江蘇大劇院屋面及外部裝飾工程（二標段）BIM技術應用

葉永輝

佛山華構南方建筑幕墻設計有限公司 廣東 佛山 528000

1 工程概況

江蘇大劇院整體外形設計取意為“荷葉上的水滴”，漂浮在生態綠野之上的四顆水珠，四顆“水珠”分別容納了歌劇廳、戲劇廳、音樂廳、綜合廳等主要功能，全部坐落在一個公共活動平臺之上。外立面采用金屬屋面和玻璃立面設計，使熠熠生輝的鈦金板幕墻和晶瑩剔透的全玻璃幕墻渾然一體，呈現“圓潤剔透，靈動匯聚，水波涌動”之意[1]。

考慮到此項目的復雜性和重要性，保證此項目按時保質完成，通過引進BIM技術并利用其功能和特點，指導深化設計、施工階段、生產加工和后期應用管理。并通過參數化建模，大大減少了煩瑣的人工操作和潛在錯誤，實現工程量信息與設計方案的完全統一，完美呈現項目設計效果。

圖1 建筑效果圖

2 BIM在深化設計上的應用

BIM技術可使設計參數化。在BIM軟件中完成建筑外殼分板，定位結構形式和位置，劃分幕墻，以及確定經度、緯度總長度和劃分數等可調參數，由參數控制的建筑形體便于設計師依據專業分析結果，快捷地完成調整，高效、直觀[2]。

在深化設計階段，使用Rhino軟件建立外立面表皮模型，然后通過Rhino軟件將其導入Revit模型，與建筑結構模型整合為一個整體。之所以選擇Rhino來深化建筑表皮模型，是因為建筑大部分是曲面造型，Rhino軟件在曲面三維建模上有很大的優勢，功能強大。

Rhino軟件是一款基于NURBS的造型軟件，具有非常強大曲面建模功能，可以在Windows系統中建立、編輯、分析和轉換NURBS曲線、曲面和實體，不受復雜度、階數以及尺寸的限制。并且Rhino軟件跟AutoCAD、Revit等軟件有對接接口，可以互相導入，進行無縫鏈接（類似CAD里面的外部引用），具有良好的兼容性。配合Grasshopper插件，還可以實現參數化建模，使修改模型變得相當容易快捷，通過鏈接功能，在Rhino里面的修改內容能夠馬上反映到Revit軟件里面；以便于與建筑院的協同工作[3]。

直立鎖邊板排版設計，排版方式是否合理，對整個屋面工程的施工效率、工期有重要影響。屋面造型、屋面曲率分析、等高線分析、屋面坡度分析直接影響到屋面板的排版及排水。采用rhino參數化軟件將屋面劃分單元進行曲率分析，并進行屋面板空間三維排版；同時對每單元劃分的板塊進行三維量化分析和優化，確保每單元板塊能滿足生產加工和現場安裝的要求。

金屬板外表皮設計，根據對原建筑模型的綜合分析，本工程屋面表皮為三維空間曲面，且左右不對稱。我們以此原則重建建筑、結構表皮。在此基礎上進一步建立屋面的分格及其各種構件模型。雙曲面轉換成平面網格，這個可以在Revit里面進行，利用Revit將表皮劃分成一個個網格，對應于屋面板塊的分格，這樣屋面板塊被分成一個個的平面板塊。屋面系統模型主要包括金屬板、支撐龍骨、直立鎖邊板、固定支座、次檁、主檁及檁托等構件內容。

同樣，導入Revit軟件并利用其強大的信息統計功能，對每一個屋面系統、采光頂系統的構件、嵌板進行編號，并對其定位坐標、顏色、材質、加工尺寸和到場時間等信息進行統計梳理，可以方便快捷的導出板塊清單、材料清單[4]。

專業協調是BIM的基礎應用和核心功能，從軟件的操作上可以簡單地理解為將各專業模型匯總后做碰撞檢測。屋面工程的工序是在具備完整的主體結構后開始施工，可與機電工程并行施工。屋面專業與其他各專業在空間占位上聯系緊密。復雜幕墻系統通過BIM加強了如下空間占位管理：

（1）屋面系統主檁通過檁托將荷載傳遞到主鋼結構，BIM可以檢查結構梁尺寸是否滿足檁托安裝，避免屋面安裝時與主鋼結構發生沖突情況發生；

（2）BIM能處理好屋面工程與精裝修的空位關系問題，如二次隔墻與屋面龍骨的對位關系、檢修孔與檢修走道的位置關系等；

（3）屋面專業與機電專業協調，如在施工圖設計時樓體泛光照明系統方案無法完善，其線路與燈具的布局就需要與屋面專業在施工二次深化設計時進行協調；屋頂機電設備布置密集與本專業需要大量的協調工作等；

（4）屋面與標識的專業協調，如主體建筑LOGO與屋面系統的關系；

（5）屋面與景觀的專業協調，如屋面與景觀地面收口的交接。

項目的實施過程中出現了設計“不一致”問題或者施工過程中產生新的空間占位問題，協作方通過開協調會，提出解決辦法，出具變更，這是傳統的做法。然而BIM模型可以真實地還原物理空間，在計算機里處理設計階段的碰撞問題，項目合作各方進行討論協調，使這些問題更早暴露，并在早期解決。

圖2 建筑整體模型

3 BIM在施工上的應用

江蘇大劇院異型的結構在平面圖中也很難表達，而在三維模型中，可以展現大劇院特有的雙曲面造型。在施工與檢測中，現場復核三維坐標跟設計模型坐標做對比。工程具體實施過程當中，由于整體造型為弧形、類橢圓錐形狀，使得每一塊鈦金板及玻璃都有其自身尺寸，相互之間不能代替更換。通過BIM技術的應用可以自動生成帶編號和三維空間坐標的加工圖紙，通過精確測量技術、誤差消減技術和BIM技術的聯合測量校正，使得每一塊鈦金板及玻璃在拼裝時可以嚴絲合縫[5]。

4 BIM在加工生產上的應用

項目主要加工構件包括線材（鋼通、鋁圓管、高頻焊H型鋼、外裝飾條）和板材（玻璃、鈦板、鋁復合板、鋁單板），各種材質受加工設備、材質屬性影響不可能完成依據建筑原意加工。比如鋁復合板無法加工雙曲面、玻璃加工半徑需大于1500mm、鋁型材同軸方向只能加工單半徑等等。

針對各種材料屬性所要求的加工局限，我司采用BIM軟件協助解決。如玻璃板塊的加工，通過rhino軟件曲線命令可以輕松生成規則線條，與原建筑曲面比對在誤差允許范圍即可采用；克服以往采用CAD模擬線段的人工操作煩瑣及隨意性大的缺點[6]。

5 展望未來

BIM引領建筑業信息技術走向更高層次，它的全面應用，將為建筑業的科技進步產生不可估量的影響，大大提高建筑工程的集成化程度。這對建筑幕墻業的發展帶來良好的機遇也是巨大的挑戰。

為提高BIM的應用水平，共享BIM數據信息，幕墻行業應當立即行動起來，投入到BIM應用的洪流中去，加強設計（包括方案設計、結構計算、熱工計算、日照計算等等）、加工制作、安裝施工和運行維護的各個階段的應用軟件的整合，提升產業技術能力。

[1] 李遠晟,孫璐.BIM技術成就建筑之美——江蘇大劇院項目實踐[J].建筑技藝,2014,(02):82-85.

[2] 張洋. 基于BIM的建筑工程信息集成與管理研究[D].北京:清華大學,2009.

[3] 王陳遠.基于BIM的深化設計管理研究[J].工程管理學報,2012,26(04):12-16.

[4] 劉占省,趙明,徐瑞龍.BIM技術在我國的研發及工程應用[J].建筑技術,2013,44(10):893-897.

[5] 王君峰.Autodesk Navisworks實戰應用思維課堂[M]. 北京:機械工業出版社,2015:219.

[6] 王奕修.Grasshopper入門&晉級必備手冊[M]. 北京:清華大學出版社,2013:211.