這是廣聯(lián)達新建造的第405篇原創(chuàng)分享
文 | 中國建筑業(yè)BIM應(yīng)用分析報告（2020）
來源 | 廣聯(lián)達新建造（ID：Glodon-NB）
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項目概況
1、項目基本信息
海峽文化藝術(shù)中心由中建海峽建設(shè)發(fā)展有限公司承建，工程總建筑面積144820.98m2，其中地上建筑面積約91061.72 m2，地下建筑面積約53753.86 m2，總造價約27億。
項目結(jié)構(gòu)為框架剪力墻結(jié)構(gòu) 鋼網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，建成后將成為福州版的“悉尼歌劇院”，是福建省內(nèi)第一個落地的PPP項目。
2、項目難點
（1）質(zhì)量安全目標(biāo)高：本工程施工質(zhì)量安全目標(biāo)高，直指行業(yè)最高榮譽 “中國建筑工程魯班獎”、“國家級AAA安全文明標(biāo)準(zhǔn)化工地”、“全國綠色施工示范工程”等。
（2）工程節(jié)點復(fù)雜，結(jié)構(gòu)標(biāo)高多變，機電管線密集：本工程存在大量的勁性梁柱節(jié)點，鋼筋密集復(fù)雜；
工程結(jié)構(gòu)標(biāo)高多變，光ABC區(qū)域地下室底板標(biāo)高就多達20多種，僅臺倉區(qū)地下室基礎(chǔ)筏板標(biāo)高就有12種，地下一層結(jié)構(gòu)錯層、夾層多達7層，且為坑中坑結(jié)構(gòu)，只能逐層逐層向上施工；
一層地下室，相當(dāng)于于7層地下室的工序，施工技術(shù)交底難度大；
此外，機電工程極為復(fù)雜，管線穿插密集，設(shè)備機房體量大，大面積返工風(fēng)險大。
（3）屋面空間結(jié)構(gòu)異型，安裝不確定，無法生產(chǎn)加工：本工程屋面作為空調(diào)設(shè)備房，由于上部為不規(guī)則曲面鋼構(gòu)網(wǎng)架，且空間十分狹小，設(shè)備管線的安裝空間無法實際測量，常規(guī)設(shè)備無法安裝。
（4）三維扭曲鋼構(gòu)幕墻體系，施工精度高：工程主體為框架剪力墻結(jié)構(gòu)加鋼結(jié)構(gòu)體系，總用鋼量約1.3萬噸，外立面為鋼結(jié)構(gòu)幕墻體系，幕墻系統(tǒng)受力在鋼結(jié)構(gòu)立柱上，安裝可調(diào)偏差僅20mm，吊裝定位精度要求高。
由于鋼結(jié)構(gòu)立柱直徑僅450mm，而長度達到了近70米，長細比極大，卸載后的鋼結(jié)構(gòu)彈性變形將超過幕墻連接件可調(diào)范圍，吊裝施工方案安全性要求高。
（5）無規(guī)則三維曲面外立面，施工難度大：本工程外立面為無規(guī)則異形曲面幕墻，150萬“茉莉花”陶瓷片、4萬多根幕墻陶棍、7萬片幕墻玻璃嵌板，都要從曲面中拆分，加工難度大，生產(chǎn)周期長，對主控施工進度有很大制約作用，施工安裝難度大。
（6）工程造型復(fù)雜，精裝飾面施工要求高：本工程為專業(yè)藝術(shù)場館，為體現(xiàn)福州當(dāng)?shù)厮囆g(shù)特色，室內(nèi)建筑完成面為完全無規(guī)則曲面，歌劇院完成墻面為GRG預(yù)鑄式玻璃纖維加強石膏板組成的無規(guī)則三維扭曲面，在使用功能上對聲學(xué)光學(xué)精度要求極高，音樂廳墻面凹凸點必須滿足聲學(xué)與光學(xué)要求。
（7）工程專業(yè)多：本項目設(shè)計圖紙專業(yè)達48種之多，變更頻繁，施工工序穿插交叉，分包協(xié)調(diào)管理難度大。
3、應(yīng)用目標(biāo)
（1）運用BIM技術(shù)建立各專業(yè)模型，對復(fù)雜施工工藝、施工順序、施工節(jié)點進行模擬和交底，保障施工質(zhì)量安全目標(biāo)；
（2）應(yīng)用三維掃描儀指導(dǎo)鋼結(jié)構(gòu)施工定位，創(chuàng)建Rhino幕墻體系并做數(shù)據(jù)分析，指導(dǎo)外立面無規(guī)則異形曲面幕墻施工安裝，確保安裝無誤；
（3）應(yīng)用BIM 3D雕刻組合技術(shù)，用Rhino建模并參數(shù)化深化，指導(dǎo)精裝飾面加工，確保精裝飾面滿足聲學(xué)、光學(xué)要求高；
（4）用BIM5D平臺，搭配平臺移動端APP，組織各分包、各工序、各工作面協(xié)調(diào)施工；
（5）解決專業(yè)間碰撞問題，并優(yōu)化管線排布，指導(dǎo)并協(xié)調(diào)分包施工，避免大量返工。
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BIM應(yīng)用方案
1、應(yīng)用內(nèi)容
（1）土建、鋼構(gòu)BIM應(yīng)用：建立全專業(yè)模型，排查圖紙問題，模擬施工工藝和施工順序，對施工人員進行交底，深化施工復(fù)雜節(jié)點；
根據(jù)Rhino模型建模，并將模型數(shù)據(jù)導(dǎo)入天寶放樣機器人，通過BIM 放樣機器人技術(shù)，實現(xiàn)模型快速放樣；
采用識別碼進行物料追蹤，提高施工效率。
（2）機電BIM應(yīng)用：優(yōu)化機電管線排布，解決管線碰撞問題，地下室漫游，指導(dǎo)機電施工；
在服務(wù)器上實現(xiàn)多專業(yè)共建共享模型，為各方深化優(yōu)化設(shè)計、可視化技術(shù)交底、建筑施工模擬、專業(yè)間碰撞檢查、圖形出量等提供便利；
鋼構(gòu)網(wǎng)架安裝完成后，采用逆向建模，機電廠商根據(jù)空間模型進行非標(biāo)定制，確保設(shè)備順利安裝。
（3）幕墻BIM應(yīng)用：應(yīng)用三維掃描儀指導(dǎo)鋼結(jié)構(gòu)施工，創(chuàng)建Rhino幕墻體系并做數(shù)據(jù)分析，指導(dǎo)雙曲面玻璃、陶棍加工、安裝。
（4）精裝修BIM應(yīng)用：應(yīng)用BIM 3D雕刻組合技術(shù)進行三維空間飾面材料的生產(chǎn)；
用Rhino建模并參數(shù)化深化，指導(dǎo)精裝修施工；
應(yīng)用3D打印技術(shù)制作場館舞臺區(qū)微縮模型，用于舞臺聲學(xué)設(shè)計方案展示；
采用BIM 放樣機器人技術(shù)進行空間定位安裝。
（5）BIM平臺應(yīng)用：應(yīng)用BIM5D平臺，搭配平臺移動端APP，對進度、成本、質(zhì)量、安全、內(nèi)業(yè)資料進行精細化管理，提高項目信息化集成水平。與物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)銜接，確保項目綠色可持續(xù)運營。
2、應(yīng)用方案的確定
（1）軟硬件選型：福州海峽文化藝術(shù)中心項目模型體量大，設(shè)備運行要求高，團隊專業(yè)齊全，因此根據(jù)福建省BIM應(yīng)用指南，結(jié)合項目配置優(yōu)質(zhì)軟硬件資源，BIM軟件選型如下所示。
軟件選型
硬件配置
（2）組織架構(gòu)：
①BIM團隊主要成員建設(shè)：
團隊成員介紹及崗位職責(zé)
②責(zé)任框架：
項目責(zé)任框架
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BIM實施過程
1、實施準(zhǔn)備
依據(jù)相關(guān)政策文件編制實施方案，并在項目開工初期即召開BIM啟動會，對BIM實施團隊、項目部主要對接成員進行方案交底，明確應(yīng)用過程中統(tǒng)一的實施標(biāo)準(zhǔn)和深度，支撐項目BIM服務(wù)。
BIM應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)：
BIM應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)和方案
2、實施過程
（1）土建、鋼構(gòu)BIM應(yīng)用：
①全專業(yè)建模：創(chuàng)建全專業(yè)BIM模型：根據(jù)施工圖紙建立結(jié)構(gòu)、建筑、給排水、電氣、暖通、幕墻、鋼結(jié)構(gòu)、智能化、等項目全專業(yè)綜合模型，使其滿足施工圖設(shè)計階段模型深度；使得項目在各專業(yè)協(xié)同工作中的溝通、討論、決策在三維模型的狀態(tài)下進行，有利于對建筑空間進行合理性優(yōu)化提供模型工作依據(jù)。
②圖紙問題匯總：本項目通過BIM進行三維審圖，全面篩查圖紙中的錯、漏、碰、缺，形成問題報告，本項目共篩查出有效圖紙問題284個，輸出碰撞報告（包含Word及CAD格式），提高圖審效率，避免工期延誤。
③臺倉區(qū)施工方案模擬：制作歌劇院臺倉區(qū)12m深基坑施工工藝模擬，交底現(xiàn)場班組，減少了重難點施工藝的工期延誤風(fēng)險。
臺倉區(qū)基坑施工方案模擬
④雙斜柱柱頭定位優(yōu)化：海峽文化藝術(shù)中心設(shè)計有109根雙向斜柱，每根柱子傾斜的角度和方向都不相同，最大傾角為62°，這給施工帶來了很高的難度：
首先是鋼筋的安裝角度和模板的定位難以準(zhǔn)確保證，其次在模板安裝過程中，鋼筋會在自重作用下倚靠在模板上，鋼筋保護層厚度難以保證，并且在澆搗混凝土?xí)r，雙向斜柱自重大使支撐體系發(fā)生位移，造成偏位。經(jīng)BIM技術(shù)模擬優(yōu)化，實現(xiàn)雙斜柱柱頭準(zhǔn)確定位。
⑤圓柱與斜柱鋼筋碰撞優(yōu)化：對斜柱與圓柱在交叉位置的鋼筋進行深化設(shè)計，確定了兩個柱的綁扎順序，指導(dǎo)現(xiàn)場施工場館主體結(jié)構(gòu)外圍均為型鋼梁柱體系，梁柱截面尺寸大、配筋率高。
⑥勁性梁柱節(jié)點鋼筋穿插優(yōu)化：場館主體結(jié)構(gòu)外圍均為型鋼梁柱體系，梁柱截面尺寸大、配筋率高。創(chuàng)建勁性型鋼梁柱及鋼筋模型，進行鋼筋穿孔模擬。
勁性梁柱節(jié)點鋼筋穿插模擬
⑦歌劇院舞臺網(wǎng)架支撐優(yōu)化：屋面采用異型鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)架形式，結(jié)構(gòu)跨度大，層次復(fù)雜，曲線線條繁多，網(wǎng)架采用牛腿作為支撐上部網(wǎng)架等結(jié)構(gòu)的承重系統(tǒng)。由于部分場館墻面為滿足聲光學(xué)要求被設(shè)計為不規(guī)則曲面，給外伸鋼筋混凝土牛腿的施工條件較大的困難。
牛腿施工時由于自重大對剪力墻產(chǎn)生極大彎矩，因此外伸鋼筋混凝土牛腿的施工方法對整個工程的進度及質(zhì)量影響重大。
為滿足聲光學(xué)要求被設(shè)計為不規(guī)則曲面，經(jīng)BIM技術(shù)模擬優(yōu)化，采用外伸混凝土牛腿的支承方案，避免了對場館墻面的受力影響，確保舞臺區(qū)滿足聲學(xué)、光學(xué)要求。
異形結(jié)構(gòu)網(wǎng)架示意圖
⑧屋面網(wǎng)架施工方案模擬：鋼結(jié)構(gòu)單立柱最大長度達71m，直徑僅450mm，長細比達380，經(jīng)BIM三維優(yōu)化，屋面鋼構(gòu)施工方案確定為以格構(gòu)胎架為主要支撐的方案，避免了鋼斜柱因長細比過大（380），無法形成穩(wěn)固支撐的隱患，確保了施工質(zhì)量。
⑨BIM 放樣機器人：應(yīng)用BIM與智能放樣機器人，實現(xiàn)復(fù)雜施工環(huán)境下異形空間坐標(biāo)精確放樣，測量效率提高了3-5倍。放樣流程如下：
a.放樣前，測量儀器布置點在模型中可先進行預(yù)布置。綜合考慮施工措施如腳手架、幕墻結(jié)構(gòu)對測量點遮擋；
b.獲取該布置點，可測量的空間定位點，并在模型中進行標(biāo)注；
c.現(xiàn)場通過智能放樣機器人自帶的平板電腦，在模型中輕點已標(biāo)注的空間定位點，放樣機器人自動調(diào)整角度進行定位。
BIM 放樣機器人精確施工應(yīng)用
⑩鋼結(jié)構(gòu)物流管理：從BIM模型中導(dǎo)出構(gòu)件識別碼，對整個項目約2.5萬個加工構(gòu)件進行標(biāo)記，提升了構(gòu)件發(fā)貨的合理性，將構(gòu)件的平均堆放時間控制在了5h，確保鋼結(jié)構(gòu)吊裝施工如期完成。
（2）機電BIM應(yīng)用：
①碰撞檢查：優(yōu)化機電管線排布，在解決碰撞問題15982個，漫游分析地下室凈高，并導(dǎo)出深化圖，指導(dǎo)機電施工。
②管綜優(yōu)化：優(yōu)化前后的管綜區(qū)別：排列方式不同（疊層方式和平鋪方式）和橋架數(shù)量的增加，在調(diào)整過程中增加了消防、廣播、智能化、照明橋架。
為確保公共區(qū)域吊頂?shù)臉?biāo)高不低于2.8米，我利用參數(shù)化方式每隔50厘米進行碰撞檢查，共發(fā)現(xiàn)ABC三個場館58個凈空標(biāo)高低于2.8m，并對不利點進行再度深化設(shè)計以達到設(shè)計要求。
管線凈高優(yōu)化排布
③設(shè)備機房及屋面設(shè)備優(yōu)化：屋面作為空調(diào)設(shè)備房，由于上部為不規(guī)則曲面鋼構(gòu)網(wǎng)架，且空間十分狹小，設(shè)備管線的安裝空間無法實際測量，常規(guī)設(shè)備無法確保正常安裝。
對屋面鋼網(wǎng)架進行逆向建模，形成與實際條件相符的空間條件，并通過漫游和管線調(diào)整，反復(fù)論證設(shè)備布置方案的可行性，確保屋面設(shè)備順利施工，按照工程創(chuàng)優(yōu)要求優(yōu)化屋面設(shè)備定位布置，在有限的異型屋面空間中使機房內(nèi)管線排布經(jīng)濟美觀。
（3）幕墻BIM應(yīng)用：
①BIM 三維掃描技術(shù)：應(yīng)用三維掃描儀對鋼結(jié)構(gòu)進行掃描，生成點云模型與理論模型進行比對分析，形成偏差色譜圖，以確認鋼結(jié)構(gòu)實際施工偏差值。
②逆向建模：將三維掃描形成的點云模型導(dǎo)入到Rhino，并以此為參照逆向再創(chuàng)建鋼網(wǎng)架模型，通過在修正偏差值較大的部位的幕墻駁接件的連接長度，來確保幕墻的整體效果。通過此方法，將誤差控制在±4mm以內(nèi)。
③幕墻鋁板、玻璃優(yōu)化：應(yīng)用Rhino參數(shù)化功能優(yōu)化雙曲面玻璃，模擬分析得過渡鋁板線條的方案，將標(biāo)準(zhǔn)化程度提高至95%，8-12mm擬合階差控制在81%以內(nèi)，實現(xiàn)3000萬*3%=90萬元經(jīng)濟效益。
雙曲面玻璃標(biāo)準(zhǔn)率優(yōu)化
④幕墻陶棍優(yōu)化：應(yīng)用Revit參數(shù)化程序完成5萬根的陶棍優(yōu)化，標(biāo)準(zhǔn)定尺長度（1720mm）占比97%以上。
⑤幕墻陶棍安裝節(jié)點優(yōu)化：為保證陶棍的正確安裝，將安裝節(jié)點優(yōu)化成具有轉(zhuǎn)軸構(gòu)造的節(jié)點，提升陶棍安裝的可控角度（10°），減少了5%以上的陶棍材料損耗，實現(xiàn)5000萬*5%=250萬元經(jīng)濟效益。
（4）精裝修BIM應(yīng)用：
①BIM 3D雕刻技術(shù)：應(yīng)用BIM 3D雕刻組合技術(shù)，用Rhino建模并參數(shù)化深化，導(dǎo)出加工圖至數(shù)控加工設(shè)備，實現(xiàn)精裝飾面材料的精細化加工，提升工程質(zhì)量，將富有中國文化特色的陶瓷和竹材完美融入建筑中。
②BIM 3D打印技術(shù)：應(yīng)用3D打印技術(shù)制作歌劇院、音樂廳舞臺區(qū)微縮模型，并模擬光源、聲波傳遞反射效果，以確保最佳使用效果。
（5）BIM平臺應(yīng)用：
①4D進度模擬：將3D模型與工程計劃進行掛接，顯示出生產(chǎn)超前或滯后情況。并分析原因，為后續(xù)生產(chǎn)安排提供參考。同時隨著工程進度的進行關(guān)聯(lián)工程實際進度，驗證計劃結(jié)果。
②商務(wù)成本管控：利用BIM平臺可對模型進行施工段劃分，將模型按照工程實際施工段劃分，并進行分塊計算工程量。為控制實際工程量提供精細化管理數(shù)據(jù)。并將BIM出量作為第三方數(shù)據(jù)，校核現(xiàn)場使用量，基礎(chǔ)鋼筋節(jié)約36t。
③現(xiàn)場質(zhì)量安全管理：利用BIM平臺將現(xiàn)場拍照掛接到系統(tǒng)模型，形成統(tǒng)一的安全、質(zhì)量、進度、文明施工管理圖文資料，實時跟蹤現(xiàn)場整改情況。
④內(nèi)業(yè)資料管理：基于BIM技術(shù)檔案資料協(xié)同管理平臺，可將施工中、竣工后需要的資料檔案（包括驗收單、合格證、檢驗報告、工作聯(lián)系單、設(shè)計變更單等）等列入BIM模型中，實現(xiàn)高效管理與協(xié)同，形成長期可追溯的資料管理模式。
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BIM應(yīng)用效果總結(jié)
1、效果總結(jié)
通過應(yīng)用BIM（建筑信息模擬）技術(shù)，實現(xiàn)了成本管控、材料管控、施工難點提前反應(yīng)及項目信息化管理，解決了大型復(fù)雜藝術(shù)中心項目施工難度大施工要求高的難題。
在土建施工方面，以Revit為基礎(chǔ)建模環(huán)境，優(yōu)化了雙斜柱定位、密集鋼筋穿插等方案，制作歌劇院臺倉區(qū)基坑施工工藝三維動畫、勁性梁鋼筋穿插模擬，用于三維交底。
基于BIM技術(shù)的放樣機器人很好地解決異形構(gòu)件放樣難的問題，實現(xiàn)了復(fù)雜施工環(huán)境下幕墻安裝點位的精確放樣，測量效率和精度比傳統(tǒng)放樣方法高3-5倍。
在機電施工方面，機電管線優(yōu)化、管線拆分對機電施工起到了重要作用，縮短機電安裝施工工期65天、減少工程施工成本2466萬、較傳統(tǒng)施工管理減少75%的返工。
在外立面幕墻施工方面，三維扭曲的鋼結(jié)構(gòu)與幕墻表面通過參數(shù)化BIM深化，將構(gòu)件直線分段、曲面板平面拆分，完成復(fù)雜構(gòu)件如雙曲玻璃、陶棍的加工，使其標(biāo)準(zhǔn)化達到85%，減少加工模板，加快生廠速度。實現(xiàn)了從方案設(shè)計到生產(chǎn)加工到施工定位的建筑信息轉(zhuǎn)化。
在室內(nèi)精裝施工方面，分析歌劇院主舞臺區(qū)域空間布局，優(yōu)化舞臺設(shè)備懸吊高度和布局，達到最佳聲光效果。
在項目管理方面，平臺集成工程全方位、多維度的數(shù)據(jù)，利用BIM三維可視化和數(shù)據(jù)集成的特點，合理的調(diào)配工程項目資源，縮短團隊溝通環(huán)節(jié)。將三維BIM信息與工程信息集成在一起，搭配移動設(shè)備，實現(xiàn)建設(shè)各方在統(tǒng)一的平臺中快速且及時的調(diào)配和查閱工程信息，提升項目精細化管理項目。
本項目的BIM技術(shù)推廣應(yīng)用影響深遠，不僅在中建海峽范圍內(nèi)得到推廣，對整個福建省的BIM技術(shù)應(yīng)用推廣也起到推動作用；
BIM在海峽文化藝術(shù)中心成功的示范應(yīng)用，為海峽公司在全公司范圍推廣BIM技術(shù)提供寶貴經(jīng)驗，輸送了50人以上BIM型技術(shù)人才。
在總體經(jīng)濟效益和社會效益方面：BIM技術(shù)應(yīng)用，為項目節(jié)約地下室基礎(chǔ)鋼筋36t，異型曲面玻璃標(biāo)準(zhǔn)化優(yōu)化效益90萬元，幕墻陶棍節(jié)點優(yōu)化效益250萬元，綜合其他經(jīng)濟效益共432萬元。
幕墻工程當(dāng)選為2018-2019年度中國超級幕墻工程，接收4次媒體的BIM專項采訪，并輔助展示項目特點，提高項目20余次大小觀摩會的觀摩效果。
2、方法總結(jié)
（1）應(yīng)用方法：通過應(yīng)用BIM技術(shù)，為海峽文化藝術(shù)中心項目解決了眾多工程技術(shù)困難和管理難題，創(chuàng)造了可觀的經(jīng)濟和工期效益，提升了項目精細化管理水平，得到良好的社會評價。
并獲得多種基于BIM技術(shù)的科技成果，為海西區(qū)域建筑業(yè)輸送了眾多具有BIM應(yīng)用能力的復(fù)合型施工管理人才。
（2）人才培養(yǎng)：多次應(yīng)用BIM技術(shù)進行圖紙會審和可視化交底，覆蓋項目管理人員和施工工長85%以上人員；對項目不管理人員進行4次以上BIM培訓(xùn)，考取人社部BIM等級證書6本。
（3）科技成果：2019年4月，經(jīng)河南省工程建設(shè)協(xié)會組織專家進行科技成果評價，認定：該研究成果達國際先進水平；獲基于BIM的國家級QC成果2項，省級工法1項，國家發(fā)明專利1項，國家實用新型專利1項，全國BIM大賽3項。
