BIM技術(shù)在建業(yè)鄭風新韻酒店幕墻和裝飾工程中的應用

司濤杰?曲良君?劉曉軍?張怡冰

摘 要：本項目運用BIM技術(shù)，通過幾個不同類型BIM工具軟件建立項目模型，輸出數(shù)據(jù)、模型、圖紙、圖片、漫游等信息，解決了項目的施工難點問題。利用BIM參數(shù)化建模技術(shù)，通過對異形曲面的設(shè)計邏輯進行分析，建立參數(shù)化模型，解決加工圖的施工下料問題。利用BIM可視化技術(shù)，通過模型的建立和圖片、漫游的輸出，解決復雜節(jié)點施工的問題。利用BIM+360°全景技術(shù)，形成項目隱蔽工程驗收影像資料。項目結(jié)合施工實際，對曲面的空間定位、曲面造型的“深化-加工-施工”、工程項目管理等提出了一套完整可行的管理方法。通過BIM技術(shù)在幕墻和裝飾工程中的應用，總結(jié)了BIM技術(shù)在本項目各個專業(yè)的應用，為其他類似工程或工藝提供參考，為裝飾BIM技術(shù)的普及應用起到一定的推動作用。

關(guān)鍵詞：BIM;Grasshopper;施工應用;施工管理

中圖分類號：TU767 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2021）05-0078-07

Abstract： This project used BIM technology to establish engineering project model through several different types of BIM tool software， and output data， models， drawings， pictures， roaming and other information， which had solved the construction difficulties of the project. It also used BIM parametric modeling technology to establish parametric model after conducting the design logic analysis of special-shaped curved surface， so as to solve the construction cutting stock problem. BIM visualization technology was also applied to solve the complex node construction problem through the establishment of model and the output of pictures and roaming. BIM+360° panoramic technology was used to form the acceptance image data of concealed works. Whats more， combined with the actual construction site， a set of complete and feasible management methods were summarized for the spatial positioning of curved surface， the "deepening-processing-constructing" of curved surface modeling， and the project management and so on. Through the application of BIM technology in curtain wall and decoration project， this paper summarized the application of BIM technology in various specialties of this project， which provided reference for other similar projects or process methods and played a certain role in promoting the practical application of BIM technology in decoration.

Keywords： BIM;Grasshopper;construction application;construction management

建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）技術(shù)是Autodesk公司在2002年率先提出的，已經(jīng)在全球范圍內(nèi)得到業(yè)界的廣泛認可。BIM的核心是通過建立虛擬的建筑工程三維模型，利用數(shù)字化技術(shù)，為這個模型提供完整的、與實際情況一致的建筑工程信息庫。本文主要分析BIM技術(shù)在建業(yè)鄭風新韻酒店幕墻和裝飾工程中的應用。

1 項目概況

建業(yè)鄭風新韻酒店工程位于新鄭市機場西南10 km處，建筑面積約5 110 m2，地上三層，建筑總高度為18.181 m，結(jié)構(gòu)形式為鋼框架，屋面為鋼管飄架，整體造型為環(huán)形，設(shè)計美觀。該項目幕墻由陶土磚外飾面幕墻系統(tǒng)、弧形玻璃幕墻系統(tǒng)、金屬屋面幕墻系統(tǒng)組成，裝飾裝修工程有較多非線性曲面造型。項目效果圖詳見圖1。

2 BIM組織應用

2.1 BIM應用目標

通過BIM技術(shù)的應用實現(xiàn)節(jié)約成本、優(yōu)化設(shè)計、打造精品項目的目標，同時加大BIM技術(shù)的應用深度。

2.2 軟硬件環(huán)境

通過對市場上的BIM軟件工具進行分析，并結(jié)合項目工程的施工范圍及關(guān)鍵施工節(jié)點，確定使用Revit作為建模軟件，包括建筑、結(jié)構(gòu)、幕墻、裝飾裝修、機電等模型。對曲面和精度都要求較高的局部模型使用Rhino作為建模軟件，包括金屬屋面、旋轉(zhuǎn)樓梯、波浪吊頂、鋁格柵吊頂?shù)饶Ｐ汀b渲染效果要求高的模型使用3Ds Max作為建模軟件，包括VR模型、室內(nèi)裝飾裝修等模型。

硬件設(shè)施項目配置有高配置計算機、移動工作站、VR設(shè)備、無人機、360°全景攝像儀和單反相機等。

3 施工重難點分析及BIM解決措施

本項目裝飾裝修具有品質(zhì)要求高、工期緊、工序交叉同步施工、施工作業(yè)面小、復雜造型多、施工工藝要求高等特點。在現(xiàn)場施工管理過程中，對項目參建方的組織協(xié)調(diào)管理提出了較大挑戰(zhàn)。幕墻具有系統(tǒng)多、局部造型施工控制難度大的特點;裝飾裝修具有幾何造型多、不規(guī)則、機電點位多的特點。通過利用BIM技術(shù)對項目進行分析，對項目關(guān)鍵點進行統(tǒng)計整理，只有科學合理地安排項目關(guān)鍵點，才能保證項目施工質(zhì)量達到建設(shè)要求。

3.1 陶土磚外飾面幕墻系統(tǒng)

陶土磚外飾面幕墻系統(tǒng)位于建筑一層外墻面和一層中庭外墻面，安裝方式采用鋼立柱架鋼梁，鋼梁上設(shè)串心套管構(gòu)造，串掛構(gòu)造復雜，但設(shè)計圖紙僅有兩個節(jié)點詳圖，尤其陶土磚整體造型有弧度，排布有變化，因此施工難度較大。此外，因本項目陶土磚不同于市場一般類型的陶土磚，需要經(jīng)過專業(yè)開模定制，因此，單塊磚的成本遠遠高于市場一般陶土磚的價格。在施工技術(shù)交底中，工人一旦對施工工序理解偏差或者施工精度控制不夠，就很難達到設(shè)計要求，并且經(jīng)過現(xiàn)場溝通，施工方與甲方對陶土磚工程量清單的統(tǒng)計產(chǎn)生了較大的分歧。

解決措施：針對此環(huán)節(jié)，建立三維陶土磚串掛系統(tǒng)BIM模型，形成安裝動畫視頻，在施工現(xiàn)場進行可視化交底，解決施工隊伍對套管安裝邏輯順序的疑惑。通過BIM模型的工程量清單提取，解決陶土磚工程量清單的分歧。陶土磚串掛安裝圖如圖2所示。

3.2 玻璃幕墻系統(tǒng)

弧形玻璃幕墻主要采用玻璃熱彎工藝，最大尺寸為2.44 m×4.80 m，已超出傳統(tǒng)熱彎玻璃的規(guī)格，因此制作成本非常高，另外，弧形玻璃的施工過程控制也比較嚴格。

解決措施：采用BIM技術(shù)對玻璃安裝順序、玻璃安裝環(huán)境、玻璃安裝作業(yè)面、玻璃安裝方法進行虛擬施工模擬，保證玻璃在安裝過程中的施工安全。建立的弧形玻璃幕墻模型如圖3所示。

3.3 金屬屋面系統(tǒng)

金屬屋面系統(tǒng)采用鋁鎂錳合金直立鎖邊屋面板，屋面造型為環(huán)形。此類面板多用于造型規(guī)則的屋面設(shè)計，對于環(huán)形外形，需要工廠進行定制加工。由于建筑主體結(jié)構(gòu)為鋼結(jié)構(gòu)，且多為弧形設(shè)計，因此對原始土建的復測存在較大難度。

解決措施：將BIM技術(shù)和三維掃描技術(shù)相結(jié)合，對土建鋼構(gòu)主體進行掃描，生成點云模型，通過對比點云模型與BIM模型，分析現(xiàn)場施工誤差，反推屋面的加工模型，并進行加工尺寸修正（見圖4），以達到屋面外形的設(shè)計要求。拆解的金屬屋面頂部加工指導圖如圖5所示。

3.4 鋁格柵吊頂系統(tǒng)

鋁合金格柵吊頂在主入口處，為雙曲面。吊頂外形對桿件的加工控制和施工控制都比較嚴格，并且鋁格柵吊頂采用的安裝節(jié)點工藝十分復雜。主入口處的鋼結(jié)構(gòu)也為弧形曲線造型，對土建結(jié)構(gòu)的復測存在較大難度。

解決措施：采用BIM技術(shù)對弧形格柵吊頂進行深化建模（見圖6），對于復雜的節(jié)點（見圖7），給現(xiàn)場工人實施可視化安裝交底，對于雙曲面造型，進行參數(shù)化控制下料。對土建結(jié)構(gòu)模型的復測結(jié)合三維掃描技術(shù)，在計算機中虛擬搭建，模擬施工，再將施工過程應用到施工現(xiàn)場。鋁格柵吊頂施工安裝測量定位如圖8所示。

3.5 旋轉(zhuǎn)樓梯

旋轉(zhuǎn)樓梯頂部寬度為1.2 m，底部寬度為1.8 m，旋轉(zhuǎn)內(nèi)徑為1.15 m，旋轉(zhuǎn)外徑為漸變曲線，踏步寬度亦呈漸變形狀。施工難點為弧形扶手的定制和踏步材料的下料。

解決措施：采用BIM參數(shù)化建模技術(shù)和三維掃描雙管齊下。首先，根據(jù)設(shè)計圖紙進行BIM模型搭建（見圖9）。其次，再依據(jù)現(xiàn)場實際施工情況，采用三維掃描對現(xiàn)場施工進行三維掃描形成點云模型。再次，通過對比點云模型和BIM模型，確定施工偏差，并通過對旋轉(zhuǎn)樓梯的參數(shù)調(diào)整進行逆向找形分析，修正參數(shù)邏輯中的數(shù)值，生成最終的BIM模型。最后，對模型進行拆解，形成加工圖，保證施工質(zhì)量和設(shè)計造型。旋轉(zhuǎn)樓梯參數(shù)化邏輯如圖10所示。

3.6 不規(guī)則波浪造型吊板吊頂

通過對設(shè)計圖紙的分析和與設(shè)計師的溝通，了解到此處波浪吊板吊頂曲面無規(guī)則可尋（見圖11），為空間任意的波浪曲面，且波浪吊板吊頂頂部還有許多機電系統(tǒng)。無論從施工角度來看，還是從管理角度來看，都存在較大的難度。

解決措施：根據(jù)設(shè)計圖紙，運用BIM技術(shù)進行參數(shù)化建模。采用Grasshopper軟件對波浪吊頂進行復原，然后通過對建模邏輯參數(shù)的控制，形成兩個方案：方案A為按照方案造型，將波浪吊頂?shù)凝埞且沧龀刹ɡ诵?方案B為保證吊頂?shù)撞靠梢暶鏋椴ɡ诵危瑢㈨敳魁埞亲龀善矫嫘危ㄒ妶D12）。通過BIM技術(shù)分析以及與甲方、設(shè)計者協(xié)商，最終確定方案B為項目實施方案，以解決此處施工難題。通過參數(shù)化建模，對三維BIM模型進行參數(shù)化標注確定單個吊板長度，將其自動編號（見圖13），形成加工下料模型。方案B吊頂?shù)膮?shù)化邏輯如圖14所示。

3.7 隱蔽工程影像資料記錄

因幕墻和裝飾施工較多為隱蔽工程，施工完畢后，過程資料皆為文字描述和少部分影像資料，現(xiàn)場一些臨時變更在項目后期竣工結(jié)算階段很難進行認定。結(jié)合以往工程經(jīng)驗，對于隱蔽工程真實情況反映的存檔，難度比較大。

解決措施：采用BIM+360°全景技術(shù)，對項目進行施工全周期的拍攝記錄，形成隱蔽過程文件資料[1]。同時，通過360°全景技術(shù)，可以使項目參與單位如業(yè)主、設(shè)計者等，遠在異地也可實時把控項目現(xiàn)場情況，實現(xiàn)遠程監(jiān)控施工現(xiàn)場。通過應用360°全景技術(shù)，實現(xiàn)全項目周期的拍攝，形成隱蔽工程全景資料。在后期運維管理上，可以提供最直接的影像資料，并且完全反映出隱蔽工程施工過程最真實的實際現(xiàn)場情況。360°全景技術(shù)現(xiàn)場實景和模型如圖15和圖16所示。

3.8 機電點位

項目機電、智能家具、燈光設(shè)計比較多，在模型搭建階段已發(fā)現(xiàn)諸多問題。按照傳統(tǒng)施工，這些問題會在現(xiàn)場爆發(fā)出來，從而影響工期和施工質(zhì)量。

解決措施：通過BIM模型，對機電點位進行硬碰撞分析和軟碰撞檢查，規(guī)避點位的碰撞問題。再通過模型渲染漫游，環(huán)視項目，檢查影響室內(nèi)精裝美感問題的點位，或取消，或合并，或明裝改暗裝，使裝飾裝修效果達到設(shè)計預期成效。天花吊頂上燈具、噴淋、安防、應急等點位模型如圖17所示。

4 基于BIM的施工組織管理

4.1 深化設(shè)計管理

深化設(shè)計是指總包單位在建設(shè)單位提供的施工圖的基礎(chǔ)上，根據(jù)現(xiàn)行規(guī)范和施工經(jīng)驗對施工方案和設(shè)計內(nèi)容進行優(yōu)化、細化和完善，形成專業(yè)的詳細的施工圖紙，同時對各專業(yè)設(shè)計圖紙進行集成、協(xié)調(diào)、修訂與校核，滿足施工現(xiàn)場及管理需要的過程[2]。BIM技術(shù)通過準確的模型、全專業(yè)的整合、準確的定位、可視化的成果輸出以及便捷性的出圖，可以有效地解決目前深化設(shè)計中存在的諸多問題?；贐IM技術(shù)進行深化設(shè)計管理，可以直觀地展示項目構(gòu)件和施工要素的相關(guān)信息，即使不專業(yè)的工作人員，也可以對施工節(jié)點信息一目了然。

4.2 施工管理應用

施工階段利用BIM模型，能實現(xiàn)對項目特征的精細化管理，包括進度、質(zhì)量、安全、成本等各個環(huán)節(jié)。同時，采用基于BIM的協(xié)同平臺進行項目管理，解決了以往項目管理溝通效率低、無效數(shù)據(jù)龐大、專業(yè)圖紙版本多等問題。

4.3 計劃管理應用

建立基于BIM模型的工作計劃。依據(jù)圖紙建立BIM模型，根據(jù)項目圖紙?zhí)卣鬟M行歸類，第一類為依據(jù)傳統(tǒng)施工技術(shù)可以解決的問題，第二類為需要借助BIM技術(shù)才可以解決的問題。這使得對模型的精度控制就有了關(guān)鍵側(cè)重點。繼而，通過BIM模型的分類區(qū)分，編制相應的施工計劃。在計劃落實過程中，將計劃和實際現(xiàn)場實施進行對比，根據(jù)現(xiàn)場完成的情況和狀態(tài)，對人員、材料等資源進行精細化管理。

4.4 質(zhì)量管理應用

項目幕墻和裝飾裝修同時施工，交叉施工部位較多。依據(jù)傳統(tǒng)施工經(jīng)驗，在有限的作業(yè)面很難同時施工。因此，已施工的部位很容易被后續(xù)的施工破壞，造成不必要的維修或返工，對項目質(zhì)量造成影響。通過BIM模型，可以直觀地看到項目施工任意位置共有多少類不同工種將要施工，提前計劃，確定哪類工序先施工，哪類工序后施工，避免交叉施工造成施工質(zhì)量不達標，或后續(xù)施工先施工造成的空間占用引起返工的現(xiàn)象。

4.5 成本管理應用

在項目關(guān)鍵環(huán)節(jié)，要依據(jù)流水施工節(jié)拍對模型進行劃分，結(jié)合BIM模型工程量的提取，將流水節(jié)拍施工模型與計劃進度模型相關(guān)聯(lián)，分析項目施工過程中的材料采購計劃和施工計劃。例如，陶土磚幕墻系統(tǒng)，根據(jù)模型分析進行限額領(lǐng)料，根據(jù)實際安裝過程中的損耗進行階段性分析，評估現(xiàn)場安裝損耗的原因，及時調(diào)整，避免損耗擴大，造成不必要的浪費，從而節(jié)約施工成本。再如，對于內(nèi)裝波浪吊頂，通過參數(shù)化建模，可以直接出吊板加工圖，并匯總波浪吊頂?shù)醢宓墓こ塘壳鍐渭褒埞堑墓こ塘壳鍐巍Ｈ绻罁?jù)傳統(tǒng)的成本計算規(guī)則，是很難統(tǒng)計出異形波浪面的實際工程量的。同時，通過BIM技術(shù)的可視化施工交底，可提高安裝效率，避免施工過程中的浪費。通過參數(shù)化編碼的應用，可實現(xiàn)精確安裝邏輯順序的管理，減少對異形波浪面施工投入的各項成本。

4.6 安全管理應用

安全管理是基于工程項目的規(guī)模、結(jié)構(gòu)、技術(shù)、環(huán)境等，給出危險源辨識和評價結(jié)果，同時結(jié)合法律法規(guī)、資源配置等要求，對工程項目進行施工安全策劃[3]。傳統(tǒng)的項目安全管理基本為隨項目施工而進行危險源的界定，結(jié)合洞口臨邊等敏感區(qū)域進行管控。此類工作模式無法進行有針對性的安全管理策劃，新入職員工如果對項目不熟悉就直接進入施工現(xiàn)場工作，會出現(xiàn)一定的安全隱患，多數(shù)情況下都是現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)危險源后再進行安全管理。

將BIM模型應用于項目現(xiàn)場管理，在項目建設(shè)初期，對復雜部位、洞口臨邊等危險部位進行安全模擬管控，對安全區(qū)域進行策劃。同時，定期開展利用VR技術(shù)模擬工地施工傷害的安全教育活動（見圖18），提升管理人員和施工隊伍人員的安全施工意識，做到防患于未然。

4.7 其他應用

BIM模型輸出至3Ds Max中進行修改，輸出至Unity中進行材質(zhì)添加，集成綜合模型，配合HTCVR眼鏡進行虛擬體驗，實現(xiàn)交互式三維漫游模擬場景，即BIM+VR應用[4]，如圖19所示。使用人員可以漫游項目，身臨其境地查看項目各個角落。通過VR技術(shù)，對新入職員工進行項目培訓，使其了解自己參與的項目竣工時的場景，便于迅速投入工作中。此外，通過VR技術(shù)，建設(shè)方還可以對項目進行無死角漫游，提前感受項目竣工后的效果，了解建筑功能是否符合項目立項初衷，并給出調(diào)整意見，避免項目竣工后因建筑功能未達到預期效果而造成的損失。室內(nèi)VR效果漫游如圖19所示。

5 結(jié)語

研究者通過羅列相關(guān)項目的重、難點以及相應的BIM解決措施，探索了BIM技術(shù)在幕墻和裝飾方向的落地應用點，取得了一定的成效。因此，在今后的工作中，要做到以下幾方面。

①針對不同類型的施工問題需求，BIM軟件的選擇尤為關(guān)鍵。不同工序的施工對相應的工藝、工序環(huán)節(jié)有不同的數(shù)據(jù)需求，應針對實際施工問題需求的應用點進行BIM軟件的選擇和使用，避免因工具選擇的問題導致BIM技術(shù)無法充分發(fā)揮其相應的價值。

②對于造型復雜的施工部位，應以BIM技術(shù)為主導。同時，要以項目參建單位各方意見作為依據(jù)，對BIM模型進行深化，以深化后的BIM模型為施工主導，從而避免施工現(xiàn)場反復修改或返工。

③BIM技術(shù)也可應用于施工管理。在施工管理方面，BIM技術(shù)可有效提供模型和數(shù)據(jù)作為項目管理的支撐，還可以輸出圖紙作為指導現(xiàn)場的施工依據(jù)，提高溝通效率，避免在有限的施工作業(yè)面上繁多工序施工產(chǎn)生的沖突。

參考文獻：

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[3]李娟，曾立民.建筑施工企業(yè)BIM技術(shù)應用實施指南[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2017：45.

[4]季錚，謝予星，王玥.基于Unity3D的虛擬測量實驗系統(tǒng)[J].測繪通報，2016（10）：97-100，132.