南京青奧城(會議中心)工程BIM技術應用

葉　嵩　陳于峰　李文春　唐　潮

(中建八局第三建設有限公司，南京　210068)

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南京青奧城(會議中心)工程BIM技術應用

葉嵩陳于峰李文春唐潮

(中建八局第三建設有限公司，南京210068)

南京青奧會議中心形似一艘太空船，外形奇特，結構復雜，同時也是目前國內最大的GRC工程。本項目建筑施工全過程應用BIM，解決了異形鋼結構制作安裝，以及雙曲面GRG、GRC設計施工等眾多領域難題。本文以項目管理為核心，詳細介紹了BIM技術在項目建造全生命周期過程中的特點及應用過程。

BIM； 施工； 設計； 管理

【DOI】 10.16670/j.cnki.cn11-5823/tu.2016.04.01

1　工程概況

1.1項目簡介

圖1　建筑效果圖

圖2　模型截圖

南京青奧會議中心工程其占地面積4萬m2，總建筑面積19.4萬m2，建筑高度為46.9m，地下兩層、地上六層，具備會議、音樂、商業、展覽、餐飲等功能。本工程地下室為鋼筋混凝土框架剪力墻結構，地上為全鋼結構， 15m以下由四個獨立的單體組成， 15m以上連成整體，本工程由當代英國“解構主義大師”扎哈.哈迪德設計整個建筑采用了流線型設計，室內色彩及構造變幻多樣，動感十足，是南京史上最具現代感的建筑。建筑效果圖和模型截圖如圖1所示。建筑效果圖如圖1所示，模型截圖如圖2所示。

1.2工程特點和難點等

青奧會議中心工程作為2014年青奧會的主辦場地社會影響大，關注度極高。根據合同，本工程的工期僅為945天， 2014年7月份竣工為關門工期，且不確定因素多，所有關鍵工序沒有機動時間，必須保證每道工序都按期完工才能保證工期目標的實現，工期非常緊張。本工程設計富于動感和現代氣息，內裝部分大量采用GRG自由曲面，色調豐富多彩，地面為環氧水磨石、崗石，整體裝修檔次高，工藝復雜，立體交叉施工多，不規則拼縫多，接口處理工作量大見圖3。外幕墻設計新潮，造型復雜，采用GRC板安裝，最大限度地滿足了設計師對建筑外觀的要求。該項目也是目前國內體量最大的GRC板安裝工程。

會議中心主體為框架-中心支撐全鋼結構體系，外形怪異和建筑功能布局的需要導致結構形式錯綜復雜如圖4，柱網及桿件布置隨意、無規律性，桁架最大跨度約78m，最大重量175t，鋼柱部分為外框架傾斜柱，鋼斜柱節點最重43t，相貫節點最多為93個， 24 000多個構件中均為獨立尺寸，無相同構件，鋼構的深化設計非常復雜，加工困難。

圖3　典型內裝模型

圖4　典型鋼結構節點模型

2　BIM組織與應用環境

2.1 BIM應用目標

本項目曲線曲面多、形體空間大、異性結構多重嵌套傳統模式難以施工，BIM技術的引入為我項目總承包管理提供了一種新思路。減少施工的工期、人工、材料損失同時，也實現了綠色、低碳、智能、科學的管理目標和項目的合同目標。

2.2實施方案

土建和幕墻沿用設計和業主提供的模型，鋼結構和機電安裝專業自主建模，并在模型上進行施工階段的信息錄入和模型上的優化調整，。將BIM技術全面應用到項目總包管理的過程中，對傳統平面上難以解決的問題采用BIM技術進行優化和解決，在項目的技術管理中、進度管理、質量管理、合約管理、在安全、文明施工管理中進行全面的應用。

2.3 團隊組織

成立以項目經理為核心的BIM團隊直接和設計對接，提高項目BIM工作執行力度具體人員職責分工見圖5，人員組織架構見圖6。

圖5　人員職責分工

圖6　人員組織構架

2.4應用措施

制訂了詳細的BIM建模標準項目BIM實施標準，用于規范化項目的BIM管理工作。并且由業主主推，項目經理牽頭，從總包管理層進行施工階段BIM技術應用過程資源的調配，將BIM作為一項工具應用到項目管理的各個環節中去。

2.5 軟硬件環境等

項目硬件配置情況見圖7，軟件情況見圖8。

圖7　硬件配置情況

圖8　軟件配置情況

3　BIM應用

3.1 BIM建模

在原有設計模型的基礎上，依據總包制定的BIM建模標準由各分包單位進行設計模型的優化，本項目BIM模型以提交運維模型為目的，精度要求達到LOD400，機電專業建模精度要求達到LOD500。總包負責施工過程中模型的搜集管理發放工作，并配合業主及設計單位完成BIM竣工模型的整理和審核工作。

3.2BIM應用情況

3.2.1HCI(人機互動)鋼結構設計、加工和現場安裝工程

本項目工期緊， 4 000t多異形鋼結構施工量大， 2萬多支構件造型復雜制作拼裝困難，極易出錯。通過信息技術為手段實現了使用者、模型、現場的三方互動，將BIM技術貫穿于深化設計、加工制作到現場安裝的完全過程中，實現技術從設計階段到施工階段的應用延伸，完成建筑信息從設計到施工過程的充分共享、無損傳遞，為各參與方的協同工作提供堅實基礎和可靠依據。

在項目的施工圖設計階段，深化設計成立BIM設計團隊，入駐主體設計院，參與主體設計環節，進行主體設計的前期配合，有效推進深化設計進度，反饋最新的設計修改和變更給項目部，安排和調準材料采購、下料和加工制作計劃，大大節省工期。根據深化設計提供的精準的鋼結構專業三維TEKLA模型(如圖9)和各專業綜合系統碰撞檢查，提高了各專業協調的效率和精確性。利用鋼結構專業BIM技術軟件TEKLA Structure中的API技術，根據設計院提供的結構線模型，進行快速三維模型搭建，大大節約了采用常規方法建立模型的時間。我們對南京青奧會議中心主體鋼結構進行建模，并將模型用于編制工程施工方案(如圖10)。三維動畫的引入，使得項目所有參與者可以對整個結構體系、制作吊裝進度、制作吊裝工藝等直觀的理解。并且，可以實時根據現場吊裝機械配置的調整，跟進調整施工方案。

圖9　鋼結構建模

圖10　模擬動畫

利用BIM技術，我們對南京青奧會議中心主體鋼結構材料統計、采購、制作、安裝進行全過程實時控制； 通過BIM軟件的使用，材料的使用狀況得以及時、準確地反映在上述這些過程中。當設計圖紙變更時，所發生的變化可能造成的影響亦能及時反饋至業主和設計方。同時采用TEKLA人機交互完成所有構件現場安裝平立面布置圖見圖12，并根據工廠制作進度、現場吊裝設配配置的變化，對施工方案進行實時調整。

圖11　工程量提取

圖12　平面布置出圖

結合BIM技術，以Revit為平臺建立了結構模型，能夠檢查設計中錯漏碰缺。針對本工程大量存在的復雜鋼結構節點，采用了更加精確的機械制造領域的SolidWorks軟件，并且可以實現鋼結構復雜節點的有限元受力性能分析見圖13，提高有限元節點分析效率。將加工好的鋼結構零件，借助三維掃描技術直接生成數字模型，在計算機上完成預拼裝工作,確保拼裝工作的順利進行見圖14。

3.2.2管代替鋼鑄件在工程中的應用

本項目存在大量的異形鋼結構節點，如全部使用鋼鑄件，成本較高，所以項目采用鋼管件代替鋼鑄件，但鋼管件設計放樣難度高，BIM技術的引用為我項目本計劃的實施提供了一種經濟高效的解決思路。

圖13　節點有限元分析

圖14　數字化預拼裝

通過模型，對相貫口進行修剪，相貫口零件進行拆分，見圖15。利用鈑金展開軟件進行展開，展開時考慮壁厚影響，并注意相貫口位置的選擇。依據展開結果加熱、卷圓、成型。BIM技術的使用克服了貫口放樣的困難，放樣完全借助模型，對相貫口進行修剪，相貫口零件進行拆分，直接用于工廠生產，極大的節省了材料、人工，縮短加工周期，提高了整體工業化程度，成型效果見圖17。

圖15　貫口零件拆分過程

圖16　成型效果

3.2.3異型流線大空間機電管道安裝設計和施工應用

南京青奧會議中心安裝工程涉及專業多，管線排布復雜。大量四新成果使用，造成新型設備材料種類繁多，系統復雜性、專業性特征明顯。建筑結構外形獨特新穎別致，內部空間高度跳躍性變化，大多呈曲面曲線無規則可言，機電安裝末端設備安裝難度極大。

通過匯集各專業電子版圖紙并通過BIM建模，合成綜合管線布置圖，組織給排水、暖通、電氣各專業技術人員參與管線綜合布置的討論和調整見圖17。通過在模型上的不斷調整實現了施工的美觀和合理，避免返工。找出管線密集區域或交叉碰撞過多的區域，遵循上述綜合布置原則，考慮施工工藝和安裝操作的空間以及將來的維修空間，有代表性地做出相應的剖面圖、立面圖。重點完成管排、走道、管井、機房等區域的節點詳圖的設計及綜合支吊架的設計。考慮到非標角度管件的加工時間長、造價高以及不便于以后維修更換的缺點，機電管線綜合重點考慮非標角度的轉換問題。通過調整管道走向或管道標高，借助REVIT 的管道自動生成功能，采用45°、90°彎頭等標準管件組合運用從而達到消除或減少非標角度的目的，見圖18。項目在施工前通過BIM模型對勞務隊和項目技術人員進行可視化交底，同時導出二維施工圖紙發放勞務隊直接指導施工。

3.2.4BIM技術在GRC幕墻系統中的運用

本項目GRC約89 000m2，曲面轉角較多，板塊分縫劃分難度較大。外形較為復雜、控制面積較大，同時GRC板的安裝精度要求很高，GRC板的連接件只能作為最后的精調措施，因此對GRC支撐結構的安裝定位提出了很高的要求。轉角部位板塊為雙曲面造型，且GRC幕墻板塊精度要求高，一旦成型后期無法調整。

圖17　凈高控制圖

圖18　彎頭優化

通過Rhino犀牛軟件對模型進行劃分、展開投影線，GRC模型被分為3×2m的板塊，板塊分縫縱橫對齊，在上下傾、屋面上板塊被分為標準板、折板、單曲面板、雙曲面板等，平面尺寸基本為3×2m，在轉角處局部板塊被分為3×6m、4×2m、6×4m等。經設計許可后，加工預制現場吊裝，完美表現設計意圖。詳細流程見圖19。

項目采用三維掃描逆向建模，利用三維空間模型進行坐標提取，現場通過全站儀、經緯儀、水平儀等測量儀器通過從平面、高程上進行投點放樣，保證了測量精度。

項目采用三維掃描逆向建模見圖20，利用三維空間模型進行坐標提取，現場通過全站儀、經緯儀、水平儀等測量儀器通過從平面、高程上進行投點放

圖19　幕墻設計施工流程

圖20　下傾部位模型

圖21　測量結果

樣，保證了測量精度，測量結果如圖21所示。

對于復雜造型的雙曲面部位，采用CNC 數碼雕刻工藝如圖22所示，直接將模型導入CNC雕刻機，解決了模具制作、產品尺寸控制，接縫控制的難題，將復雜面的三維定點誤差控制在了3mm 以內，背負鋼架安裝點誤差也能較好地控制在連接角碼的誤差調節范圍。GRC加工現場如圖23所示。

圖22　模板三維雕刻機

圖23　GRC加工現場

青奧會議中心GRC板共計12 700塊，從深化設計(圖24)、二次鋼構安裝、保溫防水層施工，到GRC板安裝結束，用時一年，其每道工序都在考驗施工人員的智慧與能力，通過三維模型技術與傳統施工技術相結合，將設計師的作品完美地呈現在世人的眼前。

3.2.5大空間自由曲面三維數字化施工

曲面較多，造型復雜，內裝表面分割難度高異性的空間曲面，造成了設計和施工間的交流障礙。多轉角，多扭曲，控制面積大GRG板的安裝精度要求很高，GRC板的連接件只能作為最后的精調措施，因此對GRC支撐結構的安裝定位提出了很高的要求。借助BIM技術，以先轉角后大面，滿足設備搬運安裝要求為前提，在原設計模型上進行分模，并使用模型作為和設計直接交流的工具。通過三維技術，根據需要安裝的GRG信息建立主體結構的三維數字化模型，提前預知并解決安裝過程中會出現的碰撞、間隙等施工問題，提高工作效率； 建立三維坐標作為安裝施工的依據，更加方便，也提高了安裝精度。圖25為GRG現場制作安裝。

圖24　GRG深化設計

圖25　GRG制作安裝

3.2.6BIM在進度管理中的應用

將工程分為6個階段，樁基施工、基坑施工、地下室結構、主體結構、外幕墻及內裝飾施工、室外管線及景觀工程等階段，并對各個階段進行細化節點，從日到周，周到月進行節點控制，施工節點只能提前，不能延遲如圖26，并借助Naviswork軟件將排出的計劃和模型相關聯，用來驗證計劃的合理性，并實時監控現場的完成情況，如圖27。

3.2.7BIM在質量管理中的應用

項目人員借助BIM技術，將施工方案內容，制作成施工動畫，模擬實際施工，將復雜工藝形象地展現出來，使施工工藝得以快速、準確地傳遞。使用手持式移動終端設備，采用無線移動終端，對工人、質檢人員、現場施工作業人員進行現場技術交底，檢驗施工質量，使施工方案可視化、施工難點與關鍵部位明確化，進而保證施工的順利進行。如圖28。

圖26　工期計劃

圖27　4D模擬界面

圖28　手持設備使用

自主研發了一套工程質量監督能力評價提升系統，創新性地將BIM模型用于人員的培訓考核中去，系統能導入建立好的內含質量問題的BIM模型，并可以通過在質量通病庫中勾選結果進行評分，從而提升新員工發現質量問題和鑒別質量問題的能力。如圖29。

3.2.8輔助現場平面管理

如圖30、31，利用BIM模型進中行現場平面布置規劃，現場布置與結構主體關系更加立體。信息表現更全面，直觀，再利用動畫演示，發現不足，不斷優化，完全實現模型和現場的一致，提高工作效率，降低管理難度。

圖29　軟件系統截面

圖30　基礎階段平面布置

圖31　鋼結構階段平面布置

3.2.9BIM在合約管理中的應用

借助BIM模型快速提取雙面的GRG，GRC的展開面積，以及鋼結構和機電安裝的清單明細用于工程量的審核和結算工作。

3.3.10竣工與運維中的應用

針對幕墻、精裝修、機電安裝、鋼結構等專業，在竣工階段我項目借助整合項目變更后的BIM模型，補充完善了原有的項目施工圖紙，極大地縮短了項目竣工圖紙的搜集整理時間。如圖32對于難以建模的設備，我項目借助三維掃描設備逆向建模，完善竣工模型。為滿足業主運維需要借助REVIT軟件將設備信息錄入，設備族中用于配合運維系統使用。如圖33，借助REVIT API技術將設備信息導出并生成二維碼，張貼于日常維護設備上用于配合業主的運維管理工作。

圖32　完成設備三維掃描

圖33　模型信息輔助運維

4　應用效果

通過BIM技術，提高與業主、設計、分包工作效率。解決了本項目多個技術難度超前的工藝難題。

利用BIM模型結合項目算量軟件、管理軟件等實現了數據的統一和準確率，使項目成本更準確、及時。BIM技術的應用提高了工程一次成優率，為項目創優奠定基礎。

青奧會議中心工程在2014年8月投入使用，給世界各國的運動員、教練員、官員留下了深刻印象，充分展示了南京形象，獲得了各界一致好評。多次迎接全國建筑業協會、施工技術雜志社、江蘇省裝飾協會等各界社會團體的觀摩，也多次被江蘇城市頻道、江蘇教育頻道、南京科教頻道、南京電視臺、南京日報、揚子晚報、《金陵瞭望》雜志、中央電視臺的報道，獲得了“江蘇省省級文明工地”、“市優質結構獎”、“金鋼獎”、“上海市青年文明號”、“江蘇省建設系統工人先鋒號”等，形成了良好的社會效應。項目BIM應用收益如表1所示。

表1項目BIM應用收益

5　總結

5.1創新點

本項目遵循以管理為核心，模型為工具的應用思路。項目的創意性設計促使了BIM技術在本公司的落地和應用，特別是結合三維掃描技術，和三維數字雕刻技術，以及數字化預拼裝技術的鋼結構施工應用，以及GRC和GRG施工應用水平和深度均已走在國內的領先地位。同時我項目還圍繞BIM軟件展開了一系列二次開發，并且首次將 BIM技術用在現場質量人員的考核過程中去。項目的BIM應用圍繞項目參見人員的日常工作展開，在優化傳統工作方式的同真正時現了綠色、低碳、智能、科學的管理目標。

5.2經驗教訓等

BIM理念是建筑行業的趨勢，實踐已經證明，

BIM技術的應用可以給項目帶來巨大收益，符合綠色施工的理念。通過BIM技術在本項目的實施應用，發現了BIM技術在造型復雜的大型公建施工過程中的應用往往能夠得到較好的收益和效果。想讓BIM技術應用真正落地，除項目本身因素外，還需要從項目的每一個參與者自身做起，創造一個上層領導支持、下層員工主動參與的全生命周期的應用氛圍。但是國內很多項目由于自身對三維數字設計的依賴程度較小，所以較難獲得項目參與人員的支持，BIM技術在我國中小型項目的落地應用仍然有著一段較長的路要走。

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Application of BIM Technology in the Project of Nanjing Youth Olympic Conference Center

Ye Song，Cheng Yufeng，Li Wenchun，Tang Chao

(TheThirdConstructionCo.，Ltd.,ChinaConstructionEighthEngineeringDivision，Nanjing210068，China)

The Nanjing Youth Olympic Conference Center has a peculiar shape like a spaceship, and the structure is complex. It is also the largest GRC project in China. BIM is applied throughout the whole process of construction and solves such problems as the production and installation of special-shaped steel structure, the hyperbolic GRG, and GRC design and construction. Based on project management, this article introduces the characteristics and application process of BIM technology in the whole life cycle of the project.

BIM; Construction; Design; Management

葉嵩(1988-)，男，工程師。主要從事公司技術管理及BIM技術運用研究。

TU17

A

1674-7461(2016)04-0001-09