BIM技术在异形场馆幕墙工程中的应用

王伟林 周作义 程希奇 李蓓 陈炳任

摘 要：以乐山奥体中心体育场幕墙工程为例，研究分析当前异形幕墙BIM技术应用重点及难点，讨论BIM技术在幕墙工程从设计到施工实施阶段全过程的应用，并展现BIM技术在场馆类幕墙设计的优势。

关键词：BIM；体育场；参数化；幕墙；装配式

中图分类号：TU17                               文献标识码：A                                    文章編号：2096-6903（2023）01-0024-03

0 引言

目前，国内很多项目都在推行BIM技术，BIM能够有效减少幕墙设计变更、碰撞、施工返工等问题，切实提高施工效率，保证施工质量。

本文从乐山奥体中心体育场幕墙深化设计、节点优化、BIM下料与施工指导等方面阐述场馆类幕墙设计建造中应用，将BIM参数化辅助幕墙工程装配施工，进行结构复测和指导装配式吊装精确，对今后场馆类大型项目的幕墙工程具有参考价值。

1 项目简介

1.1 项目概况

乐山市奥林匹克中心项目位于市中区苏稽新区，占地面积约339亩。乐山市奥林匹克中心（图1）作为2022年四川省第十四届运动会主场馆，主要建设内容为“一场三馆”及配套用房，地下车库等。其中“一场三馆”包括主体育场（3万座），建筑面积约4.6万m2；体育馆（6 000座），建筑面积约2.7万m2；游泳馆（300座），建筑面积约2.2万m2；综合训练馆建筑面积约2.9万m2，地下车库约5.5万m2，共设1 580个停车位。满足承办全国性大型体育赛事需求。

1.2 幕墙系统概况

体育场分为低区D1、低区D2、高区G1、高区G2、非标区（图2）。幕墙系统类型有铝单板屋面+TPO防水+吊顶穿孔铝板系统、不锈钢拉索蜂窝铝板系统、首层中空玻璃系统、风雨球场铝单板屋面+TPO防水+铝合金格栅吊顶系统（图3）。

2 项目重难点分析

第一，前期设计资料少，项目工期紧，体量大、任务重、给设计和项目部带来困难。

第二，从效果图中可以看出，体育场似马鞍状线形曲线过渡的造型，非常有特点（没有标准板块），这种波浪变化的造型对于施工准确度带来了极大考验。

第三，体育场屋面采用双层龙骨设计，运用模块化分单元。整体吊装的方式施工，需要BIM技术提供三维定位点安装，这是决定工程质量的关键[1]。

第四，钢结构的沉降因素，板块偏差大。

3 钢结构偏差复测

2020年11月20日利用3D扫描技术，生成点云后与原钢构对比做分析报告。数据分析主要按三维偏差判断，内环偏差稍小，但仍有个别点位偏差达100～200 mm；外环偏差较大，100～200 mm偏差值点位较多，内环膜结构即将张拉，与其理论变形共同作用，其变形趋势具有不确定性。

4 BIM技术参数化应用

BIM技术应用流程为：前期收集资料→通过幕墙图纸搭建模型→BIM负责人模型检查审核→辅助设计对图纸查缺补漏→通过测量员现场反尺BIM人员更新模型→给模型划分区域→模型下料加工→模型提取安装定位点→现场复核至安装完成→竣工模型整理[2]。

4.1 模型创建

为保证施工质量和设计图纸问题，通过参数化程序创建体育场模型。模型包括上下层主次龙骨、铝单板、穿孔铝板、各种钢檩条连接件（见图4）。

4.2 装配式施工指导

体育场整个屋面龙骨采取双层龙骨，以减少高空焊接作业。整个体育场龙骨采用整体吊装的工艺作业。现场组装人员先通过板块编号找到相应的板块龙骨进行拼装（见图5），然后从BIM模型中提取35个参数来控制板块的形体，接着采用大型起重机将板块吊入与模型相应位置（见图6）。模型用颜色区分每块吊装板块（见图7）。

对整体吊装散装板块的每个钢件进行编号，与设计师和现场班组对接，统一编号规则。BIM人员可通过参数化程序编写板块号，如G1BK02-CLT-09，表示高区G1区02板块的C型檩条09编号（见图8）。

体育场共有900个板块，牛腿有1 200个，建筑效果通过牛腿进行找形，每个牛腿的长度都不一样，对牛腿提取5个参数值。其中最难的就是找到每个牛腿与钢结构相惯处的最高点和最低点（见图9）。BIM人员通过参数化程序导出每个位置的点位数据，提交给现场工作人员进行打点定位。

4.3 提取吊装板块定位点

对每一个龙骨板块模型，提取板块的安装定位点的坐标，保证框架与理论模型精度，以提高准确度。制作单元胎架，统一钢架精度，采用标准化工厂焊接组装，减少焊接质量问题。工序工艺控制管理精细，减少质量隐患，使成品及半成品保护效果明显。质量巡检高效、集中，过程检查及时，质量源头控制，减少质量整改；BIM人员通过参数化程序提取单元吊装板块提取4个交点（见图10）、对角线长度、每个钢方通的长度以及限位尺寸等数据，保证现场组装准确无误。

4.4 金属屋面铝板优化及下料

第一，确证屋面的顺滑度。原始表面都是双曲面，调整为平板后整体过度比较缓和，拼接的顺滑度与原始表面基本无误差。

第二，铝板编号规则与设计对接统一，对每块铝板进行编号，参考深化设计给出铝板加工图，对不同类型的铝板分别提取相应数据。

5 经验总结

第一，异形建筑造型复杂，空中定位难，安装及调整时间长，采用地面装配，分段吊装，减少安装控制点尺寸，保证精度。

第二，对装配式施工进行节点整合，统一对各种类型幕墙节点进行装配式施工深化，形成标准图集，在项目推广应用，积累技术经验。准确定位，形成整套模式[3]。

第三，增加测量人员提前对结构进行复核，依据实际结构进行模型调整及建模，减少重复工作量，满足现场一次成活，减少收边收口。

第四，单元采用胎架制作，统一钢架精度，生产标准化，质量巡检高效、集中，及时检查，从源头控制质量，减少质量整改，采用工厂化焊接组装，减少焊接质量问题。

第五，运用BIM技术对本项目的吊装板块编号时需注意以下3点：①统一规则，避免后续修改易错。②先编辑板块编号，不可重复。③板块里的龙骨编号需要嵌套，注意顺序。

第六，非标板块部位需要特殊处理，通过现场复测，通过返点调整模型。

6 结语

乐山奥体中心项目是地标性建筑，为大型空间异形幕墙项目，不管是建模优化，还是数据提取，BIM技术都发挥了重要作用。采用装配式施工，不仅减少了现场工人高空作业的工作量，还提高了施工进度。同时为保证施工精度，利用BIM参数化编程提取安装定位点来保证施工工期。

参考文献

[1] 程希奇，李蓓，陈炳任，等.BIM技术在襄阳东站幕墙项目中的应用[J].土木建筑工程信息技术，2020，12（6）：12-19.

[2] 李海祥，王灿灿，刘倩，等.BIM技术在河南省科技馆新馆建设项目中的应用[J].土木建筑工程信息技术，2022，14（2）：77-83.

[3] 程希奇，李蓓，邱继衠，等.复杂建筑幕墙BIM正向设计研究[J].土木建筑工程信息技术，2020，12（4）：23-33.