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摘要：文章通过介绍BIM的技术特点，分析了吉林大剧院施工项目的重点和难点，结合实际情况将BIM技术应用于钢结构工程项目中，实现了钢结构施工一体化管控，大幅提高了生产效率和智能化管理水平，创新地改造了传统钢结构工程管理模式。
关键词：BIM技术；钢结构；可视化；吉林人民大剧院；施工管理；建筑工程 文献标识码：A
中图分类号：TU29 文章编号：1009-2374（2016）08-0045-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.08.024
BIM技术即建筑信息模型（Building Information Modeling），是通过对建筑工程项目各项工程项目各相关信息数据的整理，建立建筑模型，以数字信息仿真来模拟建筑物的真实状况。BIM技术与传统技术相比较，具有五大特点，分别是可视化、协调性、模拟性、优化性、可出图性。目前，传统的建筑工程管理模式仍然被钢结构施工所沿用，深化设计、制作、安装等各环节信息在施工过程中相对独立，存在信息交换滞后、不准确，从而浪费了大量的人力、物力和财力。BIM技术的发展为钢结构施工提供了新的发展方向，为建立数字化和全面工业化管理奠定了基础，为工程各方面的信息共享与协同作业创建了平台，并为钢结构精细化管理引进了先进的技术和手段。BIM技术对人、机、料等施工信息进行关联绑定，并对全过程的状态进行追溯。借助BIM技术，可以建立可视化的动态数据库以及常备材料库和钢结构施工全过程验收体系，对物流过程进行全方位追溯，进行准确、高效的材料快速盘点，进而实现施工进度和造价的可视化管理以及各参与方的信息共享，提高材料综合利用率。同时应用智能工艺方案设计、自动化排版套料、数控设备联网集成、云计算技术，使管理失误率和施工数据跨域传递成本大大降低，也提供了建立工程大数据库的技术平台。
1 工程概况
吉林市人民大剧院位于南山街东侧，北临松花江，吉林市人民大剧院总建筑面积为37007.98m2（其中地上建筑面积为27985.12m2、地下建筑面积为9022.86m2），主要由1个大剧院、1个小剧院、4个电影院以及办公配套用房四部分组成，不设人防工程，建筑高度为34.6m，地上4层，地下1层。建筑结构为框架-剪力墙，屋面工程采用铝合金锤纹直立屋面板。剧院类型为乙等剧院，建筑等级为三级，地基等级二级，基坑安全等级一级。剧院外形以满族风俗文化为基础，细节上增添了很多地域特色。4个影院分别以吉林市的四季“春、夏、秋、冬”命名，内部设计融合不同季节的美景。大剧院可容纳1500余名观众，算上影院和小剧场，能容纳2600多人。
2 工程施工重点与难点
吉林市人民大剧院于2013年8月开工，于2015年7月28日通过竣工验收。由于吉林属于高寒地区，该剧院有效工期仅有15个月，而国内同类剧院建设一般需要4年时间，最短也要3年，该剧院成为国内大剧院建设历史上工期最短的项目。大剧院紧邻松花江，升降式主舞台台仓设计深度为18.3m，公司直面涌水量大、地质中含大量大卵石，锚索成孔困难或无法成孔的困扰，整个主体工程面临、大跨度、大空间、异性结构多、工期紧等难点。作为整个剧院亮点的大堂顶部设计，具有以下四个施工难点：
第一，吊顶面积大，多曲面。剧院的主体结构采用的是球形设计，吊顶与外幕墙的接口处为高低起伏曲线设计，内墙与外幕墙间的吊顶采用弧形设计。多曲面外加穹顶形的设计施工难度非常大。
第二，吊顶横向纵向均为弯曲弧形造型，跌级灯槽人工定点放线较为困难。大厅墙面为GRG造型，由于墙面存在弧度造型和门洞、消防栓等，GRG要满足造型需求并与门洞、消防栓等精准对应存在困难。
第三，现场限制性大。因设计的顶面与实际场地多处地方有碰撞，墙体非常突出的柱墩、挑檐板以及预留的空调空洞等都在制约着内墙的标高。
第四，网状钢结构的固定要求苛刻。二次钢构转换层的固定点不能焊接，也不能抱箍，只能套接在主体结构的球形受力点上，固定非常困难。另外，球形点位的定位也是一个非常大的难题。
3 BIM技术在钢结构施工过程中的应用
为了解决施工现场存在的诸多难题，项目借助BIM技术完成策划，剧院顶部采用跌级双曲面流线型设计，用3D扫描仪采集数据，科学拼接和分析，精确建构模型，材料编号加工，彰显设计效果。现场拼装屋盖钢结构罩棚2万余m2，公司利用BIM中的全站仪，将模型坐标精确定位到现场以方便安装，编制大跨度钢桁架梁采用400吨履带吊整体吊装方案以及复杂曲面钢网架分片吊装方案，完成钢结构施工。
3.1 施工模拟
首先进行现场三维扫描，对项目进行实地考察，针对建设地点、气候条件、地理环境等相关因素，结合设计、规范等资料，采集现场1∶1真实点云数据，得出点云模型，如图2所示；其次进行坐标系匹配。利用三维模型及现场采集到的特征点数据将现场坐标系与模型和图纸进行匹配，方便后期施工运用。三维模型及点云数据能够很清晰地反映施工细节和现场情况。我们通过这项技术，预先解决大部分的施工问题，大幅降低后期的返工率和由错误引起的设计变更，并将施工策划的深度提升至下单图水平，策划的成果直接用于材料下单，不但提升了施工精度，也改变了传统的流水施工模式，将工期大大缩短，是目前运用BIM技术的核心内容。
3.2 碰撞检查
3.2.1 建立设计模型。现场的建模工作主要由“犀牛”软件完成。通过对已有图纸的分析建立初始模型。因为部分区域的设计顶面到钢结构主体的高度超过10米，现场还需要制作钢结构转换层。由于涉及到钢结构承重问题，转换层模型的建立与调整要求厂家全程参与。如图3所示：
3.2.2 进行设计模型模拟安装，碰撞调整。将初始模型根据轴网和特征柱位置匹配到现场点云模型中，综合考虑预留转换层、风口、柱墩等部位，将模型大面调至标高适合部位，查找碰撞部位。最后进行综合碰撞调整。转换层需随铝板弧度造型走，在完成铝板初步碰撞调整后，结合转换层钢架模型综合碰撞，调整模型与现场不符部位。钢架调整需得到厂家确认。 3.3 分模下单，定位安装
经过碰撞调整，并经各方确认后的模型即可进行分割、排版下单工作。由于顶面铝板呈放射状，所以下单尺寸并非模数化，每一块铝板的尺寸及角度都不一样，为方便管理，每块铝板下单时都有唯一编号，对规格、安装位置等信息进行标注。在前期模型调整完毕，完全匹配现场点云模型后即可进行安装定位工作。因为模型坐标已与现场吻合，直接在模型中提取相关数据即可直接在现场施放，十分快捷精准。鉴于现场施工环境及安装工艺，无需定出每块铝板安装点。将铝板分为若干小区域，只需定出该区域铝板安装起始点位后进行安装，再整体检核该区域即可。
4 结语
在社会发展的“新常态”下，BIM技术在钢结构建筑施工中的运用，很好地印证了如今可持续发展的时代主题，不仅增强了施工管理过程中的直观性，还提高了施工进度和成本造价等相关信息共享的及时性与准确性。吉林市人民大剧院通过运用BIM技术，使得施工全过程实现了高效性、经济性、简便性、直观性和安全性。在项目施工的初级阶段，BIM技术首先协调了设计师与材料、结构、设备等各种实际问题的关系，并进行灵活变化，提供了多项备选的应急措施，直观高效地展现最优结论；其次是对人力、物力和财力进行优化配置，通过建立节约时间和精力的数据平台，对施工过程中的各项工作进行系统化统筹，对成本数据进行高效处理，从而全面清楚地展现成本信息，及时了解和应对施工过程中的成本需求；最后是直观地建立钢结构工业建筑模型，实现四维立体的可视模型，便于观察和改造。在工业建筑的施工阶段和运行阶段，BIM技术的使用，借助计算机技术监控整个钢结构工业建筑群体的全建筑生命周期，在发现问题时及时报告，并且提前整合出将要面临的各种隐患问题，提高钢结构工业建筑的安全性能，减少不必要的经济损失。
参考文献
[1] 龙文志.建筑业应尽快推行建筑信息模型（BIM）技术[J].建筑技术，2011，42（1）.
[2] 李云贵，邱奎宁，王永义.我国BIM技术研究与应用[J].铁路技术创新，2014，（2）.
[3] 张建平.基于4D-BIM的施工资源动态管理与成本实时监控[J].施工技术，2011，40（4）.
[4] 周光毅，唐家如，毛立贤，等.大连国际会议中心基于BIM的复杂空间钢结构安装关键技术[J].建筑技术，2013，44（10）.
[5] 王朝阳，刘星，张臣友.BIM技术在武汉中心项目钢结构施工管理中的应用[J].施工技术，2015，44（6）.
作者简介：温爱明，男，山西人，中铁十七局集团东北指挥部执行总经理。
（责任编辑：蒋建华）
关键词：BIM技术；钢结构；可视化；吉林人民大剧院；施工管理；建筑工程 文献标识码：A
中图分类号：TU29 文章编号：1009-2374（2016）08-0045-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.08.024
BIM技术即建筑信息模型（Building Information Modeling），是通过对建筑工程项目各项工程项目各相关信息数据的整理，建立建筑模型，以数字信息仿真来模拟建筑物的真实状况。BIM技术与传统技术相比较，具有五大特点，分别是可视化、协调性、模拟性、优化性、可出图性。目前，传统的建筑工程管理模式仍然被钢结构施工所沿用，深化设计、制作、安装等各环节信息在施工过程中相对独立，存在信息交换滞后、不准确，从而浪费了大量的人力、物力和财力。BIM技术的发展为钢结构施工提供了新的发展方向，为建立数字化和全面工业化管理奠定了基础，为工程各方面的信息共享与协同作业创建了平台，并为钢结构精细化管理引进了先进的技术和手段。BIM技术对人、机、料等施工信息进行关联绑定，并对全过程的状态进行追溯。借助BIM技术，可以建立可视化的动态数据库以及常备材料库和钢结构施工全过程验收体系，对物流过程进行全方位追溯，进行准确、高效的材料快速盘点，进而实现施工进度和造价的可视化管理以及各参与方的信息共享，提高材料综合利用率。同时应用智能工艺方案设计、自动化排版套料、数控设备联网集成、云计算技术，使管理失误率和施工数据跨域传递成本大大降低，也提供了建立工程大数据库的技术平台。
1 工程概况
吉林市人民大剧院位于南山街东侧，北临松花江，吉林市人民大剧院总建筑面积为37007.98m2（其中地上建筑面积为27985.12m2、地下建筑面积为9022.86m2），主要由1个大剧院、1个小剧院、4个电影院以及办公配套用房四部分组成，不设人防工程，建筑高度为34.6m，地上4层，地下1层。建筑结构为框架-剪力墙，屋面工程采用铝合金锤纹直立屋面板。剧院类型为乙等剧院，建筑等级为三级，地基等级二级，基坑安全等级一级。剧院外形以满族风俗文化为基础，细节上增添了很多地域特色。4个影院分别以吉林市的四季“春、夏、秋、冬”命名，内部设计融合不同季节的美景。大剧院可容纳1500余名观众，算上影院和小剧场，能容纳2600多人。
2 工程施工重点与难点
吉林市人民大剧院于2013年8月开工，于2015年7月28日通过竣工验收。由于吉林属于高寒地区，该剧院有效工期仅有15个月，而国内同类剧院建设一般需要4年时间，最短也要3年，该剧院成为国内大剧院建设历史上工期最短的项目。大剧院紧邻松花江，升降式主舞台台仓设计深度为18.3m，公司直面涌水量大、地质中含大量大卵石，锚索成孔困难或无法成孔的困扰，整个主体工程面临、大跨度、大空间、异性结构多、工期紧等难点。作为整个剧院亮点的大堂顶部设计，具有以下四个施工难点：
第一，吊顶面积大，多曲面。剧院的主体结构采用的是球形设计，吊顶与外幕墙的接口处为高低起伏曲线设计，内墙与外幕墙间的吊顶采用弧形设计。多曲面外加穹顶形的设计施工难度非常大。
第二，吊顶横向纵向均为弯曲弧形造型，跌级灯槽人工定点放线较为困难。大厅墙面为GRG造型，由于墙面存在弧度造型和门洞、消防栓等，GRG要满足造型需求并与门洞、消防栓等精准对应存在困难。
第三，现场限制性大。因设计的顶面与实际场地多处地方有碰撞，墙体非常突出的柱墩、挑檐板以及预留的空调空洞等都在制约着内墙的标高。
第四，网状钢结构的固定要求苛刻。二次钢构转换层的固定点不能焊接，也不能抱箍，只能套接在主体结构的球形受力点上，固定非常困难。另外，球形点位的定位也是一个非常大的难题。
3 BIM技术在钢结构施工过程中的应用
为了解决施工现场存在的诸多难题，项目借助BIM技术完成策划，剧院顶部采用跌级双曲面流线型设计，用3D扫描仪采集数据，科学拼接和分析，精确建构模型，材料编号加工，彰显设计效果。现场拼装屋盖钢结构罩棚2万余m2，公司利用BIM中的全站仪，将模型坐标精确定位到现场以方便安装，编制大跨度钢桁架梁采用400吨履带吊整体吊装方案以及复杂曲面钢网架分片吊装方案，完成钢结构施工。
3.1 施工模拟
首先进行现场三维扫描，对项目进行实地考察，针对建设地点、气候条件、地理环境等相关因素，结合设计、规范等资料，采集现场1∶1真实点云数据，得出点云模型，如图2所示；其次进行坐标系匹配。利用三维模型及现场采集到的特征点数据将现场坐标系与模型和图纸进行匹配，方便后期施工运用。三维模型及点云数据能够很清晰地反映施工细节和现场情况。我们通过这项技术，预先解决大部分的施工问题，大幅降低后期的返工率和由错误引起的设计变更，并将施工策划的深度提升至下单图水平，策划的成果直接用于材料下单，不但提升了施工精度，也改变了传统的流水施工模式，将工期大大缩短，是目前运用BIM技术的核心内容。
3.2 碰撞检查
3.2.1 建立设计模型。现场的建模工作主要由“犀牛”软件完成。通过对已有图纸的分析建立初始模型。因为部分区域的设计顶面到钢结构主体的高度超过10米，现场还需要制作钢结构转换层。由于涉及到钢结构承重问题，转换层模型的建立与调整要求厂家全程参与。如图3所示：
3.2.2 进行设计模型模拟安装，碰撞调整。将初始模型根据轴网和特征柱位置匹配到现场点云模型中，综合考虑预留转换层、风口、柱墩等部位，将模型大面调至标高适合部位，查找碰撞部位。最后进行综合碰撞调整。转换层需随铝板弧度造型走，在完成铝板初步碰撞调整后，结合转换层钢架模型综合碰撞，调整模型与现场不符部位。钢架调整需得到厂家确认。 3.3 分模下单，定位安装
经过碰撞调整，并经各方确认后的模型即可进行分割、排版下单工作。由于顶面铝板呈放射状，所以下单尺寸并非模数化，每一块铝板的尺寸及角度都不一样，为方便管理，每块铝板下单时都有唯一编号，对规格、安装位置等信息进行标注。在前期模型调整完毕，完全匹配现场点云模型后即可进行安装定位工作。因为模型坐标已与现场吻合，直接在模型中提取相关数据即可直接在现场施放，十分快捷精准。鉴于现场施工环境及安装工艺，无需定出每块铝板安装点。将铝板分为若干小区域，只需定出该区域铝板安装起始点位后进行安装，再整体检核该区域即可。
4 结语
在社会发展的“新常态”下，BIM技术在钢结构建筑施工中的运用，很好地印证了如今可持续发展的时代主题，不仅增强了施工管理过程中的直观性，还提高了施工进度和成本造价等相关信息共享的及时性与准确性。吉林市人民大剧院通过运用BIM技术，使得施工全过程实现了高效性、经济性、简便性、直观性和安全性。在项目施工的初级阶段，BIM技术首先协调了设计师与材料、结构、设备等各种实际问题的关系，并进行灵活变化，提供了多项备选的应急措施，直观高效地展现最优结论；其次是对人力、物力和财力进行优化配置，通过建立节约时间和精力的数据平台，对施工过程中的各项工作进行系统化统筹，对成本数据进行高效处理，从而全面清楚地展现成本信息，及时了解和应对施工过程中的成本需求；最后是直观地建立钢结构工业建筑模型，实现四维立体的可视模型，便于观察和改造。在工业建筑的施工阶段和运行阶段，BIM技术的使用，借助计算机技术监控整个钢结构工业建筑群体的全建筑生命周期，在发现问题时及时报告，并且提前整合出将要面临的各种隐患问题，提高钢结构工业建筑的安全性能，减少不必要的经济损失。
参考文献
[1] 龙文志.建筑业应尽快推行建筑信息模型（BIM）技术[J].建筑技术，2011，42（1）.
[2] 李云贵，邱奎宁，王永义.我国BIM技术研究与应用[J].铁路技术创新，2014，（2）.
[3] 张建平.基于4D-BIM的施工资源动态管理与成本实时监控[J].施工技术，2011，40（4）.
[4] 周光毅，唐家如，毛立贤，等.大连国际会议中心基于BIM的复杂空间钢结构安装关键技术[J].建筑技术，2013，44（10）.
[5] 王朝阳，刘星，张臣友.BIM技术在武汉中心项目钢结构施工管理中的应用[J].施工技术，2015，44（6）.
作者简介：温爱明，男，山西人，中铁十七局集团东北指挥部执行总经理。
（责任编辑：蒋建华）