BIM技術(shù)在大型復(fù)雜石材幕墻施工中應(yīng)用
——以廈門(mén)特房波特曼酒店為例

張 萌

(廈門(mén)特房建設(shè)工程集團(tuán)有限公司 福建廈門(mén) 361000)

0 引言

BIM 技術(shù)作為促進(jìn)建筑行業(yè)信息化發(fā)展的重要技術(shù)手段之一， 已在行業(yè)內(nèi)得到越來(lái)越多的認(rèn)可[1-2],從建筑的設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營(yíng)及拆除等全壽命周期各階段都得到了廣泛的應(yīng)用[3]。BIM 技術(shù)以虛擬化、可視化的形式，通過(guò)統(tǒng)一的數(shù)據(jù)模型，為各施工參與方提供信息準(zhǔn)確統(tǒng)一的協(xié)同工作平臺(tái)[4]， 可以為大型復(fù)雜石材幕墻的設(shè)計(jì)、施工、管理提供完全數(shù)字化、精細(xì)化的信息展示[5-6]。

基于此，本文擬以廈門(mén)特房波特曼酒店為例，闡述BIM技術(shù)在大型復(fù)雜石材幕墻施工中應(yīng)用，以助推BIM技術(shù)在建筑行業(yè)的廣泛應(yīng)用。

1 工程概況

廈門(mén)特房波特曼酒店項(xiàng)目地處同安區(qū)環(huán)東海域，項(xiàng)目總用地面積9.25萬(wàn)m2，總建筑面積19.97萬(wàn)m2(其中地上建筑面積9.86萬(wàn)m2、地下建筑面積10.11萬(wàn)m2),主樓總高度58.68m，地下3層地上11層，外立面米黃色石灰?guī)r石材幕墻搭配灰藍(lán)色金屬屋面系統(tǒng)，具有鮮明的法式古典主義建筑風(fēng)格(圖1)。

2 工程難點(diǎn)、特點(diǎn)

2.1 工程難點(diǎn)

(1)地理位置特殊

該項(xiàng)目地處濱海臺(tái)風(fēng)多發(fā)區(qū)，曾為17級(jí)超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)的正面登陸點(diǎn)。因此，要求幕墻體系能充分適應(yīng)臺(tái)風(fēng)和地震的承載能力、變形能力，預(yù)埋件質(zhì)量、支承結(jié)構(gòu)體系質(zhì)量、石材面板質(zhì)量、面板與支承結(jié)構(gòu)連接的質(zhì)量要求，需要對(duì)項(xiàng)目工程精細(xì)化的策劃與實(shí)施，整體安全性能要求高。

(2)外立面復(fù)雜

石材幕墻外立面采用法式廊柱、雕花、線(xiàn)條多種元素有機(jī)融入，其線(xiàn)條鮮明、凹凸有致、細(xì)節(jié)豐富，整體華貴大氣、立面細(xì)節(jié)精雕細(xì)琢的設(shè)計(jì)風(fēng)格，要求對(duì)藝術(shù)石材幕墻體系的設(shè)計(jì)與施工進(jìn)行精細(xì)化的嚴(yán)格把握。

而且，石材幕墻外立面，有大小單元平板、弧形面板、水平挑檐藝術(shù)線(xiàn)條、如意柱雕花造型等多種元素，最大石材單位板塊寬2800、高3900、重量達(dá)1372kg。傳統(tǒng)石材幕墻支承結(jié)構(gòu)體系所用的小構(gòu)件散拼散裝、現(xiàn)場(chǎng)大量焊接的方式，給質(zhì)量安全和工期的綜合要求帶來(lái)不少難度。

(3)工程量大

酒店主樓建筑幕墻總面積約65 000m2，其中石材幕墻面積40 000m2，是國(guó)內(nèi)單體建筑面積最大的石材幕墻。

(4)質(zhì)量等級(jí)要求高

該項(xiàng)目質(zhì)量目標(biāo)是確保省優(yōu)、力爭(zhēng)國(guó)優(yōu)，而外立面幕墻的質(zhì)量對(duì)整體創(chuàng)優(yōu)具有決定性作用。因此，該石材幕墻的面板采用進(jìn)口的米黃色石灰?guī)r，強(qiáng)度較弱且易受污染，對(duì)色差控制、加工精度、安裝控制均提出嚴(yán)格要求。

(5)安全管理難度大

幕墻高度超過(guò)50m，屬于超過(guò)一定規(guī)模的危險(xiǎn)性較大工程，安全管理要求高。

(6)協(xié)調(diào)管理難度大

該幕墻工程參與方，涉及建設(shè)單位、酒店管理單位、方案設(shè)計(jì)單位、施工圖設(shè)計(jì)單位、幕墻設(shè)計(jì)顧問(wèn)公司、總承包單位、幕墻分包單位和監(jiān)理咨詢(xún)單位，總承包管理協(xié)調(diào)難度大。

2．2 創(chuàng)新特點(diǎn)

該項(xiàng)目采用的“裝配式單元體框架式骨架支承結(jié)構(gòu)體系”，是一種創(chuàng)新的石材幕墻結(jié)構(gòu)，它應(yīng)用裝配式建筑的理念，具有較強(qiáng)的抗位移能力和變形能力，抗震能力強(qiáng)，安裝效率高，質(zhì)量可靠安全環(huán)保，克服了傳統(tǒng)小構(gòu)件散拼散裝、現(xiàn)場(chǎng)大量焊接的落后方式，符合綠色建造發(fā)展方向。

3 應(yīng)用BIM技術(shù)的必要性及流程

3.1 BIM實(shí)施必要性分析

鑒于上述的施工難點(diǎn)及新技術(shù)特點(diǎn)，對(duì)BIM技術(shù)應(yīng)用提供了需求。開(kāi)工伊始就申報(bào)了省級(jí)BIM技術(shù)示范工程，結(jié)合組織體系和技術(shù)要素制定了策劃實(shí)施方案。總承包單位提前在幕墻專(zhuān)業(yè)分包合同中將BIM工作范圍、職責(zé)、工作要求進(jìn)行詳細(xì)約定，由總承包單位和幕墻專(zhuān)業(yè)單位聯(lián)合組成BIM技術(shù)組，共同開(kāi)展石材幕墻BIM工作方案編制、專(zhuān)項(xiàng)BIM交底、生產(chǎn)協(xié)調(diào)例會(huì)、完善實(shí)施細(xì)則、落實(shí)獎(jiǎng)懲制度等工作，并通過(guò)深化設(shè)計(jì)、設(shè)計(jì)交底、樣板先行、施工模擬、可視化交底、三維場(chǎng)布安全管理、危大工程安全交底、協(xié)同管理等多項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)建設(shè)目標(biāo)。

3.2 BIM實(shí)施流程

該工程應(yīng)用BIM技術(shù)的實(shí)施流程：組建BIM技術(shù)團(tuán)隊(duì)→選取軟件和平臺(tái)→制定BIM實(shí)施方案→BIM建模→深化設(shè)計(jì)及單元體框架構(gòu)件拆分→設(shè)計(jì)交底→三維樣板及實(shí)體樣板→二次深化設(shè)計(jì)→框架構(gòu)件預(yù)制加工→施工模擬→可視化交底?現(xiàn)場(chǎng)框架構(gòu)件裝配→石材面板安裝→質(zhì)量安全管理→協(xié)同管理。

4 BIM技術(shù)應(yīng)用要點(diǎn)

4.1 質(zhì)量管理

4.1.1深化設(shè)計(jì)

利用基于BIM的數(shù)據(jù)庫(kù)信息，導(dǎo)入和處理已有的BIM設(shè)計(jì)模型，形成幕墻施工模型，將復(fù)雜的法式廊柱、雕花、線(xiàn)條多種構(gòu)件納入模型中，進(jìn)行建筑、結(jié)構(gòu)、設(shè)備等各專(zhuān)業(yè)的綜合碰撞檢測(cè)、分析和模擬，協(xié)調(diào)各方進(jìn)行直觀的視覺(jué)體驗(yàn)、空間體驗(yàn)，對(duì)實(shí)施方案交流溝通，處理碰撞部位，對(duì)節(jié)點(diǎn)細(xì)部進(jìn)行全面細(xì)致的深化設(shè)計(jì)(圖2)。

4.1.2設(shè)計(jì)交底

針對(duì)新技術(shù)“裝配式單元體框架式骨架支承結(jié)構(gòu)體系”，組織專(zhuān)項(xiàng)交底會(huì)，利用BIM模型分析結(jié)構(gòu)層、單元體框架體骨架和石材面板的空間關(guān)系，講解其技術(shù)原理、工藝流程和建造要點(diǎn)，會(huì)審單元體構(gòu)件拆分方案，指導(dǎo)單元體框架構(gòu)件的生產(chǎn)以及現(xiàn)場(chǎng)施工安裝(圖3)。

4.1.3樣板先行

選取石材幕墻典型單元，根據(jù)BIM三維樣板施工實(shí)體樣板，各方共同進(jìn)行排版效果、施工工藝、成品效果的確認(rèn)。通過(guò)實(shí)體樣板直觀發(fā)現(xiàn)幕墻深化設(shè)計(jì)與施工方案的不足之處，根據(jù)項(xiàng)目實(shí)際生產(chǎn)條件、運(yùn)輸能力、操作水平、組織管理、工序交接情況，對(duì)幕墻BIM模型進(jìn)行二次深化設(shè)計(jì)，消除沖突，減少返工(圖4～圖5)。

圖5 實(shí)體樣板

4.1.4施工工藝模擬

該項(xiàng)目石材幕墻裝配式支承結(jié)構(gòu)體系是一種新技術(shù)，工藝原理是先將石材幕墻支承結(jié)構(gòu)體系劃分為通用單元體構(gòu)件、轉(zhuǎn)角單元體構(gòu)件、如意柱單元體構(gòu)件和檐口水平線(xiàn)條單元體構(gòu)件等4種類(lèi)型構(gòu)件，通用單元體構(gòu)件的豎向支承結(jié)構(gòu)框架在工廠(chǎng)預(yù)制完成后，批量運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)，采用電動(dòng)葫蘆將石材單元體框架提升到相應(yīng)樓層位安裝位置，由下至上與主體結(jié)構(gòu)裝配式拼裝，然后再使用吊籃進(jìn)行石材單元定位安裝，最后安裝石材面板，實(shí)現(xiàn)整個(gè)幕墻支承結(jié)構(gòu)體系的完整性和安全性(圖6)。

圖6 單元體框架式骨架吊裝示意圖及現(xiàn)場(chǎng)效果圖

為確保該項(xiàng)新技術(shù)的順利實(shí)施，采用BIM技術(shù)進(jìn)行施工工藝模擬，直觀表達(dá)單元體框架和石材板塊安裝工藝，在模型中模擬構(gòu)配件的虛擬裝配過(guò)程，規(guī)避實(shí)際操作中可能出現(xiàn)的各種問(wèn)題。通過(guò)二維碼技術(shù)對(duì)各單元幕墻進(jìn)行統(tǒng)一編號(hào)及排位，現(xiàn)場(chǎng)吊裝過(guò)程通過(guò)二維碼掃描，實(shí)時(shí)獲取二、三維位置信息，保證現(xiàn)場(chǎng)的精確吊裝(圖7)。

圖7 吊裝工藝三維模擬圖

4.2 安全管理

4.2.1三維場(chǎng)布安全教育

應(yīng)用BIM三維模型對(duì)施工場(chǎng)地進(jìn)行規(guī)劃布置，優(yōu)化大型機(jī)械、材料堆場(chǎng)和交通組織，總包單位對(duì)單元體框架、石材、構(gòu)配件的運(yùn)輸?shù)缆泛投逊艌?chǎng)地進(jìn)行統(tǒng)一安排，并應(yīng)用三維場(chǎng)布進(jìn)行安全教育，清晰識(shí)別施工現(xiàn)場(chǎng)的危險(xiǎn)源，保證現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)輸?shù)缆吠〞场⒎奖闶┕と藛T管理，減少機(jī)械進(jìn)出場(chǎng)和二次搬運(yùn)造成的安全隱患，劃分幕墻高空作業(yè)下方警戒區(qū)域，為幕墻工程和整體項(xiàng)目順利實(shí)施創(chuàng)造良好條件，提升施工現(xiàn)場(chǎng)的安全管理水平(圖8)。

圖8 三維場(chǎng)地布置圖

4.2.2危大工程可視化交底

鋼管腳手架懸挑作業(yè)平臺(tái)上的檐口弧形線(xiàn)條安裝屬于危險(xiǎn)性較大工程，項(xiàng)目部采用BIM技術(shù)進(jìn)行可視化交底。在三維環(huán)境中，直觀發(fā)現(xiàn)安全施工條件潛在問(wèn)題及工種間作業(yè)沖突，進(jìn)行安全危險(xiǎn)源的識(shí)別與分析，提前做好管控措施和應(yīng)急預(yù)案，更好地優(yōu)化施工流程，確保危險(xiǎn)性較大工程的順利實(shí)施(圖9)。

圖9 弧形線(xiàn)條安裝的可視化安全交底圖

4.2.3安全設(shè)施模型標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)

利用BIM技術(shù)生成的幕墻工程安全設(shè)施模型標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)，內(nèi)含安全防護(hù)設(shè)施的類(lèi)型、材質(zhì)、尺寸、安裝位置、使用時(shí)間，配合二維碼生成安全設(shè)施的使用交底和檢查驗(yàn)收記錄，在服務(wù)現(xiàn)場(chǎng)安全管理的同時(shí)建立了企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，為類(lèi)似工程安全信息化管理提供支持(圖10)。

圖10 安全設(shè)施模型標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)

4.3 進(jìn)度管理

利用BIM技術(shù)進(jìn)行石材幕墻裝配式支承結(jié)構(gòu)體系設(shè)計(jì)交底與施工工藝模擬，使管理層和操作層充分理解幕墻系統(tǒng)的施工順序和操作要點(diǎn)，精確獲得各工序持續(xù)時(shí)間和作業(yè)空間，避免了新技術(shù)首次應(yīng)用可能發(fā)生的磨合、返工等時(shí)間消耗，做到人、機(jī)、料準(zhǔn)備充分、工序間搭接緊湊、作業(yè)面安排合理、質(zhì)量安全可控、工期節(jié)約。

4.4 成本管理

通過(guò)BIM模型對(duì)不同施工方案的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)進(jìn)行分析比對(duì)，在滿(mǎn)足項(xiàng)目總體要求前提下，選擇最為經(jīng)濟(jì)合理的方案，節(jié)約成本。

由于BIM模型，方便直觀地對(duì)石材幕墻各種規(guī)格不同材料的參數(shù)化數(shù)據(jù)進(jìn)行歸納統(tǒng)計(jì)，保證了工程量拆分精確；據(jù)此編制采購(gòu)計(jì)劃，利用這些數(shù)據(jù)進(jìn)行下料加工，降低了材料耗損率。

4.5 協(xié)同管理

使用BIM5D協(xié)同管理平臺(tái)，以BIM模型為載體，利用廣聯(lián)云的實(shí)時(shí)同步功能進(jìn)行質(zhì)量安全的協(xié)同管理。現(xiàn)場(chǎng)管理人員使用BIM5D手機(jī)移動(dòng)端，將現(xiàn)場(chǎng)發(fā)現(xiàn)的質(zhì)量問(wèn)題和安全隱患通過(guò)拍照、語(yǔ)音、文字等方式，隨時(shí)記錄下來(lái)，直接定位至模型中，指定整改責(zé)任人后，將問(wèn)題信息上傳至云端。責(zé)任人從云端接收信息整改完畢后反饋至云端，由問(wèn)題發(fā)起人關(guān)閉問(wèn)題。項(xiàng)目部各管理人員根據(jù)預(yù)設(shè)的管理權(quán)限，在BIM5D軟件PC端進(jìn)行質(zhì)量、安全問(wèn)題明細(xì)信息的跟蹤和統(tǒng)計(jì)記錄，用數(shù)字化手段優(yōu)化傳統(tǒng)的質(zhì)量安全管理方式，提高了整改率和工作效率，質(zhì)量安全問(wèn)題整改閉環(huán)時(shí)間相比傳統(tǒng)方式平均減少1/3(圖11)。

圖11 協(xié)同管理平臺(tái)

5 結(jié)語(yǔ)

綜上，該項(xiàng)目石材幕墻工程通過(guò)BIM技術(shù)的綜合運(yùn)用，在組織上建立了總分包和參建方協(xié)同管理機(jī)制，提高了溝通效率和效果，培養(yǎng)了施工技術(shù)加BIM的復(fù)合型人才；在技術(shù)上，各項(xiàng)BIM應(yīng)用點(diǎn)內(nèi)容豐富，對(duì)質(zhì)量關(guān)鍵點(diǎn)和安全重大危險(xiǎn)源管控提供了科學(xué)的解決方案，獲得了優(yōu)良工程和安全文明標(biāo)準(zhǔn)化工地的榮譽(yù)，工期縮短了40日歷天，成本節(jié)約了5%，圓滿(mǎn)實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)意圖和建設(shè)目標(biāo)，體現(xiàn)了建筑信息模型在設(shè)計(jì)采購(gòu)施工全鏈條的可持續(xù)價(jià)值，為BIM技術(shù)應(yīng)用于復(fù)雜石材幕墻提供了成功的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。