上音歌劇院幕墻工程數(shù)字化建造技術(shù)應(yīng)用

劉少瑜（上海市建筑裝飾工程集團(tuán)有限公司， 上海 200720）

住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部在《住房城鄉(xiāng)建設(shè)事業(yè)“十三五”規(guī)劃綱要》中提出：“加快推動裝配式建筑與信息化深度融合，推進(jìn)建筑信息模型（BIM）、基于網(wǎng)絡(luò)的協(xié)同工作等信息技術(shù)應(yīng)用，推進(jìn)智能化生產(chǎn)、運(yùn)輸和裝配，鼓勵企業(yè)裝配式施工，現(xiàn)場裝配。”上音歌劇院項目場地狹小、工期緊，同時包含大量預(yù)制 UHPC（超高性能混凝土） 板及 GRC（玻璃纖維增強(qiáng)水泥） 板，預(yù)制混泥土板的澆筑、養(yǎng)護(hù)生產(chǎn)周期較長，因此需盡早對材料進(jìn)行下單，材料下單同時還需保證下單的準(zhǔn)確率等各種因素，所以本工程采用數(shù)字化建造技術(shù)來助力項目管理。

1 工程概況

上音歌劇院項目坐落于上海音樂學(xué)院東北角，總建筑面積約 3 萬 m2，地上 5 層，地上部分主舞臺建筑高度為 34 m，幕墻面積總計約 1.5 萬 m2，其中超高性能混凝土 UHPC為本工程主要分項工程，面積約 0.7 萬 m2。該材料用于外幕墻在上海市為首次采用,其中新材料的材料論證和大量單塊面積達(dá) 6 m2的大板塊 UHPC 板的高空吊裝作業(yè)成為工程施工重點(diǎn)及難點(diǎn)。

2 投標(biāo)階段的數(shù)字化應(yīng)用

2.1 整體系統(tǒng)分布展示

幕墻系統(tǒng)分布全方位表達(dá)，清晰明了地體現(xiàn)建筑外立面效果，并將建筑的特色或代表性部位直觀、形象地展示，而非對著二維圖紙自行想象，使人對建筑的印象更加清晰，同時為公司項目競標(biāo)加分。

2.2 面積統(tǒng)計

工程量計算在幕墻投標(biāo)工作中占有舉足輕重的地位，傳統(tǒng)的工程量計算都是由造價人員手工或輔以簡單的辦公軟件來完成的，計算精度完全取決于計算人員的計算能力，當(dāng)遇到復(fù)雜的項目時，通常需要兩方甚至三方人員共同計算工程量，以保證計算結(jié)果的準(zhǔn)確性。基于 BIM 信息模型的工程量計算，是依托于模型信息化的屬性，直接由模型導(dǎo)出工程量，計算的精度則完全取決于建模的精度，準(zhǔn)確度的可控性更高。上音歌劇院項目作為某公司的重點(diǎn)項目就在投標(biāo)階段運(yùn)用了 BIM 計算工程量，在計算效率和計算精度上都有了較大的提高。幕墻嵌板明細(xì)如表 1 所示。

表1 幕墻嵌板明細(xì)表

2.3 系統(tǒng)構(gòu)造連接

本工程新材料超高性能混凝土 UHPC 為國內(nèi)在幕墻上的首次使用,對于新材料幕墻系統(tǒng)的連接構(gòu)造設(shè)計需進(jìn)行論證模擬，確保幕墻系統(tǒng)的可行性。幕墻節(jié)點(diǎn)和材料規(guī)格精細(xì)地表達(dá)，為搭接、收口等復(fù)雜的位置提供清晰的解決方案，比二維圖紙和文字描述更能說明概況。

2.4 施工部署劃分

根據(jù)項目的立面效果、施工難度、施工方式等多種因素進(jìn)行綜合分析，以劃分施工區(qū)域，并對各區(qū)域作詳細(xì)介紹。

第一施工區(qū)域：靠近淮海中路主入口，軸線2-J～2-N、1-13～3-3 位置。本立面分為 3 個施工段進(jìn)行，即 UHPC 板幕墻和玻璃幕墻、門頭部位 3 個施工段，前期龍骨安裝采用腳手架進(jìn)行，后期面板安裝采用小炮車配合活動腳手架進(jìn)行。

第二施工區(qū)域：沿汾陽路排練廳，軸線 2-B～2-H 位置。本立面主要為 UHPC開槽板、玻璃幕墻，立面規(guī)整全部采用吊籃結(jié)合小炮車進(jìn)行安裝。

第三施工區(qū)域：與原教學(xué)樓交接區(qū)域，主要為 UHPC 開槽板、洞口窗，考慮交接面復(fù)雜性，采用腳手架結(jié)合汽車吊進(jìn)行安裝。

第四施工區(qū)域：C 單體后舞臺辦公區(qū)，主要為 UHPC 鏤空開槽板、洞口窗、玻璃幕墻，工作面內(nèi)容多，采用腳手架結(jié)合汽車吊進(jìn)行安裝。

第五施工區(qū)域：屋頂主舞臺區(qū)域，主要為 GRC 開槽板，工作面規(guī)整，采用腳手架結(jié)合小炮車進(jìn)行安裝。

3 深化設(shè)計階段的數(shù)字化應(yīng)用

3.1 鋼龍骨信息統(tǒng)計

前期通過顏色將模型歸類，通過顏色可以快速統(tǒng)計模型數(shù)量，避免人工手算產(chǎn)生的計算誤差，節(jié)約成本。對基于Catia 軟件 輸出的物料清單與 GH 軟件模型提取數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)對比，確保數(shù)據(jù)準(zhǔn)確。基于 GH軟件將鋼材總長度進(jìn)行長度統(tǒng)計，在模型上標(biāo)記長度數(shù)值，將其作為鋼材下單統(tǒng)計及成本校核依據(jù)。項目 BIM 的龍骨統(tǒng)計如表 2 所示。

表2 項目 BIM 龍骨統(tǒng)計

3.2 鋁材套材統(tǒng)計

將工程中所有涉及玻璃幕墻鋁型材的模型單獨(dú)提取，對每根鋁型材進(jìn)行編號，統(tǒng)計鋁型材總長度及重量。運(yùn)用 BIM輸出 2D 編號圖、鋁型材套料優(yōu)化。鋁型材定尺加工，所有鋁材在幕墻加工廠實(shí)現(xiàn)斷料加工，現(xiàn)場按編號圖領(lǐng)料安裝，節(jié)約材料和現(xiàn)場管理成本。

4 施工建造階段的數(shù)字化應(yīng)用

將模型檢測出來的碰撞位置，及時反饋給項目部技術(shù)人員，核對現(xiàn)場實(shí)際結(jié)構(gòu)完成情況，在幕墻龍骨及面板安裝及訂購前，解決碰撞問題，避免按理論下單使現(xiàn)場結(jié)構(gòu)不匹配進(jìn)而造成的材料損失的情況。

5 項目難點(diǎn)的數(shù)字化應(yīng)用

5.1 基于 BIM 快速生成無規(guī)則穿孔板加工單

本工程包含大量穿孔 UHPC 板，加工單的繪制需要將原始 100 mm 高的穿孔統(tǒng)一改成 107 mm 高,同時添加板面的開槽。平均單塊面板包含 100 個小穿孔，同時每塊板上每隔 100 mm 還要開槽，傳統(tǒng) CAD 繪制方式的繪制單塊鼠標(biāo)點(diǎn)擊量約達(dá)到 1 500 次。且面對大量操作準(zhǔn)確率難以保證加工精度 100% 。

提供的原始鏤空圖案為整體圖塊，后期深化需要按面板進(jìn)行分割，每塊面板需單獨(dú)提取。如何在一整面鏤空圖案中，選中想要的單塊圖案，其操作難度大。通過 BIM 可視化編程,可選擇其中一個鏤空樣式更改，再運(yùn)用程序批量功能批量計算。通過 BIM 程序快速將 4 415 塊小鏤空圖案由 100 mm 高統(tǒng)一更改為 107 mm 高。通過 BIM 批量對三維模型進(jìn)行實(shí)體布爾運(yùn)算，得到最終鏤空圖案及正面開槽樣式實(shí)體模型。通過 BIM 批量完成對面板的編號及外尺寸標(biāo)注，完成后編號和尺寸標(biāo)注后導(dǎo)出 Excel 表格。將完成后的三維模型輸出 ?stl 格式模型，進(jìn)行數(shù)控雕刻機(jī) 3D 打印雕刻，也可以將完成后的模型輸出 ?DWG 平面圖。

5.2 多種標(biāo)高復(fù)雜屋面上解決垂直水平運(yùn)輸裝置

本工程施工場地狹小且存在多種標(biāo)高的屋面建筑，如果對應(yīng)的屋面施工材料及大型設(shè)備無法及時進(jìn)行垂直運(yùn)輸，容易造成材料的堆積和不必要的損耗及浪費(fèi)。同時對于存在多種標(biāo)高的屋面，在屋面高差較大位置，往往需要在不同時間段組織多次垂直運(yùn)輸。因此，本工程設(shè)置一種可固定架設(shè)在高低層屋面之間的垂直吊頂工具，可以方便實(shí)現(xiàn)材料的垂直和水平運(yùn)輸且可根據(jù)實(shí)際安裝位置進(jìn)行拆卸和移動，實(shí)現(xiàn)了吊裝工具的重復(fù)利用。

5.3 二維碼運(yùn)用

本項目 UHPC 外墻板＞7 000 m2，有鏤空板、刻槽板，多種規(guī)格、多種型號，按照傳統(tǒng)方式將板塊加工好運(yùn)到工地現(xiàn)場，工人要找板塊安裝肯定要花很多的時間。本項目采用某公司特有的“建筑裝飾工程構(gòu)件加工及安裝施工數(shù)字化管理系統(tǒng)”打印二維碼來管理材料，為項目節(jié)約了工期和成本。

通過用戶列表添加材料供應(yīng)商用戶名，實(shí)時跟蹤材料生產(chǎn)狀況。通過在材料出庫、安裝、驗收不同階段不同用戶掃碼，系統(tǒng)可以實(shí)時更新構(gòu)件狀態(tài)。將相關(guān)各分公司（部門）及材料供應(yīng)商納入平臺統(tǒng)一管理，通過二維碼實(shí)時跟蹤材料生產(chǎn)及安裝狀況

6 結(jié) 語

數(shù)字化建造技術(shù)在上音歌劇院項目上的成功運(yùn)用不僅為項目的實(shí)施提供了便利還節(jié)約了成本。上音歌劇建筑外形像一艘船，造型復(fù)雜、高低錯層居多、外立面幕墻系統(tǒng)多，加之這是尚無國家標(biāo)準(zhǔn)的超高性能混凝土 UHPC 板在上海市較早次使用，施工難度較大。而且大量的鏤空 UHPC 板是掛在玻璃幕墻外面，鏤空 UHPC 板鏤空率每塊板子還不一樣，最終形成幕布的效果。傳統(tǒng)的項目管理方法肯定成本比較高，本項目全程采用數(shù)字化建造技術(shù)有效地節(jié)約了工期和成本，并取得了顯著的效果。