BIM技术在亚运会大型水上运动中心项目施工中的应用

建筑信息模型（BIM）技术是一种在建筑施工阶段发挥着不容忽视作用的信息传递和处理方法。通过BIM技术自身的特点可以实现建筑信息的共享，各专业的协同工作，辅助参与人员加深对项目建设的理解，提高建筑施工的精度和效率。目前，BIM技术具有可视化等特点，因此在建筑施工过程中应用BIM技术越来越受到专家学者的关注。张维廉等在进行钢结构设计时应用了BIM技术，创建出了大跨度钢结构成形态的立体模型，并融合三维激光扫描和有限元分析等技术方法，实现了空间结构施工的精细化管理。刘占省等基于BIM技术进行了预制装配式风塔架的建模，得到了在参数变化驱动下结构整体形变和应力分布的状态，为结构施工提供了可靠的依据。顾涛针对大型钢结构提升改造项目主体钢结构修整工程量繁重，新老结构重合界面众多等问题，进行模型整合时利用了BIM技术，有效地克服了钢结构与建筑、机电等专业的碰撞问题，实现了各专业间的协同工作，提高了钢结构的施工效率。胡林策等在钢结构的施工过程中，基于BIM技术进行施工现场的规划，结构深化设计，极大地提高了建造信息的共享水平和施工进度。RossellaMarmo等提出了一种开放的标准方法来扩展和验证基于建筑信息模型（BIM）和设施管理（FM）系统集成的方法，为建筑施工管理精度和效率的提高提供了参考，有效地打破了数据信息的交互壁垒。WawanSolihin等提出了一种将建筑数据转换成简化模式的新方法，具有高性能查询和实时支持多种查询类型等优点，从而使建造检查过程更容易、更稳健，实现了项目管理的数据化、智能化、实时化。1、工程概况北支江水上运动中心位于浙江省杭州市富阳区东洲街道，用地面积12.81万㎡，总建筑面积6.78万㎡，为覆土建筑，主楼地上6层、高24 m，裙楼地上1层，高13.45 m，东西长约600 m，南北宽约150 m。本项目设1层地下室，地下建筑面积2.24万㎡，其中人防区面积3 362.5 ㎡（图1）。本项目中体育场馆上部结构为框架结构，其中大跨度部位采用型钢混凝土组合结构。组合结构中选用型钢混凝土柱和型钢混凝土梁。图1北支江水上运动中心效果示意2、结构施工难点未来建筑行业的主要发展趋势和重点突破的方向是大型组合结构工程的建设，组合结构材料具有经济效益高、结构性能好等优点；大跨度空间结构体系因轻质、多用途的形式和建筑影响，已被广泛用作体育场和露天广场的屋顶。本项目结构建造的难点如下。（1）钢结构安装范围广，且对钢结构的安装影响较大的是下部基础结构。（2）结构施工复杂，作业面众多。（3）构件与管线众多。（4）现场施工机械多且调度复杂。3、基于BIM技术的施工流程亚运会大型水上运动中心项目BIM技术的应用流程如图2所示。图2BIM在结构施工中的应用流程在设计阶段，基于施工图纸和模型创建标准，可应用BIM技术对体育场进行三维立体建模，实现对建筑、结构、机电多专业的协同设计。在BIM模型的基础上，对图纸进行会审、管线碰撞检测和钢结构节点深化，对施工工艺进行可视化技术交底，提高施工的精细化程度。在施工过程中，将BIM技术与三维激光扫描技术、虚拟现实技术等现代化数字技术相结合进行施工技术交底，对钢结构现场施工进行模拟分析，以保证施工正常运行并严格把控施工进度。4、BIM技术的应用价值4.1可视化技术交底BIM技术在结构施工过程的应用极大地体现出三维可视化的优势。通过大量应用BIM技术，进一步提高场馆组合结构施工的整体质量和效率。BIM技术改变了传统二维的设计模式，能呈现三维立体化的模型，可更直观地表达设计理念，其可视化的技术特点让现场参建人员更深刻地理解施工效果，减少施工误差。4.2专业间协同工作亚运会大型组合结构体育场馆设计，需多专业协作。与传统的CAD二维设计相比，BIM技术打破了三大专业（建筑、结构、机电）独立工作的模式。BIM技术具有很高的协调性，可为多专业的信息共享提供渠道，避免设计过程中出现的碰撞和误差，提高施工可行性。4.3施工动态模拟在大型组合结构体育场施工中BIM技术的另一个优势是动态模拟。由于亚运会体育场馆涉及的各施工环节具有一定的关联性，需对施工工艺流程进行合理规划，应用BIM技术对组合结构施工进行模拟，论证了施工方案的可行性，可对后续施工环节起到科学的指导作用，使施工现场的物料资源调度和施工管理更为便捷。5、BIM模型搭建及深化设计5.1模型的创建根据不同施工阶段模型的精细化程度，建立本项目的BIM模型。通过BIM技术建立的建筑模型、结构模型及机电模型，可实现各专业间的协同设计，提高施工可行性，也为后续深化设计、施工模拟、施工管理做好准备。BIM模型的建立如图3所示。图3BIM模型建立在模型创建的同时，根据不同专业、不同岗位的工作对BIM模型进行实时更新，以保证模型和现场施工的一致性，竣工验收后可直接将修正后的模型交给运营单位，方便建筑物的后期维护。模型创建完成后，可根据模型进行工程量计算，为施工成本管理提供依据。基于BIM模型进行深化设计、仿真模拟，指导现场施工，使施工过程中的各项管理更为便捷。5.2管线碰撞检测基于BIM的三维可视化碰撞检测功能，可在施工前，优化和协调施工图纸，实现节能减排和绿色环保。传统的二维CAD施工图纸各专业工作彼此独立易发生交互碰撞。本项目针对机电管线系统组成多、安装定位精度要求严格等特点，建立全专业的三维机电管线模型进行碰撞检测和三维管线综合，杜绝了因碰撞造成的拆改，并可在竣工后提供与实际情况一致的信息模型。基于BIM技术的管线碰撞检查流程如图4所示。图4管线的综合碰撞检查流程应用BIM技术集成各专业的设计信息建立工作集，进行三维漫游、标高分析和孔洞排查，提前发现图纸中的误差。本项目施工前，通过检查发现了数百处机电专业内的问题和土建专业与机电专业之间的碰撞问题。出图后进行图模比对，对发现的问题可在三维模型中进行更改，图纸也可自动更新极大地提高了深化设计效率。图纸碰撞检测修改前后对比如图5所示。（a）

（b）图5管线碰撞检测前后对比（a）修改前；（b）修改后5.3钢结构节点深化大型钢结构体育馆深化设计的精细程度在很大程度上影响建筑施工质量，整个深化设计环节的核心工作是对钢结构节点的深化设计。采用Tekla进行钢结构深化设计及优化时，充分考虑钢结构与土建、机电、幕墙等专业的节点构造关系，并将深化后的模型制作出安装模拟视频，供三维可视化交底及验收用。利用Tekla强大的三维建模功能，建立完整的钢结构模型，直观展示建筑设计效果，清楚准确地呈现设计理念；还可从任意角度和方位观察模型中的节点和构件，及时发现并处理存在问题，钢结构关键节点深化设计如图6所示。（a）

（b）图6钢结构连接节点的深化设计（计算机截图）（a）钢梁拼接节点；（b）梁柱节点5.4图纸会审在图纸会审阶段，应用BIM技术可以使各参与方特别是施工单位对施工图纸、设计理念把握更准确，找到解决施工难点的方案，从而消除设计缺陷，提高施工可行性。本项目建立BIM模型时，发现部分施工图纸未按设计标准绘制，“错、漏、碰、缺”现象较多，为此基于BIM技术进行协同设计，整合建筑与结构专业模型，对专业问题或专业间的问题进行全面检查，以发现专业间的冲突和构件标高方向上的偏差，寻找建模失误或图纸中隐含的设计问题，并生成图纸检查报告。6、BIM技术驱动的施工模拟分析综合BIM建筑、结构、机电模型和施工进度的相关文件对施工过程和关键施工工艺进行动态展示，既可直观地呈现整个施工过程，确保对各项施工工作的实时管理，也可形成4D施工进度的模拟目标。6.1施工进度模拟基于本项目的建造特点，通过设置时间节点，可直观地分析各时刻的施工工序，进而模拟整个建造过程，保证在计划工期内完成施工。基于BIM技术的施工进度模拟如图7所示。通过完成对整个建筑施工流程的动态模拟，可直观展示其中任何技术方案的实施方案和进度计划，对施工单位做可视化的技术交底。总体而言，利用BIM技术的可视化4D模拟串联，整个施工过程，可实现对整个施工流程的全方位立体化呈现。图7基于BIM的施工进度模拟（计算机截图）6.2钢结构安装模拟基于三维激光扫描的优点，可获取所有构件的位置信息，形成点云数据，建立点云模型由逆建模形成施工过程的BIM模型。在钢结构安装前进行预先安装模拟，以确定构件最终的位置坐标。由三维激光扫描对模拟安装的构件提取点云数据，将逆建模形成的BIM模型与设计时的BIM模型作对比，在所有施工步骤均进行两个模型的对比，可及时调整施工误差，保证施工与设计的一致性，提高施工精度。BIM技术与三维激光扫描技术融合驱动钢结构的安装如图8所示。图8钢结构安装模拟流程7、结束语在大型组合结构体育场馆施工的过程中，传统的管理模式存在管理效率低下、施工精细化程度不足等弊病。北支江水上运动中心项目建设过程中融入BIM技术，包括三维模型的建立到深化设计、施工模拟，并将BIM技术融合三维激光扫描技术，提高了施工效