖9 Autodesk BIM 360 Glue 界面1
▲圖10 Autodesk BIM 360 Glue 界面2
▲圖11 Autodesk BIM 360 Glue 界面3
三、現(xiàn)場拼裝及焊接
環(huán)道單元拼裝之前，根據(jù)深化設計圖所給的各點坐標，對構(gòu)件進行放樣取點。在拼裝過程中對需拼裝構(gòu)件坐標點一一吻合，以完成拼裝。由于運輸或自身重量而產(chǎn)生變形的構(gòu)件，對于發(fā)生偏移的部位可利用千斤頂進行校正。
▲圖12 環(huán)道單元三維視圖-1
▲圖13 環(huán)道單元三維視圖-2
鋼結(jié)構(gòu)斜立柱吊裝前提前放樣，根據(jù)構(gòu)件中心設置吊耳，安裝前搭設好操作平臺。吊裝就位后，及時將鋼柱對接處焊接臨時連接板進行固定，兩端同時拉設纜風繩，保證鋼柱穩(wěn)定性，同時可利用調(diào)節(jié)倒鏈微調(diào)斜立柱安裝段的安裝精度，鋼柱內(nèi)部加勁通過在斜立柱上開設焊接手孔進行焊接。環(huán)道在地面拼裝完成后，掛設好操作平臺，隨環(huán)道一起吊裝就位。環(huán)道焊接使用陶瓷襯墊，環(huán)道上表面外包鋼板開設人孔，方便施工人員進入環(huán)道內(nèi)部進行焊接。
▲圖14 螺旋體
位置建立計算機實體模型，建立拼裝胎架三維模型，定好拼裝單元節(jié)點坐標后，湖南建工嘗試使用Autodesk BIM 360 Layout設置其余各胎架支撐部位空間點位，并導出各空間點位的三維坐標數(shù)據(jù)，根據(jù)模型1:1放樣設置仿形拼裝胎架，采用平臥拼裝方法。
結(jié)構(gòu)面的拼裝主要檢查各構(gòu)件的相對位置、桿件角度、接口尺寸和接縫、空間坐標、測量控制點設置等關(guān)鍵控制指標是否符合設計，為安裝提供準確的定位信息，確保安裝精度。通過對構(gòu)件的拼裝，及時掌握構(gòu)件的制作裝配精度，保證現(xiàn)場安裝精度，對某些超標項目進行調(diào)整，并分析產(chǎn)生原因，在以后的加工過程中及時加以控制。確定拼裝準確無誤后，對每個拼裝接頭處做好安裝標記。
▲圖15 三角鋼桁架地面拼裝
在梅溪湖城市島項目施工現(xiàn)場，湖南建工嘗試使用Autodesk 軟件與Topcon硬件的結(jié)合，并總結(jié)了一套軟硬件無縫對接的操作流程，首先在Autodesk Revit 模型中設置現(xiàn)場需放樣的坐標點（平面定位、高程數(shù)據(jù)）及現(xiàn)場坐標控制點，將建立好的Autodesk Revit 模型導入AutodeskBIM 360 Glue 中，現(xiàn)場使用人員將安裝有Autodesk BIM 360 Layout 應用程序的iPad平板電腦利用WiFi與Topcon LN-100 連接上，打開Autodesk BIM 360 Layout 程序，選定、瀏覽設計好的Autodesk Revit 模型，選定控制點完成測站設置，從列表里篩選、選擇要放樣的點位。經(jīng)過評估發(fā)現(xiàn)，Autodesk BIM 360 Layout 軟件能夠智能實時顯示LN-100儀器的仿真模型及其處于整個BIM 3D模型空間中的實際位置，非常方便和直觀。最后，現(xiàn)場人員根據(jù)Autodesk BIM 360Layout 軟件中實時顯示并提示所處BIM 3D模型的位置及偏移量數(shù)據(jù)，伴隨著聲音和振動等提示精確定位控制點和放樣點。
湖南建工嘗試使用Autodesk BIM 360 Layout 軟件搭配TOPCON LN-100三維放樣機器人，簡化施工現(xiàn)場精確定位BIM坐標的過程、將BIM模型的設計意圖與真實世界鏈接、實現(xiàn)了工程數(shù)據(jù)從設計到施工的無縫對接。
▲圖16 iPad界面圖
項目亮點
一、螺旋體及人行天橋結(jié)構(gòu)測量原則
1、嚴格遵守湖南建工BIM中心專業(yè)課題申領制度中基于BIM 的施工測繪精密化應用的相關(guān)要求。
2、基于Autodesk Revit 模型嚴格執(zhí)行測量規(guī)范，遵守先整體后局部的工作流程，先確定平面控制網(wǎng)，后以控制網(wǎng)為依據(jù)，進行各局部軸線的定位放線。
3、嚴格審核Autodesk Revit 模型的準確性，堅持測量放線與Autodesk Revit 模型同步校核的工作方法。
二、精確測量+全面復核
合理布置測量控制網(wǎng)，保證各控制點間同時閉合良好；根據(jù)首級控制網(wǎng)布設二級控制網(wǎng)，復測后布設三級平面控制網(wǎng)；分不同施工階段調(diào)整控制網(wǎng)，保證各施工階段測量控制網(wǎng)精確、有效；施工過程中做好控制點的標識與保護，定期地對控制點進行復測。
將自動照準全站儀架設到視野開闊、平整且能夠便于大面積觀測的平面上（三級控制點）。螺旋體內(nèi)環(huán)道吊裝就位經(jīng)過采取臨時措施進行固定后，逐一復核各復核點，本工程采用自動照準全站儀的免棱鏡功能及配合常規(guī)棱鏡兩種方法進行復核。
在普通測量基礎上， 湖南建工B IM 中心以Autodesk Revit 模型為基礎，投入TOPCON LN-100三維放樣機器人對施工過程中各重要過程進行監(jiān)控與復測，著重控制拼裝過程中節(jié)點相對位置精度，保證桁架的地面拼裝精度；同時，計算桁架預拱值，在桁架拼裝上提前考慮變形情況，在高空安裝時實現(xiàn)整體精度控制。選擇合理的施工吊裝順序；根據(jù)擬定的施工方案、分段及施工順序做好計算機施工仿真分析，按照分析結(jié)果對桁架桿件做預起拱；做好安裝后（焊前）結(jié)構(gòu)測量，根據(jù)測量數(shù)據(jù)編制合理焊接作業(yè)指導書，通過調(diào)整焊接順序控制焊接收縮變形引起的誤差；選擇合理的結(jié)構(gòu)合攏點及合攏時間。
▲圖17 測繪現(xiàn)場照片
▲圖18 施工現(xiàn)場照片
BIM工作站
湖南建工就梅溪湖城市島項目啟動BIM工作站，提早明確了BIM硬件和軟件配套要求，為各階段工作開展提供良好的條件。梅溪湖城市島項目BIM工作站人員在集團指導下，加強學習，刻苦鉆研，提升自身專業(yè)技術(shù)水平，同時結(jié)合梅溪湖城市島項目異型鋼構(gòu)特色，在基于BIM的施工測繪精密化應用方面取得顯著成效。
梅溪湖城市島項目BIM工作站為公司第一個BIM工作站，得到了湖南建工BIM中心的大力支持，對該院打造技術(shù)過硬的BIM團隊，推動BIM系統(tǒng)建設具有重大意義，有效提升該院技術(shù)創(chuàng)新水平和核心競爭力。
項目心得
一、BIM與自動測量機器人集成應用的核心價值
目前， BIM與自動測量機器人集成應用包括基礎工作、土建復核、施工測量、放樣驗收4個階段。并具有如下三點核心價值：
1.將現(xiàn)場測繪得到的實際建造結(jié)構(gòu)信息與模型匯總的數(shù)據(jù)對比，核對現(xiàn)場與模型之間的偏差，為機電、精裝、幕墻等專業(yè)的深化設計提供依據(jù)。
2.結(jié)合施工現(xiàn)場軸線網(wǎng)、控制點及標高控制線，將設計成果高效快速的標定到施工現(xiàn)場，實現(xiàn)精確的施工放樣，為施工員提供更加準確、直觀的施工指導，提高測量放樣效率。
3.在施工完成后，對現(xiàn)場實物進行實測實量，通過將實測數(shù)據(jù)與設計數(shù)據(jù)進行對比來檢測施工質(zhì)量是否符合要求，保證工程施工質(zhì)量。
二、BIM與自動測量機器人集成應用研究攻關(guān)方向
BIM與自動測量機器人集成應用的研究攻關(guān)方向?qū)@以上三點核心價值開展工作，從基礎的Autodesk Revit 建模開始，至施工現(xiàn)場進行自動放樣實際操作，再升華至現(xiàn)場測繪得到的實際建造結(jié)構(gòu)信息與模型匯總的數(shù)據(jù)對比，系統(tǒng)的研究軟硬件的兼容性、放樣精度分析（實測實量）、多專業(yè)數(shù)據(jù)共享、提高測量放樣效率等方面。配備國內(nèi)先進的TOPCON LN100 測量機器人，與BIM模型結(jié)合，對鋼結(jié)構(gòu)空間精密放樣定位、異形結(jié)構(gòu)校核等測繪領域進行攻關(guān)，確保施工精度，提高測量工作效率，嘗試完善測繪體系。
項目總結(jié)
該項目造型特異、鋼結(jié)構(gòu)復雜、施工精度要求高、工期短，傳統(tǒng)的測量放樣方法面臨許多難以解決的問題。為了解決上述測量放樣問題，湖南建工BIM中心決定嘗試在本工程使用TOPCONLN-100三維放樣機器人以保障項目生產(chǎn)，并著重對基于BIM 的異型鋼構(gòu)精密化測繪進行攻關(guān)。此次嘗試不僅提高了異型鋼結(jié)構(gòu)整體施工效率，同時加強了深化設計與現(xiàn)場施工的連接，能夠在鋼結(jié)構(gòu)施工前提前發(fā)現(xiàn)設計錯誤，避免返工。而且基于BIM的智能型全站儀測量放樣，相對于傳統(tǒng)放樣方法人員投入3-4人也要少一倍，只需1-2人即可，放樣速度在200-250 點位/工作日，節(jié)省測量人員1-2人，總體人工50%左右，節(jié)省工期20%以上。
該項目嘗試結(jié)合BIM技術(shù)，測量放樣及自動測量儀器在本工程測量、放樣、校準方面的應用主要目標有以下三個方面：
1.確保施工質(zhì)量
預計將所有點的測繪精度從厘米級縮小至毫米級，為施工環(huán)節(jié)的精度實施提供保障。
2.保障施工進度
加強深化設計與現(xiàn)場施工的連接，減少施工錯誤與返工，保障施工工期進度。
3.節(jié)約施工成本
高效、精準的施工作業(yè)，節(jié)省測量、放樣階段的人員及時間投入，節(jié)約成本，提高經(jīng)濟效益。
▲圖19 施工現(xiàn)場航拍圖
梅溪湖城市島項目基于三維幾何數(shù)據(jù)模型，嘗試集成了建筑設施其他相關(guān)物理信息、功能要求和性能要求等參數(shù)化信息，并通過開放式標準實現(xiàn)信息的互用?；贐IM的3D激光測量定位系統(tǒng)，通過使用BIM模型進行定位放樣，采集實際建造數(shù)據(jù)更新BIM模型，采用實際建造數(shù)據(jù)與BIM模型對比分析進行施工驗收，把BIM模型帶入施工現(xiàn)場。
基于BIM 的TOPCON LN-100放樣機器人應用為梅溪湖城市島項目生產(chǎn)保駕護航的同時，也積累了先進測繪儀器應用經(jīng)驗。湖南建工BIM中心將不斷探索BIM技術(shù)的應用，致力于為建筑行業(yè)第二次變革和發(fā)展貢獻一份力量。
未來展望
湖南建工通過軟硬件的結(jié)合，將BIM模型帶入施工現(xiàn)場，使BIM模型中的三維空間坐標數(shù)據(jù)能夠驅(qū)動智能型全站儀進行測量，從而嘗試將BIM技術(shù)實實在在地融入施工過程中，并在質(zhì)量、安全、進度、經(jīng)濟等四方面給項目帶來效益。
