阳朔阿丽拉酒店 (见图1) 是一家五星级豪华度假酒店, 涉及8个建筑单体的新建与改造, 总建筑面积17 095m², 地上5层、地下1层, 结构类型为框支-剪力墙结构。

酒店位于桂林市阳朔县岩溶山丘和漓江江畔, 工程采用木痕饰面清水混凝土、无构造柱组合镂空清水砖墙等设计及园林式空间布局。传统技艺无法满足工程特殊建设需求, 必须结合BIM技术应对施工难题。

1) 新型墙体的施工与算量酒店外墙为无构造柱组合镂空清水砖墙, 外墙总施工面积约2 360m², 最大长度达50.7m, 墙高3m, 中间不设任何构造柱。该墙体由长方形的青石、回字形的混凝土空心砌块、钢筋组成, 青石层与混凝土空心砌块层上、下相间拼接;青石砌块间有等距排列的间隙, 与混凝土砌块的空心面形成镂空效果, 增加采光的同时形成室内自然风, 降低能耗。该墙体在国内尚属首次设计和施工, 如何砌筑及统计工程量等问题难以解决。

2) 折角楼梯的配模酒店1号楼的2～5层中庭各有1处空间异形折角楼梯, 梯段宽1.6m, 第1跑梯段与地面夹角为35.47°, 第2跑梯段与地面夹角为29.74°, 中间休息平台呈五边形, 第1, 2跑梯段间的夹角为39°。

2个跑梯段的夹角处仅剩100～200mm模板作业空间, 不利于操作;楼梯采用木痕饰面清水混凝土整体浇筑成型, 不允许留设施工缝, 木纹板条、模板拼接必须严密, 方通龙骨必须合理排布, 避免交叉碰撞。传统平面几何知识难以计算各木纹板条、模板的加工下料尺寸;狭窄空间内的模板作业增加了施工难度。

3) 圆锥穹顶的木纹方案酒店的SPA位于地下1层, 其穹顶呈圆锥状, 底面直径8m, 母线长8.85m, 高4.07m, 曲面面积111.16m², 圆锥穹顶底面采用木痕饰面清水混凝土施工工艺。图纸未注明圆锥穹顶的木纹样式及施工方法, 传统“试拼-浇筑-观察-选型”的方法成本过高^[1], 如何在不进行试验的情况下一次性做出美观的木纹效果是亟待攻克的难题。

酒店绝大部分外墙均为无构造柱组合镂空清水砖墙, 外墙总面积约2 360m²。沿墙长方向每450mm需设置1根10竖向钢筋, 数量较多, 为避免破坏结构安全性, 不应在结构梁中预留过多串筋孔洞, 墙内的10竖向钢筋需分段连接, 并与砌体同时施工。墙体施工至靠近上层梁底部位时, 梁下仅剩约270mm的砌筑空间, 此时需调整施工顺序才可完成砌筑。BIM技术可形象生动地模拟施工工艺取代冗长枯燥的图文技术交底, 加深工人的理解程度, 极大提高施工效率;同时, 运用BIM技术可自动统计该新型墙体的工程量, 精确控制施工成本, 减少浪费。

每幅无构造柱组合镂空清水砖墙的最底排是青石层, 青石层往上1排是混凝土空心砌块层, 整幅墙体从下至上依次由青石层、混凝土空心砌块层交替砌筑, 直至砌筑完墙体顶部的青石层。每层青石层由若干尺寸为250mm×120mm×96mm的青石砌块组砌而成, 每块青石砌块中间开设1个12mm圆形通孔;每层混凝土空心砌块层由若干尺寸为450mm×150mm×150mm混凝土空心砌块组砌而成, 中央空心体尺寸为390mm×90mm×90mm, 每块混凝土空心砌块砌筑时, 使空心面垂直于墙体方向, 2个侧边沿竖向各开设1个6mm的半圆形凹槽, 相邻2个半圆形凹槽接合组成1个12mm的圆形通孔;10钢筋穿过青石砌块和混凝土空心砌块的12mm圆孔, 孔隙用砂浆填满, 增加墙体稳定性。无构造柱组合镂空清水砖墙如图2所示。

通过BIM技术进行施工模拟, 采用钢筋分3段焊接、砌体分3段砌筑、梁底倒序施工的施工方案。施工工艺模拟如图3所示。

每根10钢筋分下、中、上3段, 长度依次为1 500, 1 370, 130mm。首先在楼面植入下段钢筋, 并交替砌筑青石层和混凝土空心砌块层;砌筑至中部时, 中段钢筋与下段钢筋对焊, 再按前述方法向上砌筑;砌筑至墙体最上排青石层和混凝土空心砌块层时, 不再依次交替砌筑, 而是先放入最上排青石砌块, 串而不砌;将上段钢筋植入上层梁底, 与中段钢筋对焊;抬起最上排青石砌块, 再塞入混凝土空心砌块;最后, 将梁底12mm圆形通孔中插入软管, 用漏斗往孔内注入水灰比为0.7∶1的水泥砂浆, 可完成墙体砌筑。该过程工序繁杂, 尤其是砌筑梁底青石层、混凝土空心砌块层时需改变多个施工顺序, 工人不易领会传统图文叙述交底, 首先运用Revit软件建立墙体模型, 再使用3Ds MAX软件将整个工艺流程制成模拟动画, 化繁为简、逻辑清晰, 易于工人领会。最终, 该新型墙体的一次施工合格率达98%, 确保了施工质量。

无构造柱组合镂空清水砖墙在国内尚无施工先例, 市面上的各种工程计价软件无法统计新型墙体的工程量信息, 只能依靠技术员手工算量, 而本工程各部位的无构造柱组合镂空清水砖墙长短不一、高度各异, 甚至存在三角形、阶梯形、回字形的镂空墙, 加大了算量难度。Dynamo界面如图4所示。

对Revit软件进行二次开发, 把青石砌块和混凝土空心砌块的尺寸、排列规则、墙体造型等需求信息编写成Dynamo软件可识别的程序代码, 每组代码生成1个与其匹配且具有条件筛选功能的程序节点, 多个节点间使用连线搭建联系, 创造出若干条多重筛选功能线路;再给节点赋予砌块尺寸和墙体造型等信息数据;Dynamo软件根据输入的信息数据筛选满足线路所有条件的数据, 由此自动生成砌体材料用量表单和各种造型的墙体模型^[2];最后将模型导入Revit软件中, 通过Revit软件识别Dynamo软件给出的材料用量表单, 自动生成青石砌块、混凝土空心砌块等材料用量明细表, 技术员根据明细表采购材料。无构造柱组合镂空清水砖墙施工完成后, 经验证, 青石、混凝土砌块仅剩13块, 达到精确采购的目的;同时, Revit软件能识别Dynamo软件生成的各种墙体模型, 并创建相应的族, 墙体建模时间比预期缩短3d, 提高BIM应用效率。

酒店1号楼中庭的4号木痕饰面清水混凝土折角楼梯施工难度较大, 将第1, 2跑梯段交接处的模具拼成1个五向空间异形结构 (见图5) 。若按传统工艺, 每块模板在下料前需经复杂的空间几何计算才能确定切割尺寸, 难度较大, 且该处仅剩100～200mm的模板作业空间, 操作不便。

结合BIM技术, 采用逆序建模方法, 即先按设计图纸创建折角楼梯的Revit模型, 然后紧贴折角楼梯模型的各表面, 依次创建木纹板 (整块板) 、模板等模型, 让整个建模顺序与实际施工工序正好相反。首次创建的木纹板、模板等模型难免存在交叉碰撞处, 将交叉碰撞的部位使用Revit软件中的连接、剪切、修改等命令进行优化, 由此可得折角楼梯模具的Revit模型。

分别继续分解模具模型中的木纹板、模板模型, 并分别在其各面上标记编号, 然后导出木纹板和模板的平面图, 最后利用Revit软件在平面图中标注各木纹板、模板长度、角度等尺寸, 分类汇总如表1所示^[3,4]。整个过程未进行空间几何计算, 便可生成折角楼梯的木纹板条、模板配模图表, 指导工人施工, 方便快捷。异形结构模板分解如图6所示。

同理, 运用Revit软件中建模-配模-施工的方法, 无需对其他复杂部位的模具进行空间几何计算, 便可生成相应的模板配模图表, 降低配模下料难度, 提高模板加工精度和利用率, 减少边角料的产生, 模板开支节约34 721元。折角楼梯支模如图7所示。

运用Revit软件排布折角楼梯的每一根方木、方通、钢管支架等支模构件, 并对照模型施工, 使工人在狭窄空间里的作业变得井然有序。

酒店SPA的圆锥穹顶采用木痕饰面清水混凝土施工工艺, 施工图纸仅注明需在圆锥穹顶底面拓印木纹, 却并未对木纹排列方式做要求;不同木纹板条排列方式会拓印不同木纹样式, 每种样式的施工难度也不相同, 由此可见, 圆锥穹顶底面木纹设计环节在整个穹顶的施工过程中至关重要。

运用头脑风暴法, 结合3Ds MAX软件设计3种木纹效果 (见图8) , 分别为: (1) 以锥顶为圆心的光芒散射状木纹; (2) 以锥顶为圆心的水波扩散状木纹; (3) 以锥顶为圆心的八扇区放射状木纹。随后, 运用Revit软件分别创建相应的3种木纹板条模型, 并生成各自的木纹板条切割下料图表, 如表2所示。

通过模型分析, 前2种木纹方案的加工难度太大, 且浪费材料, 施工成本太高, 最终采用 (3) 方案^[5]。

若按以往方法施工, 需先试拼3种方案的等比例缩小模具, 再分别浇筑清水混凝土, 待拆模后观察试验成品效果才能确定最终木纹样式, 不仅浪费资金、材料, 还耽误工期。运用BIM技术, 先深化初步设计, 然后分析施工难度, 最后确定施工方案, 整个过程仅用4d, 比以往试拼-浇筑-观察-选型的方法节约6d;且全程几乎零资金投入, 节约成本约14638元, 提升经济效益。

1) 质量管理项目的质检员可在项目管理平台中上传本工程的质量信息, 如照片、视频、文档等资料。项目经理每日须在平台中审批施工质量文件, 发现不合格项即发起任务流程, 并指定相关责任人限时整改, 整改完成后项目经理重新审批, 直至质量合格才可结束流程, 确保工程施工质量。

2) 安全管理通过Fuzor软件自动识别项目Revit模型中的各邻边、洞口等危险源, 软件用醒目的标识指明危险部位, 并汇总成危险源分析列表, 提醒项目安全员注意。项目安全员根据危险源分析列表中的指引, 完善安全防护措施, 拍照取证后上传项目管理平台, 项目经理参照危险源分析列表, 对照实景照片, 审核安全防护措施的落实情况, 避免事故发生。

3) 技术管理项目技术负责人编制的各项施工方案均通过项目管理平台进行电子化审批。各部门负责人依次通过审批后, 方可打印施工方案审批表, 完成签字盖章等手续。施工方案的电子化审批流程提高施工方案的编写质量和流转效率, 缩短签字盖章等手续的时间。

以阳朔阿丽拉酒店工程为例, 研究BIM技术在施工过程中的应用, 解决无构造柱组合镂空清水砖墙的技术交底和工程算量、木痕饰面清水混凝土折角楼梯的模板配模下料、圆锥穹顶的设计施工一体化及质量、安全、技术方面的协同管理难题。目前, 阳朔阿丽拉酒店工程已于2016年9月顺利通过竣工验收。