基于BIM技術(shù)的復(fù)雜造型GRG安裝

郭躍驊 浙江亞廈裝飾股份有限公司 技術(shù)專(zhuān)員 一級(jí)建造師 高級(jí)工程師

1 前 言

BIM-建筑信息模型(Building Information Modeling)是以建筑工程項(xiàng)目的各項(xiàng)相關(guān)信息數(shù)據(jù)作為模型的基礎(chǔ)，進(jìn)行建筑模型的建立，通過(guò)數(shù)字信息仿真模擬建筑物所具有的真實(shí)信息。住房城鄉(xiāng)建設(shè)部在十二五基本實(shí)現(xiàn)建筑企業(yè)信息系統(tǒng)普及應(yīng)用規(guī)劃的基礎(chǔ)上,提出的全面提高建筑業(yè)信息化水平，著力增強(qiáng)BIM、大數(shù)據(jù)、智能化、移動(dòng)通訊、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)等信息技術(shù)集成應(yīng)用能力的十三五規(guī)劃,對(duì)建筑信息化的發(fā)展提出了更深遠(yuǎn)的要求，并使建筑信息化開(kāi)始得到大規(guī)模推行。

隨著現(xiàn)代化建筑裝飾的不斷發(fā)展，裝飾造型也越來(lái)越豐富、新穎和多樣化，裝飾造型改變了原來(lái)簡(jiǎn)單劃一的格局，建筑設(shè)計(jì)出現(xiàn)了較過(guò)去更為美觀、更為復(fù)雜多樣的形狀，裝飾材料在外觀、性能和加工工藝等方面進(jìn)行了快速發(fā)展。市場(chǎng)上針對(duì)不同需要，呈現(xiàn)出各種相關(guān)產(chǎn)品，同時(shí)隨著材料的不斷更新，針對(duì)其施工工藝的要求也日趨提高。其中GRG能適應(yīng)復(fù)雜造型的要求在室內(nèi)裝飾應(yīng)用非常的廣泛。GRG全名為玻璃纖維增強(qiáng)石膏合成材料，是一種近年來(lái)國(guó)內(nèi)外建筑與裝飾領(lǐng)域出現(xiàn)的新型材料，具有壁薄、質(zhì)輕、強(qiáng)度高、不燃性、裝飾效果好等特點(diǎn)，能滿足任意造型、大規(guī)格及富有質(zhì)感效果的要求。

通過(guò)BIM技術(shù)對(duì)裝飾復(fù)雜造型GRG建模，并結(jié)合建筑裝飾裝修現(xiàn)場(chǎng)施工數(shù)字信息為基礎(chǔ)的逆向模型，整合裝飾設(shè)計(jì)方案與現(xiàn)場(chǎng)施工情況，做到復(fù)雜造型GRG安裝的準(zhǔn)確表達(dá)。減少了設(shè)計(jì)與施工的矛盾，提高了現(xiàn)場(chǎng)異形GRG放樣精度和放樣速度，確保放樣質(zhì)量，從而達(dá)到提升工程質(zhì)量、節(jié)約材料、節(jié)省成本的目的。在測(cè)量方法上改變傳統(tǒng)的測(cè)量方式，改用3D掃描，具有高精度、高數(shù)據(jù)化的特點(diǎn)，完全滿足異形GRG板塊工廠化生產(chǎn)、施工裝配化的精度要求。并可以通過(guò)GRG完成面3D掃描的分析數(shù)據(jù)進(jìn)行GRG安裝偏差分析，進(jìn)行復(fù)雜造型GRG質(zhì)量控制，改變了傳統(tǒng)GRG板塊的質(zhì)量驗(yàn)收方法，通過(guò)對(duì)異形GRG飾面進(jìn)行實(shí)景逆向模型與設(shè)計(jì)模型進(jìn)行對(duì)比確定驗(yàn)收合格率，使全數(shù)性質(zhì)量驗(yàn)收避免了傳統(tǒng)質(zhì)量驗(yàn)收抽查的不穩(wěn)定性和主觀驗(yàn)收的不確定性，特別適用于大空間、多曲面的復(fù)雜造型GRG的質(zhì)量驗(yàn)收。所以具有技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理、質(zhì)量可靠、科學(xué)適用的特點(diǎn)，符合國(guó)家提出的“大力發(fā)展裝配式建筑，推動(dòng)建筑業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)”戰(zhàn)略要求。適用于建筑室內(nèi)的復(fù)雜造型GRG安裝，特別適用于建筑裝飾結(jié)構(gòu)復(fù)雜、大空間、大跨度、多曲面的復(fù)雜異形的GRG安裝施工。

2 應(yīng)用工程

在國(guó)家海洋博物館中應(yīng)用了BIM技術(shù)對(duì)復(fù)雜造型的GRG進(jìn)行了全程的質(zhì)量控制，國(guó)家海洋博物館位于天津?yàn)I海新區(qū)。該博物館建在1平方公里左右的海洋文化公園內(nèi)，總建筑面積8萬(wàn)平方米，國(guó)家海洋博物館總投資28億元。造型形式為“四魚(yú)入?！?，形似“大魚(yú)”在陸海之間展開(kāi)身姿，一躍入海。（如圖1）

國(guó)家海洋博物館內(nèi)部的主體鋼桁架結(jié)構(gòu)就像魚(yú)骨一樣強(qiáng)有力地支撐起了各個(gè)館內(nèi)高大寬闊的“魚(yú)腹”空間。為了更生動(dòng)形象地向觀眾展示“魚(yú)骨”效果，建筑設(shè)計(jì)師在精裝修中為鋼桁架巧妙的包裝了一款十分有型的裝飾材料——“GRG”。由于主體鋼桁架結(jié)構(gòu)的特殊形制，場(chǎng)館的包桁架GRG也隨之生成了馬鞍形雙曲面形式，GRG的加工和現(xiàn)場(chǎng)拼裝工藝完全不同于普通幾何曲面，是一種變截面的異形GRG結(jié)構(gòu)。 (如圖2)

圖2 國(guó)家海洋博物館魚(yú)骨GRG造型

3 施工工藝

3.1 施工工藝流程

圖3 施工工藝流程圖

3.2 施工工藝介紹

3.2.1 GRG造型BIM信息化模型

對(duì)于復(fù)雜造型的GRG，通過(guò)BIM軟件，根據(jù)二維施工圖，以建筑工程項(xiàng)目的各項(xiàng)相關(guān)信息數(shù)據(jù)作為模型的基礎(chǔ)用數(shù)字信息仿真模擬建筑物所具有的真實(shí)信息，形成BIM設(shè)計(jì)模型。如圖4所示為國(guó)家海洋博物館GRG魚(yú)骨造型BIM 設(shè)計(jì)模型；屋面桁架結(jié)構(gòu)共計(jì)137榀，其中門(mén)式桁架112榀，中央大廳魚(yú)腹式桁架25榀，每一榀桁架的規(guī)格尺寸、結(jié)構(gòu)形式、安裝角度等均不一樣，都是各異化的，施工難度極大。

3.2.2 3D掃描建立逆向模型

圖4 國(guó)家海洋博物館內(nèi)部GRG魚(yú)骨架BIM設(shè)計(jì)模型

采用3D激光掃描技術(shù)進(jìn)行信息采集，將土建結(jié)構(gòu)進(jìn)行掃描，采集現(xiàn)場(chǎng)點(diǎn)的云數(shù)據(jù)。采用3D掃描技術(shù)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集完成后，可根據(jù)裝飾工程的復(fù)雜程度進(jìn)行不同的數(shù)據(jù)處理實(shí)現(xiàn)實(shí)景逆向。下圖為國(guó)家海洋博物館的桁架GRG魚(yú)骨造型，利用現(xiàn)場(chǎng)掃描的點(diǎn)云，擬合現(xiàn)場(chǎng)的魚(yú)骨鋼結(jié)構(gòu)模型，作為后期魚(yú)骨GRG包柱參考底模。

圖5 國(guó)家海洋博物館桁架逆向模型

3.2.3 沖突分析及設(shè)計(jì)方案調(diào)整

(1)沖突分析

用實(shí)景逆向3D模型與BIM設(shè)計(jì)模型進(jìn)行疊加后，發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)化的實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)情況與設(shè)計(jì)模型的沖突點(diǎn)，為進(jìn)行設(shè)計(jì)方案的調(diào)整提供依據(jù)。如圖6所示為國(guó)家海洋博物館內(nèi)部GRG造型魚(yú)骨造型，而魚(yú)骨GRG模型設(shè)計(jì)必須參考魚(yú)骨內(nèi)部的桁架結(jié)構(gòu)的鋼結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，所以對(duì)現(xiàn)場(chǎng)桁鋼架結(jié)構(gòu)進(jìn)行偏差分析，通過(guò)分析，形成了表1魚(yú)骨鋼桁架逆向精度報(bào)告（3號(hào)單體魚(yú)骨），發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)桁鋼架施工偏差較設(shè)計(jì)偏差較大，多數(shù)在5-10公分，最大30公分，遠(yuǎn)超過(guò)生產(chǎn)加工和安裝的允許誤差，所以鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)模型不可用，必須重構(gòu)現(xiàn)場(chǎng)模型。

圖6 GRG造型魚(yú)骨內(nèi)部鋼桁架

表1 魚(yú)骨內(nèi)部鋼桁架逆向精度報(bào)告

偏差分布：

檢測(cè)結(jié)果：

(2)設(shè)計(jì)方案調(diào)整

發(fā)現(xiàn)沖突后，需要在結(jié)構(gòu)實(shí)景逆向3D模型的基礎(chǔ)上進(jìn)行設(shè)計(jì)方案的調(diào)整，重新修改設(shè)計(jì)造型,修改后不再與原結(jié)構(gòu)實(shí)景逆向3D模型沖突，以滿足實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)的要求。針對(duì)魚(yú)骨造型GRG內(nèi)部的鋼桁架精度偏差大的問(wèn)題，設(shè)計(jì)師對(duì)其GRG包桁架造型進(jìn)行了微調(diào)，特別是對(duì)截面包桁架的距離和角度進(jìn)行了調(diào)整，使GRG造型與實(shí)景模型不再?zèng)_突。 （如圖7）

圖7 GRG包桁架設(shè)計(jì)調(diào)整

3.2.4 BIM深化設(shè)計(jì)

對(duì)復(fù)雜造型GRG的設(shè)計(jì)方案調(diào)整確定后，為了滿足施工要求還需要對(duì)GRG安裝進(jìn)行深化設(shè)計(jì)，可直接在BIM設(shè)計(jì)模型和實(shí)景逆向3D模型上進(jìn)行深化設(shè)計(jì)，使原設(shè)計(jì)更加合理和美觀。

(1)針對(duì)鋼桁架包GRG的鋼架轉(zhuǎn)換層進(jìn)行了優(yōu)化，根據(jù)桁架變化采用抱箍和焊接形式進(jìn)行轉(zhuǎn)換層與鋼桁架的連接，并采用二次鋼架的概念對(duì)轉(zhuǎn)換層進(jìn)行設(shè)計(jì)深化。（如圖8）

圖8 二次鋼架轉(zhuǎn)換層設(shè)計(jì)優(yōu)化

(2)針對(duì)鋼桁架包GRG長(zhǎng)度過(guò)長(zhǎng)，對(duì)每一榀包桁架GRG設(shè)置兩道施工縫，設(shè)計(jì)寬度為10mm。（如圖9）

圖9 GRG留設(shè)施工縫

3.3.5 GRG板塊加工

根據(jù)BIM模型，通過(guò)參數(shù)化的設(shè)計(jì)軟件，對(duì)需要批量生產(chǎn)的GRG板塊進(jìn)行加工圖紙的出圖，并委外進(jìn)行GRG板塊的加工。針對(duì)鋼桁架GRG魚(yú)骨造型進(jìn)行板塊劃分，BIM團(tuán)隊(duì)根據(jù)廠家要求，進(jìn)行GRG板塊分塊，為方便模板制作，分塊盡量用標(biāo)準(zhǔn)塊，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)塊生產(chǎn)，節(jié)省大量模板，并且有效縮短材料供應(yīng)周期。由于包桁架GRG截面呈馬蹄形，對(duì)截面上一般分3塊和4塊，每塊GRG板塊需要設(shè)置有四個(gè)掛點(diǎn)，確保其安裝牢固性要求。（如圖10）

圖10 GRG分塊示意圖

3.3.6 3D施工放樣

利用調(diào)整完成的BIM設(shè)計(jì)模型中提取的準(zhǔn)確定位數(shù)據(jù)，輸入放樣設(shè)備進(jìn)行精準(zhǔn)放樣，使傳統(tǒng)放樣作業(yè)的誤差從2-10CM降低到5MM以?xún)?nèi)，大大提高放樣質(zhì)量。國(guó)家海洋博物館鋼桁架包GRG控制點(diǎn)進(jìn)行放樣過(guò)程中，我們通過(guò)BIM模型，設(shè)置和選取GRG安裝控制點(diǎn)，按照控制點(diǎn)用全站儀進(jìn)行放樣。

3.2.7 鋼架/轉(zhuǎn)換層施工

由于復(fù)雜造型的GRG飾面的安裝要求，對(duì)GRG內(nèi)部轉(zhuǎn)換鋼架或者內(nèi)部安裝鋼架進(jìn)行加工安裝，其安裝精度要求極高，可采用二次鋼架轉(zhuǎn)換層的方法進(jìn)行精度控制。GRG內(nèi)部鋼架采用二次鋼架形式，一次轉(zhuǎn)換層采用抱箍、焊接形式與桁架結(jié)構(gòu)進(jìn)行連接，二次鋼架根據(jù)放樣控制點(diǎn)進(jìn)行精確安裝，控制轉(zhuǎn)換鋼架的偏差在5mm的以?xún)?nèi)。

3.2.8 GRG板塊安裝

為確保復(fù)雜造型的GRG安裝的牢固性和美觀性，采用以下技術(shù)進(jìn)行施工：

(1)定點(diǎn)塢綁鎖緊技術(shù)

為保證GRG異形板塊之間安裝的牢固度和精度要求，不僅僅使用M8螺栓進(jìn)行鎖緊，同時(shí)采用定點(diǎn)塢綁鎖緊技術(shù)。塢綁位置在GRG板板的接縫處，長(zhǎng)度不小于200mm，寬度不小于100mm，厚度不小于20mm，抗拉強(qiáng)度達(dá)到500MPa以上，涂抹點(diǎn)至少兩處。

(2)GRG復(fù)合接縫連接技術(shù)

為保證復(fù)雜造型GRG的接縫平整性和順直度，采用復(fù)合接縫結(jié)構(gòu)層，采用玻璃纖維與GRG高強(qiáng)度粘合劑交替填充于兩塊GRG板的縫隙處，提升接縫強(qiáng)度及穩(wěn)定性，可承受GRG板伸縮及不均勻沉降帶來(lái)的變形，提升GRG飾面的裝飾效果。（如圖11）

圖11 復(fù)合接縫結(jié)構(gòu)層示意圖和完成勾縫GRG面層

3.2.9 面層涂料

(1)待GRG安裝和縫隙填平后進(jìn)行批膩?zhàn)庸ば?，批灰膩?zhàn)尤椤＃ㄈ鐖D12）

圖12 GRG批膩?zhàn)庸ば蛲瓿烧掌?/p>

(2)涂料面層施工以噴涂方式為主。

3.2.1 0 BIM施工結(jié)算和質(zhì)量驗(yàn)收

(1)GRG工程統(tǒng)計(jì)結(jié)算，用實(shí)際加工BIM模型,對(duì)GRG工程量進(jìn)行結(jié)算。GRG包柱竣工后，通過(guò)實(shí)際加工模型，利用CATIA軟件進(jìn)行表皮算量，通過(guò)對(duì)每一單體（魚(yú)骨）GRG算量完成后，與廠家進(jìn)行核對(duì)協(xié)調(diào)，從而解決項(xiàng)目部與GRG生產(chǎn)廠家關(guān)于工程料單的決算問(wèn)題。（如圖13）

圖13 GRG工程量統(tǒng)計(jì)

(2)復(fù)雜造型GRG質(zhì)量驗(yàn)收

對(duì)于大空間大跨度的復(fù)雜造型GRG的驗(yàn)收是很難實(shí)現(xiàn)人工的精確量化的質(zhì)量驗(yàn)收的。我們通過(guò)BIM技術(shù)，將GRG裝飾面層的二次實(shí)景逆向3D信息模型與3D設(shè)計(jì)模型進(jìn)行重疊比對(duì)，通過(guò)軟件就可以進(jìn)行比對(duì)，按照建設(shè)單位要求對(duì)精度進(jìn)行調(diào)控，按照色標(biāo)進(jìn)行精度分類(lèi)，從而發(fā)現(xiàn)偏差點(diǎn)，可以通過(guò)軟件設(shè)置控制偏差點(diǎn)的精度要求，對(duì)超過(guò)規(guī)范要求的偏差點(diǎn)進(jìn)行微調(diào)，保證二次實(shí)景逆向3D信息模型與3D設(shè)計(jì)模型相符。

國(guó)家海洋博物館鋼桁架包GRG魚(yú)骨造型完成面（如圖14）的逆向的模型作為參照，點(diǎn)云作為測(cè)量對(duì)象，與BIM設(shè)計(jì)模型進(jìn)行對(duì)比分析偏差。（如圖15）

圖14 GRG魚(yú)骨造型完成照片

偏差情況 偏差百分比（%）10mm以上 5.5 5mm～10mm 16.4

圖15 GRG魚(yú)骨造型對(duì)比偏差圖

經(jīng)過(guò)對(duì)比對(duì)其偏差進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，統(tǒng)計(jì)表如下：

表2 GRG造型偏差統(tǒng)計(jì)表

4 效益分析

全國(guó)各地相繼興建了許多規(guī)模宏大的公共建筑，在這些大空間公共建筑中都有復(fù)雜造型的設(shè)計(jì)，為了保證造型實(shí)現(xiàn)，設(shè)計(jì)師往往會(huì)選擇采用GRG，利用BIM技術(shù)對(duì)該類(lèi)工程復(fù)雜造型GRG安裝中進(jìn)行應(yīng)用，具有較大的借鑒意義和指導(dǎo)作用，有很高的應(yīng)用推廣價(jià)值。推動(dòng)了GRG板塊工廠化生產(chǎn)、裝配化施工，減少施工噪音，并由于GRG板塊的定制化，實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場(chǎng)材料的零損耗，達(dá)到了綠色環(huán)保施工。建立GRG的BIM模型完全貼合實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)情況，對(duì)施工成本控制以及后期的施工結(jié)算、決算、維修提供依據(jù)?，F(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用了BIM技術(shù)，加之定制化的材料供貨模式，實(shí)現(xiàn)了施工材料的零損耗，并利用BIM技術(shù)對(duì)GRG安裝節(jié)點(diǎn)進(jìn)行便捷的安裝形式設(shè)計(jì)，使得現(xiàn)場(chǎng)安裝更加簡(jiǎn)易，可以大量節(jié)約人工，極大的減少了人工成本，具有很高的經(jīng)濟(jì)效益。