BIM技术在广西建工一建承建的贵港市文化艺术中心的应用研究

(广西科技大学土木建筑工程学院，柳州 545006)

1 工程概况

1.1 项目简介

贵港市文化艺术中心建设用地面积为144.816亩，总概算投资7.05亿元，项目位于广西壮族自治区贵港市何城路与迎宾大道交汇处，由大剧院、科技馆、群众艺术中心三个主体部分与一个公共区域部分组成(如图1所示)。项目建成后，集艺术交流、娱乐、科研、休闲购物为一体，将成为贵港市主要的文化活动阵地和城市建设景观标志性建筑。该项目总建筑面积111 381.67m2，其中地上建筑面积42 879.95m2，地下建筑面积68 502.72m2。项目由拥有房屋建筑工程施工总承包特级资质的广西建工集团第一建筑工程有限责任公司(简称：广西建工一建)承建，项目的BIM技术应用研究由广西科技大学BIM研究中心与广西建工一建联合以“校企合作、产教融合”的模式开展。

图1 贵港文化艺术中心Lumion效果图

2 BIM组织与应用环境

2.1 BIM应用目标

BIM应用目标：本项目通过“校企合作，产教融合”，充分发挥高校科研优势，围绕建造阶段工程的重点和难点，解决方案可视化、现场技术交底、综合管控(进度、质量、安全、成本)、信息传递等多方面的问题，并在大体积混凝土和钢结构节点深化进行了基于BIM的三维建模与建造过程的动态模拟控制，为工程的成功实施提供BIM技术支撑，为工程的信息化应用以及提质增效提供科技支撑。

2.2 团队组织

根据项目特点，组建BIM实施团队，设有BIM项目负责人、BIM技术负责人、各专业BIM建模小组、各BIM应用研究实施团队，为项目BIM技术的研究与落地验证提供保障。

2.3 BIM软硬件配置

为确保项目的成功实施，广西科技大学BIM研究中心为项目应用研究实施团队配备了充足的软件硬件，主要包括Autodesk Revit 2017、Navisworks Manage 2017等软件以及台式图形工作站、移动图形工作站、3D打印机等硬件。项目具体软硬件配置如下(如表1、表2所示)。

表1 本项目软件配备情况一览表

序号软件名称软件用途1Autodesk Revit2017建筑、结构、机电专业三维设计软件;建筑暖通、给排水、电气、管线综合碰撞检查设计应用软件2Navisworks Manage2017三维设计数据集成,软硬空间碰撞检测,项目施工进度模拟展示专业设计应用软件3广联达BIM5D平台BIM集成协同工作平台4Lumion3D 7.0建造动画制作、效果图渲染5Tekla 20.0钢结构建模、铝模板建模6Rhino 5.0高精度三维建模工具

表2 本项目硬件配备情况一览表

序号名称规格单位数量1台式图形工作站E5-2630 V4处理器、64G内存、NVIDIA Quadro M2000图卡、256G SSD+2T硬盘、24寸双屏台302移动图形工作站I7-7700HQ处理器、16G内存、256G SSD+1T硬盘、17.3英寸、NVIDIA Quadro P3000专业级显卡台23移动存储6T移动存储器块543D打印机北京太尔时代UP BOX+台205打印机A4激光打印机台26投影仪高流明、高分辨率台2

3 BIM应用

3.1 基础应用

(1)BIM模型搭建

作为BIM实施的第一步，BIM模型的创建对BIM的成功应用和推广具有重要的意义[1]。本项目在BIM模型的搭建工作主要包括：建筑结构模型、机电安装模型、钢结构模型(如图2、图3所示)。在项目建模初期，团队依据国家标准及项目需求编制建模标准，在Revit2017中以总体的专项设计总平面图纸为依据建立项目统一轴网和标高，再依据各自专业的图纸建立相关模型，并在规定的时间上传到A360云平台，用于存储模型，让管理者实时把控建模进度。同时利用A360平台企业也能时刻收到最新模型，当有图纸修改的情况发生时，模型修改之后现场即可直接收到修改后的模型，缩短了信息传递时间。

图2 贵港文化艺术中心土建Revit模型

图3 贵港文化艺术中心钢结构网壳Tekla模型

(2)机电管线碰撞检查及优化

将所创建的建筑、结构、机电等 BIM 模型，导入专业的碰撞检测与施工模拟软件中，进行结构构件及管线综合的碰撞检测和分析，以便提前发现设计中存在的问题，减少施工中的设计变更，优化施工方案和资源配置[2]。本项目的应用主要有管线的净高分析、碰撞检查及优化、出图及施工交底。在管线的净高分析中，运用BIM技术在有限的安装空间合理排布，确定在满足结构和管线排布的条件下的管线位置净高。团队将Revit模型导入Fuzor中，进行机电碰撞检查，再通过建筑、结构、机电模型的链接，完成综合管线排布，导出CAD施工图用于现场建造。团队将机电管线按合理的排布结果呈现在施工交底中，在方便施工作业人员对现场的机电标高控制的同时，成功地避免机电各专业间的施工干扰。团队将所创建的建筑、结构、机电等BIM模型，通过IFC或.rvt格式文件导入专业的碰撞检测与施工模拟软件中，进行结构构件及管线综合的碰撞检测和分析，并对项目整个建造过程或重要环节及工艺进行模拟，有效地保证了建筑的净高，使各专业安装合理有序开展，减少因碰撞导致的返工，节省工期，节约成本。

(3)精装修深化及应用

精装修深化及应用主要包括Lumion深化设计、VR及AR精装修展示、720云全景预览等。文化艺术中心的使用功能决定了其在声、光、电方面标准高、综合性强，对精装修效果有着超出其他类型建筑的要求。传统的效果图，为了达到图面的视觉效果，往往会改变夸大真实空间尺寸，改变结构，夸大灯光效果，导致效果图与建成后实景形成较大的差异[3]。为解决这一问题，团队通过了解装饰装修要求，在Revit中完成空间布局、立面造型以及色彩搭配等前置工作；将Revit精装修模型导入到Lumion软件中，为项目各决策方提供精装修设计方案(如图4所示)；将模型中精细和富有表现力的建筑形态渲染出逼真的虚拟场景进行展示。团队使用Lumion渲染出精装模型效果图，将其载入到720云平台上，生成全景图模型，使用者通过扫描二维码，可以对项目进行全景预览，达到轻量化、可视化的展示效果。通过VR应用打破单一的静态式、封闭式的展示方式，给各决策方提供一个身处真实环境的客观感受，可更直观了解到展区模型以及精装修的整体效果，便于各决策方对精装修效果进行全面研判，有效避免传统施工中通过多次样板施工确认精装修效果的问题，节省工期、较少浪费、降低成本。

图4 贵港文化艺术中心精装修Lumion效果展示图

(4)BIM土建算量对比

长期以来，由于施工过程的高度动态变化，施工资源及成本管理主要依靠人为控制，现有资源及成本管理软件只能辅助管理者进行必要的计算和统计，无法对施工资源和成本进行实时监控和精细管理[4]。BIM作为新一代计算机辅助建造技术可以在3D模型的基础上添加时间、成本信息，实现4D、5D虚拟建造，更有利于在工程设计阶段去发现、分析、解决建造阶段将会出现的问题。本项目通过工程造价管理的信息化，开展BIM土建算量对比工作，可更准确地确认工程的材料消耗量、材料入场时间，减少仓储费用，降低资金占用率，提高建设资金的使用效益。

BIM附带几何对象的属性能力强，如通过设置阶段或分区等属性进行施工图设计进度管理，可确定不同时段或区域的已完工程量，有利于工程造价管理[5]。运用广联达土建算量软件以及Revit输出明细表(如图5所示)进行BIM土建算量对比。一方面，团队利用广联达GFC for Revit，将Revit建筑、结构模型导出为广联达土建算量软件可读取的BIM模型。在Revit中，打开本项目工程，在菜单栏点击“广联达BIM算量”，然后点击“导出GFC”文件；打开广联达BIM土建算量软件GCL，点击菜单栏“BIM应用”按钮；然后选择导入GFC文件；导入完成后即可汇总查量；将本项目土建构件量计算出来。另一方面，在Revit直接输出的明细表中，统计拟进行对比的相应构件的体积量。实践证明，在Revit直接输出的明细表中的量相比广联达BIM土建算量软件GCL的量要大。经团队分析，原因在于使用Revit建模时的梁、板、柱交接区存在重叠搭建，导致在Revit直接输出的明细表中重复计量的问题，利用广联达计算则可避免出现这一情形，获得比Revit明细表工程量更为准确的数据。如在Revit建模时，制定适应工程量统计的建模规则，明确梁、板、柱交接区的唯一归属，即可避免重叠搭建而导致的重复计量，同样可以在明细表中获得准确的工程量数据。

综上所述，利用施工图设计阶段BIM模型进行工程算量的优势主要体现在：计算能力强，BIM能够对复杂项目的设计进行优化，可以快速提取任意几何形体的相应数据；计算质量好，可实现构件的精确算量，并能统计构件子项的相关工程量数据[6]。

图5 BIM土建算量(结构框架明细表)

3.2 重点应用

(1)BIM5D现场管理

BIM5D用于集成土建、机电、钢结构等各个专业数据模型，实现进度、成本、物资、图纸、合同、质量、安全等业务信息关联，以此达到项目管理的总目标。本项目团队运用BIM5D将3D模型与建造现场的各种工作流程相链接，动态地模拟建造过程的变化，实现工程项目“进度控制”、“智能排砖”、“资料管理”、“质量安全管控”(如图6所示)等功能，有效管控项目变更，控制项目工期、控制项目成本、提升建造质量。

图6 广联达BIM5D质量安全管控实时图像

(2)基于BIM的绿色施工管理

目前大多数BIM系统没有内置的环境模拟工具。在这种情况下，这样的程序一直依赖于专用的外部模拟应用，互操作性是BIM工具的一个主要问题[7]。团队针对这一情况以及贵港市文化艺术中心的绿色施工要求，紧紧围绕“四节一环保”的要求，通过BIM技术建立一套的绿色施工综合技术，主要包括布置模拟、日照分析、AR施工安全教育。建造现场临时设施的布置是在Revit中搭建三维场布模型，并将其导入到Fuzor中进行场地VR漫游，完成建造现场临时设施、水电布置、道路进行模拟布置，形成更加直观的三维布置场景，提高场地布置的合理性、科学性、有效性。团队将Revit模型导出DXF格式后，导入到Ecotect软件中，使用的Analysis功能，完成日照分析模拟、能量分析模拟、风分析模拟，有效优化与控制光、噪声、水等污染源，以此进行项目临建方案优化，为项目经理部建设提供决策。团队基于视+平台，将灭火器、消火栓箱等安全施工器具等使用教程、安全交底载入企业云端，指导操作人员通过手机、Ipad等移动设备的APP扫描器具实体，进行基于AR的实时施工安全教育，形成一套系统的AR施工安全教育制度。

(3)BIM技术在大体积筏板混凝土浇筑的应用探究

大多数混凝土裂缝与温度变化有关，因此，温度控制是防止裂缝的主要方法[8]。防裂是大体积混凝土施工过程中的一个重要质量通病防控问题。大体积的筏板基础浇筑过程中，团队运用BIM技术进行浇筑方案的确定、施工进度模拟、筏板混凝土材料统计等工作。借助BIM技术提出的模拟方案中有：四阶段浇筑过程和八阶段的浇筑过程。通过在可视化环境中反复推敲，在满足混凝土浇筑强度要求前提下，最终选定较优的八阶段的施工浇筑方案。在浇筑技术交底中，为实现对大体积混凝土的施工进度作出合理安排。团队通过Navisworks开展施工进度模拟，将提前完成、推迟完成和按时完成作出可视化表达，直观检查实际进度是否按计划执行，在出现不可抗力的情况时可以及时分析问题启动应急预案。借助BIM统计各个浇筑阶段的混凝土量，直观、准确、提前获得材料使用净用量，为企业控制成本、提高效益创造条件。为同类型筏板基础大体积混凝土的施工管理提供新思路、新模式。

3.3 核心应用

在核心应用方面，项目团队主要围绕贵港市文化艺术中心外立面的钢结构模型和流水表皮开展，包括钢结构复杂节点搭接、出量、出图、模型细部构造AR展示、钢结构流水表皮搭建与建造等。

(1)钢结构复杂节点搭接

在钢结构建模的过程中，团队通过比较发现Tekla Structures比Revit功能功强大，能更好的突出细节，展现细部构造，据此，本项目选择Tekla Structures创建钢结构的复杂节点。Tekla Structure软件中包含了600多个常用节点, 极大地满足用户的节点创建需求。Tekla作为一款智能化BIM软件的亮点之一在于其节点的智能性，各种形式的系统节点均可以根据工程需要人为地设置节点内部零件的属性[9]。在使用BIM技术进行可视化施工技术交底中，通过Tekla Structures高效实现钢结构复杂节点的零件排布(如图7所示)，可提供更直观的材料合理切割与搭接方案，有效减少测量尺寸误差与钢结构的切割偏差等问题，避免返工浪费，进一步提高工作效率、效果与效益。

(2)基于Tekla Structures的钢结构出量

团队应用Tekla Structures自带的材料清单功能(如图8所示)，在考虑工厂制造中的损耗系数与规范要求的技术条件下，从模型中导出材料清单，进而完成采购清单的建构。Tekla Structures的模型自动套料程序可提供便捷的下料功能，通过与班组工人人工排版相比较、检核，实现节省材料，最大程度减少型钢的拼接焊缝的目的。

图7 基于Tekla Structures的钢结构复杂节点截图

图8 基于Tekla Structures的钢结构出量详单

(3)基于Tekla Structures的钢结构出图

项目钢结构流水表皮体量巨大，且构件均为非标准构件，深化设计的出图工作量相当巨大。团队运用Tekla Structures将各钢结构的排版和型钢构件图配对同步输出图纸，为工厂流水化预制提供依据。出图前，可以在“设置”菜单中进行个性化处理，以便更迅速、高效应用到工程中。优化设置可使Tekla Structures的出图图面更整洁、美观，尺寸合规，图线粗细合理，零部图名规范等。设置完成后，另存为Standard格式，并进行模型转储，便于在今后的工程中应用该设置。当涉及预制与安装同步进行时，必须按照安装施工进度要求，匹配输出图纸，(如图9所示)。同时，软件的自动成图也减少了出错率，提高了图纸质量和加工质量[10]。

(4)钢结构模型细部构造AR展示

团队引入AR技术，实现钢结构流水表皮复杂节点的信息集成交互。在技术路线上，利用Unity 3D实现AR模型细部构造展示。通过AR技术融合实时交互的优势，更充分发挥BIM技术强大的数据储存能力和灵活数据表达方式，实现建造现场构件与信息的强匹配。

(5)钢结构流水表皮搭建与建造

图9 基于Tekla Structures的钢结构出图

团队通过Tekla Structures搭建钢结构流水表皮，(如图10所示)。根据模型模拟安装顺序，对项目现场两片钢结构流水表皮的预搭接，获得各构件的施工安装顺序，进而生成构件预制加工顺序，实现先安装先生产，后安装后生产，做到预制与安装的无缝衔接。建筑3D打印数字建造技术使得传统的建造技术被数字化建造技术所取代，从而满足日益增长的非线性、自由曲面等复杂建筑形式的设计建造要求[11]。团队利用3D打印机对钢结构流水表皮的复杂节点，实施低成本的缩尺3D打印，获得构件与零件缩尺实物，进行模拟安装，有效指导施工作业人员开展异形钢结构安装，达到提质增效的目的。

图10 钢结构流水表皮的Tekla Structures模型

4 项目应用效果

(1)通过大型文化艺术中心机电碰撞检查及优化中，将Revit模型导入Fuzor中，完成机电碰撞检查，再通过建筑、结构、机电模型的链接，完成综合管线排布，导出CAD施工图用于现场建造；有效地保证了建筑的净高，使各专业安装合理有序开展，减少了因碰撞导致的返工，节省工期，节约成本。

(2)通过软件接口，将Revit精装修模型导入到Lumion软件中进行渲染后展示，为项目各决策方提供精装修设计方案；将模型中精细和富有表现力的建筑形态渲染出逼真的虚拟场景进行展示；便于各决策方对精装修效果进行全面研判，有效避免传统施工中通过多次样板施工确认精装修效果的问题，节省工期、较少浪费、降低成本。

(3)通过研制简明使用手册，把BIM5D用实，与建造现场的各种工作流程相链接，动态地模拟建造过程的变化，提高工程项目管理绩效，有效管控项目变更，控制项目工期、控制项目成本、提升建造质量；基于视+平台，进行基于AR的实时施工安全教育，形成一套系统的AR施工安全教育制度。

(4)开创性利用BIM强大的可视化特性，进行大体积筏板混凝土的浇筑方案优选，通过在可视化环境中反复推敲，在满足混凝土浇筑强度要求前提下，最终选定较优的八阶段的施工浇筑方案；为同类型筏板基础大体积混凝土的施工管理提供新思路、新模式。

(5)探索了钢结构流水表皮不规则曲面的精确建模、节点搭接、出量出图、下料加工等应用，获得各构件的施工安装顺序，进而生成构件预制加工顺序，实现预制与安装的无缝衔接；研究并实践了通过IFC解决Tekla Structures与Revit软件间模型无损互导的问题，实现了信息在BIM软件间的流动。

5 总结

(1)Revit、Tekla Structures等软件实质是面向设计工作，如需在这些软件上实现建造和运维阶段的BIM应用，则须对软件进行合理的二次开发。

(2)BIM在建造阶段凸显较强的工具属性，其研究与应用应紧紧围绕项目的提质增效展开，领导重视、模型精确、全员参与是BIM为项目增值的基础。

(3)BIM的核心是信息的共享，而BIM软件生态圈产品众多，要实现高质量的信息共享，除了二次开发外，要充分挖掘基于IFC、P-BIM的信息创建与交换标准的潜能是实现信息共享的有效途径。

(4)对高校而言，通过以真实在建项目的BIM应用研究为载体催生的校企合作、产教融合，真正发挥高校产学研用的优势；突出广西科技大学工程管理专业培养“数字建造、先进建造、智慧建造、精益建造”人才的办学特色。

(5)以项目建造问题为导向，面向工程一线的BIM应用研究亟待进一步加强，不断提升面向新时代中国建造的BIM技术服务能力。