BIM技术在建业郑风新韵酒店幕墙和装饰工程中的应用

司涛杰?曲良君?刘晓军?张怡冰

摘 要：本项目运用BIM技术，通过几个不同类型BIM工具软件建立项目模型，输出数据、模型、图纸、图片、漫游等信息，解决了项目的施工难点问题。利用BIM参数化建模技术，通过对异形曲面的设计逻辑进行分析，建立参数化模型，解决加工图的施工下料问题。利用BIM可视化技术，通过模型的建立和图片、漫游的输出，解决复杂节点施工的问题。利用BIM+360°全景技术，形成项目隐蔽工程验收影像资料。项目结合施工实际，对曲面的空间定位、曲面造型的“深化-加工-施工”、工程项目管理等提出了一套完整可行的管理方法。通過BIM技术在幕墙和装饰工程中的应用，总结了BIM技术在本项目各个专业的应用，为其他类似工程或工艺提供参考，为装饰BIM技术的普及应用起到一定的推动作用。

关键词：BIM;Grasshopper;施工应用;施工管理

中图分类号：TU767 文献标识码：A 文章编号：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）技术是Autodesk公司在2002年率先提出的，已经在全球范围内得到业界的广泛认可。BIM的核心是通过建立虚拟的建筑工程三维模型，利用数字化技术，为这个模型提供完整的、与实际情况一致的建筑工程信息库。本文主要分析BIM技术在建业郑风新韵酒店幕墙和装饰工程中的应用。

1 项目概况

建业郑风新韵酒店工程位于新郑市机场西南10 km处，建筑面积约5 110 m2，地上三层，建筑总高度为18.181 m，结构形式为钢框架，屋面为钢管飘架，整体造型为环形，设计美观。该项目幕墙由陶土砖外饰面幕墙系统、弧形玻璃幕墙系统、金属屋面幕墙系统组成，装饰装修工程有较多非线性曲面造型。项目效果图详见图1。

2 BIM组织应用

2.1 BIM应用目标

通过BIM技术的应用实现节约成本、优化设计、打造精品项目的目标，同时加大BIM技术的应用深度。

2.2 软硬件环境

通过对市场上的BIM软件工具进行分析，并结合项目工程的施工范围及关键施工节点，确定使用Revit作为建模软件，包括建筑、结构、幕墙、装饰装修、机电等模型。对曲面和精度都要求较高的局部模型使用Rhino作为建模软件，包括金属屋面、旋转楼梯、波浪吊顶、铝格栅吊顶等模型。对精装渲染效果要求高的模型使用3Ds Max作为建模软件，包括VR模型、室内装饰装修等模型。

硬件设施项目配置有高配置计算机、移动工作站、VR设备、无人机、360°全景摄像仪和单反相机等。

3 施工重难点分析及BIM解决措施

本项目装饰装修具有品质要求高、工期紧、工序交叉同步施工、施工作业面小、复杂造型多、施工工艺要求高等特点。在现场施工管理过程中，对项目参建方的组织协调管理提出了较大挑战。幕墙具有系统多、局部造型施工控制难度大的特点;装饰装修具有几何造型多、不规则、机电点位多的特点。通过利用BIM技术对项目进行分析，对项目关键点进行统计整理，只有科学合理地安排项目关键点，才能保证项目施工质量达到建设要求。

3.1 陶土砖外饰面幕墙系统

陶土砖外饰面幕墙系统位于建筑一层外墙面和一层中庭外墙面，安装方式采用钢立柱架钢梁，钢梁上设串心套管构造，串挂构造复杂，但设计图纸仅有两个节点详图，尤其陶土砖整体造型有弧度，排布有变化，因此施工难度较大。此外，因本项目陶土砖不同于市场一般类型的陶土砖，需要经过专业开模定制，因此，单块砖的成本远远高于市场一般陶土砖的价格。在施工技术交底中，工人一旦对施工工序理解偏差或者施工精度控制不够，就很难达到设计要求，并且经过现场沟通，施工方与甲方对陶土砖工程量清单的统计产生了较大的分歧。

解决措施：针对此环节，建立三维陶土砖串挂系统BIM模型，形成安装动画视频，在施工现场进行可视化交底，解决施工队伍对套管安装逻辑顺序的疑惑。通过BIM模型的工程量清单提取，解决陶土砖工程量清单的分歧。陶土砖串挂安装图如图2所示。

3.2 玻璃幕墙系统

弧形玻璃幕墙主要采用玻璃热弯工艺，最大尺寸为2.44 m×4.80 m，已超出传统热弯玻璃的规格，因此制作成本非常高，另外，弧形玻璃的施工过程控制也比较严格。

解决措施：采用BIM技术对玻璃安装顺序、玻璃安装环境、玻璃安装作业面、玻璃安装方法进行虚拟施工模拟，保证玻璃在安装过程中的施工安全。建立的弧形玻璃幕墙模型如图3所示。

3.3 金属屋面系统

金属屋面系统采用铝镁锰合金直立锁边屋面板，屋面造型为环形。此类面板多用于造型规则的屋面设计，对于环形外形，需要工厂进行定制加工。由于建筑主体结构为钢结构，且多为弧形设计，因此对原始土建的复测存在较大难度。

解决措施：将BIM技术和三维扫描技术相结合，对土建钢构主体进行扫描，生成点云模型，通过对比点云模型与BIM模型，分析现场施工误差，反推屋面的加工模型，并进行加工尺寸修正（见图4），以达到屋面外形的设计要求。拆解的金属屋面顶部加工指导图如图5所示。

3.4 铝格栅吊顶系统

铝合金格栅吊顶在主入口处，为双曲面。吊顶外形对杆件的加工控制和施工控制都比较严格，并且铝格栅吊顶采用的安装节点工艺十分复杂。主入口处的钢结构也为弧形曲线造型，对土建结构的复测存在较大难度。

解决措施：采用BIM技术对弧形格栅吊顶进行深化建模（见图6），对于复杂的节点（见图7），给现场工人实施可视化安装交底，对于双曲面造型，进行参数化控制下料。对土建结构模型的复测结合三维扫描技术，在计算机中虚拟搭建，模拟施工，再将施工过程应用到施工现场。铝格栅吊顶施工安装测量定位如图8所示。

3.5 旋转楼梯

旋转楼梯顶部宽度为1.2 m，底部宽度为1.8 m，旋转内径为1.15 m，旋转外径为渐变曲线，踏步宽度亦呈渐变形状。施工难点为弧形扶手的定制和踏步材料的下料。

解决措施：采用BIM参数化建模技术和三维扫描双管齐下。首先，根据设计图纸进行BIM模型搭建（见图9）。其次，再依据现场实际施工情况，采用三维扫描对现场施工进行三维扫描形成点云模型。再次，通过对比点云模型和BIM模型，确定施工偏差，并通过对旋转楼梯的参数调整进行逆向找形分析，修正参数逻辑中的数值，生成最终的BIM模型。最后，对模型进行拆解，形成加工图，保证施工质量和设计造型。旋转楼梯参数化逻辑如图10所示。

3.6 不规则波浪造型吊板吊顶

通过对设计图纸的分析和与设计师的沟通，了解到此处波浪吊板吊顶曲面无规则可寻（见图11），为空间任意的波浪曲面，且波浪吊板吊顶顶部还有许多机电系统。无论从施工角度来看，还是从管理角度来看，都存在较大的难度。

解决措施：根据设计图纸，运用BIM技术进行参数化建模。采用Grasshopper软件对波浪吊顶进行复原，然后通过对建模逻辑参数的控制，形成两个方案：方案A为按照方案造型，将波浪吊顶的龙骨也做成波浪形;方案B为保证吊顶底部可视面为波浪形，将顶部龙骨做成平面形（见图12）。通过BIM技术分析以及与甲方、设计者协商，最终确定方案B为项目实施方案，以解决此处施工难题。通过参数化建模，对三维BIM模型进行参数化标注确定单个吊板长度，将其自动编号（见图13），形成加工下料模型。方案B吊顶的参数化逻辑如图14所示。

3.7 隐蔽工程影像资料记录

因幕墙和装饰施工较多为隐蔽工程，施工完毕后，过程资料皆为文字描述和少部分影像资料，现场一些临时变更在项目后期竣工结算阶段很难进行认定。结合以往工程经验，对于隐蔽工程真实情况反映的存档，难度比较大。

解决措施：采用BIM+360°全景技术，对项目进行施工全周期的拍摄记录，形成隐蔽过程文件资料[1]。同时，通过360°全景技術，可以使项目参与单位如业主、设计者等，远在异地也可实时把控项目现场情况，实现远程监控施工现场。通过应用360°全景技术，实现全项目周期的拍摄，形成隐蔽工程全景资料。在后期运维管理上，可以提供最直接的影像资料，并且完全反映出隐蔽工程施工过程最真实的实际现场情况。360°全景技术现场实景和模型如图15和图16所示。

3.8 机电点位

项目机电、智能家具、灯光设计比较多，在模型搭建阶段已发现诸多问题。按照传统施工，这些问题会在现场爆发出来，从而影响工期和施工质量。

解决措施：通过BIM模型，对机电点位进行硬碰撞分析和软碰撞检查，规避点位的碰撞问题。再通过模型渲染漫游，环视项目，检查影响室内精装美感问题的点位，或取消，或合并，或明装改暗装，使装饰装修效果达到设计预期成效。天花吊顶上灯具、喷淋、安防、应急等点位模型如图17所示。

4 基于BIM的施工组织管理

4.1 深化设计管理

深化设计是指总包单位在建设单位提供的施工图的基础上，根据现行规范和施工经验对施工方案和设计内容进行优化、细化和完善，形成专业的详细的施工图纸，同时对各专业设计图纸进行集成、协调、修订与校核，满足施工现场及管理需要的过程[2]。BIM技术通过准确的模型、全专业的整合、准确的定位、可视化的成果输出以及便捷性的出图，可以有效地解决目前深化设计中存在的诸多问题。基于BIM技术进行深化设计管理，可以直观地展示项目构件和施工要素的相关信息，即使不专业的工作人员，也可以对施工节点信息一目了然。

4.2 施工管理应用

施工阶段利用BIM模型，能实现对项目特征的精细化管理，包括进度、质量、安全、成本等各个环节。同时，采用基于BIM的协同平台进行项目管理，解决了以往项目管理沟通效率低、无效数据庞大、专业图纸版本多等问题。

4.3 计划管理应用

建立基于BIM模型的工作计划。依据图纸建立BIM模型，根据项目图纸特征进行归类，第一类为依据传统施工技术可以解决的问题，第二类为需要借助BIM技术才可以解决的问题。这使得对模型的精度控制就有了关键侧重点。继而，通过BIM模型的分类区分，编制相应的施工计划。在计划落实过程中，将计划和实际现场实施进行对比，根据现场完成的情况和状态，对人员、材料等资源进行精细化管理。

4.4 质量管理应用

项目幕墙和装饰装修同时施工，交叉施工部位较多。依据传统施工经验，在有限的作业面很难同时施工。因此，已施工的部位很容易被后续的施工破坏，造成不必要的维修或返工，对项目质量造成影响。通过BIM模型，可以直观地看到项目施工任意位置共有多少类不同工种将要施工，提前计划，确定哪类工序先施工，哪类工序后施工，避免交叉施工造成施工质量不达标，或后续施工先施工造成的空间占用引起返工的现象。

4.5 成本管理应用

在项目关键环节，要依据流水施工节拍对模型进行划分，结合BIM模型工程量的提取，将流水节拍施工模型与计划进度模型相关联，分析项目施工过程中的材料采购计划和施工计划。例如，陶土砖幕墙系统，根据模型分析进行限额领料，根据实际安装过程中的损耗进行阶段性分析，评估现场安装损耗的原因，及时调整，避免损耗扩大，造成不必要的浪费，从而节约施工成本。再如，对于内装波浪吊顶，通过参数化建模，可以直接出吊板加工图，并汇总波浪吊顶吊板的工程量清单及龙骨的工程量清单。如果依据传统的成本计算规则，是很难统计出异形波浪面的实际工程量的。同时，通过BIM技术的可视化施工交底，可提高安装效率，避免施工过程中的浪费。通过参数化编码的应用，可实现精确安装逻辑顺序的管理，减少对异形波浪面施工投入的各项成本。

4.6 安全管理应用

安全管理是基于工程项目的规模、结构、技术、环境等，给出危险源辨识和评价结果，同时结合法律法规、资源配置等要求，对工程项目进行施工安全策划[3]。传统的项目安全管理基本为随项目施工而进行危险源的界定，结合洞口临边等敏感区域进行管控。此类工作模式无法进行有针对性的安全管理策划，新入职员工如果对项目不熟悉就直接进入施工现场工作，会出现一定的安全隐患，多数情况下都是现场检查发现危险源后再进行安全管理。

将BIM模型应用于项目现场管理，在项目建设初期，对复杂部位、洞口临边等危险部位进行安全模拟管控，对安全区域进行策划。同时，定期开展利用VR技术模拟工地施工伤害的安全教育活动（见图18），提升管理人员和施工队伍人员的安全施工意识，做到防患于未然。

4.7 其他应用

BIM模型输出至3Ds Max中进行修改，输出至Unity中进行材质添加，集成综合模型，配合HTCVR眼镜进行虚拟体验，实现交互式三维漫游模拟场景，即BIM+VR应用[4]，如图19所示。使用人员可以漫游项目，身临其境地查看项目各个角落。通过VR技术，对新入职员工进行项目培训，使其了解自己参与的项目竣工时的场景，便于迅速投入工作中。此外，通过VR技术，建设方还可以对项目进行无死角漫游，提前感受项目竣工后的效果，了解建筑功能是否符合项目立项初衷，并给出调整意见，避免项目竣工后因建筑功能未达到预期效果而造成的损失。室内VR效果漫游如图19所示。

5 结语

研究者通过罗列相关项目的重、难点以及相应的BIM解决措施，探索了BIM技术在幕墙和装饰方向的落地应用点，取得了一定的成效。因此，在今后的工作中，要做到以下几方面。

①针对不同类型的施工问题需求，BIM软件的选择尤为关键。不同工序的施工对相应的工艺、工序环节有不同的数据需求，应针对实际施工问题需求的应用点进行BIM软件的选择和使用，避免因工具选择的问题导致BIM技术无法充分发挥其相应的价值。

②对于造型复杂的施工部位，应以BIM技术为主导。同时，要以项目参建单位各方意见作为依据，对BIM模型进行深化，以深化后的BIM模型为施工主导，从而避免施工现场反复修改或返工。

③BIM技术也可应用于施工管理。在施工管理方面，BIM技术可有效提供模型和数据作为项目管理的支撑，还可以输出图纸作为指导现场的施工依据，提高沟通效率，避免在有限的施工作业面上繁多工序施工产生的冲突。

参考文献：

[1]刘京，陈继东，吉祥.BIM技术中360°全景场地布置在全过程工程咨询中的应用[J].建设监理，2019（11）：16-20.

[2]張同波.建筑工程中影响施工的部分设计问题的研究与思考[J].施工技术，2011（1）：41-47.

[3]李娟，曾立民.建筑施工企业BIM技术应用实施指南[M].北京：中国建筑工业出版社，2017：45.

[4]季铮，谢予星，王玥.基于Unity3D的虚拟测量实验系统[J].测绘通报，2016（10）：97-100，132.