智能建造BIM技术在复杂建筑工程的集成应用与技术创新研究

尹大伟 钱峰 王嘉

摘要：依托成都体育学院整体迁建（一期）项目二批次十标段体育艺术中心为工程背景，采用BIM建模辅助施工及BIM拓展运用完成了多专业交叉大型复杂建筑的修建。研究结果表明，深化设计后的BIM模型能满足工程要求，符合现场安装、施工规范，可直接用于指导现场生产、安装和施工，为工程质量检查、工程验收带来了巨大帮助。

关键词：复杂建筑工程；智能建造；BIM技术；集成应用

中图分类号：TU741.2文献标志码：A

由于造型简单，且有以往成熟的BIM资源和案例可以参考利用，采用常规BIM软件和设备就可以完成整体应用，BIM技术广泛应用于简单商业建筑项目［1-4］。而对于体育场、剧院、文藝中心等复杂造型建筑项目，由于专业繁多，造型复杂，标高变化频繁，缺乏BIM应用案例，采用传统BIM应用方法无法满足全专业落地应用的要求，拓展应用BIM技术成为大型复杂建筑体系辅助施工的一种新趋势。

目前，国内外大量学者对BIM技术的拓展应用展开了大量研究。张宏铨等［5］通过对BIM部分功能进行二次开发，使得BIM技术更好地应用在码头项目工程的全生命周期中；王竞千等［6］依托洪泽区文化体育馆为工程背景，应用BIM技术辅助施工管理，项目实施过程中为了更好应用BIM建造智能平台，借助外部插件对BIM技术进行了二次开发；孙国旺等［7-9］将BIM技术广泛应用于输变电工程中；常攀龙等［10］应用BIM3D建模技术辅助完成了某铁路站房工程的建设；张林等［11］在现有BIM技术的基础上，通过轻量化处理、数模分离以及数据融合，实现从BIM到CIM的高效融合无缝衔接；Cheng等［12］通过大量资料调研，统计了BIM技术拓展应用于建筑工程中的25个经典案例。

综上，国内外学者在复杂BIM建模技术、信息技术的深层次拓展研究上取得了显著研究成果。本文依托成都体育学院整体迁建（一期）项目二批次十标段体育艺术中心为工程背景，采用BIM建模技术辅助工程高难度施工，同时结合现场实际，对BIM技术进行拓展创新，将BIM+无人机、BIM+三维激光扫描、BIM+3D打印、BIM+VR等技术集成应用于重难点工程上，可为类似工程提供一定参考价值。

1工程概况

如图1所示，成都体育学院整体迁建（一期）项目二批次十标段体育艺术中心建筑面积12 921.61 m2，建筑高度23.6 m，最大单跨跨度为27.6 m，地上2层，含机房层、架构层等，地下局部2层，结构类型为钢筋混凝土框架剪力墙结构，基础形式为桩基础+条形基础，抗震设防烈度为6度，结构抗震等级为三级。

本工程专业繁多，造型复杂，工期紧张，施工难度极大，亟需应用BIM技术提前在全专业碰撞检查、深化设计、施工模拟、管线综合等方面开展落地应用，在施工过程中拓展应用BIM+无人机、BIM+三维激光扫描、BIM+3D打印、BIM+VR等技术，并结合现场实际重难点研发BIM+创新技术，解决项目施工难题，降低施工成本，加快施工进度。

2基于BIM技术的复杂建筑施工

2.1地基与基础施工

本工程基坑最大埋深达13.65 m，最浅与最深的基础顶相差10.45 m。基础形式复杂，包含条形基础、承台基础、桩基础、抗浮锚杆等，其中桩基础187根，最小桩距仅2.1 m，场地狭窄，施工困难；同时基础节点复杂，防水施工困难，后续漏水风险高。地下室局部两层，大面一层，有舞台机械升降平台和大型机电安装设备的预留洞口，结构施工过程中存在众多预留预埋，施工工序与协调难度大。

如图2所示，根据地勘报告、支护方案和基础图纸等资料，建立参数化地质模型、基坑支护模型和基础模型，模拟基坑开挖、支护及基础施工全过程。基坑开挖阶段，遇到软卧土层，利用3D扫描技术扫描并建立土方超挖模型，并提取超挖工程量，辅助现场实际成本控制。地下室施工过程中，利用模型提前深化舞台机械和安装设备的预留洞口和施工路线，做好预留预埋工作。

2.2狭窄空间高大模板和大跨度预应力梁施工

本工程最大支模高度为地下二层抗水板面至构架层结构板面，采用盘扣架搭设满堂支撑架，支撑架高度38.45 m，面积约251 m2，如图3所示。该区域还含有超重梁，梁跨度16 m，截面950 mm×2 600 mm，线荷载高达63 kN/m，观众席上空分布三根跨度27.6 m，截面500 mm×2 400 mm的后张法预应力梁，整体施工安全风险极大。

针对本工程施工难点，根据BIM模型、模板施工方案、脚手架施工方案等创建模板及脚手架模型，直观真实地反映现场支模架搭设和模板铺设的情况，及时优化模板施工方案，进行三维可视化交底，提高施工效率。同时根据BIM模型、施工组织设计、资源计划等创建施工模拟模型，通过4D施工模拟技术，直观地展示施工过程的模拟，观察施工方案和进度的执行情况，提前对施工过程进行可视化、漫游及其他体验。

施工模拟的真实性能让项目各方了解成本、工期与环境影响，揭露施工过程中施工空间、设施、资源之间可能存在的冲突和不足，有助于改进施工规划，尽早发现施工风险，提高施工组织设计的可实施性，减少潜在的施工问题。

3基于BIM技术的深化设计应用

3.1工程特点

3.1.1土建结构

如图4所示，整个建筑外圈为圆形，多边柱、折线梁、弧形梁等异形构件较多，模板安装、加固困难；室内结构复杂，存在众多夹层，用于设备房、操作间；观众看台结构复杂，标高众多，施工难度大；主体结构、二次结构施工过程中需提前预留设备、设施安装的进出洞口；舞台机械、灯光、音频、乐池升降机械专业由建设单位分包，结构施工过程中需专业分包提前介入，参与主体结构施工过程中的预留预埋工作，工序、工期、工程质量的协调、控制难度较大；大屋面采用叠合板，屋面渗水风险大。

3.1.2机电安装

因地下室区域无车道、车库，地下室的风机、配电柜、变压器、消防水泵、超长管道等，均需在二次结构施工过程中，通过结构预留洞吊入待装楼层，通过土建搭设的施工通道转运进入安装部位，工作协调难度大；室内各层各区域均存在多联机空调吊装，数量多，安装难度高。

3.1.3幕墙

如图5所示，外墙为石材+玻璃+铝单板幕墙，受圆形建筑、异形造型影响，部分幕墙为弧形，石材、玻璃、保温一体板、铝单板等安装难度大；屋顶为圆形，铝方通等装饰造型放样难度大。施工过程中，相对于普通工程，需额外在外墙增设建筑控制点，采用全站仪极坐标法控制弧形段定位，采用激光垂直仪投测竖向定位。施工完成后采用无人机扫描结合BIM模型进行采用定位复测、纠偏。

3.1.4装饰装修

如图6所示，演艺厅上空为40 mmGRG多面階梯状弧形造型，最大板块为27.7 m×9.81 m，图纸显示为整块，整体安装难度大；该部分位于观众席上空，地面为弧形阶梯状，脚手架搭设困难且搭设后室内空间狭窄，材料运输及安装施工难度大；墙面装饰采用25 mm厚穿孔吸音蜂窝铝板、18 mm厚木纹防火挂板、40 mm厚GRG石膏板等整体块料装饰面层，最大竖向安装高度21.7 m，块料面层最大尺寸5.55 m×1.5 m，材料水平转运、竖向垂直运输工程量大、运输难度大、安装难度大；观众席台阶采用水磨石饰面，阴阳角成型质量控制难度高，收边收口施工难度大，墙面、地面防水工序需提前穿插，排水措施需提前考虑防止影响已完工程施工质量；墙面、地面装饰材料种类多，不同材料交界位置的收边收口需提前策划，深化设计施工图，避免成型观感质量差产生返工的情况。

3.2智能建造BIM技术的集成应用

针对多专业交叉施工的重难点，本工程采用BIM技术提前创建全专业模型，并以机电安装为核心，开展各专业碰撞检查，提前将所有碰撞问题落实解决。根据钢结构安装、机电管综、幕墙安装等要求，落实各专业预留预埋工作，避免后期破坏开洞等。具体深化设计包括异形模板深化设计、混凝土浇筑临时通道深化设计、二次结构深化设计、轻质隔墙排版深化设计、预留洞口深化设计、屋面叠合板深化设计、钢结构构件深化设计、机电管综深化设计、幕墙深化设计、GRG造型深化设计等，结合生产、运输、安装、施工等现场实际情况，对模型进行细化、补充和完善，深化设计后的模型能满足工程要求，符合现场安装、施工规范，可直接用于指导现场生产、安装和施工。

4BIM+拓展应用

4.1BIM+无人机

在施工过程中，借助无人机飞行从垂直、倾斜等多个角度获取建筑影像照片，同时获取地面上各控制点的完整精确信息，导出无人机摄像基础数据，结合图纸设计资料，利用图形运算单元GPU，快速、精确、自动地生成逼真的实景三维场景模型。通过分析实景三维模型可以得到真实场地的三维坐标、视域情况、坡度坡向与现状建筑等信息。在建立建筑物模型与表面纹理的过程中，垂直影像中包含建筑顶面信息，倾斜影像能够提供地物侧面的视角，两者结合满足生成建筑物表面纹理和模型的需要。

4.2BIM+三维激光扫描

三维激光扫描技术是整个三维数据获取和重构技术体系中的最新技术，其实现了直接从实体进行快速逆向获取三维数据及模型的重新构建。在施工阶段，将BIM模型用于现场管理需要集成有效的技术手段作为辅助。三维激光扫描技术可以高效、完整地记录施工现场的复杂情况，与设计BIM模型进行对比，为工程质量检查、工程验收带来巨大帮助（图7）。

4.3BIM+3D打印技术

本项目利用BIM+3D打印技术实现机房模型缩放打印，保证机房安装整体成型效果，分析安装过程中容易出现的质量和安全问题，提高技术交底的实用性和准确性。

4.4BIM+VR技术

为了能更好地展现模型提高模型交底效果和现场交流效果，本项目结合VR技术实现模型虚拟体验，在三维模型的基础上，加强了可视性和具象性，通过构建虚拟展示，为使用者提供交互性设计和可视化印象。

5结束语

本文依托成都体育学院整体迁建（一期）项目二批次十标段体育艺术中心为工程背景，通过深化设计BIM模型完成了多专业交叉大型复杂建筑的修建，模型能满足工程要求，符合现场安装、施工规范，可直接用于指导现场生产、安装和施工，为工程质量检查、工程验收带来了巨大帮助。

参考文献

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［3］Neelima， Sharma R， Rajput Y S， et al. Chemical and functional properties of glycomacropeptide （GMP） and its role in the detection of cheese whey adulteration in milk： a review［J］.Dairy Science & Technology， 2013， 93（1）：21-43.

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［5］张宏铨，李家华，陈家悦，等.BIM技术在某大型码头设计中的应用研究［J］.港工技术，2022，59（3）：84-88.

［6］王竞千，徐思远，周大伟，等.BIM技术在施工管理中的应用与功能拓展［J］.建筑机械化，2021，42（1）：41-43.

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［12］Cheng J H， Wang H. Application and Popularization of BIM Technology in Project Management［J］.Applied Mechanics & Materials， 2012， 174-177：2871-2875.

［作者简介］尹大伟（1975—），男，本科，高级工程师，主要从事建筑施工技术及工程管理工作。

［通信作者］王嘉（1983—），男，本科，工程师，主要从事建筑施工技术方面研究工作。