杭州G20主會場精裝修工程BIM應用介紹

盧志宏

亞廈股份BIM技術(shù)管理部總監(jiān)

杜艷靜

亞廈股份BIM技術(shù)管理部經(jīng)理

楊家躍

亞廈股份BIM技術(shù)管理部主管

2016年G20峰會在杭州國際博覽中心圓滿落幕，浙江亞廈股份有限公司擔綱核心區(qū)的施工重任。本工程核心區(qū)造型多變、工藝復雜、工期緊、交叉作業(yè)突出，總體設計及施工難度非常高，而G20主會場又是核心區(qū)的重難點。公司BIM團隊利用3D激光掃描分析現(xiàn)場、參數(shù)化建模推敲形體、精細化設計對接加工等一系列的BIM技術(shù)手段，協(xié)助設計師與項目部完美完成此次任務，保證了G20主會場順利完工。

3D激光掃描、逆向建模、參數(shù)化應用、加工對接

1 項目BIM應用背景與目標

杭州國際博覽中心作為浙江省重點項目與杭州地標性工程， 2016年G20會議在此召開，特殊的功能與緊張的工期導致項目施工難度非常大，而造型復雜工藝要求最高的G20主會場，就是其中最難的關鍵點。為了攻克這個難關，公司在項目尚未進場就開始籌備BIM技術(shù)的應用。公司給予充分的支持，由項目設計人員、施工人員與BIM中心人員成立了專門的小組，在項目設計深化與施工過程中深入應用BIM技術(shù)，提升項目的設計與施工水平，最終實現(xiàn)高質(zhì)、高效、可控的整體目標。

2 BIM具體應用介紹

2.1 BIM與3D激光掃描技術(shù)的配合應用

裝飾工程是建設項目的最后一道工序，土建、鋼結(jié)構(gòu)、機電等的施工質(zhì)量與誤差會對裝飾設計與施工造成極大影響。在本項目中為消除這類問題，采用了3D激光掃描技術(shù)，使用國際先進的激光掃描儀，將已竣工的土建、鋼結(jié)構(gòu)進行掃描采集現(xiàn)場數(shù)據(jù)，然后逆向建模還原現(xiàn)場，接著與BIM設計模型進行比對，快速、直觀、準確的發(fā)現(xiàn)施工錯誤與誤差。

2.1.1 現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集與逆向建模

項目一進場，公司就首先安排對現(xiàn)場已竣工的土建鋼結(jié)構(gòu)進行校核，根據(jù)以往項目經(jīng)驗，竣工的現(xiàn)場數(shù)據(jù)與設計數(shù)據(jù)對比或多或少都會有偏差。因此項目的特殊性，我司直接安排最先進的3D激光掃描儀進行現(xiàn)場掃描測繪，采集土建鋼結(jié)構(gòu)完整的竣工數(shù)據(jù)，然后對采集的點云數(shù)據(jù)進行處理與逆向建模，完整的在電腦中還原竣工現(xiàn)場三維數(shù)據(jù)模型。

現(xiàn)場測繪作業(yè)

主會場現(xiàn)場掃描數(shù)據(jù)成像

現(xiàn)場鋼結(jié)構(gòu)點云數(shù)據(jù)

鋼結(jié)構(gòu)逆向建模

2.1.2 基于逆向模型的設計分析

有了現(xiàn)場數(shù)據(jù)后，本項目的裝飾深化設計直接在與現(xiàn)場一致的逆向模型上展開。搭建完成的精裝設計模型被安放到逆向現(xiàn)場模型中，發(fā)現(xiàn)了逆向的現(xiàn)場鋼結(jié)構(gòu)模型與施工圖中的參照鋼結(jié)構(gòu)嚴重不符，導致設計的吊頂與現(xiàn)場鋼結(jié)構(gòu)模型沖突非常嚴重，整個吊頂幾乎都嵌入了鋼結(jié)構(gòu)模型中，四個角的挑檐造型甚至超出了鋼結(jié)構(gòu)1米多，按照原設計的吊頂將完全無法施工安裝。公司設計、施工人員經(jīng)過緊急磋商尋找解決方案，由于項目工期太緊，已經(jīng)無法再對鋼結(jié)構(gòu)進行調(diào)整，最終多方協(xié)商后確定依據(jù)現(xiàn)場鋼結(jié)構(gòu)去重新修改吊頂造型并適當降低高度。

逆向鋼結(jié)構(gòu)模型與吊頂沖突

依據(jù)現(xiàn)場鋼結(jié)構(gòu)調(diào)整設計模型

2.2 基于BIM的設計優(yōu)化與深化

BIM被公認為建筑工程行業(yè)的一次新的變革，直接三維設計與出圖是設計行業(yè)的發(fā)展趨勢。這一變革不僅僅是從技術(shù)層面改變，更重要的是整個流程的革新。本工程在設計深化階段搭建了土建、鋼結(jié)構(gòu)、內(nèi)裝全專業(yè)BIM模型，以直觀的三維場景全方位推敲，真正實現(xiàn)可視化設計，如空間關系、透視效果、門窗等復雜造型優(yōu)化等，所見即所得，讓設計師做出最優(yōu)的決策。

2.2.1 可視化方案比選

由于影響最大的北面兩個挑檐檐角高度必須降低一米多，項目主設非常擔心影響整體效果。于是公司BIM團隊利用參數(shù)化建模技術(shù)多次針對吊頂曲面形狀進行調(diào)整，經(jīng)過數(shù)輪方案對比，最終放棄北高南低的方案，確定四個檐角一起降低，然后通過增加吊頂曲度，在保證凈空高度前提下，做到幾乎不影響整體視覺效果，此方案得到了項目主設與業(yè)主的一致認可。

吊頂表皮曲線造型進行調(diào)整

不同弧度的吊頂造型對比選擇

吊頂最終方案

吊頂現(xiàn)場實拍照片

2.2.2 精細化深化與優(yōu)化

BIM設計流程能夠讓多個設計師在同一個模型載體中工作，相關專業(yè)的信息也全部匯集進模型，多專業(yè)之間協(xié)調(diào)更直接更流暢，設計師之間溝通也更順暢，少走了很多設計彎路，把工程設計人員從不斷的改圖中解放出來，能夠把更多的時間和精力放在方案優(yōu)化、改進和復核上，實現(xiàn)精細化設計。

優(yōu)化后窗造型

原窗造型

現(xiàn)場實拍窗造型

主會場的中式挑檐設計共有四根大梁，原設計方案為600寬900高弧形梁，但項目主設在BIM深化模型中發(fā)現(xiàn)大梁過于凸顯，于是公司在BIM整體模型中創(chuàng)建不同大小的角梁方案進行效果對比，最后經(jīng)過幾次討論與調(diào)整，最終確定改為600寬600高的角梁，另外斗拱設計也有針對性的進行了調(diào)整。

原方案600x900角梁效果

最終方案600x600角梁效果

原角梁與斗拱方案

優(yōu)化后角梁與斗拱方案

角梁與斗拱現(xiàn)場實拍照片

2.3 參數(shù)化應用于加工對接

BIM設計流程還是實現(xiàn)工業(yè)化設計的捷徑，我們在設計過程中就把施工與加工的影響因素考慮進去，深化BIM模型直至加工精度，并提取加工數(shù)據(jù)信息，直接與加工對接。G20主會場項目，弧形吊頂?shù)墓灿?52根大小弧線不一的椽子，一旦吊頂曲面形狀有點微調(diào)，所有椽子的數(shù)據(jù)也要跟著調(diào)整。由于現(xiàn)場鋼結(jié)構(gòu)與設計所參照鋼結(jié)構(gòu)不符，在施工深化階段吊頂曲面的方案仍需找型調(diào)整對比，方案對比時需要多個不同的詳細方案，而一旦確定了方案又要立刻提取出加工數(shù)據(jù)。傳統(tǒng)設計方法根本無法滿足這種精度與節(jié)奏，于是我們采用先進的參數(shù)化設計軟件Catia進行設計，主要步驟如下:

(1) 制定吊頂上表面曲面方案

(2) 確定椽子與角梁截面

(3) 椽子與角梁通過參數(shù)與曲面進行約束

(4) 椽子與角梁利用參數(shù)驅(qū)動隨形變化自動排布生成吊頂

(5) 每一根椽子與角梁的三維模型直接剖切出圖

(6) 到CAD中標注完畢提給加工廠商進行加工

用此參數(shù)化設計方法，只要吊頂曲面方案調(diào)整確定，椽子的加工數(shù)據(jù)就可以快速輸出，大大提升設計與加工的銜接效率與準確性。在本項目工期如此短促方案又反復調(diào)整的情況下，不用參數(shù)化設計完全不可能實現(xiàn)。

確定曲面造型

椽子根據(jù)曲面自動排布生成吊頂

加工深度的參數(shù)化模型

模型直接切出加工圖紙

3 結(jié)語

本項目公司投入了最先進的技術(shù)與最高端的人才，在采集了完備的現(xiàn)場數(shù)據(jù)的前提下，進行精細化設計、參數(shù)化設計，并基于BIM模型提供建筑形體系數(shù)、概預算數(shù)據(jù)、合理可行的加工圖。正是有此先進技術(shù)的支撐與有力執(zhí)行保證，各國領導友人才能置身此飛檐之下，欣賞著中國風情與江南特色，共商國是。

近年來BIM在中國的發(fā)展很快，借助2008年北京奧運會與2010年上海世博會的契機，在中國開始大范圍推廣應用。建筑裝飾行業(yè)BIM應用起步相對較晚，此次恰逢G20盛會，有G20主會場這樣的高端項目，必將促進建筑裝飾行業(yè)BIM的大發(fā)展。

[1] 黃白. 關于當前我國建筑裝飾行業(yè)BIM發(fā)展的若干認識[N]. 中華建筑報. 2015 (08)

[2] 張玉平.淺論BIM的建筑裝飾裝修工程運用與發(fā)展[J]. 城市建設理論研究:電子版, 2013(24)

[3] 呂芳,韋巍,楊家躍. 上?，F(xiàn)代工程咨詢有限公司借助BIM快速提升項目總控能力[A]. BIM與工程建設信息化——第三屆工程建設計算機應用創(chuàng)新論壇論文集[C]. 2011

杭州G20主會場精裝修工程BIM應用介紹

責任編輯：符媛