1 工程概况

　　太原市水上运动中心是国内首个在内陆天然河道上布置的专业赛道水上场馆，坐落于太原市汾河景观带上，全长2.5km，包括艇库及维修站、上下水码头、开放绿地及休闲活动区、7处分段计时塔、终点塔及媒体中心和兴奋剂检测中心。终点塔及媒体中心为本工程建设重点，建筑造型似帆船，建筑面积2 157m²，地上5层，为钢筋混凝土核心筒-钢桁架悬挂结构，外墙为曲面幕墙。

　　2 工程难点

　　2.1 结构体系复杂

　　终点塔为钢筋混凝土核心筒-钢结构弧形桁架悬挂结构体系。钢结构弧形桁架重160t，长24.5m，悬臂端长13.35m，安装高度21.8m，施工难度大。

　　钢结构弧形桁架外侧弧形钢梁处倾斜73°，悬挂14根钢吊柱，钢吊柱与外侧弧形钢梁采用多种空间角度连接方式，连接节点复杂多样，施工难度大。

　　钢结构弧形桁架由钢筋混凝土核心筒内的4根钢筋混凝土组合柱支撑，为外截面尺寸700mm×700mm、内截面尺寸400mm×400mm的劲性钢柱，弧形桁架与核心筒的4根劲性钢柱支撑相连时，轴线偏差需控制在1mm内，对接错边控制在3mm内，施工难度大。工程结构如图1所示。钢柱与核心筒位置关系如图2所示。

　　图1 工程结构  

　　2.2 双曲面异形玻璃幕墙造型复杂

　　终点塔及媒体中心外立面为3 500m²的双曲面异形玻璃幕墙，幕墙立柱、横梁、玻璃等规格与曲率各异，精度要求高，施工难度大(见图3)。

　　2.3 施工工期紧

　　该项目为2019年全国第二届青年运动会水上项目比赛场地，要求8个月内完成2.5km范围内的土建、钢结构、幕墙、装饰、园林绿化等内容，具备赛事测试条件，工程量大、工期紧、施工组织难度大。

　　图2 钢柱与核心筒位置关系  

　　图3 玻璃幕墙  

　　3 BIM技术综合应用

　　3.1 模型创建

　　采用Revit软件建立土建工程BIM模型，模型等级LOD300;采用Tekla软件建立钢结构工程模型，模型等级LOD400;采用Magi CAD软件建立机电安装工程模型，模型等级LOD400;采用Rhino软件建立幕墙工程模型，模型等级LOD400;实现四模合一(见图4)。

　　图4 BIM模型  

　　3.2 复杂钢结构BIM技术应用

　　3.2.1 设计图纸优化与深化

　　1)吊柱与弧形桁架梁相贯节点的修正与深化原设计图纸中，钢吊柱与钢结构弧形桁架梁连接段节点处垂直相交，剖面图为73°角斜交，出现图纸不符问题，利用BIM模型修正设计图纸，并深化相贯节点，确定节点构件相应位置参数后，控制节点构件加工精度及桁架整体制作精度。修正前后对比如图5所示。

　　图5 修正前后对比 

　　2)主次桁架交接节点优化将原设计图中主次桁架的腹杆与桁架上下弦杆斜交的做法，优化为弧形过渡段交接，防止焊接应力集中，减小坡口角度及熔敷金属量(见图6)。

　　图6 优化前后对比  

　　3)主次桁架交接节点补强深化对原设计图中主次桁架交接节点未进行补强的部位，采取各节点钢管内加设横肋、纵肋的措施。考虑300×25钢管的直径小，操作不便，无法保证焊接质量，故剖切圆管，留设十字基准线。模型深化前后对比如图7所示。

　　图7 模型深化前后对比  

　　3.2.2 构件工厂加工

　　依照BIM模型，导出钢结构构件加工图与加工清单，进行工厂化精准加工。

　　利用BIM软件结合Rhino参数化模型，进行钢结构弧形桁架构件的加工放样，建模时考虑曲率控制余量，建模完成后通过CNC自动下料系统完成构件加工，装配阶段对结合BIM模型转换完成的地面放样线进行二次复核，编制焊接工艺指导书，施工中严格控制线能量，减小焊接变形。钢结构弧形桁架吊装前复核空间位置，确保安装精度。

　　3.2.3 方案模拟

　　3.2.3. 1 钢结构弧形桁架吊装顺序模拟

　　经方案比选和利用有限元软件进行分析后，钢结构弧形桁架吊装采用倒装工艺。弧形梁如图8所示。

　　图8 弧形梁模型  

　　3.2.3. 2 模拟分析计算

　　吊装实施前，采用有限元软件建立模型，对各阶段吊装工况进行可行性分析，分别验算各阶段构件吊装状态的强度、长细比、结构位移及稳定性后，确定临时支架位置、架设方式及悬臂端预拱值，以保证吊装安全。

　　同时采用有限元软件对吊装过程中的结构进行安全模拟分析，利用MIDAS设计软件模拟分析钢桁架末端卸载临时支撑胎架后的最大位移量，施工过程中及时检测结构变形量，并对比模拟数据，确保施工安全。

　　3.2.3. 3 虚拟预拼装

　　1)钢结构弧形桁架复杂节点与斜吊柱虚拟预拼装针对斜吊柱与钢结构弧形桁架多角度、多牛腿节点连接的难点，依据桁架节点构件补强时留设的基准线，在弧形桁架连接处贴反射片，采用测量机器人分别扫描复核钢结构弧形桁架断点处、吊装断点处，然后进行虚拟预拼装。

　　2)弧形桁架与劲性钢柱空中对接虚拟预拼装最大限度应用精控系统中的单构件精度与虚拟预拼装技术要求，对钢结构弧形桁架、多节点斜吊柱、劲性钢柱进行数据采集，应用IN-ANALY,IN-ASSEM检查单构件精度，进行整体模拟预拼装拟合。

　　3)吊装方案模拟利用BIM技术进行吊装施工方案模拟，对比分析高空作业拼装成型方案与地面拼装整体吊装方案后，选取地面拼装整体吊装方案，即在钢结构弧形桁架下挂4根1.5m长的钢柱，在胎架上进行整体拼装后，采用4台300t起重机吊装至核心筒顶部与劲性钢柱进行空中对接。

　　3.3 双曲面异形幕墙BIM技术应用

　　3.3.1 图纸优化与深化

　　利用BIM软件对幕墙面板、龙骨等构件进行深化设计，因设计文件中转接件为异形尺寸，故采用BIM技术结合建筑模型复核该处构件倾斜角度，绘制节点模型指导数控加工。

　　3.3.2 构件工厂加工

　　通过BIM模型提取单块玻璃的长度、半径、拱高、曲率等尺寸参数，指导玻璃生产加工。利用Rhino模型处理幕墙龙骨杆件，按照幕墙系统构造做法，确定单个杆件切割长度、角度等，形成杆件加工图后进行构件加工制作。

　　3.3.3 构件信息共享

　　应用BIM技术对玻璃幕墙参数进行信息编码，自动生成可供移动智能设备识别的二维码，实现集加工、运输、存储、安装、维护整个过程的信息共享。

　　3.3.4 幕墙安装顺序模拟分析

　　利用BIM模型确定幕墙安装顺序，即安装曲率半径较大、异形尺寸相对规矩的曲面异形玻璃→安装曲率半径较小、异形尺寸相对复杂的曲面异形玻璃→安装吊顶龙骨、女儿墙铝板→安装竖向装饰条。

　　3.3.5 高精度测量

　　1)第1阶段主体结构施工完毕后，利用高精度三维扫描仪扫描外立面结构，采集预埋件处的控制坐标，将扫描仪中的点云数据转换为坐标数据，通过对实际采集数据与定位测量阶段坐标数据进行内业处理，对预埋件与转接件实际放线控制点进行纠偏及确定，为立柱骨架的安装提供数据支持。

　　2)第2阶段立柱横梁骨架安装完毕后，利用高精度三维扫描仪扫描幕墙工程骨架，采集立柱及横梁交叉节点处的交点坐标后，将扫描仪中的点云数据转换为坐标数据，对实际采集数据与第1阶段坐标数据进行内业处理，对每片玻璃的尺寸及曲率进行纠偏及确定，为幕墙玻璃的安装提供数据支持。

　　4 结语

　　应用BIM技术可全面、快速、准确地解决设计图纸中的错误、遗漏和各专业间的碰撞问题，运用BIM技术对施工方案进行模拟分析，能有效保障施工安全，BIM+高精度测量技术可提高复杂曲面的测量精度和效率。

　　通过应用BIM技术，实现工程高效、安全、精准实施，提高施工效率，保证工程质量及工期进度，节约成本，其应用价值前景广阔。