BIM技術在大型復雜石材幕墻施工中應用
——以廈門特房波特曼酒店為例

張 萌

(廈門特房建設工程集團有限公司 福建廈門 361000)

0 引言

BIM 技術作為促進建筑行業信息化發展的重要技術手段之一， 已在行業內得到越來越多的認可[1-2],從建筑的設計、施工、運營及拆除等全壽命周期各階段都得到了廣泛的應用[3]。BIM 技術以虛擬化、可視化的形式，通過統一的數據模型，為各施工參與方提供信息準確統一的協同工作平臺[4]， 可以為大型復雜石材幕墻的設計、施工、管理提供完全數字化、精細化的信息展示[5-6]。

基于此，本文擬以廈門特房波特曼酒店為例，闡述BIM技術在大型復雜石材幕墻施工中應用，以助推BIM技術在建筑行業的廣泛應用。

1 工程概況

廈門特房波特曼酒店項目地處同安區環東海域，項目總用地面積9.25萬m2，總建筑面積19.97萬m2(其中地上建筑面積9.86萬m2、地下建筑面積10.11萬m2),主樓總高度58.68m，地下3層地上11層，外立面米黃色石灰巖石材幕墻搭配灰藍色金屬屋面系統，具有鮮明的法式古典主義建筑風格(圖1)。

圖1 酒店項目立面圖

2 工程難點、特點

2.1 工程難點

(1)地理位置特殊

該項目地處濱海臺風多發區，曾為17級超強臺風的正面登陸點。因此，要求幕墻體系能充分適應臺風和地震的承載能力、變形能力，預埋件質量、支承結構體系質量、石材面板質量、面板與支承結構連接的質量要求，需要對項目工程精細化的策劃與實施，整體安全性能要求高。

(2)外立面復雜

石材幕墻外立面采用法式廊柱、雕花、線條多種元素有機融入，其線條鮮明、凹凸有致、細節豐富，整體華貴大氣、立面細節精雕細琢的設計風格，要求對藝術石材幕墻體系的設計與施工進行精細化的嚴格把握。

而且，石材幕墻外立面，有大小單元平板、弧形面板、水平挑檐藝術線條、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1372kg。傳統石材幕墻支承結構體系所用的小構件散拼散裝、現場大量焊接的方式，給質量安全和工期的綜合要求帶來不少難度。

(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，是國內單體建筑面積最大的石材幕墻。

(4)質量等級要求高

該項目質量目標是確保省優、力爭國優，而外立面幕墻的質量對整體創優具有決定性作用。因此，該石材幕墻的面板采用進口的米黃色石灰巖，強度較弱且易受污染，對色差控制、加工精度、安裝控制均提出嚴格要求。

(5)安全管理難度大

幕墻高度超過50m，屬于超過一定規模的危險性較大工程，安全管理要求高。

(6)協調管理難度大

該幕墻工程參與方，涉及建設單位、酒店管理單位、方案設計單位、施工圖設計單位、幕墻設計顧問公司、總承包單位、幕墻分包單位和監理咨詢單位，總承包管理協調難度大。

2．2 創新特點

該項目采用的“裝配式單元體框架式骨架支承結構體系”，是一種創新的石材幕墻結構，它應用裝配式建筑的理念，具有較強的抗位移能力和變形能力，抗震能力強，安裝效率高，質量可靠安全環保，克服了傳統小構件散拼散裝、現場大量焊接的落后方式，符合綠色建造發展方向。

3 應用BIM技術的必要性及流程

3.1 BIM實施必要性分析

鑒于上述的施工難點及新技術特點，對BIM技術應用提供了需求。開工伊始就申報了省級BIM技術示范工程，結合組織體系和技術要素制定了策劃實施方案。總承包單位提前在幕墻專業分包合同中將BIM工作范圍、職責、工作要求進行詳細約定，由總承包單位和幕墻專業單位聯合組成BIM技術組，共同開展石材幕墻BIM工作方案編制、專項BIM交底、生產協調例會、完善實施細則、落實獎懲制度等工作，并通過深化設計、設計交底、樣板先行、施工模擬、可視化交底、三維場布安全管理、危大工程安全交底、協同管理等多項技術應用，實現建設目標。

3.2 BIM實施流程

該工程應用BIM技術的實施流程：組建BIM技術團隊→選取軟件和平臺→制定BIM實施方案→BIM建模→深化設計及單元體框架構件拆分→設計交底→三維樣板及實體樣板→二次深化設計→框架構件預制加工→施工模擬→可視化交底?現場框架構件裝配→石材面板安裝→質量安全管理→協同管理。

4 BIM技術應用要點

4.1 質量管理

4.1.1深化設計

利用基于BIM的數據庫信息，導入和處理已有的BIM設計模型，形成幕墻施工模型，將復雜的法式廊柱、雕花、線條多種構件納入模型中，進行建筑、結構、設備等各專業的綜合碰撞檢測、分析和模擬，協調各方進行直觀的視覺體驗、空間體驗，對實施方案交流溝通，處理碰撞部位，對節點細部進行全面細致的深化設計(圖2)。

圖2 細化節點及碰撞檢查

4.1.2設計交底

針對新技術“裝配式單元體框架式骨架支承結構體系”，組織專項交底會，利用BIM模型分析結構層、單元體框架體骨架和石材面板的空間關系，講解其技術原理、工藝流程和建造要點，會審單元體構件拆分方案，指導單元體框架構件的生產以及現場施工安裝(圖3)。

圖3 支承結構體系設計交底圖

4.1.3樣板先行

選取石材幕墻典型單元，根據BIM三維樣板施工實體樣板，各方共同進行排版效果、施工工藝、成品效果的確認。通過實體樣板直觀發現幕墻深化設計與施工方案的不足之處，根據項目實際生產條件、運輸能力、操作水平、組織管理、工序交接情況，對幕墻BIM模型進行二次深化設計，消除沖突，減少返工(圖4～圖5)。

圖4 BIM三維樣板

圖5 實體樣板

4.1.4施工工藝模擬

該項目石材幕墻裝配式支承結構體系是一種新技術，工藝原理是先將石材幕墻支承結構體系劃分為通用單元體構件、轉角單元體構件、如意柱單元體構件和檐口水平線條單元體構件等4種類型構件，通用單元體構件的豎向支承結構框架在工廠預制完成后，批量運至現場，采用電動葫蘆將石材單元體框架提升到相應樓層位安裝位置，由下至上與主體結構裝配式拼裝，然后再使用吊籃進行石材單元定位安裝，最后安裝石材面板，實現整個幕墻支承結構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場效果圖

為確保該項新技術的順利實施，采用BIM技術進行施工工藝模擬，直觀表達單元體框架和石材板塊安裝工藝，在模型中模擬構配件的虛擬裝配過程，規避實際操作中可能出現的各種問題。通過二維碼技術對各單元幕墻進行統一編號及排位，現場吊裝過程通過二維碼掃描，實時獲取二、三維位置信息，保證現場的精確吊裝(圖7)。

圖7 吊裝工藝三維模擬圖

4.2 安全管理

4.2.1三維場布安全教育

應用BIM三維模型對施工場地進行規劃布置，優化大型機械、材料堆場和交通組織，總包單位對單元體框架、石材、構配件的運輸道路和堆放場地進行統一安排，并應用三維場布進行安全教育，清晰識別施工現場的危險源，保證現場運輸道路通暢、方便施工人員管理，減少機械進出場和二次搬運造成的安全隱患，劃分幕墻高空作業下方警戒區域，為幕墻工程和整體項目順利實施創造良好條件，提升施工現場的安全管理水平(圖8)。

圖8 三維場地布置圖

4.2.2危大工程可視化交底

鋼管腳手架懸挑作業平臺上的檐口弧形線條安裝屬于危險性較大工程，項目部采用BIM技術進行可視化交底。在三維環境中，直觀發現安全施工條件潛在問題及工種間作業沖突，進行安全危險源的識別與分析，提前做好管控措施和應急預案，更好地優化施工流程，確保危險性較大工程的順利實施(圖9)。

圖9 弧形線條安裝的可視化安全交底圖

4.2.3安全設施模型標準庫

利用BIM技術生成的幕墻工程安全設施模型標準庫，內含安全防護設施的類型、材質、尺寸、安裝位置、使用時間，配合二維碼生成安全設施的使用交底和檢查驗收記錄，在服務現場安全管理的同時建立了企業標準，為類似工程安全信息化管理提供支持(圖10)。

圖10 安全設施模型標準庫

4.3 進度管理

利用BIM技術進行石材幕墻裝配式支承結構體系設計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的施工順序和操作要點，精確獲得各工序持續時間和作業空間，避免了新技術首次應用可能發生的磨合、返工等時間消耗，做到人、機、料準備充分、工序間搭接緊湊、作業面安排合理、質量安全可控、工期節約。

4.4 成本管理

通過BIM模型對不同施工方案的技術經濟指標進行分析比對，在滿足項目總體要求前提下，選擇最為經濟合理的方案，節約成本。

由于BIM模型，方便直觀地對石材幕墻各種規格不同材料的參數化數據進行歸納統計，保證了工程量拆分精確；據此編制采購計劃，利用這些數據進行下料加工，降低了材料耗損率。

4.5 協同管理

使用BIM5D協同管理平臺，以BIM模型為載體，利用廣聯云的實時同步功能進行質量安全的協同管理。現場管理人員使用BIM5D手機移動端，將現場發現的質量問題和安全隱患通過拍照、語音、文字等方式，隨時記錄下來，直接定位至模型中，指定整改責任人后，將問題信息上傳至云端。責任人從云端接收信息整改完畢后反饋至云端，由問題發起人關閉問題。項目部各管理人員根據預設的管理權限，在BIM5D軟件PC端進行質量、安全問題明細信息的跟蹤和統計記錄，用數字化手段優化傳統的質量安全管理方式，提高了整改率和工作效率，質量安全問題整改閉環時間相比傳統方式平均減少1/3(圖11)。

圖11 協同管理平臺

5 結語

綜上，該項目石材幕墻工程通過BIM技術的綜合運用，在組織上建立了總分包和參建方協同管理機制，提高了溝通效率和效果，培養了施工技術加BIM的復合型人才；在技術上，各項BIM應用點內容豐富，對質量關鍵點和安全重大危險源管控提供了科學的解決方案，獲得了優良工程和安全文明標準化工地的榮譽，工期縮短了40日歷天，成本節約了5%，圓滿實現了設計意圖和建設目標，體現了建筑信息模型在設計采購施工全鏈條的可持續價值，為BIM技術應用于復雜石材幕墻提供了成功的實踐經驗。