某大型冰雪主題綜合體項目BIM綜合應用

王孫駿

上海建工五建集團有限公司 上海 200063

BIM技術引進我國多年，目前正處于快速發展與深度應用階段。BIM技術是在建筑設計、施工、運維的整個過程中，應用三維信息技術，進行協同設計、協同施工、虛擬仿真、工程量計算、造價管理、設施運行的技術和管理手段。將BIM技術應用到工程建設當中可以消除建設過程中各種可能導致工期拖延的設計隱患，提高項目實施中的管理效率[1-3]。在我國信息化高度發展的今天，BIM技術作為一個新的理念，在信息化管理的新浪潮中應運而生且得到越來越多的實踐和認可，解決了項目中諸多施工方案模擬、多專業整合、碰撞檢測、空間優化、施工進度管理等施工配合方面的問題，越來越多的項目成功應用BIM技術并在項目各階段發揮了積極作用。

1 項目介紹

耀雪·冰雪世界（暫定名）項目是上海市浦東新區臨港新城的大型旅游娛樂項目，位于軌交16號線臨港大道站西側，東至夏櫟路，南鄰秋漣河，西至杞青路，北至滬城環路。與目前已經開建的海昌極地海洋公園僅一路之隔。

項目以商業、文化功能為主，包含滑雪場、戲水中心、溜冰場、多功能廳、度假酒店、精品酒店、商業零售等設施，總建筑面積326 503 m2（地上216 468 m2，地下110 035 m2）。項目配套有機動車停車位2362個，非機動車停車位3 801個。本項目造型復雜，結構形態多樣，專業設備種類繁多，施工難度高，室內滑雪場以阿爾卑斯山為主題，有三類不同梯度的滑雪道，超過25個雪地游樂場項目及雪地游戲、滑雪體驗，從其中一間酒店的部分房間，還可直接進出滑雪場。項目引入BIM技術，在提高設計、施工質量，縮減工期，減少預算等方面取得顯著成效，并將進一步提升品牌形象，打造精品旅游項目，最終實現基于BIM的智慧運營管理。項目環境和效果如圖1、圖2所示。

圖1 項目周邊環境示意

圖2 項目效果圖

2 BIM技術綜合應用

2.1 設計階段

在方案設計階段，設計的深度不足，會存在很多問題，在進行BIM設計的同時可以發現這些問題并直接在BIM模型中進行修改，確保模型的準確性。在進行方案匯報的過程中，用BIM匯報取代原來的二維圖紙匯報，可以直觀地從模型中進行項目整體查看。

1）項目在設計階段進行方案比選，配合方案設計階段經濟指標統計，模擬比選方案調整，將每種方案都進行建模，通過BIM模型進行直觀比較，最終選擇最優方案。

2）根據初步設計階段的圖紙繪制出包含主要結構構件和建筑構配件的土建模型以及機電安裝模型，最終形成初步設計階段的各專業模型。對機電各專業進行深化以及凈空優化，有效規避了出圖過程中對圖紙質量與進度的影響，避免了不必要的經濟損失，如圖3、圖4所示。

圖3 設計模型

圖4 制冷工藝機房模型

3）基于Grasshopper做的幕墻優化分析，“點集流”＋“特征值”的思路是將復雜的幕墻材料單元用最少數量的點來表示，將每一個單元的幾何信息存儲于若干有序點集中，再使用Grasshopper編程手段制作基于這些點集生成模型的算法，將幕墻的空間定位與內部的拓撲邏輯進行結構化的分開。從而在幕墻BIM工作中，在施工誤差、建筑方案變化、施工節點變化3個不確定性因素中，以確定性的框架實現有跡可循、快速響應的參數化生成工作流。

4）在施工圖設計階段，利用Dynamo比較同一個模型的不同版本，找出新增、刪除以及更改的內容，用Python實現，在Dynamo里做成一種通用的快捷方法可以檢測模型版本新增圖元、刪除圖元、參數變化、幾何變化以及參數和幾何均變化的地方。

2.2 施工階段

1）本項目涉及專業眾多，施工階段BIM應用由總承包單位集成管理，各專業承包單位使用總承包單位提供的基礎BIM模型對本專業圖紙進行正向深化出圖，建立本專業深化模型時需參照總承包提供的模型坐標體系。過程中需要嚴格執行總承包BIM管理要求，專業建模規范、構件命名、問題報告樣板等參照總承包BIM管理大綱。

2）本項目砌筑結構深化工作體量大、難度高，在調整完初版建筑模型的基礎上，依照安裝管線位置，在砌體墻上精確定位洞口位置及尺寸，運用Revit插件進行深化排布，提前解決二次結構砌筑過程中可能存在的問題，保證了二次結構的施工質量。結合預留洞位置及尺寸，在土建模型中進一步深化構造柱及過梁等元素，導出圖紙指導現場施工，避免二次開洞，減少現場返工。項目實施過程中通過模型結合圖紙為交流載體，確保砌筑效率及質量。

3）根據現場施工分區要求各專業單位完成BIM模型后，模型會被劃分為多個施工區域，并逐一檢查各個區域，進行多專業間碰撞分析。例如在安裝管線密集的區域和機房，利用BIM模型結合平面圖、剖面圖，發現設備安裝空間不足、凈高不足、空間不滿足使用需求等情況，然后整理報告，流轉設計，由設計給出具體意見，并根據設計意見對BIM模型進行進一步更改。通過以上流程，每個專業單位根據上述流程及時更新自身專業設計圖紙，并根據最新的設計圖紙結合優化后的BIM模型以進行聯合驗證。同時將這些信息數據成果實時集成在BIM協同管理平臺上實現完全共享，有助于所有專業的深入溝通，在保證圖紙質量的同時還能解決施工各階段的諸多問題。

4）對于鋼結構深化設計部分，專業單位使用Tekla進行正向深化設計，結合模型所包含的幾何信息和非幾何屬性，通過IFC格式進行模型格式轉換，實現與其他多專業數據擬合與反饋。鋼結構的深化設計，基于自身施工特點確認加工及安裝工藝，并需考慮基于主體結構模型項目基點與其的銜接，并與機電設備及幕墻裝飾的相互配合，以消除詳圖設計誤差為原則。

室內滑雪場鋼結構分為樓層框架鋼結構及屋面網架鋼結構。局部地上4層，結構標高－0.10～＋79.09 m。8、16、35.5 m樓層為鋼框架結構。結構樓層框架及屋面網架結構之間設置3條滑道鋼結構。屋面網架鋼結構為焊接球網架結構。對網架和滑道進行LOD500級標準建模，以指導現場施工，如圖5所示。

圖5 鋼結構模型

5）對于大底板混凝土跳倉施工數字化監測與分析部分，為減小大體積混凝土中的溫度應力，除了可通過改變混凝土組成成分以降低水化生熱量外，在施工技術方面，降低混凝土入模溫度、設置冷卻管、分層分塊澆筑等方法都能有效減小溫度應力。其中分層澆筑一般應用于大壩等超厚混凝土，在建筑大底板中分塊跳倉澆筑的跳倉法施工技術應用較為廣泛，并逐步取代了傳統的后澆帶施工法。

為控制大體積混凝土底板澆筑過程中的溫度應力，驗證跳倉法在大底板施工中的應用效果，通過有限元分析軟件對底板進行建模，依照底板體積及面積合理規劃分割底板，再將模型導入分析軟件模擬施工過程，確保分區滿足跳倉法要求，驗證模擬方案可靠性和施工方案安全性。

通過BIM平臺結合物聯網技術，通過溫度實時監測，平臺溫度監測報警，在施工過程中對比模擬數據，合理優化施工過程，證明本工程數值模擬結果在一定程度上能反映實際施工狀態。

6）對于施工方案模擬部分，結合BIM施工方案以及總進度計劃以查找工序沖突加以分析。通過虛擬仿真制定相應的解決方案，尤其是工藝工法、材料進出場時間、工序間搭接等相關系數，通過先局部模擬后總體模擬一一確定，最終制定出最優的施工方案。利用模擬軟件Fuzor對施工過程進行仿真時，將仿真結果輸出為施工動畫，并將動畫結果與作業現場動態進行對比演示。由于視覺屬性信息豐富，過程中沖突能被預先檢查和修復，各專業承包單位在施工之前可以進行充分溝通。大大提高了專業人員之間的溝通效率，有效優化了工序搭接問題。將實際施工計劃包含的信息插入實物量模型，可直觀感受隨著時間推進工程實物量的完成情況。

本項目利用BIM技術助力大跨度鋼結構網架施工，滑雪場建筑面積約9萬 m2，頂部屋蓋采用鋼結構網架形式，四側邊長分別為133、153、256 m和328 m，所處高度為29 m和74 m，網架面積約3.29萬 m2，通過兩側排柱和中央6根結構柱與下部結構相連，網架結構為焊接球節點四角錐網架。

網架根據施工單位方案分成5塊分別進行安裝，BIM技術人員根據方案進行流程模擬，輔助現場施工。1#塊用汽車吊進行拼裝，2#塊拼裝下弦球下方設置B273鋼管，上弦球設置B609鋼管，先安裝下弦網格，使用特制調節支架，將斜腹桿臨時固定，然后安裝上弦球，再調整斜腹桿進檔就位，最后安裝上弦桿；網架的提升采用鋼絞線承重，液壓千斤頂集群作業，計算機同步控制。為滿足整體網架的提升需求，現場共設置38處提升架，2#塊提升時，3#塊在場地內進行拼裝。4#塊在8 m和16 m平臺利用履帶吊進行拼裝，3#塊完成后進行4#塊的提升，與此同時，5#塊的拼裝在16 m平臺進行，待提升補缺完后進行提升設備卸載，如圖6、圖7所示。

圖6 1#塊網架吊裝模擬

圖7 4#塊網架吊裝模擬

3 BIM技術助力雙曲面滑道施工

3.1 滑道施工概況

滑雪場共有3條滑道，分別為初級、中級、高級滑道。初級滑道最大坡度12°，中級滑道最大坡度22°，高級滑道最大坡度26°。其中，彎道區域均為雙曲面滑道，施工成形為階梯狀。直道成形為斜坡，如圖8所示。

圖8 滑道模型1

覆雪樓地面底層為防水鋼筋混凝土底板，之上為隔氣層（滿鋪專用麻面隔氣膜），再之上為保溫層（100 mm厚B1級XPS保溫層分層錯縫搭接），再之上為隔離層（36 mm厚C20細石混凝土，內配φ4 mm@200 mm鋼絲網片），再之上為防水層（4 mm厚橋梁專用型SBS改性瀝青防水卷材，聚酯胎Ⅱ型），再之上為冷支管層（120 mm厚C30抗凍混凝土），最后是70 mm厚雪層，如圖9所示。

圖9 滑道模型2

3.2 滑道施工技術難點及應對措施

根據現場實際工況及進度要求，確定滑道混凝土澆筑流程順序及工藝；滑道自下而上分塊進行混凝土澆筑，每塊面積控制在1 500 m2內，三處滑道按實際工期各自澆筑。

利用BIM技術對滑道進行初步深化，發現滑道混凝土結構加上壓型鋼板與鋼梁之間仍存在空隙，利用BIM技術的可視化協助解決滑道施工問題，做進一步的深化設計。通過BIM技術，認識到該項目滑雪場內雪道為空間曲面，坡度較大且連續變化，對混凝土澆搗施工控制提出了較高要求，如圖10、圖11所示。

圖10 階梯狀滑道模型

圖11 滑道分塊模型

采用BIM技術進行深化設計，通過工藝上對滑道結構的“化繁為簡”，同時降低施工難度，通過BIM將部分滑道優化為階梯形，降低定位放線與模板施工難度，施工效率增加，施工精度更易控制，是一個經濟可行的施工工藝，為今后的類似工程提供了良好的借鑒，如圖12所示。

圖12 雙曲面滑道模型

為解決異形滑道中壓型鋼板的鋪設問題，保證異形滑道的造型符合設計要求，技術人員研究了一種異形滑道的施工方法。將BIM技術引入異形滑道的制作，保證每一個壓型鋼板單元的制作精度，并根據異形滑道模型將各個壓型鋼板單元吊裝就位，實現了異形滑道底板的正確拼裝，從而解決異形滑道中壓型鋼板的鋪設問題，保證異形滑道的造型符合設計要求。

在滑雪場的施工中，由于壓型鋼板組合樓板的抗疲勞能力較強的特點，滑道一般采用壓型鋼板組合樓板，壓型鋼板組合樓板包括壓型鋼板底板以及壓型鋼板底板上部的混凝土結構。但是，由于滑雪場的滑道一般為雙曲面等異形平面，滑道部件形狀不一、滑道標高變化大，這些都不利于壓型鋼板形成符合設計要求造型的滑道。根據這些難特點，通過建立異形滑道模型，再將滑道底板模型拆分為若干壓型鋼板單元模型，根據壓型鋼板單元模型加工壓型鋼板單元，根據異形滑道底板模型，將各個壓型鋼板單元吊裝就位，并拼接在一起，形成異形滑道底板，最后在異形滑道底板上放置鋼筋桁架進行綁扎，并澆筑混凝土，形成異形滑道。其中，將所述壓型鋼板單元模型設計為階梯形，有利于后期異形滑道底板上混凝土的澆筑，如圖13、圖14所示。

圖13 桁架板模型1

圖14 桁架板模型2

4 結語

耀雪·冰雪世界（暫定名）項目利用BIM技術助力雙曲面滑道施工和大跨度鋼結構吊裝。

針對滑道，雪場滑道的坡度多變且較大的特性，決定了混凝土澆筑和養護過程中存在易產生下滑堆積、流墜等問題。我們利用BIM技術的可視化，決定設置橫向和水平阻隔，分層分段澆筑，將滑道優化為階梯形，順利解決該問題。

針對網架，充分利用BIM技術可模擬、可優化的優勢，通過模型對大跨度桁架吊裝施工工法進行反復推演與討論，對多方案進行模擬，提高施工人員對施工流程的把控，最終確定和完成了該方案的編制工作。

本項目通過BIM技術在設計施工階段的落地應用，切實優化了現場管理方式，通過高精度BIM模型結合輕量化模型管理平臺，將項目建設過程中的關鍵元素通過模型進行在線深層溝通，達到了提高生產效率的目的，體現出了項目整體建設過程的實用性和先進性。