BIM 技术在大型场馆建设的综合应用

Abstract：The report of the 20th National Congress of the Communist Party of China points out that efforts should be made to accelerate the building of a cyber power and a digital China. Building a digital China is an important engine for advancing modernization with Chinese characteristics in the digital age. With the rapid development of society and the continuous pursuit of urban spatial aesthetics， more and more large-scale venues with unique designs and diverse forms have emerged before the world. As the benchmarks of cities， such buildings often have the characteristics of significant social influence and high construction standards. How to realize the value of Building Information Modeling （BIM） technology in construction projects is of profound significance for the construction of large-scale venues.

Key Words： Complex curved steel structure ；ceramic tile curtain wall engineering， ；BIM technology application ；

1 前言

现如今BIM 技术在建筑工程行业应用广泛，但往往受限于技术成本与市场接受度失衡、应用技术产业链较广等特点，许多施工企业仅将 BIM 视为“三维可视化工具”，存在正向设计普及率不高、BIM 技术系统集成度不足等缺点。而大型综合型场馆建设形态多样、专业工程设计复杂，全过程周期管理困难，故如何通过BIM 技术驱动建筑设计、施工到运维的全链条数字化，真正实现BIM 技术正向设计应用价值，是工程建设人面临的挑战。

该文以嘉兴南湖未来广场项目为例，该项目为复杂异形大跨度曲面造型，包含钢结构、网壳、幕墙等复杂专业工程，结构设计复杂、造型独特，对于整个项目的建设造成较大的困难。本项目在策划初期即确定了以BIM 正向设计作为项目建造的主基调，推崇全过程数字化信息传递，采用各种数字化软件、技术手段，实现了设计- 施工- 运维全生命数字资产价值，为项目的建设发挥了重要作用。

2 工程概况

嘉兴南湖未来广场项目建设于以南湖纪念馆为中轴线的南湖大道旁，为嘉兴市“十大标志性建筑”之一作为一座大型的复杂异型双曲面建筑，其主体采用了大跨度异型空间钢结构拱桁架系统，最高可达23.9 米，跨度最小约 46 米，最长约 100 米。同时配以弧形曲面幕墙，屋面幕墙共使用了 52 万片陶瓦，总面积约 27000 平方采用平瓦与弧瓦相互搭接的方式。

重难点分析

2.1 施工界面广、质量要求高

本工程设计有异形曲面网壳结构及幕墙工程，同时需要与机电管线、泛光照明内装修工程配合作业，施工界面广、交叉作业多，且作为重点工程，质量要求高，工期紧张，对项目各专业工程技术应用、管理组织协调提出较高要求。

2.2 超大建筑形态多样，设计施工难度大

本工程结构设计复杂，三角空间单元组成的单层异形网壳结构空间形态各异，需要处理庞大的空间结构数据的同时，亦要保证其安装精度。屋面陶瓦作为 的脆性材料，如何通过最少的模具拟合成顺滑的曲面，同时需要考虑与屋面檐口双曲铝板、铝合金龙骨 壳基座的贴合度，实现整体屋面系统的相适应性，是该项目需要重点解决的难题。

3 设计阶段 BIM 应用

3.1 规范BIM 设计流程、协同管理

设计团队积极探索数字化、参数化手段和工具在项目中的应用，借助自研BIM 构件库及SMEDI-VDBIM 可视化设计交付系统，实现了各专业常用标准化构件统一 存储、统 管理，解决重复创建、无序存储、质量参差等问题，使知识成果通过复用发挥最大价值；解决了多格式信息模型整合难题、提高模型展示效果、协助排查设计问题、优化设计质量、节约设计周期，促进了信息的跨阶段传递利用。

本项目应用 BIM 技术贯穿整体项目全生命周期，从初始方案的必选、设计问题解决、深化设计、高精度构件加工安装、施工方案模拟到后期项目运维阶段，以信息化、规范化和标准化为管控准则，形成一套标准化BIM 协同工作流程，从而最大程度发挥模型和工程数据的价值。

设计过程中建立完整的问题台账，将问题划分专业、区域，每个星期记录一次设计回复及BIM 成果验证更新情况，实时问题追踪，然后成果将以设计交底、工程联系单或者图纸更新的方式展现，直至解决闭环。通过BIM 技术关联设计问题台账记录，共解决不同专业问题约637 条，显著减少设计误差，提高了设计问题解决效率。

3.2 基于BIM 模型的方案对比、设计优化

通过BIM 技术，从空间观感、结构负荷、施工便捷性等多方面因素考虑，对各类设计方案进行可视化建模、安全性及经济性数据指标分析，与建筑师、业主及专家进行多方商讨评定，选择最优方案，为后续深化设计、现场施工打好基础。

图 5 室外大看台区域划分方案比选

在钢结构网壳设计过程中根据建筑与结构的逻辑关系，由表皮双曲面造型结合安装空间因素生成网壳控制曲面并进行三角分格，得到网壳实体模型，与主体钢结构模型整合并进行受力分析，调整优化网壳设计方案，实现了最佳的设计效果。

针对本项目屋面幕墙工程，从模型深化开始，经过多轮模型调整拟合，确定最优的陶瓦宽度方案。通过建立陶瓦实体模型，曲率变化过大或收口区域进行排布优化，同时确定陶瓦排布原则，从而确保整体陶瓦安装后的顺弧度以及加工的便捷性。另一方面，通过模型数据处理分析陶瓦之间的距离分布，使得该脆性材料在满足外观效果的同时，可以适应本项目复杂曲面造型的安装。

4 施工阶段 BIM 应用

4.1 异型构件高精度、参数化加工及安装

针对异形曲面网壳工程，通过建立加工模型，与 Tekla 深化模型进行 API 对接实现可视化检验。加工厂开发相贯线编程平台进行数据采集指导自动化设备作业。通过自研三维柔性调姿平台实现胎架预拼装，保证整体加工精度。通过基于计算机的设计、深化一体化技术、中央数据处理技术，实现网壳构件的精准加工。

针对复杂屋面幕墙工程，建立陶瓦、异形铝板等实体模型，参数化提取材料加工及安装数据，指导构件加工及现场安装。在模型中解决细节收口处结构拼缝、确保陶瓦及檐口铝板顺弧度及平整度，提升整体外观效果。实现数字化正向设计的同时，保证了屋面幕墙系统安装的效率及工程质量。

本项目室内装修风格各异，曲面造型多样，存在曲面金属板、弧形玻璃、GRG 挂板等多种复杂工艺，常规施工方式定位、放线、施工难度较大，尤其对于曲面造型的下单、造型点位排布、造型安装较难控制，无法保证整体造型的顺弧度，故本项目采用 BIM 技术管控，根据现场 3D 扫描仪扫描回的点云数据 1：1 建模；根据模型分割版块，确定细节收口，根据模型数字化下单。安装前全站仪定位焊制基层，根据模型定位安装完成、随后复核造型安装尺寸，偏差及时纠偏，保证整体室内装饰效果。

4.2 机电管综优化、净高控制

通过BIM 技术进行机电管线排布深化，解决传统二维设计中因平面图、剖面图割裂导致的“连锁碰撞”问题，优化管路走向的合理性、管线布置层次的清晰性，减少不必要的拆改。本项目通过BIM 技术管综优化，共计优化大管径管道约478m，减少桥架约213m，显著提高现场安装便捷性、提高工程建设效益。

基于BIM 的管线综合方案、考虑灯光效果、功能使用要求以及装饰材料等多方面因素，对公共大厅、走道等重要区域进行净高分析。在实现净高满足要求的同时，满足管综布局合理、装饰工程方案可行以及现场拆改量最小等要求，从而提高整体功能使用品质。

图13 净高分析

4.3 模型信息交底、施工方案模拟

考虑到各单体网壳跨度大，施工中采用一次性卸载存在一定的困难，且难以控制竖向变形值，故对每个单体进行区块划分采用分次卸载的方式。施工前期利用 Midas 对各单体网壳按照设计一次性加载模型和施工阶段累加模型，判断网壳结构卸载过程中哪些部位存在较大位移，根据计算数据优化吊装及卸载顺序，使得网壳安装整体受力稳定。

通过现场对已安装完成的网壳结构进行反尺测量，将点位导入模型中，分析理论与实际的误差，从而调整幕墙模型。利用数字化建模技术对幕墙和各专业模型进行碰撞检查，可以在施工前就发现可能发生的碰撞问题，尽早优化设计，有效减少在建筑施工阶段可能存在的错误损失和返工的可能性。

在施工技术方案方面，通过BIM 技术、进行安全应力分析，辅助汽车吊、施工人货梯等施工机械设备布置方案。对于重要的施工工艺，通过 BIM 技术进行施工方案模拟，验证复杂系统并确定系统工艺流程及注意点，针对性的制作动画用于技术交底、安全教育等，便于现场把控施工工艺要点，实现信息有效传递。

图 16 塔吊及汽车吊布置方案分析

5 施工及运维管理阶段BIM 应用

5.1 运维阶段动态监护

基于大数据技术，即时了解该工程项目在日常使用环境下以及在强台风、地震等灾害性荷载下的结构性态及健康状况。针对本项目网壳结构特点，根据建筑 键部位拟定结构健康监测点，用以监测和校验分析模拟值，主要监测内容分别针对杆件应力和空间变形两个方面监测，从而呈现结构安全状态指数和维护维修建议，以及各类可视化数据。

5.2 施工进度、现场生产动态管理

施工管理过程中，以BIM 为载体搭建协同平台，形成全过程的项目管理数字化信息模型。各参建方在平台上不仅可实现实时便捷的模型浏览，还可以查看、编辑关联到具体BIM 构件的项目各阶段相关文档，实现信息的实时共享与更新。截至目前协同平台上已上传工程文档1100 余份，按照每份文件50 页、避免纸质版打印1 次、打印每张纸排放 6gCO2 计算，共减少碳排放330kg。

将进度计划输入管理软件并关联相应BIM 构件，对项目现场每日吊装施工内容进行录入，从而实时查看项目形象进度，并使用无人机航拍项目整体进展情况共同比对，工程进度可视化检测成果在每周例会上展示，协助项目进度的管控。

6BIM 技术应用总结

（1）基于项目大型空间曲面造型需求，以“参数化 + 三维化” 理念再造设计流程，分专业确定参数化平台选用及工作技术路线，为后续同类型项目的实施提供技术范例与参考。（2）针对项目幕墙及钢结构构件特异性强、造型多样的特点，研究了以BIM 深化模型为基础的数字化加工工艺，大幅提升了构件加工的精细度与效率。（3）针对施工安装阶段构件定位安装精度高、网壳卸载危险性高、工序复杂和时间要求紧张的问题，分别借助BIM 模型开展空间数据提取 力学性能分析、工序模拟和进度管控等措施，保障施工安装的顺利进行。（4）不仅实现了项目从设计到深化、加 、施工安装的信息模型传递，并且以BIM 为依托，打通了各阶段的数据传递，集成了项目建设阶段的宝贵数据，为项目运维提供了丰富的数字资产。

参考文献：

[1] 袁小芹 孟乐 曾维浩.BIM 技术在大型体育场馆中的设计应用. 土木建筑工程信息技术，2023，10， 第15 卷第五期

[2] 何波 .BIM 建筑性能分析应用价值探讨 [J]. 土木建筑工 程信息技术 ，2011，3（3）：39_47.

[3] 李星亮 ， 谭振峰 ， 吴湖英， 基于复杂建筑的 BIM 管 线设计标准流程方法研究 --- 以淅江鑫达医院项目为例 [J]. 土木建筑工程信息技术 ，2020，12（4）：104.

[4] 胡义，陈洁，柳俊俊，等．BTM 技术在大型体育场馆建设中的综合应用：以兰州奥体中心建设为例[J]．土木建筑工程信息技术，2022，14（5） ：91—97

[5] 杨晓林 ， 龚凯 . 参数化设计在幕墙全程设计中应用研究 [J]. 吉林建筑大学学报 ，2020，37（02）： 33-42.