中央歌劇院劇場項目BIM技術應用

(北京城建集團有限責任公司 北京城建一建設發展有限公司，北京 100096)

1 工程概況

1.1 工程簡介

中央歌劇院劇場項目位于北京市東城區中街115號，項目北側為富華大廈南街，南側緊鄰文化部大樓，東側為東中街，西側為朝陽門大街。建設用地面積13 386，本項目規模為1 201座乙等大側舞臺、觀眾廳以及后臺輔助用房組成。結構設計使用型劇院建筑，由入口大堂、主舞臺、后舞臺、側舞臺、后年限為50年，耐久性100年。工程整體效果圖(BIM模型)如圖1所示。

圖1 工程整體效果圖

1.2 工程特點及難點

本項目位于市中心，有著施工用地緊張，場地狹小，工期緊、總包協調量大、造型復雜、工藝要求高等特點。本項目被評為北京市第一批BIM示范應用工程，獲得中國鋼結構金質獎，爭創魯班獎，在管理上有很高的要求。

項目難點在于：1)鋼結構含量大、形式復雜；2)勁性結構節點復雜，屋頂具有雙曲面造型；3)系統繁多、管線密集、內部做法與精裝要求高，實施難度大；4)劇場結構空間轉換多、安全風險大。

2 BIM組織與應用環境

2.1 BIM應用目標

利用BIM技術解決勁型結構從設計到生產、施工的高效管控；嘗試BIM各類新技術和平臺的多方位使用提升對項目的精細化管理水平，培養出一個優秀BIM團隊，打造出北京城市的標志性劇院建筑。

2.2 團隊組織

項目開工前建立以公司BIM中心為牽頭，由公司總工程師與項目經理為領導的BIM團隊，項目總工負責執行，其他項目各部門均參與其中，見圖2所示[1-2]。

圖2 BIM管理組織機構

2.3 軟硬件環境

項目以REVIT為核心，用于土建、機電、分包等模型的創建[3-5]。TEKLA用于鋼結構模型創建和深化；NAVISWORKS用于進行模型的碰撞檢測；FUZOR、LUMION、SKETCHUP用于建筑方案設計、模型瀏覽、動畫、漫游等應用。廣聯達BIM5D用于項目進度、質量、安全等管理。

硬件方面項目配備了3臺專業建模計算機及1臺筆記本，VR眼鏡、移動觸屏電腦等，如圖3所示。

圖3 項目配置建模電腦以及應用REVIT軟件

3 BIM相關應用

3.1 模型創建

參照“建筑信息模型應用統一標準”中的要求，按工程不同階段、專業、任務的需要進行建模。工程初期已將結構、鋼結構、機電、勁型結構模型全部搭建完成。勁型結構施工難度大，鋼筋與鋼結構交叉施工，利用模型進行最優化的施工模擬并編制進度計劃。中后期將各系統專業、精裝修、幕墻等模型逐步完善，并且與土建、機電模型相結合，如圖4所示[6]。

圖4 各專業模型

3.2 企業族庫標準化構件搭建

(1)結合場地布置順序與企業設施圖冊標準順序進行族庫存儲歸檔體系的建立，以后項目可以直接拿來使用，不用重復建模；

(2)場地布置制作的標準族達到100余個，充實了公司的族庫；

(3)通過標準化族庫構建能夠快速地對場地布置進行動態調整，從而協助相關人員快速做出正確決策；

(4)族庫搭建過程進行深化，進行關鍵參數的搭建?？梢酝ㄟ^簡單的變量修改得到最終需求的成果，為以后項目應用尺寸調整提高了效率，如圖5所示[7]。

圖5 自建標準族

3.3 工程技術場地布置

由于施工場地狹小，場地布置的合理性顯得尤其重要，通過搭建三維場地模型，直觀分析辦公區、加工區、材料堆放區、道路的設置，利用虛擬施工部署指導實際部署，利用三維動畫進行場地方案比選，從基坑階段到主體階段再到裝修階段整個過程對場地布置實施動態調整，保證滿足項目空間合理劃分，場地合理利用，如圖6所示[8-10]。

圖6 場地布置模型

3.4 凈空分析

由于是劇院項目，對劇院內的凈空把控嚴格，既要符合審美又要達到觀眾的視聽效果，通過搭建各專業模型，進行管線綜合布局深化設計。通過漫游瀏覽管線排布效果及凈高檢查。利用Revit和Fuzor軟件對模型進行凈空分析，凈空要求2.6m，但是管線較復雜無法滿足要求，經過考慮決定在鋼梁部位進行開洞，使管線穿越，經過BIM模型模擬分析和驗算，為設計提供數據支持。圖7所示為凈空分析模型及漫游。

圖7 凈空分析模型及漫游

3.5 碰撞檢測

通過多專業三維模型碰撞檢查，提交碰撞檢查報告，發現地下重大碰撞89處，地上重大碰撞107處，其中56處已核準，每處均有三維模型、碰撞位置、碰撞類型和設備名稱等信息描述并提供了相應解決方案[11-12]。

3.6 勁型結構綜合應用

本項目中存在大量的勁性柱、勁性梁等勁性結構。型鋼節點部位的鋼筋綁扎成為施工的難點，針對此問題，運用BIM技術提前對型鋼節點進行建模及施工工藝模型，優化型鋼節點的鋼筋施工，大大提高了現場施工效率、保證施工質量。圖8為勁性結構柱、梁節點圖與現場實際安裝效果圖。

本項目中鋼柱規格有40多種、鋼梁規格有90多種，標準重復構件少，無標準層。型鋼節點部位的鋼筋綁扎成為施工的難點，針對此問題，運用BIM技術提前對型鋼節點進行建模及施工工藝模型，優化型鋼節點的鋼筋施工，鋼結構安裝也實現可視化交底，施工現場張貼二維碼，現場施工人員不懂隨時可以查看，之后通過制作大節點的施工模擬動畫，觀察吊裝計劃是否合理，也大大提高了現場施工效率、保證施工質量，如圖9所示[13-14]。

圖8 勁性結構節點

圖9 勁性結構節點

3.7 平臺管理

隨著BIM技術的發展日漸完善，各種軟件廠商均推出了針對施工現場質量、安全等工作的協同平臺。經過對比，本項目選用了廣聯達BIM5D平臺來集中管理工程的質量、安全工作。例如在項目施工中，發現墻體鋼筋綁扎不合格缺少鋼筋，質量安全人員用手機對現場拍照記錄問題，之后打開手機客戶端選擇問題類型，進行信息錄入。然后明確責任人、限期整改日期以及所屬專業等問題，發送后，手機端線上流程提醒，及時跟蹤問題，進行整改，如圖10所示。

圖10 手機平臺操作流程

也可以通過云端查看質量安全問題，進行數據統計分析了解現場施工情況，對項目進行有效的管控；通過PC端，也可查看質量安全問題，定位到模型中并且自動生成整改通知單，提高現場管理人員的工作效率責；結合模型進行線上線下，下發整改通知單。

圖11 移動端質量安全問題查看

本項目中通過應用移動端解決了傳統施工中口述問題不清、無詳細記錄、不可追蹤的問題，也解決了問題傳達不及時、后續跟蹤難；問題缺失、信息需要重復錄入、沒有相關數據分析等一系列難題。

截至到目前為止共記錄98條質量安全問題，土建專業40條、鋼結構專業24條、機電專業34條。

這些數據為我們管理提供了可靠的依據，使問題能夠定位跟蹤，隨時查看；同時也為我們以后的項目對分包的篩選，提供了考核依據。

4 拓展聲學研究

在劇場專項設計過程中，BIM技術可以對舞臺設計中的面光、耳光、追光的角度和投射面進行即時的模擬，既減少了工作量也提高了工作效率。

對于觀眾廳來說，吊頂板聲學設計非常重要，要滿足一次反射聲的要求，并能夠最大限度地擴展觀眾廳內的混響時間。針對劇場模型的復雜性，借助歐特克軟件搭建的BIM平臺和Odeon聲學軟件，可以在很短的時間里建立完整的聲學模型，模擬并糾正模型的問題，并反饋到設計師手中。

在BIM模型內建立一套反饋機制，生成從聲源到反聲板再到觀眾區的一套計算模型。在這套反射模型中，通過調整反聲板的角度、大小、高度等數據，確保來自聲源的聲音能夠準確地落在觀眾席上，最終將反聲板整合到觀眾廳模型中，并由Odeon聲學軟件進行驗證。

圖12 聲源反射模型

5 結論

本文介紹了BIM技術在中央歌劇院施工階段的應用與成果。本項目中BIM技術的應用提升了管理水平，建立了以BIM模型為中心的項目管理平臺和提高參與各方溝通效率的云端平臺；節約成本材料損耗低于行業基準值5～10%；提升技術增加競爭力，充分應用BIM進行施工模擬，輔助設備更高效、高質量地完成項目任務；BIM技術在劇場項目中的應用進一步擴展了BIM的應用價值，為其他劇場類項目或勁型結構項目提供范例。