BIM技术在忻州大剧院项目施工过程中的应用

陈 静 静

(山西建筑工程有限公司，山西 太原 030027)

0 引言

忻州大剧院工程是一座涉及剧场、群艺馆各功能用房及配套设施和展览大厅、商铺、办公管理用房等公共活动空间的大型公共建筑。其造型独特，施工难度大，58根斜柱定位困难。同时机电安装覆盖专业全面，管线综合排布的各种管道主要包括：新风管道；排烟管道；空调供、回水管道；冷凝水管；地暖供、回水管；喷淋管；气体灭火管；消火栓给水管；生活给水管；污水管；压力废水；雨水管；强电桥架；弱电桥架；消防电桥架，各类管线共计17种。

忻州艺术中心“大剧院·群众艺术馆”项目位于山西省忻州市凤栖街以南，慕山路以东，总用地面积为172 099 m2(258.14亩)，净用地面积为155 546 m2。

本工程建筑设计形式吸取了佛教圣地五台山寺庙形态，整体造型既像一朵莲花浮座，又像佛教文化中的“毗卢帽”。不同折面反射着不同的光影效果，夜晚更是璀璨夺目，使其成为忻州一张新的名片。从不同的角度登上平台，可以欣赏到这栋独特的建筑的不同造型角度。该建筑东西长178 m，南北长178 m，地下1层，地上6层，局部8层，总建筑面积7.3万m2，其中地上面积6.5万 m2，地下建筑面积8 000 m2，建筑高度51.95 m；主要由一个2层1 326座大剧场，一个2层586座小剧场、440座影剧院和群众艺术活动馆组成；全楼设电梯18部、扶梯6部、楼梯11部、钢梯2部。

忻州大剧院项目复杂、造型独特，特别适合BIM的应用与推广。此项目中运用了2个BIM的应用点：1)BIM的可视化设计;2)管线综合排布。

1 应用BIM进行可视化设计

运用BIM技术辅助定位，型钢斜扭柱定位准确，安装位置正确。

本工程建筑设计吸取了佛教圣地五台山灵感，二层底座平台上塑一朵五瓣莲花，为实现五瓣莲花的造型，工程主体结构在标高11.55 m以上外立面结构由58根斜向外伸出的型钢混凝土组成，大体可分为五瓣，其中53根由基础生根，5根在11.55 m标高梁内生根。斜向外伸柱外伸角度不一，外伸距离不一。斜柱截面为800×800有52根和750×750有6根，而且型钢柱的变换段是不规则的四边形或多边形。其中独立斜柱外伸高度和水平投影距离相当大，水平距离最大为11.5 m，伸出高度从11.55 m至大屋顶最高处47.85 m、最低处41.02 m，中间无板分隔。

以往放样时使用的多数是二维的图纸，在放样前需要对放样数据进行计算和整理，在放样过程中直接使用的是一系列坐标，即一串数字。因此放样时不直观，放样点之间的几何关系和相对位置不清楚，同时在放样时出现错误也不易发现。但是BIM技术的引入使得放样过程变得更加简单，配套相应测量设备和BIM图纸就可以在三维模型中直接选择需要放样的点位，直观、方便地将待放样点位直接放样出来。

施工前对斜柱进行深化设计，根据施工图纸建立BIM土建模型，确定型钢斜柱每一节顶部及安装节点处的空间坐标。先支出斜柱与内部竖向结构间框架梁的梁底，以梁底长度控制斜柱上部的空间位置。结合BIM技术方法，确定型钢柱在相应楼层上的水平投影位置并在现场标出，之后在水平投影位置的基础上确定型钢斜柱的空间位置。并且将很多节点通过BIM技术，进行可视化技术交底。在模型中优化设计方案，深化设计图纸，并在建立的模型基础上利用软件导出正式的CAD图纸，指导施工。

现场实施：

1)对施工图纸进行研究，并结合BIM技术对型钢斜柱进行三维空间定位，通过研究讨论，以确保型钢斜柱的正确位置。

2)在确定了型钢斜柱的空间位置之后，计算出其在相应标高楼层的水平投影位置并在现场放出。

3)测量人员使用全站仪和手持棱镜，根据每根型钢斜柱的空间角度和距离关系，在水平投影位置的基础上确定型钢斜柱在三维空间中的位置。

2 应用BIM进行机电排布

忻州大剧院机电系统复杂(包括新风、排烟、强电、弱电、消防、空调供回水、冷凝水等)，走廊净宽小(各走廊宽度在1.66 m～2.25 m范围内)，标高错层大、净空要求高，系统管线穿过狭窄井字走廊，要综合考虑：净高要求、走廊宽度、梁底高度、机电管线管件规格型号、保温厚度等。

2.1 机电管线综合排布的意义

1)对建筑物内的机电管线进行最佳排位，最大程度减少管道所占空间，提高天花的吊顶高度。

2)将施工中可能遇到的问题预先在设计中解决，有效地避免了机电管线在平面、立面上的交叉和冲突，以保证施工的顺利进行节约工程成本。

3)管线的有序排列给工程竣工后的维修和管理带来许多方便。各种工程管线各自具有各自的工艺布置要求，当出现相互交叉挤占同一空间的问题时，应相互协调、布置得当。

2.2 维排布准备工作

1)熟悉各专业图纸，不仅仅是本专业的，包括其他专业的图纸；2)处理图纸；3)根据标高要求，完成各专业管线的标高；4)根据需要完成剖面图的绘制。

2.3 机电管综排布程序流程

1)认真熟悉机电图纸;2)参数收集;3)建立精确的土建模型;4)以连接的方式建立机电模型;5)根据排布原则及项目实际情况进行管综深化设计;6)主动与设计方、现场管理方沟通，反复推敲方案，多次整改提出最佳方案;7)根据最终方案导出各专业平面图、剖面图、核定单;8)通过设计单位签字确认。

2.4 管线综合排布要点

1)排布原则;2)根据实际情况深化排布;3)精细化调整;4)净高分析;5)局部特殊化处理;6)碰撞检测与整改;7)多专业联动。

2.5 机电安装工程管线综合排布策划总则

1)大管优先，小管让大管。

2)有压管让无压管。

3)低压管避让高压管。

4)常温管让高温、低温管。

5)可弯管线让不可弯管线、分支管线让主干管线。

6)附件少的管线避让附件多的管线。

7)电气管线避热避水，在热水管线、蒸气管线上方及水管的垂直下方不宜布置电气线路。

8)安装、维修空间不小于500 mm。

9)预留管廊内柜机、风机盘管等设备的拆装距离。

10)管廊内吊顶标高以上预留250 mm的装修空间。

11)各防火分区处，卷帘门上方预留管线通过的空间，如空间不足，选择绕行。

12)调图初期由业主结合装修确认综合支架使用范围(应明确综合支架商务成本)。

13)调图初期明确穿结构范围。

14)空调水系统尽量不走公区有吊顶的位置(避免检修不变，漏水凝露等风险对公区吊顶部分带来的影响，以及后期试压对公区装饰进度上的冲突)。

15)为保证铺内无吊顶区域的美观性，消防、喷淋、空调水系统、常规给排水等管线在铺内走一起(是否做综合支架根据前期商务的情况)。

16)为保证美观以及减少系统水损，管道有翻弯时应整跨翻弯。连续翻弯时可协调业主考虑穿梁。充分利用梁窝解决管线碰撞问题。

17)BIM单位应结合设计图考虑阀门，支架，保温等安装空间。

18)原则上管线不超过两层。

19)管线避让原则：分支让主管、非保温让保温、低压让高压、气管让水管、金属管让非金属管、给水让排水、检修难度小的管线让检修难度大的管线、常态让易燃易爆。

20)管线纵向排布原则：气体上液体下、保温上不保温下、高压上低压下、金属管道上非金属管道下、不常检修上常检修下、电上水中风下。

21)管井道处应结合建筑充分考虑安装检修，阀门操作等空间并不影响建筑功能。

2.6 管线精细调整

由于忻州大剧院管线多、走廊窄、净高低，经过第一次排布以后，净高达不到设计要求。所以需要进一步的优化和设计。我们采取以下措施：将密集区管线移至管线较少处、等截面修改风管尺寸，修改下设风阀，改变管道路径等。在此过程中一直与设计院、劳务班组进行沟通，达到既符合设计要求，也满足施工要求的目的。

2.7 碰撞检查

将土建模型链接到最终调整好的机电模型中进行碰撞检查，共发现管线之间的碰撞85处，管线与结构之间的碰撞17处。需要按照管线排布原则再次调整，调整完成后进行新一轮的碰撞检查，直至没有碰撞为止，见图1。

2.8 成果输出

根据管综排布，绘制各个走廊的剖面示意图以及各个楼层的各个系统的管线平面位置示意图，整理成技术核定单经设计院认可签字,见图2。

3 结语

我国建筑施工企业的BIM技术目前还处于探索阶段，但我们施工企业需要持续关注，有针对性的做好技术储备等准备工作，同时可以进行局部实践。