随着信息化技术的不断发展,BIM技术在建筑工程领域得到广泛应用,同时BIM相关软件不断更新,功能不断完善。目前我国BIM技术在建筑领域应用已进入3.0时代,BIM技术的应用为建筑行业带来机遇的同时也在挑战传统观念与思维。建筑信息模型是融合各阶段工程数据的三维仿真模型,贯穿建筑工程全生命周期的管理过程。建筑信息模型具有可视化、协调性、一体化性、模拟性、参数化性及信息完备性等特点;BIM技术在施工过程中的应用价值主要表现在三维场布、渲染出图、各专业工程量计算及成本管理、施工模拟与指导、施工进度管理等方面;BIM技术能有效控制项目各阶段施工质量、节点完成情况及成本管理。结合肥东大剧院实际条件,将BIM技术应用在参数化建模、三维场地布置、进度对比分析、二次结构深化及复杂节点钢筋施工指导等方面,研究如何更好地将BIM技术主要应用点落实到项目施工过程中。

　　 肥东大剧院项目由大剧院和文化馆组成,该工程分地下建筑和地上建筑2部分:地下建筑共1层,深6.0m,台仓局部3层,规划有乐队休息室、设备用房及地下车库等;地上建筑共4层,高23.75m,整体为框架结构,规划有650座多功能厅、1 117座歌剧院、文化馆等,其中,大剧院建筑面积约9 600m²,文化馆建筑面积约6 600m²。该工程施工工期为1440d,肥东大剧院呈南北向矩形布置,北倚东部新城和睦湖,东西两侧规划有车辆出入口、南北两侧规划有行人出入口,四周规划有环形车道,建筑功能满足各档次大型演出(见图1)。

　　 肥东大剧院结构空间复杂,建筑结构为不规则双曲面形状;部分梁柱节点的钢筋为米形交汇布置,节点施工过程较难把控,建筑性能要求较高,深基坑区域面积较大,高支模施工难度大且及工程量相对较大,大跨度构件安装精度要求高,机电管线与土建交叉碰撞点多,曲面幕墙施工困难,加之工期紧、质量要求高,项目管理难度较大。

　　 BIM技术贯穿于项目从建设到运营维护全生命周期,同时BIM模型作为承载建筑生命周期工程数据的载体,通过集成不同阶段BIM子模型及相关数据组成模型体系;作为施工总承包单位,BIM技术应用能在投标阶段直观形象地展示待建建筑整体效果,提高中标概率;施工前期可梳理设计院图纸,及时发现和解决图纸存在的缺陷,通过软件自动识别高支模、脚手架及深基坑等危险性较大的分部分项施工区域,辅助制定技术方案,施工过程中,通过施工方案对比、建筑性能模拟、二次结构深化、施工进度模拟、计划进度与实际进度进行分析,协调管理项目。

　　 建筑信息模型是BIM技术应用的基础,肥东大剧院BIM技术主要应用于施工管理阶段,前期进行结构、建筑及机电等专业建模,建模过程中及时发现图纸问题,组织各方进行图纸会审,合理安排各阶段节点工期,让全体参建人员对大剧院建成后的整体效果有全新认识。肥东大剧院BIM三维模型不同角度视图如图2所示,由图2a可知大剧院楼梯等各模型构件,由图2b可知地下1层管线空间层位布置及交错方式,由图2c可知各构件的平面连接形式,同时可知各位置的大样图,由图2d可知大剧院整体布局。

　　 传统的场地布置主要依靠二维图纸,很难发现各临建、构件、材料厂及道路等空间的层位关系,施工过程中经常出现相互影响现象;施工场地布置应结合现有场地条件,依据总平面图、安全生产制度、文明施工规范、消防保卫、设备安置及材料堆放等标准进行布置;同时充分考虑现场施工道路布置、施工区域划分、办公区和生活区规划。肥东大剧院采用三维场地布置,在三维场布建模期间不断优化场地布置,最终确定经济、安全、合理的场地布置方案。三维场地布置模型如图3所示,由施工区域划分和施工场地布置可知肥东大剧院划分为10个施工区域,设置2个材料出入口,前期布置3台TC5610型的塔式起重机、臂长56m,保证现场施工进度、生产需要和工期要求。

　　 施工进度管理是工程项目管理的重难点,目前工程项目主要通过横道图和网络图等方法管理施工进度,这种方法很难准确分析复杂建筑物各构配件施工进度间的关系,也无法对项目进行进度模拟和计划-实际进度的对比分析,传统的施工进度管理方法已不能满足大中型项目建设需求。随着BIM技术的不断发展和相关软件性能的提升,工程项目尝试应用BIM5D,Navisworks,Fuzor等软件进行施工进度模拟。在BIM三维参数化模型基础上匹配时间维度形成4D进度模型,可模拟不同部位、不同阶段建筑物施工进度,实现项目管理与施工进度在空间和时间上的同步,优化进度计划及施工方案,提高施工进度管理效率。本项目采用Project软件编排合理的施工进度计划,将进度计划导入BIM5D模拟软件中进行精确关联,施工进度模拟如图4所示,通过模拟项目成长过程及时发现潜在问题,及时调整施工计划以优化施工方案和关键线路,在保证施工安全、质量、经济等条件下缩短施工工期,提高各流水段间的衔接效率、降低施工成本。

　　 传统钢筋一般采用二维图纸进行表达,复杂节点钢筋施工不仅需参照图集标准,还需想象每根钢筋的放置位置,此方法不能清晰表达各钢筋空间层位关系,对于墙、梁、板及柱等多构件相互连接的复杂节点,钢筋施工问题更加突出。本文应用BIM技术对大剧院复杂节点钢筋进行深化设计,三维参数化模型能够精确传达节点处每根钢筋的尺寸、位置及钢筋间的连接方式,通过模拟梁柱交叉点钢筋施工,提前发现不同空间层位钢筋弯锚碰撞问题,适当调整存在问题的钢筋,优化节点处钢筋施工工艺,利用BIM技术进行可视化钢筋技术交底,提高钢筋材料利用效率和施工效率、减少施工成本。

　　 主体结构施工完成后即进行二次结构施工,传统的二次结构深化设计主要采用CAD图纸表达,不能给出砌体排布的主要参数和布置方式。肥东大剧院深化设计多种砌体布置形式,施工环境相对复杂,二次结构施工质量要求较高,施工过程易浪费砌筑材料。本次应用BIM5D软件对大剧院砌体排布进行深化设计,主要采用386mm×200mm×250mm等5种规格型号的蒸压砂加气混凝土砌块,塞缝砖为115mm×200mm×53mm实心蒸压粉煤灰砖,塞缝砖选取手工设置方式,砌筑采用70°～80°外八字斜砌方式,水平灰缝和竖直灰缝厚8～12mm;砌块间错缝搭接长度≥60mm。此方案提高施工效率和砌体原材料利用率,体现BIM技术在二次结构深化中的重要性。

　　 建筑性能参数影响施工成本、使用舒适度及运维成本,传统的建筑性能分析主要以局部定性分析和合规验算为主,很难对主要性能进行方案对比模拟分析。随着BIM技术的发展和完善,建筑性能模拟分析能力得到很大提升。建筑性能模拟如图5所示,对大剧院室内灯光布置方案进行模拟分析,得到不同日照方案情况下的灯光性能模拟数据,对比分析各项数据,优化照明系统布置方案。通过能量模拟可分析供热系统效率、围护材料保温性能及热量损失规律等,进而合理选择相关性能保温材料及设备空间层位布置方案,保证建筑施工质量。

　　 1)建立肥东大剧院土建及机电模型,对各构件赋予相应参数,通过4个视角展示整个建筑信息模型。

　　 2)结合现场施工条件,利用三维场地布置优化施工区域划分、材料堆场、道路布置等方案。

　　 3)模拟优化施工工序,对比分析计划-实际进度模拟,过程中调整施工进度计划,提高施工整体管控能力。

　　 4)深化设计二次结构,给出砌体尺寸相关参数,得到砌体最佳布置方式,提高材料利用率和施工质量。

　　 5)模拟灯光照明效果和建筑能量分布特征,优化照明系统和设备布置方案。

　　 6)通过施工模拟指导复杂节点钢筋施工,优化钢筋空间层位分布方案及施工工艺,提高复杂交叉位置钢筋的施工效率。

　　 BIM技术的应用增强管理人员对大剧院的整体把控能力,优化各阶段施工工艺,减少因返工产生的经济和工期损失,提高施工效率,为项目提质增效提供保障。