江苏大剧院屋面及外部装饰工程（二标段）BIM技术应用

叶永辉

佛山华构南方建筑幕墙设计有限公司 广东 佛山 528000

1 工程概况

江苏大剧院整体外形设计取意为“荷叶上的水滴”，漂浮在生态绿野之上的四颗水珠，四颗“水珠”分别容纳了歌剧厅、戏剧厅、音乐厅、综合厅等主要功能，全部坐落在一个公共活动平台之上。外立面采用金属屋面和玻璃立面设计，使熠熠生辉的钛金板幕墙和晶莹剔透的全玻璃幕墙浑然一体，呈现“圆润剔透，灵动汇聚，水波涌动”之意[1]。

考虑到此项目的复杂性和重要性，保证此项目按时保质完成，通过引进BIM技术并利用其功能和特点，指导深化设计、施工阶段、生产加工和后期应用管理。并通过参数化建模，大大减少了烦琐的人工操作和潜在错误，实现工程量信息与设计方案的完全统一，完美呈现项目设计效果。

图1 建筑效果图

2 BIM在深化设计上的应用

BIM技术可使设计参数化。在BIM软件中完成建筑外壳分板，定位结构形式和位置，划分幕墙，以及确定经度、纬度总长度和划分数等可调参数，由参数控制的建筑形体便于设计师依据专业分析结果，快捷地完成调整，高效、直观[2]。

在深化设计阶段，使用Rhino软件建立外立面表皮模型，然后通过Rhino软件将其导入Revit模型，与建筑结构模型整合为一个整体。之所以选择Rhino来深化建筑表皮模型，是因为建筑大部分是曲面造型，Rhino软件在曲面三维建模上有很大的优势，功能强大。

Rhino软件是一款基于NURBS的造型软件，具有非常强大曲面建模功能，可以在Windows系统中建立、编辑、分析和转换NURBS曲线、曲面和实体，不受复杂度、阶数以及尺寸的限制。并且Rhino软件跟AutoCAD、Revit等软件有对接接口，可以互相导入，进行无缝链接（类似CAD里面的外部引用），具有良好的兼容性。配合Grasshopper插件，还可以实现参数化建模，使修改模型变得相当容易快捷，通过链接功能，在Rhino里面的修改内容能够马上反映到Revit软件里面；以便于与建筑院的协同工作[3]。

直立锁边板排版设计，排版方式是否合理，对整个屋面工程的施工效率、工期有重要影响。屋面造型、屋面曲率分析、等高线分析、屋面坡度分析直接影响到屋面板的排版及排水。采用rhino参数化软件将屋面划分单元进行曲率分析，并进行屋面板空间三维排版；同时对每单元划分的板块进行三维量化分析和优化，确保每单元板块能满足生产加工和现场安装的要求。

金属板外表皮设计，根据对原建筑模型的综合分析，本工程屋面表皮为三维空间曲面，且左右不对称。我们以此原则重建建筑、结构表皮。在此基础上进一步建立屋面的分格及其各种构件模型。双曲面转换成平面网格，这个可以在Revit里面进行，利用Revit将表皮划分成一个个网格，对应于屋面板块的分格，这样屋面板块被分成一个个的平面板块。屋面系统模型主要包括金属板、支撑龙骨、直立锁边板、固定支座、次檩、主檩及檩托等构件内容。

同样，导入Revit软件并利用其强大的信息统计功能，对每一个屋面系统、采光顶系统的构件、嵌板进行编号，并对其定位坐标、颜色、材质、加工尺寸和到场时间等信息进行统计梳理，可以方便快捷的导出板块清单、材料清单[4]。

专业协调是BIM的基础应用和核心功能，从软件的操作上可以简单地理解为将各专业模型汇总后做碰撞检测。屋面工程的工序是在具备完整的主体结构后开始施工，可与机电工程并行施工。屋面专业与其他各专业在空间占位上联系紧密。复杂幕墙系统通过BIM加强了如下空间占位管理：

（1）屋面系统主檩通过檩托将荷载传递到主钢结构，BIM可以检查结构梁尺寸是否满足檩托安装，避免屋面安装时与主钢结构发生冲突情况发生；

（2）BIM能处理好屋面工程与精装修的空位关系问题，如二次隔墙与屋面龙骨的对位关系、检修孔与检修走道的位置关系等；

（3）屋面专业与机电专业协调，如在施工图设计时楼体泛光照明系统方案无法完善，其线路与灯具的布局就需要与屋面专业在施工二次深化设计时进行协调；屋顶机电设备布置密集与本专业需要大量的协调工作等；

（4）屋面与标识的专业协调，如主体建筑LOGO与屋面系统的关系；

（5）屋面与景观的专业协调，如屋面与景观地面收口的交接。

项目的实施过程中出现了设计“不一致”问题或者施工过程中产生新的空间占位问题，协作方通过开协调会，提出解决办法，出具变更，这是传统的做法。然而BIM模型可以真实地还原物理空间，在计算机里处理设计阶段的碰撞问题，项目合作各方进行讨论协调，使这些问题更早暴露，并在早期解决。

图2 建筑整体模型

3 BIM在施工上的应用

江苏大剧院异型的结构在平面图中也很难表达，而在三维模型中，可以展现大剧院特有的双曲面造型。在施工与检测中，现场复核三维坐标跟设计模型坐标做对比。工程具体实施过程当中，由于整体造型为弧形、类椭圆锥形状，使得每一块钛金板及玻璃都有其自身尺寸，相互之间不能代替更换。通过BIM技术的应用可以自动生成带编号和三维空间坐标的加工图纸，通过精确测量技术、误差消减技术和BIM技术的联合测量校正，使得每一块钛金板及玻璃在拼装时可以严丝合缝[5]。

4 BIM在加工生产上的应用

项目主要加工构件包括线材（钢通、铝圆管、高频焊H型钢、外装饰条）和板材（玻璃、钛板、铝复合板、铝单板），各种材质受加工设备、材质属性影响不可能完成依据建筑原意加工。比如铝复合板无法加工双曲面、玻璃加工半径需大于1500mm、铝型材同轴方向只能加工单半径等等。

针对各种材料属性所要求的加工局限，我司采用BIM软件协助解决。如玻璃板块的加工，通过rhino软件曲线命令可以轻松生成规则线条，与原建筑曲面比对在误差允许范围即可采用；克服以往采用CAD模拟线段的人工操作烦琐及随意性大的缺点[6]。

5 展望未来

BIM引领建筑业信息技术走向更高层次，它的全面应用，将为建筑业的科技进步产生不可估量的影响，大大提高建筑工程的集成化程度。这对建筑幕墙业的发展带来良好的机遇也是巨大的挑战。

为提高BIM的应用水平，共享BIM数据信息，幕墙行业应当立即行动起来，投入到BIM应用的洪流中去，加强设计（包括方案设计、结构计算、热工计算、日照计算等等）、加工制作、安装施工和运行维护的各个阶段的应用软件的整合，提升产业技术能力。

[1] 李远晟,孙璐.BIM技术成就建筑之美——江苏大剧院项目实践[J].建筑技艺,2014,(02):82-85.

[2] 张洋. 基于BIM的建筑工程信息集成与管理研究[D].北京:清华大学,2009.

[3] 王陈远.基于BIM的深化设计管理研究[J].工程管理学报,2012,26(04):12-16.

[4] 刘占省,赵明,徐瑞龙.BIM技术在我国的研发及工程应用[J].建筑技术,2013,44(10):893-897.

[5] 王君峰.Autodesk Navisworks实战应用思维课堂[M]. 北京:机械工业出版社,2015:219.

[6] 王奕修.Grasshopper入门&晋级必备手册[M]. 北京:清华大学出版社,2013:211.