在大型体育场馆施工中BIM技术的应用研究

覃建强 冯龙 张志铭

中国建筑第八工程局有限公司南方分公司 广东 深圳 518000

1 项目概况及重难点

本项目为体育馆改造提升工程，工程名称为深圳市体育中心改造提升工程项目（一期）。项目地处深圳福田区中心地段，占地面积约11.82万㎡，建筑面积为26.59万㎡。建设规模包含新建综合体育馆、新建体育馆副馆、相连二层平台、附属建筑、全部地下室土建及安装等。拟建建筑物地上6层，地下2层，新建体育馆结构形式为框架剪力墙、空间桁架钢结构，建筑高度为46.8m。项目重难点为：（1）新建体育馆布局呈“外圆内椭”造型，走道位置狭小，机电管线需要按结构形状程弧线型排布，对管线弧度分段，接头控制精度要求高，管综排布难度大；（2）屋面及外立面为蜂窝铝板曲面结构，造型复杂多变，对构件加工生产和现场安装要求高，构件繁多，施工工期紧；（3）屋盖主体为钢结构空间桁架结构，构件数量多，跨度达124m*124m，分为固定屋盖和开合屋盖两部分组成，需要攻克可组合式多媒体屏与开合屋盖连接，实现联动功能的技术难题；（4）体育馆看台板采用的是弧线型清水混凝土预制施工工艺，且看台板需要进行通风孔预留洞设置，对预制构件生产加工、安装要求极高。

2 BIM技术应用

2.1 工程重难点BIM应用

根据工程施工复杂程度、特点、施工难易程度，针对性的对项目重难点工程制定相应的BIM技术实施路线，确保BIM技术能够更好的指导工程施工。

1)屋面及外立面幕墙

本项目体育馆屋面和外立面为蜂窝铝板多曲面结构，造型复杂多变，工艺复杂，工程量大，施工精度要求高，项目运用BIM技术针对设计、施工方案进行优化论证，结合装配式施工理念，节约材料浪费，满足项目“绿色施工” 目标管理要求。基于BIM技术对外立面钢格构进行结构优化，由原来的双层结构改为单层结构；对屋面蜂窝铝板进行优化，由原来的波浪形面板改为平缓曲面板，增强面板可重复性，减少模具型号，降低了加工、安装的复杂度，缩短施工周期；针对构件细部做法进行可视化优化，辅助施工方案可行性分析，及时发现问题并采取优化措施；辅助装配式单元划分，实行装配式施工，有效解决蜂窝铝板造型复杂、精度要求高、安装难度大等难题，依照构件单元科学分配运输车辆，事先模拟运输环境，从而降低外界因素对构件质量的影响[1]，减少资源损耗，缩短施工周期，从而降低施工成本；根据专项技术咨询专家组意见，并结合装配式单元划分大小，对装配式单元蜂窝铝板进行吊装受力分析，结合施工组织吊装方案，计算分析吊装过程中的变形量；利用3D扫描仪对构件进行扫描建模，与设计模型进行对比分析，确保构件工厂加工、现场安装精度满足要求。

图1 装配式单元划分

2)弧形管线布置

项目体育馆走道呈弧线型，管道布置多，基于BIM三维模型，对体育馆弧形走道管线进行角度精准控制，使管线角度统一整齐美观，满足市场常用的管道配件角度，方便施工安装，节省管件管材；通过BIM模型深化排管、弦长法模型弧度分段、管件接头角度控制，绘制加工图进行弧形管道工厂预制加工。通过支架制作、测量放线、管线定位，最终实现弧形管道的精准安装。

3)大跨度钢桁架屋盖

体育馆屋盖为空间桁架结构，由固定屋盖和开合屋盖两部分组成，跨度124x124m，顶标高达45m，总重约4600t。体量大、吊装高度高，开合屋盖驱动系统复杂，开合屋盖与斗屏悬吊是工程重难点。借助BIM技术进行方案优化论证、施工模拟，解决工程难点问题；在机电与钢结构合模审查时，发现马道层桥架十字交叉位置维修人员无法通过，经过与业主、设计讨论沟通后，由设计出钢结构变更，增设过人栈桥，保证后期维修人员能顺利通过；利用迈达斯有限元分析软件对构件进行应力、位移分析，模拟施工过中构件应力变化情况，通过计算结果编制吊装方案，确保结构应力控制在最大应力范围内；屋盖主桁架采用散拼加预拼装整体提升的施工方案，利用BIM模型对拼装场地进行规划，确定土建结构施工时需要预留场地的范围，避免场地不足，造成结构拆除的情况发生；基于装配式施工理念，对钢结构屋盖模型进行合理分段，加快工程施工进度，根据分段确定构件支撑位置，优化胎架数量，减少施工成本。

图2 钢结构桁架屋盖

4)预制看台板

本项目体育馆采用弧线形预制清水混凝土看台板，对模具材料要求高、加工精度要求高，需设计配套模具，项目通过创建BIM模型对模具进行设计，提高设计精度，保障预制看台板生产品质；由于预制看台板施工在屋盖钢结构安装完成之后进行，由于屋盖限制高区看台板吊装存在吊装净高不足的风险，因此借助BIM模型进行吊装工况分析，制作吊装施工模拟视频，提前预知施工过程，辅助专家论证；基于看台板BIM模型，通过Revit软件导出明细表功能，可快速计算出看台板的混凝土方量，解决了异型构件算量复杂不精准的难题；引用二维码对构件编号、重量、安装位置等信息进行管理，在每个构件上贴二维码，作为构件标识依据，在构件出厂进场、安装时通过扫描二维码识别构件，避免出现安装位置错误。

图3 看台板吊装分析

2.2 BIM技术常规应用

1)管综深化

基于设计机电模型，进行管线优化排布，确定管综方案，充分考虑设计要求与施工的便捷性、管综的经济性、美观性。

2)机房深化

制冷机房面积大，设备管综多且复杂，净高要求高，基于机房BIM模型，对机房进行流线、检修空间的优化，机房支架方案比选，输出机房设备运输路线图等，实现机房管线美观布局合理。

图4 机房深化

3)净高复核

基于BIM三维模型，对设计给出的净高方案进行管综与净高复核，输出相关净高数据反馈设计进行设计方案调整及优化，明确净高达标后开展管综出图工作。

4)综合支架布置

基于深化后的机电模型，采用Magicad进行综合支架的布置，让机电管线整体排布更加合理。减少了风管单独支架的材料，节省材料使用，提高现场施工质量和效率，实现项目“绿色施工”目标。

5)预留预埋

通过整合土建BIM模型与机电BIM模型，对预留预埋图纸进行复核深化，精装确定预埋位置，提前发现预埋问题，优化预埋位置，出具预埋图纸，经设计同意后指导现场预埋施工，避免后期因预埋问题进行二次开洞，造成工期延误。

6)管综出图

BIM模型管综深化完成后，导出管综平面图以及结构预留洞图，提资设计进行校对复核。管综图及留洞图提资设计后，确定最终BIM管综图，基于BIM管综图对施工图进行平面路由调整、洞口标高调整等工作，减少后续施工返工现象出现。

2.3 BIM拓展应用

1)机房装配式安装

设备机房管线密集，排布紧凑，活动空间狭小，施工安装效率和安装精度难以保证，为提升制冷机房的安装效率，项目引用工业化装配理念，基于BIM的深化设计，从标准化设计、标准化模块拆分、标准化设计三个方面着手,遵循机房机电设备及管综合理布置的原则[2]，将两台或三台离心机组模块单元拼合成一个模块组，并出具相应施工图，大幅度提高制冷机房的装配精度和效率。

图5 机房装配单元划分

2)智能仓储管理

机电材料种类较多、设备以及管线等大大小小材料涉及上千种、管理成本高、使用浪费大、库存呆滞大、领用流程繁琐。项目部引入智能仓储理念进行物料管理，不仅降低管理成本、减少物料浪费、同时使仓库更加整洁、美观。

3)基于物联网的施工管理

将物联网技术和BIM技术融入到施工管理的各个环节中，通过管理系统可实现构件加工、运输、装卸、安装、焊接、验收、后期维护全过程高效管控，合理利用现场资源，有效提高现场管理水平。

4)BIM+AR可视化应用

BIM+AR不仅提供了有效的三维施工交底，把控施工质量，同时对现场验收起到了很好的辅助作用。项目策划采用BIM+AR技术，在施工前根据机电深化模型进行各区机电AR全景模型制作，以真实的比例还原现场建筑物。

5)BIM+质量虚拟样板

为确保工程建设的质量，顺利开展针对新技术、新工艺、新材料施工节点，根据设计图纸和相关规范标准文件搭设虚拟样板模型，展示施工节点的质量要求、施工工艺及注意事项等内容[3]。基于BIM技术制作720全景质量虚拟质量样板，可用于施工交底，工艺展示以及辅助现场实体样板验收等，亦可将样板制作成动画视频，通过网络对外展示，提高项目知名度，树立项目质量形象。

6)运维数据集成

BIM模型数据信息是运维数据重要的组成部分，在工程建设末期，根据运维单位要求，将施工阶段产生的数据信息添加到BIM模型中，形成竣工模型。模型应准确表达构件的几何信息、材质信息、厂家信息以及实际安装的设备属性信息等，对于对运维无指导意义的内容，进行轻量化处理，降低模型精度，最终输出运维模型交付运维单位。

2.4 BIM应用效益分析

项目实现了从设计到施工全过程、全专业的BIM应用。基于BIM模型对工程重难点进行动画模拟分析对比，优化施工方案，可视化交底，装配施工，节省工期，节约成本等方面取得良好的应用效果，形成了一套项目层级的BIM应用管理体系，培养了一批BIM人才，同时被深圳市住建局评为2022年度建筑信息模型（BIM）技术应用试点示范项目。自开工以来各级领导以及同行单位多次到项目考察，均获得充分肯定和高度评价，项目部还积极对外宣传，多次上深圳卫视媒体。成功举办了质量月观摩活动，新技术应用观摩活动。

3 BIM实施过程中遇到的问题

1)BIM应用效果不佳，落地实施难

BIM技术的实施涉及工程中的各个岗位，需要各个部门的联动配合。在传统工作模式中，各个岗位职责已得到明确，每个岗位各司其职，对于BIM技术的引入，必然会增加各岗位的工作量，使得岗位责任人在要求参与BIM技术实施过程中出现“抵触”心理，造成BIM工作推进困难，出现BIM技术“只在上游有应用，下游无法实施”的窘境。

2)BIM人才资源不足

BIM技术的应用需要依托一系列的相关软件来实现，且涉及专业多，每个专业用到的软件不尽相同，对BIM人员的专业能力有很高的要求，就连BIM工程师也不能做到多方面兼备。加上各项目管理人员已经习惯了传统的工作模式，对于BIM新兴技术的工作模式不能很好的转变，从而更加加大了BIM技术应用的难度。

4 总结

在现代化、信息化的背景下，建筑工程行业在施工阶段的信息量与日俱增，工程施工管理难度不断加大，BIM技术信息传递的便捷性、工程指导功能和数字化工程管理等随着科技水平的不断提升也会变的更加全面完善，在BIM技术在施工阶段应用仍然较少的情况下，本文结合BIM技术的特点，从工程管理、施工、效果展示等方面介绍了BIM技术在实际工程中的应用，为今后BIM应用提供参考。