南京青奥城(会议中心)工程BIM技术应用

叶　嵩　陈于峰　李文春　唐　潮

(中建八局第三建设有限公司，南京　210068)



南京青奥城(会议中心)工程BIM技术应用

叶嵩陈于峰李文春唐潮

(中建八局第三建设有限公司，南京210068)

南京青奥会议中心形似一艘太空船，外形奇特，结构复杂，同时也是目前国内最大的GRC工程。本项目建筑施工全过程应用BIM，解决了异形钢结构制作安装，以及双曲面GRG、GRC设计施工等众多领域难题。本文以项目管理为核心，详细介绍了BIM技术在项目建造全生命周期过程中的特点及应用过程。

BIM； 施工； 设计； 管理

【DOI】 10.16670/j.cnki.cn11-5823/tu.2016.04.01

1　工程概况

1.1项目简介

图1　建筑效果图

图2　模型截图

南京青奥会议中心工程其占地面积4万m2，总建筑面积19.4万m2，建筑高度为46.9m，地下两层、地上六层，具备会议、音乐、商业、展览、餐饮等功能。本工程地下室为钢筋混凝土框架剪力墙结构，地上为全钢结构， 15m以下由四个独立的单体组成， 15m以上连成整体，本工程由当代英国“解构主义大师”扎哈.哈迪德设计整个建筑采用了流线型设计，室内色彩及构造变幻多样，动感十足，是南京史上最具现代感的建筑。建筑效果图和模型截图如图1所示。建筑效果图如图1所示，模型截图如图2所示。

1.2工程特点和难点等

青奥会议中心工程作为2014年青奥会的主办场地社会影响大，关注度极高。根据合同，本工程的工期仅为945天， 2014年7月份竣工为关门工期，且不确定因素多，所有关键工序没有机动时间，必须保证每道工序都按期完工才能保证工期目标的实现，工期非常紧张。本工程设计富于动感和现代气息，内装部分大量采用GRG自由曲面，色调丰富多彩，地面为环氧水磨石、岗石，整体装修档次高，工艺复杂，立体交叉施工多，不规则拼缝多，接口处理工作量大见图3。外幕墙设计新潮，造型复杂，采用GRC板安装，最大限度地满足了设计师对建筑外观的要求。该项目也是目前国内体量最大的GRC板安装工程。

会议中心主体为框架-中心支撑全钢结构体系，外形怪异和建筑功能布局的需要导致结构形式错综复杂如图4，柱网及杆件布置随意、无规律性，桁架最大跨度约78m，最大重量175t，钢柱部分为外框架倾斜柱，钢斜柱节点最重43t，相贯节点最多为93个， 24 000多个构件中均为独立尺寸，无相同构件，钢构的深化设计非常复杂，加工困难。

图3　典型内装模型

图4　典型钢结构节点模型

2　BIM组织与应用环境

2.1 BIM应用目标

本项目曲线曲面多、形体空间大、异性结构多重嵌套传统模式难以施工，BIM技术的引入为我项目总承包管理提供了一种新思路。减少施工的工期、人工、材料损失同时，也实现了绿色、低碳、智能、科学的管理目标和项目的合同目标。

2.2实施方案

土建和幕墙沿用设计和业主提供的模型，钢结构和机电安装专业自主建模，并在模型上进行施工阶段的信息录入和模型上的优化调整，。将BIM技术全面应用到项目总包管理的过程中，对传统平面上难以解决的问题采用BIM技术进行优化和解决，在项目的技术管理中、进度管理、质量管理、合约管理、在安全、文明施工管理中进行全面的应用。

2.3 团队组织

成立以项目经理为核心的BIM团队直接和设计对接，提高项目BIM工作执行力度具体人员职责分工见图5，人员组织架构见图6。

图5　人员职责分工

图6　人员组织构架

2.4应用措施

制订了详细的BIM建模标准项目BIM实施标准，用于规范化项目的BIM管理工作。并且由业主主推，项目经理牵头，从总包管理层进行施工阶段BIM技术应用过程资源的调配，将BIM作为一项工具应用到项目管理的各个环节中去。

2.5 软硬件环境等

项目硬件配置情况见图7，软件情况见图8。

图7　硬件配置情况

图8　软件配置情况

3　BIM应用

3.1 BIM建模

在原有设计模型的基础上，依据总包制定的BIM建模标准由各分包单位进行设计模型的优化，本项目BIM模型以提交运维模型为目的，精度要求达到LOD400，机电专业建模精度要求达到LOD500。总包负责施工过程中模型的搜集管理发放工作，并配合业主及设计单位完成BIM竣工模型的整理和审核工作。

3.2BIM应用情况

3.2.1HCI(人机互动)钢结构设计、加工和现场安装工程

本项目工期紧， 4 000t多异形钢结构施工量大， 2万多支构件造型复杂制作拼装困难，极易出错。通过信息技术为手段实现了使用者、模型、现场的三方互动，将BIM技术贯穿于深化设计、加工制作到现场安装的完全过程中，实现技术从设计阶段到施工阶段的应用延伸，完成建筑信息从设计到施工过程的充分共享、无损传递，为各参与方的协同工作提供坚实基础和可靠依据。

在项目的施工图设计阶段，深化设计成立BIM设计团队，入驻主体设计院，参与主体设计环节，进行主体设计的前期配合，有效推进深化设计进度，反馈最新的设计修改和变更给项目部，安排和调准材料采购、下料和加工制作计划，大大节省工期。根据深化设计提供的精准的钢结构专业三维TEKLA模型(如图9)和各专业综合系统碰撞检查，提高了各专业协调的效率和精确性。利用钢结构专业BIM技术软件TEKLA Structure中的API技术，根据设计院提供的结构线模型，进行快速三维模型搭建，大大节约了采用常规方法建立模型的时间。我们对南京青奥会议中心主体钢结构进行建模，并将模型用于编制工程施工方案(如图10)。三维动画的引入，使得项目所有参与者可以对整个结构体系、制作吊装进度、制作吊装工艺等直观的理解。并且，可以实时根据现场吊装机械配置的调整，跟进调整施工方案。

图9　钢结构建模

图10　模拟动画

利用BIM技术，我们对南京青奥会议中心主体钢结构材料统计、采购、制作、安装进行全过程实时控制； 通过BIM软件的使用，材料的使用状况得以及时、准确地反映在上述这些过程中。当设计图纸变更时，所发生的变化可能造成的影响亦能及时反馈至业主和设计方。同时采用TEKLA人机交互完成所有构件现场安装平立面布置图见图12，并根据工厂制作进度、现场吊装设配配置的变化，对施工方案进行实时调整。

图11　工程量提取

图12　平面布置出图

结合BIM技术，以Revit为平台建立了结构模型，能够检查设计中错漏碰缺。针对本工程大量存在的复杂钢结构节点，采用了更加精确的机械制造领域的SolidWorks软件，并且可以实现钢结构复杂节点的有限元受力性能分析见图13，提高有限元节点分析效率。将加工好的钢结构零件，借助三维扫描技术直接生成数字模型，在计算机上完成预拼装工作,确保拼装工作的顺利进行见图14。

3.2.2管代替钢铸件在工程中的应用

本项目存在大量的异形钢结构节点，如全部使用钢铸件，成本较高，所以项目采用钢管件代替钢铸件，但钢管件设计放样难度高，BIM技术的引用为我项目本计划的实施提供了一种经济高效的解决思路。

图13　节点有限元分析

图14　数字化预拼装

通过模型，对相贯口进行修剪，相贯口零件进行拆分，见图15。利用钣金展开软件进行展开，展开时考虑壁厚影响，并注意相贯口位置的选择。依据展开结果加热、卷圆、成型。BIM技术的使用克服了贯口放样的困难，放样完全借助模型，对相贯口进行修剪，相贯口零件进行拆分，直接用于工厂生产，极大的节省了材料、人工，缩短加工周期，提高了整体工业化程度，成型效果见图17。

图15　贯口零件拆分过程

图16　成型效果

3.2.3异型流线大空间机电管道安装设计和施工应用

南京青奥会议中心安装工程涉及专业多，管线排布复杂。大量四新成果使用，造成新型设备材料种类繁多，系统复杂性、专业性特征明显。建筑结构外形独特新颖别致，内部空间高度跳跃性变化，大多呈曲面曲线无规则可言，机电安装末端设备安装难度极大。

通过汇集各专业电子版图纸并通过BIM建模，合成综合管线布置图，组织给排水、暖通、电气各专业技术人员参与管线综合布置的讨论和调整见图17。通过在模型上的不断调整实现了施工的美观和合理，避免返工。找出管线密集区域或交叉碰撞过多的区域，遵循上述综合布置原则，考虑施工工艺和安装操作的空间以及将来的维修空间，有代表性地做出相应的剖面图、立面图。重点完成管排、走道、管井、机房等区域的节点详图的设计及综合支吊架的设计。考虑到非标角度管件的加工时间长、造价高以及不便于以后维修更换的缺点，机电管线综合重点考虑非标角度的转换问题。通过调整管道走向或管道标高，借助REVIT 的管道自动生成功能，采用45°、90°弯头等标准管件组合运用从而达到消除或减少非标角度的目的，见图18。项目在施工前通过BIM模型对劳务队和项目技术人员进行可视化交底，同时导出二维施工图纸发放劳务队直接指导施工。

3.2.4BIM技术在GRC幕墙系统中的运用

本项目GRC约89 000m2，曲面转角较多，板块分缝划分难度较大。外形较为复杂、控制面积较大，同时GRC板的安装精度要求很高，GRC板的连接件只能作为最后的精调措施，因此对GRC支撑结构的安装定位提出了很高的要求。转角部位板块为双曲面造型，且GRC幕墙板块精度要求高，一旦成型后期无法调整。

图17　净高控制图

图18　弯头优化

通过Rhino犀牛软件对模型进行划分、展开投影线，GRC模型被分为3×2m的板块，板块分缝纵横对齐，在上下倾、屋面上板块被分为标准板、折板、单曲面板、双曲面板等，平面尺寸基本为3×2m，在转角处局部板块被分为3×6m、4×2m、6×4m等。经设计许可后，加工预制现场吊装，完美表现设计意图。详细流程见图19。

项目采用三维扫描逆向建模，利用三维空间模型进行坐标提取，现场通过全站仪、经纬仪、水平仪等测量仪器通过从平面、高程上进行投点放样，保证了测量精度。

项目采用三维扫描逆向建模见图20，利用三维空间模型进行坐标提取，现场通过全站仪、经纬仪、水平仪等测量仪器通过从平面、高程上进行投点放

图19　幕墙设计施工流程

图20　下倾部位模型

图21　测量结果

样，保证了测量精度，测量结果如图21所示。

对于复杂造型的双曲面部位，采用CNC 数码雕刻工艺如图22所示，直接将模型导入CNC雕刻机，解决了模具制作、产品尺寸控制，接缝控制的难题，将复杂面的三维定点误差控制在了3mm 以内，背负钢架安装点误差也能较好地控制在连接角码的误差调节范围。GRC加工现场如图23所示。

图22　模板三维雕刻机

图23　GRC加工现场

青奥会议中心GRC板共计12 700块，从深化设计(图24)、二次钢构安装、保温防水层施工，到GRC板安装结束，用时一年，其每道工序都在考验施工人员的智慧与能力，通过三维模型技术与传统施工技术相结合，将设计师的作品完美地呈现在世人的眼前。

3.2.5大空间自由曲面三维数字化施工

曲面较多，造型复杂，内装表面分割难度高异性的空间曲面，造成了设计和施工间的交流障碍。多转角，多扭曲，控制面积大GRG板的安装精度要求很高，GRC板的连接件只能作为最后的精调措施，因此对GRC支撑结构的安装定位提出了很高的要求。借助BIM技术，以先转角后大面，满足设备搬运安装要求为前提，在原设计模型上进行分模，并使用模型作为和设计直接交流的工具。通过三维技术，根据需要安装的GRG信息建立主体结构的三维数字化模型，提前预知并解决安装过程中会出现的碰撞、间隙等施工问题，提高工作效率； 建立三维坐标作为安装施工的依据，更加方便，也提高了安装精度。图25为GRG现场制作安装。

图24　GRG深化设计

图25　GRG制作安装

3.2.6BIM在进度管理中的应用

将工程分为6个阶段，桩基施工、基坑施工、地下室结构、主体结构、外幕墙及内装饰施工、室外管线及景观工程等阶段，并对各个阶段进行细化节点，从日到周，周到月进行节点控制，施工节点只能提前，不能延迟如图26，并借助Naviswork软件将排出的计划和模型相关联，用来验证计划的合理性，并实时监控现场的完成情况，如图27。

3.2.7BIM在质量管理中的应用

项目人员借助BIM技术，将施工方案内容，制作成施工动画，模拟实际施工，将复杂工艺形象地展现出来，使施工工艺得以快速、准确地传递。使用手持式移动终端设备，采用无线移动终端，对工人、质检人员、现场施工作业人员进行现场技术交底，检验施工质量，使施工方案可视化、施工难点与关键部位明确化，进而保证施工的顺利进行。如图28。

图26　工期计划

图27　4D模拟界面

图28　手持设备使用

自主研发了一套工程质量监督能力评价提升系统，创新性地将BIM模型用于人员的培训考核中去，系统能导入建立好的内含质量问题的BIM模型，并可以通过在质量通病库中勾选结果进行评分，从而提升新员工发现质量问题和鉴别质量问题的能力。如图29。

3.2.8辅助现场平面管理

如图30、31，利用BIM模型进中行现场平面布置规划，现场布置与结构主体关系更加立体。信息表现更全面，直观，再利用动画演示，发现不足，不断优化，完全实现模型和现场的一致，提高工作效率，降低管理难度。

图29　软件系统截面

图30　基础阶段平面布置

图31　钢结构阶段平面布置

3.2.9BIM在合约管理中的应用

借助BIM模型快速提取双面的GRG，GRC的展开面积，以及钢结构和机电安装的清单明细用于工程量的审核和结算工作。

3.3.10竣工与运维中的应用

针对幕墙、精装修、机电安装、钢结构等专业，在竣工阶段我项目借助整合项目变更后的BIM模型，补充完善了原有的项目施工图纸，极大地缩短了项目竣工图纸的搜集整理时间。如图32对于难以建模的设备，我项目借助三维扫描设备逆向建模，完善竣工模型。为满足业主运维需要借助REVIT软件将设备信息录入，设备族中用于配合运维系统使用。如图33，借助REVIT API技术将设备信息导出并生成二维码，张贴于日常维护设备上用于配合业主的运维管理工作。

图32　完成设备三维扫描

图33　模型信息辅助运维

4　应用效果

通过BIM技术，提高与业主、设计、分包工作效率。解决了本项目多个技术难度超前的工艺难题。

利用BIM模型结合项目算量软件、管理软件等实现了数据的统一和准确率，使项目成本更准确、及时。BIM技术的应用提高了工程一次成优率，为项目创优奠定基础。

青奥会议中心工程在2014年8月投入使用，给世界各国的运动员、教练员、官员留下了深刻印象，充分展示了南京形象，获得了各界一致好评。多次迎接全国建筑业协会、施工技术杂志社、江苏省装饰协会等各界社会团体的观摩，也多次被江苏城市频道、江苏教育频道、南京科教频道、南京电视台、南京日报、扬子晚报、《金陵瞭望》杂志、中央电视台的报道，获得了“江苏省省级文明工地”、“市优质结构奖”、“金钢奖”、“上海市青年文明号”、“江苏省建设系统工人先锋号”等，形成了良好的社会效应。项目BIM应用收益如表1所示。

表1项目BIM应用收益

5　总结

5.1创新点

本项目遵循以管理为核心，模型为工具的应用思路。项目的创意性设计促使了BIM技术在本公司的落地和应用，特别是结合三维扫描技术，和三维数字雕刻技术，以及数字化预拼装技术的钢结构施工应用，以及GRC和GRG施工应用水平和深度均已走在国内的领先地位。同时我项目还围绕BIM软件展开了一系列二次开发，并且首次将 BIM技术用在现场质量人员的考核过程中去。项目的BIM应用围绕项目参见人员的日常工作展开，在优化传统工作方式的同真正时现了绿色、低碳、智能、科学的管理目标。

5.2经验教训等

BIM理念是建筑行业的趋势，实践已经证明，

BIM技术的应用可以给项目带来巨大收益，符合绿色施工的理念。通过BIM技术在本项目的实施应用，发现了BIM技术在造型复杂的大型公建施工过程中的应用往往能够得到较好的收益和效果。想让BIM技术应用真正落地，除项目本身因素外，还需要从项目的每一个参与者自身做起，创造一个上层领导支持、下层员工主动参与的全生命周期的应用氛围。但是国内很多项目由于自身对三维数字设计的依赖程度较小，所以较难获得项目参与人员的支持，BIM技术在我国中小型项目的落地应用仍然有着一段较长的路要走。

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Application of BIM Technology in the Project of Nanjing Youth Olympic Conference Center

Ye Song，Cheng Yufeng，Li Wenchun，Tang Chao

(TheThirdConstructionCo.，Ltd.,ChinaConstructionEighthEngineeringDivision，Nanjing210068，China)

The Nanjing Youth Olympic Conference Center has a peculiar shape like a spaceship, and the structure is complex. It is also the largest GRC project in China. BIM is applied throughout the whole process of construction and solves such problems as the production and installation of special-shaped steel structure, the hyperbolic GRG, and GRC design and construction. Based on project management, this article introduces the characteristics and application process of BIM technology in the whole life cycle of the project.

BIM; Construction; Design; Management

叶嵩(1988-)，男，工程师。主要从事公司技术管理及BIM技术运用研究。

TU17

A

1674-7461(2016)04-0001-09