BIM下剧院工程施工设计和管理

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摘要：剧院建筑是国际公认的高难度公共建筑，以声学标准高、楼中楼结构复杂、涉及专业极多、协调难度大为主要特点。为解决施工重难点，确保城市副中心剧院项目的顺利实施，项目基于bim技术开展全过程全要素的深化设计，进一步提升了施工图纸的深度，保证现场安装精度，为确保项目整体施工质量、保障施工进度、减少拆改与返工起到了有效的作用。

关键词：BIM；深化设计；设计管理；多专业协调

目前我国已经有越来越多的建筑项目引入BIM技术优化设计方案、提升工程质量、降低建造成本，解决从方案设计到施工各阶段遇到的综合性问题。剧院项目作为高难度公共建筑，项目基于BIM技术开展全过程全要素的深化设计，进一步提升了施工图纸的深度，确保项目整体施工质量、保障施工进度、减少拆改与返工。

1工程概况及深化设计管理概述

1.1工程概况

城市副中心剧院项目造型独特，楼中楼结构复杂，且声学标准高、涉及专业极多。项目约有60多个机电子系统，100余个机房。除钢结构、二次结构、幕墙、装饰等专业外，同时包括舞台机械声学、音响、金属屋面、电梯、隔声门等特殊专业。

1.2深化设计管理概述

城市副中心剧院项目由业主推动全过程BIM实施以及应用，设计院提供设计阶段LOD300模型移交总包单位。由于设计院的模型主要以解决净高等主要设计问题为主，部分专业的施工图及模型不能达到直接施工的深度。故剧院项目施工总包单位牵头各专业分包，根据运输和安装条件、本单位施工工艺及习惯，在设计院BIM模型基础上进行深化设计。总包单位在深化设计过程中负责对各分包的成果进行整合、综合协调管理、质量管控。在满足现场施工要求的同时，确保可移交支撑满足业主运维需求的BIM模型成果。

2BIM辅助深化设计管理策划

2.1深化设计及BIM应用内容

项目基于BIM技术提前开展全专业深化设计，包括二次结构、钢结构、机电、幕墙、金属屋面、精装修、舞台机械、声学等专业，且均采用BIM正向设计。其中在钢结构、幕墙、金属屋面、舞台机械等专业已经达到了基于BIM模型进行下料加工的深度。此外，项目在隔声门、电梯、劲性结构及部分重难点施工节点，如预应力、预留预埋、台座、外架等，也借助BIM技术辅助深化设计的开展。

2.2深化设计组织管理

城市副中心剧院项目由业主方推动整个深化设计，并协调设计院对深化设计成果的审核工作。施工总包作为深化设计总负责，牵头各专业分包完成本专业内的深化设计工作，并对过程进行管理，对质量进行管控。各专业分包按照总包要求组建BIM团队，在总包技术部领导下完成深化设计。

2.3深化设计整体工作流程

总承包单位根据设计单位提供的设计阶段模型进行深化，负责管理审核项目各分包单位按时提交的相关成果。深化设计成果先由BIM顾问审核是否满足本项目的BIM深度要求，再向设计单位进行报审，审核深化设计成果是否满足设计规范要求，最终由业主单位确认。深化设计工作流程如图1所示。

2.4深化设计接口管理

深化设计插入时间应满足现场实际施工需求，大部分项目容易出现主体结构已完成，专业分包才开始招标，专业分包进场后才开始深化设计，容易导致深化设计接口的配合不及时。在业主的推动和管理下，在初设阶段组建BIM团队进行了基于BIM技术的模型搭建，利用三维可视化的优势进行方案对比以及复核；通过管线综合进行净高分析，将不能满足需求的位置反馈给业主以及设计方，同时进行结构预留预埋出图。深化设计阶段，对包括建筑结构钢结构、幕墙金属屋面、二次结构、声学等多个专业进行接口质量管理，保证各专业之间的交叉关联，确保各接口的准确性以及全面性。

2.5深化设计标准管理

北投集团为规范三大建筑以及共享设施施工阶段建筑信息模型的创建、应用、交付以及协同，实现BIM实施过程中的统一性、规范性和可持续性，制订BIM实施总体标准，并分别对BIM模型精度标准、模型审核要点、工作统一模板做出更细致的规定，城市副中心剧院项目作为三大建筑其中的重要标段，其BIM实施既要满足北投业主整体BIM要求，又要满足自身重难点需求，北京建工总包BIM团队针对剧院项目特点于项目初期编制了详细的《BIM实施细则》。

3BIM针对各专业深化设计开展

3.1钢结构深化设计

3.1.1剧院项目钢结构概况城市副中心剧院项目钢结构由钢骨柱、钢骨梁及钢板墙等劲性结构、楼面钢梁及桁架、钢屋盖、栅顶吊挂结构共计4个部分组成。项目钢结构俯视图如图2所示。3.1.2钢结构模型深化。钢结构深化设计以Tekla为基础对钢结构开展深化设计和出图，钢结构整体Tekla模型如图3所示，LOD500的精细化深度达到与现场实际构件一致的程度，与传统深化方式相比，图纸深化进度加快，同时解决双曲屋盖深化精度不足以满足现场施工要求的关键问题。3.1.3劲性结构深化。劲性结构中钢筋密集、钢骨柱众多，常规施工方法下，劲性混凝土梁、柱、墙节点施工质量难以保证。基于BIM技术对典型劲性结构节点展开深化设计，优化钢筋绑扎顺序、连接方式，避免出现因钢筋翻样错误造成的返工。钢骨柱深化节点如图4所示，钢板墙深化节点如图5所示。

3.2机电深化设计

3.2.1机电模型深化。在设计阶段模型基础上按歌剧院、戏剧院、音乐厅3个标段综合建筑结构、钢结构、幕墙金属屋面、舞台机械等专业展开深化设计，根据深化设计整体工作量对各标段负责深化的面积进行划分（图6）。剧院项目工期紧张，深化工作地上地下需同时开展，保证最终完成进度。为保证机电深化成果的可靠性以及准确性，每周定期进行机电评审例会，机电技术部专业工程师对本周成果进行审核，提出修改意见并形成会议纪要。3.2.2综合支吊架布置以及校核计算。综合支吊架实现了安装空间的合理分配与资源共享，满足功能要求，预留检修通道，观感质量好，达到了空间优化的目的。剧院项目采用MagiCAD进行综合支吊架布置，考虑结构楼板承重以及综合支吊架螺栓载荷能力，布置间距设置为2m，为了降低综合支吊架计算的工作量，选取必要位置进行综合支吊架布置，对于机电管线相对简单的位置依然采用传统支吊架。地下室综合支吊架渲染如图7所示。根据设计以及厂家提供的机电参数得到初始状态下综合支吊架的荷载百分比，再通过软件的规格优选功能修改综合支吊架各部分钢材的型号使综合支吊架在满足荷载需求前提下，进行经济性优化选型。选型结束后可生成并导出计算书，同时还可查看综合支吊架内力、剪力、支座反力等受力分析，生成综合支吊架剖面图纸。3.2.3机电二次墙预留洞口深化。城市副中心剧院项目蒸压加气混凝土砌块、轻钢龙骨二次结构等二次结构工程量巨大，为减少后期二次墙体修改，通过Revit开洞插件对机电300mm以上的二次洞口进行预留。通过BIM对二次结构的预留提升工作效率，减少二次墙体的拆改，提高二次结构施工质量。3.2.4机电机房深化剧院项目机房质量是项目鲁班奖的关键所在，机房多达十余种类型，数量近百个，根据设备参数对机房二次墙体预留洞、排水沟布置、综合支吊架、设备检修运输通道、设备基础等进行模拟，提前发现潜在问题，指导现场施工。机房效果渲染如图8所示。

3.3二次结构深化设计

二次结构的质量将影响后期机电安装、精装修施工。传统方式CAD深化的方式具有工作量大、效率低、不可直观查看、易错等局限性。基于机电预留洞提出进行二次结构深化，采用插件自动生成包括构造柱、圈梁、过梁、洞口等。为了确保二次结构深化满足施工规范要求，项目还采用Dynamo参数化编程进行构造柱间距核查。二次结构深化模型还可以通过生成明细表的方式辅助商务算量。二次结构深化及工程量统计如图9所示。

3.4幕墙以及金属屋面深化设计

剧院幕墙整体外形以及金属屋面十分复杂，基于BIM技术进行深化设计，创建精细幕墙施工模型。项目采用Rhino与Grasshopper进行参数化设计[4]，在控制整体造型的基础上，按照设计要求对金属屋面、外立面进行分割，并根据节点要求进一步深化面板。BIM深化设计减少了加工错误率，避免因材料问题影响工期。折叠铝板深化模型如图10所示。

3.5声学深化设计

对二次结构、机电增加声学作法。剧院项目为满足声学设计要求增加大量的节点作法。二次结构墙体方面，声学会对部分位置二次墙体进行加厚处理其隔声封堵也有相应节点作法，BIM模型针对加厚的二次墙体进行颜色区分并出图，对专业分包进行直观交底，减少施工过程中的因声学造成的修改、返工。机电深化方面，声学敏感用房内的噪声均有要求的限值。声学专业需要对机电系统中对声学产生不利噪声或振动影响的设备进行降噪和振动控制，所以空调系统流速、风管壁厚、水泵转速等机电设计参数均有声学限制值，还增加橡胶减震、隔声毡、弹簧减震器、消声器、静压箱等措施进行降噪减震，这些额外措施无疑会增加现场机电的安装难度，通过BIM深化将关键声学节点体现在模型中并充分进行管线综合，减少因声学要求造成的施工困难。

3.6机械舞台深化设计

项目3个标段歌剧院、戏剧院、音乐厅均有舞台机械设备，舞台机械是剧院项目使用功能的最重要表现，其专业深化由专业分包完成。将舞台机械模型导成IFC格式链接于建筑结构机电Revit模型中，进行多专业协调、核查，避免舞台机械与其他专业发生冲突，保障舞台机械的顺利安装。项目舞台机械模型多专业协调如图11所示。

4BIM辅助深化设计综合管理

4.1BIM平台建设

城市副中心剧院项目深化设计涉及专业众多，因此专业分包之间信息协同十分重要，为此北京建工集团总承包搭建了BIM协同平台用以保障各专业之间的信息互通。同时为加强工地的安全管理和提高生产效率搭建了智慧工地平台。

4.2基于BIM的深化设计协调例会开展

剧院项目整体空间设计十分复杂，为了更加直观地掌握剧院多专业协调情况，每两周开展1次BIM协调例会，参会人员包括总工程师在内的各专业技术负责人以及专业分包技术负责人，协调处理BIM深化设计遇到的问题，提升深化设计的可靠性。

4.3BIM深化设计出图以及报审

剧院项目深化设计涵盖的专业主要有钢结构、幕墙、金属屋面、舞台机械、二次结构、机电等。深化设计成果主要以图纸方式体现，其中钢结构、幕墙、金属屋面专业均通过深化设计图纸进行下料加工。机电、土建专业依据设计院蓝图以及设计后续变更进行深化出图。由北京城市副中心投资建设集团有限公司业主牵头统一协调所有深化设计图纸均需要报审设计，总包BIM团队根据设计院提出修改意见进行修改，剧院项目整体图纸共计报审4次，对最终版本进行打印出图并由设计院进行签字盖章。

5BIM深化设计成效分析

5.1BIM深化设计效益分析

采用BIM技术进行管线综合，提出潜在重大机电变更45条，避免施工阶段的返工和拆改预估节省费用约300万元；二次结构深化设计减少现场砌墙损耗以及拆改返工产生经济效益约16万元；通过BIM进行综合支吊架布置以及经济性型号优选，为项目创效约500万元；钢结构深化设计将复杂节点采用钢板节点替代常规铸钢，减少用钢量650t，减少临时支撑用量1000t，减少1900余次吊次，钢结构施工累计效益1300万元。

5.2BIM深化设计总结

跨专业协同是城市副中心剧院项目深化设计重点，项目专业复杂涉及舞台机械、钢结构、建筑结构、机电、幕墙、金属屋面等专业，各专业深化设计的开展保障了现场施工的顺利进行，极大程度上避免了专业交叉造成的返工和拆改。深化设计开展除了需要依托BIM技术外，其深化过程管理也非常重要，各专业如何配合、专业之间信息互通、如何确保深化设计成果可靠性、如何与设计院对接等是深化设计管理的难点。基于BIM技术三维可视化的深化设计，为工程质量提供有利保障，信息化BIM作为一种日渐成熟的技术，在如今的建筑行业已然不可或缺。

参考文献

[1]黄迪,王明丽,李淑芬,等.基于BIM的MEP管线综合技术优化性研究[J].工程建设与设计,2016(11):45–48.

[2]杨科,康登泽,车传波,等.基于BIM的碰撞检查在协同设计中的研究[J].土木建筑工程信息技术,2013,5(4):71–75,98.

[3]曾旭东,王大川,陈辉.RhinocerosGrasshopper参数化建模[M]．武汉:华中科技出版社,2013.

作者:吴良良 刘亚飞 惠志伟 王松 张进杰 单位:北京建工集团有限责任公司 北京优比智成建筑科技有限公司