1 工程概况
1.1 项目简介
成都大魔方演艺中心是四川省成都市重点创意文化产业项目，室内能够容纳12000人同时观看大型演出，外形呈流线型太空梭状，建成后将成为亚洲一流的室内演艺兼容体育赛事场馆，填补国内大型室内专业演艺场馆的空缺。
大魔方演艺中心为12000座的多功能场馆，地下2层、地上6层，平面形状近似为圆形，屋盖直径约152m，最高处46.6m，总建筑面积约13.1万m2。高46.6m，东西轴直径148m，南北轴直径152m，大陀螺由舞台区、观众看台区、休息和其他功能区等组成。
图1 项目效果图
1.2 项目重难点分析
1.2.1 土建工程
本工程平面定位轴线多且十分复杂，主要有四大定位轴线组，轴线达100多条，每组不垂直、不平行，特别是陀螺的定位线呈不规则的放射状加大了斜梁斜柱的定位难度，常规经纬仪方法放线已经满足不了工程的需要，测量内控点布设难度很高。采用BIM技术将模型导入放样机器人，提取三维空间坐标数据，精确定位。
1.2.2 钢结构工程
不规则屋盖系统整体提升过程中其重心和空间受力变化复杂。屋盖系统部分立体桁架空中滑移控制难度大。利用BIM技术模拟钢结构拼装和提升施工过程，结合有限元分析确保安全性。
1.2.3 幕墙工程
近似圆形的大悬挑开放式幕墙设计，导致金属幕墙的平面测量和空间定位困难，超长空间各向异形单曲蜂窝铝板定位及安装并达到双曲面效果难度大。利用BIM技术模拟幕墙安装工艺对不规则三角形蜂窝铝板进行排版，确定加工尺寸参数，下料加工。
1.2.4 机电工程
本项目机电各专业管线众多，安装空间狭小，管道优化排布工作量大，质量要求非常高。利用BIM管线综合调整技术，优化各区域管线排布方式，确保美观并满足使用功能需求。
2 BIM组织与应用环境
2.1 BIM应用目标
本项目的BIM实施以公司企业级综合应用管理云平台为主线，将土建、钢筋、安装、钢结构、幕墙专业BIM模型集成于该平台，由技术、工程、质量、安全、经采五大履约系统在施工全过程实施BIM协同管理，具有兼容性强、协同效率高、资源共享面广等特点，实现建筑业与互联网相结合走向“BIM+”时代。
图2 管理平台首页界面
2.2 BIM实施方案
公司建立以总经理为BIM应用第一责任人的管理机制，集团与分公司两级BIM中心为项目BIM实施提供咨询和技术支持。
项目经理为项目BIM实施的负责人，项目BIM团队负责BIM模型的创建、维护，确保设计图精准地在模型里表达，开展设计优化工作；各履约系统管理人员使用BIM管理工具深入项目日常管理，提高精细化管理水平。
2.3 BIM团队组织
项目部作为BIM数据源头，对应三级管理模式，采用相对稳健的BIM团队集中管理模式。统一共识，快速形成生产力。项目部配备专业的土建、钢筋、机电、钢结构BIM建模工程师及相关职能部门BIM管理应用人员。将传统工作与BIM应用结合，发挥BIM技术优势，辅助、指导施工，提高工作效率。
2.4 BIM软硬件环境
项目部基于集团BIM云服务器，配置了移动工作站、台式电脑和平板电脑等办公硬件，软件配置了鲁班建模套件、Revit、Tekla、Rhino等建模软件以及鲁班浏览器、进度管理、资源分析、移动协同等管理软件。
3 BIM技术应用
3.1 BIM软件数据交互
各专业模型上传至公司BIM云平台，再创建工作集，可任意选择两个专业以上的模型在BIM平台上进行合并。实现小前端，大后台的应用方式，突破单个软件与单机应用的局限性，提高数据交互的效率与准确性。
图3 通过云平台工作流程及软件示意
3.2 土建BIM技术应用
3.2.1 辅助异形结构空间定位
本项目结构为陀螺状，结构柱、梁等空间定位难度大，为减少放样误差、无法保证施工进度，项目采用BIM技术结合放样机器人，利用其快速、精准、智能、操作简便、劳动力需求少的优势，将BIM模型中的数据直接转化为现场的精准点位，精准定位结构空间关系，为结构施工保证了精度，节省了工期。
图4 放样机器人与BIM模型展示对比
3.2.2 BIM指导钢筋施工
通过BIM钢筋模型生成钢筋骨架图，出具钢筋下料单指导钢筋加工车间进行加工，管理人员在施工现场直接利用移动终端查看模型中的钢筋排布，对现场钢筋绑扎施工进行检查。
图5 钢筋模型生成界面
3.3 钢结构BIM技术应用
3.3.1 钢结构深化设计
采用Tekla软件对钢结构进行深化，建立构件级BIM模型，大大提高了详图设计人员的工作效率。通过深化设计的BIM建模过程，将加工工艺要求、焊接形式等信息直接在模型中反映，在完成构件图的同时生成相应的零件图用于加工制作。
图6 使用Tekla软件绘制模型及节点
3.3.2 空间桁架结构整体同步提升
采用液压提升方式整体提升部分结构重约1300t，面积5400余㎡，结构为不规则形状的空间桁架结构，平面形状类似“扇贝”。为保证此方案能顺利实施，在施工前，利用BIM模型进行钢结构强度、稳定性、变形分析，对施工方案进行模拟，保证施工安全。
图7 现场施工展示及模型对比展示
3.4 机电BIM技术应用
3.4.1 管线综合优化
针对各专业间的碰撞问题及时组织召开管线协调会议，确定基本的排布原则，采用综合支架的最佳方案，管道布局合理，增大净高，整体观感质量优，得到了甲方和设计院的认可，并据此出具剖面图对班组进行交底，指导施工。在原始设计标高要求上整体提高了20～60cm。
图8 机电管线模型及局部细节展示
3.4.2 碰撞检查
利用工作集碰撞检查发现通风管、强电桥架、消防管等专业存在碰撞问题，经人工排除可现场消除和预留洞口解决的碰撞点之外，项目共查出硬碰撞232处。
图9 碰撞报告及模型中显示
3.5 幕墙BIM技术应用
3.5.1 幕墙BIM参数化设计
大魔方演艺中心幕墙的主要构造形式以蜂窝铝板饰面直立锁边墙面系统为主，分布于3～7层（标高11.9m以上部分），按照分格控制点分为3个区域，分别是3个斜度不同的立面。蜂窝铝板总面积约为24778.21㎡，蜂窝铝板形状主要以三角平板为主，约7616块，局部位置为梯形板及不规则四边形板，檐口部位为弧形板，约462块。
图10 幕墙BIM模型
3.5.2 BIM辅助材料加工
利用BIM模型将每一块蜂窝铝板的加工尺寸出具详图，交于加工厂精准加工，大大提高了蜂窝铝板的安装效率和安装精度，蜂窝铝板的环向误差控制在2mm以内，径向误差控制在1mm以内，铝板之间的间距控制在3mm以内，相邻铝板间的高差严格控制在0mm，达到了良好的效果。
图11 蜂窝铝板示意图
4 BIM精细化管理
4.1 精准算量、材料采购
通过施工图级别的BIM模型，进行经营采购相关数据的快速查询。制定精确的物资计划，精准采购，降低库存，减少资金占用量。
利用BIM模型已有工程量，带入软件链接价格后，可进行施工图预算、目标成本、实际成本多算对比，在项目进行的过程中分析偏差原因，进行动态纠偏。
图12 工程清单汇总表
4.2 BIM辅助进度管理
将BIM模型与进度计划相关联，构件赋予时间属性，通过4D模拟可以直观得反映实际进度与计划进度的偏差，及时调整人员、材料、机械的使用计划进行动态纠偏，使进度管理精细到构件级。
图13 进度管理界面
4.3 BIM辅助技术管理
BIM模型的创建过程是建筑工程模拟建造的过程，也是图纸的梳理过程，在短时间内按照设计图快速建立模型，及时发现设计图纸问题，并第一时间反馈给甲方、设计院进行修改，提高多方沟通效率，并签字确认图纸会审材料作为施工依据，保证施工质量和进度要求。本项目通过BIM技术辅助图纸会审，发现建筑、结构、机电等专业图纸问题共计338项。
图14 图纸问题反馈
利用三维模型进行BIM可视化交底，解决在二维图纸中很难发现的问题，使施工班组更清晰明了、简单易懂地认识钢筋梁柱节点、钢柱钢梁节点等重点难点部位。
图15 现场会议解决
4.4 BIM辅助质量、安全管理
公司管理人员通过授权账号登录移动端（手机、IPAD）APP，在施工现场发现任何质量、安全等管理问题可第一时间利用移动端发送至项目管理人员及相关责任方，整改情况也能第一时间进行查看。整个公司进行三级联动协同管理，使项目质量、安全管理达到透明化。
图16 移动端示意
5 总结与展望
5.1 BIM创新应用
5.1.1 工作集模式
我公司根据长期的项目管理需求和多年BIM实施经验，联合鲁班公司共同研发了工作集模式，各专业模型可单独上传至企业BIM平台，通过创建工作集合模，进行碰撞检查。
图17 工作集功能示意
5.1.2 BIM+AR应用
施工样板示范区是公司项目的标准化动作，平面施工图方案很难将施工样板区形象完整的表现出来，利用BIM+AR技术将施工样板的所有细节提前设计、完整展示，能够帮助技术人员提前做好样板策划，同时也能节约实体样板的经济投入，确保施工质量，降低施工成本，还可以结合BIM技术对各构件的定位、排版、做法等属性信息进行查看。
图18 手机端VR界面
5.1.3 BIM+VR应用
运用BIM+VR技术建立“虚拟现实体验馆”，集安全教育、模拟体验、危险识别为一体的安全体验平台。该平台利用建筑信息模型与虚拟现实技术的结合，可以模拟高空、洞口坠落，脚手架倾斜等效果，体验安全伤害的严重性，强化现场工人对安全隐患的认识。
图19 VR虚拟现实技术
5.2 经济效益
本项目采用BIM技术在钢结构、幕墙、机电安装等施工方面，应用效果显著。其中，钢结构产生经济效益261.7万元，幕墙产生经济效益107万元，机电安装产生经济效益216万元，共计产生经济效益702.7万元。
5.2.1 土建BIM应用经济效益
直接经济效益：45+48+25=118（万元）
（1）利用BIM创建钢筋模型进行深化设计优化，指导钢筋下料和加工，比传统生产下料工艺节省材料费用45万元。
（2）基于BIM技术预留洞口，减少了土建结构的开洞和返工，节省了工期，节省经济费用48万元。
图20 土建模型示意图
（3）本工程结构异形，施工难度大，使用BIM技术辅助异形结构柱空间定位和模板安装，缩短工期，减少人工，降低浪费，产生经济效益25万元。
5.2.2 钢结构BIM应用经济效益
直接经济效益：154.8+13+93.9=261.7（万元）
（1）成都大魔方项目钢结构主要包括陀螺核心筒（约6000t）和屋盖系统（约2600t），借助BIM技术进行钢材下料排版和优化，比传统下料工艺可节约钢材3%。则整个工程共节约钢材（无缝钢管）：（6000+2600）×3%=258（t），无
缝钢管单价按6000元/t计算，则可节约直接费：258t×6000元/t=154.8（万元）。
图21 钢结构模型示意
（2）屋盖系统钢结构立体桁架（2600t）借助BIM技术进行模拟预拼装与传统加工车间预拼装可节约费用（人工、吊装机械、辅助拼装材料等）按50元/t计算，则可节约预拼装费：2600t×50元/t=13（万元）。
（3）基于BIM技术对屋盖系统钢结构立体桁架安装的三种拟选方案进行分析、比选，最终选择整体提升和1台280t履带吊分段吊装再加累积滑移，该方案比其余两种方案至少可节成本93.9万元。
5.2.3 机电安装BIM应用经济效益
（1）机电所有专业利用BIM技术进行碰撞检查、提前预警，预留孔洞缺漏检测，极大地减少返工，比传统施工方式大大节省了材料和工期，节省直接经济费用216万元。
（2）利用BIM技术进行管道综合排布、优化管道走向设计，优化综合支架，提高净高，实现了技术创效，增强了企业盈利能力。
（3）利用BIM技术输出深化设计管道剖面图，交与施工班组，指导施工，深度模拟大型设备吊装运输进场，提前预警，优化施工方案。
图22 机电模型示意图
5.3 社会效益
成都大魔方项目，借助BIM技术形成的集成管理环境，使工程技术人员对各种建筑信息做出正确理解和高效应对，为各方建设主体提供协同工作的基础，在提高生产效率、节约成本和缩短工期方面发挥重要作用。通过BIM-4D模拟检验，保证了施工质量和安全，缩短了工期。通过BIM技术协助集约化管理，实现了绿色施工，减少了资源浪费，实现了技术创效。
通过BIM技术在成都大魔方项目中的综合应用，为今后同类项目实施提供了成功经验，有利于BIM技术的推广应用。同时，提升了公司的施工技术水平，为公司“转型、扩张、提升”式发展提供技术支撑，提高了企业的核心竞争力。
图23 五冶大厦
参考文献
[1]歌燕锋，陈龙．BIM技术在三维异形曲面结构施工中的应用[J]．山西建筑，2017，43（11）．
[2]钱惠，吴善浒，王兴坡．BIM在机电安装工程中的应用[J]．安装，2011，（10）．
收稿日期：2018-08-14
作者简介：李长线（1983-），男（壮族），广西南宁人，中国五冶集团有限公司高级工程师，研究方向：BIM技术应用。
