某大型冰雪主题综合体项目BIM综合应用

王孙骏

上海建工五建集团有限公司 上海 200063

BIM技术引进我国多年，目前正处于快速发展与深度应用阶段。BIM技术是在建筑设计、施工、运维的整个过程中，应用三维信息技术，进行协同设计、协同施工、虚拟仿真、工程量计算、造价管理、设施运行的技术和管理手段。将BIM技术应用到工程建设当中可以消除建设过程中各种可能导致工期拖延的设计隐患，提高项目实施中的管理效率[1-3]。在我国信息化高度发展的今天，BIM技术作为一个新的理念，在信息化管理的新浪潮中应运而生且得到越来越多的实践和认可，解决了项目中诸多施工方案模拟、多专业整合、碰撞检测、空间优化、施工进度管理等施工配合方面的问题，越来越多的项目成功应用BIM技术并在项目各阶段发挥了积极作用。

耀雪·冰雪世界（暂定名）项目是上海市浦东新区临港新城的大型旅游娱乐项目，位于轨交16号线临港大道站西侧，东至夏栎路，南邻秋涟河，西至杞青路，北至沪城环路。与目前已经开建的海昌极地海洋公园仅一路之隔。

项目以商业、文化功能为主，包含滑雪场、戏水中心、溜冰场、多功能厅、度假酒店、精品酒店、商业零售等设施，总建筑面积326 503 m2（地上216 468 m2，地下110 035 m2）。项目配套有机动车停车位2362个，非机动车停车位3 801个。本项目造型复杂，结构形态多样，专业设备种类繁多，施工难度高，室内滑雪场以阿尔卑斯山为主题，有三类不同梯度的滑雪道，超过25个雪地游乐场项目及雪地游戏、滑雪体验，从其中一间酒店的部分房间，还可直接进出滑雪场。项目引入BIM技术，在提高设计、施工质量，缩减工期，减少预算等方面取得显著成效，并将进一步提升品牌形象，打造精品旅游项目，最终实现基于BIM的智慧运营管理。项目环境和效果如图1、图2所示。

图1 项目周边环境示意

图2 项目效果图

2.1 设计阶段

在方案设计阶段，设计的深度不足，会存在很多问题，在进行BIM设计的同时可以发现这些问题并直接在BIM模型中进行修改，确保模型的准确性。在进行方案汇报的过程中，用BIM汇报取代原来的二维图纸汇报，可以直观地从模型中进行项目整体查看。

1）项目在设计阶段进行方案比选，配合方案设计阶段经济指标统计，模拟比选方案调整，将每种方案都进行建模，通过BIM模型进行直观比较，最终选择最优方案。

2）根据初步设计阶段的图纸绘制出包含主要结构构件和建筑构配件的土建模型以及机电安装模型，最终形成初步设计阶段的各专业模型。对机电各专业进行深化以及净空优化，有效规避了出图过程中对图纸质量与进度的影响，避免了不必要的经济损失，如图3、图4所示。

图3 设计模型

图4 制冷工艺机房模型

3）基于Grasshopper做的幕墙优化分析，“点集流”＋“特征值”的思路是将复杂的幕墙材料单元用最少数量的点来表示，将每一个单元的几何信息存储于若干有序点集中，再使用Grasshopper编程手段制作基于这些点集生成模型的算法，将幕墙的空间定位与内部的拓扑逻辑进行结构化的分开。从而在幕墙BIM工作中，在施工误差、建筑方案变化、施工节点变化3个不确定性因素中，以确定性的框架实现有迹可循、快速响应的参数化生成工作流。

4）在施工图设计阶段，利用Dynamo比较同一个模型的不同版本，找出新增、删除以及更改的内容，用Python实现，在Dynamo里做成一种通用的快捷方法可以检测模型版本新增图元、删除图元、参数变化、几何变化以及参数和几何均变化的地方。

2.2 施工阶段

1）本项目涉及专业众多，施工阶段BIM应用由总承包单位集成管理，各专业承包单位使用总承包单位提供的基础BIM模型对本专业图纸进行正向深化出图，建立本专业深化模型时需参照总承包提供的模型坐标体系。过程中需要严格执行总承包BIM管理要求，专业建模规范、构件命名、问题报告样板等参照总承包BIM管理大纲。

2）本项目砌筑结构深化工作体量大、难度高，在调整完初版建筑模型的基础上，依照安装管线位置，在砌体墙上精确定位洞口位置及尺寸，运用Revit插件进行深化排布，提前解决二次结构砌筑过程中可能存在的问题，保证了二次结构的施工质量。结合预留洞位置及尺寸，在土建模型中进一步深化构造柱及过梁等元素，导出图纸指导现场施工，避免二次开洞，减少现场返工。项目实施过程中通过模型结合图纸为交流载体，确保砌筑效率及质量。

3）根据现场施工分区要求各专业单位完成BIM模型后，模型会被划分为多个施工区域，并逐一检查各个区域，进行多专业间碰撞分析。例如在安装管线密集的区域和机房，利用BIM模型结合平面图、剖面图，发现设备安装空间不足、净高不足、空间不满足使用需求等情况，然后整理报告，流转设计，由设计给出具体意见，并根据设计意见对BIM模型进行进一步更改。通过以上流程，每个专业单位根据上述流程及时更新自身专业设计图纸，并根据最新的设计图纸结合优化后的BIM模型以进行联合验证。同时将这些信息数据成果实时集成在BIM协同管理平台上实现完全共享，有助于所有专业的深入沟通，在保证图纸质量的同时还能解决施工各阶段的诸多问题。

4）对于钢结构深化设计部分，专业单位使用Tekla进行正向深化设计，结合模型所包含的几何信息和非几何属性，通过IFC格式进行模型格式转换，实现与其他多专业数据拟合与反馈。钢结构的深化设计，基于自身施工特点确认加工及安装工艺，并需考虑基于主体结构模型项目基点与其的衔接，并与机电设备及幕墙装饰的相互配合，以消除详图设计误差为原则。

室内滑雪场钢结构分为楼层框架钢结构及屋面网架钢结构。局部地上4层，结构标高－0.10～＋79.09 m。8、16、35.5 m楼层为钢框架结构。结构楼层框架及屋面网架结构之间设置3条滑道钢结构。屋面网架钢结构为焊接球网架结构。对网架和滑道进行LOD500级标准建模，以指导现场施工，如图5所示。

图5 钢结构模型

5）对于大底板混凝土跳仓施工数字化监测与分析部分，为减小大体积混凝土中的温度应力，除了可通过改变混凝土组成成分以降低水化生热量外，在施工技术方面，降低混凝土入模温度、设置冷却管、分层分块浇筑等方法都能有效减小温度应力。其中分层浇筑一般应用于大坝等超厚混凝土，在建筑大底板中分块跳仓浇筑的跳仓法施工技术应用较为广泛，并逐步取代了传统的后浇带施工法。

为控制大体积混凝土底板浇筑过程中的温度应力，验证跳仓法在大底板施工中的应用效果，通过有限元分析软件对底板进行建模，依照底板体积及面积合理规划分割底板，再将模型导入分析软件模拟施工过程，确保分区满足跳仓法要求，验证模拟方案可靠性和施工方案安全性。

通过BIM平台结合物联网技术，通过温度实时监测，平台温度监测报警，在施工过程中对比模拟数据，合理优化施工过程，证明本工程数值模拟结果在一定程度上能反映实际施工状态。

6）对于施工方案模拟部分，结合BIM施工方案以及总进度计划以查找工序冲突加以分析。通过虚拟仿真制定相应的解决方案，尤其是工艺工法、材料进出场时间、工序间搭接等相关系数，通过先局部模拟后总体模拟一一确定，最终制定出最优的施工方案。利用模拟软件Fuzor对施工过程进行仿真时，将仿真结果输出为施工动画，并将动画结果与作业现场动态进行对比演示。由于视觉属性信息丰富，过程中冲突能被预先检查和修复，各专业承包单位在施工之前可以进行充分沟通。大大提高了专业人员之间的沟通效率，有效优化了工序搭接问题。将实际施工计划包含的信息插入实物量模型，可直观感受随着时间推进工程实物量的完成情况。

本项目利用BIM技术助力大跨度钢结构网架施工，滑雪场建筑面积约9万 m2，顶部屋盖采用钢结构网架形式，四侧边长分别为133、153、256 m和328 m，所处高度为29 m和74 m，网架面积约3.29万 m2，通过两侧排柱和中央6根结构柱与下部结构相连，网架结构为焊接球节点四角锥网架。

网架根据施工单位方案分成5块分别进行安装，BIM技术人员根据方案进行流程模拟，辅助现场施工。1#块用汽车吊进行拼装，2#块拼装下弦球下方设置B273钢管，上弦球设置B609钢管，先安装下弦网格，使用特制调节支架，将斜腹杆临时固定，然后安装上弦球，再调整斜腹杆进档就位，最后安装上弦杆；
网架的提升采用钢绞线承重，液压千斤顶集群作业，计算机同步控制。为满足整体网架的提升需求，现场共设置38处提升架，2#块提升时，3#块在场地内进行拼装。4#块在8 m和16 m平台利用履带吊进行拼装，3#块完成后进行4#块的提升，与此同时，5#块的拼装在16 m平台进行，待提升补缺完后进行提升设备卸载，如图6、图7所示。

图6 1#块网架吊装模拟

图7 4#块网架吊装模拟

3.1 滑道施工概况

滑雪场共有3条滑道，分别为初级、中级、高级滑道。初级滑道最大坡度12°，中级滑道最大坡度22°，高级滑道最大坡度26°。其中，弯道区域均为双曲面滑道，施工成形为阶梯状。直道成形为斜坡，如图8所示。

图8 滑道模型1

覆雪楼地面底层为防水钢筋混凝土底板，之上为隔气层（满铺专用麻面隔气膜），再之上为保温层（100 mm厚B1级XPS保温层分层错缝搭接），再之上为隔离层（36 mm厚C20细石混凝土，内配φ4 mm@200 mm钢丝网片），再之上为防水层（4 mm厚桥梁专用型SBS改性沥青防水卷材，聚酯胎Ⅱ型），再之上为冷支管层（120 mm厚C30抗冻混凝土），最后是70 mm厚雪层，如图9所示。

图9 滑道模型2

3.2 滑道施工技术难点及应对措施

根据现场实际工况及进度要求，确定滑道混凝土浇筑流程顺序及工艺；
滑道自下而上分块进行混凝土浇筑，每块面积控制在1 500 m2内，三处滑道按实际工期各自浇筑。

利用BIM技术对滑道进行初步深化，发现滑道混凝土结构加上压型钢板与钢梁之间仍存在空隙，利用BIM技术的可视化协助解决滑道施工问题，做进一步的深化设计。通过BIM技术，认识到该项目滑雪场内雪道为空间曲面，坡度较大且连续变化，对混凝土浇捣施工控制提出了较高要求，如图10、图11所示。

图10 阶梯状滑道模型

图11 滑道分块模型

采用BIM技术进行深化设计，通过工艺上对滑道结构的“化繁为简”，同时降低施工难度，通过BIM将部分滑道优化为阶梯形，降低定位放线与模板施工难度，施工效率增加，施工精度更易控制，是一个经济可行的施工工艺，为今后的类似工程提供了良好的借鉴，如图12所示。

图12 双曲面滑道模型

为解决异形滑道中压型钢板的铺设问题，保证异形滑道的造型符合设计要求，技术人员研究了一种异形滑道的施工方法。将BIM技术引入异形滑道的制作，保证每一个压型钢板单元的制作精度，并根据异形滑道模型将各个压型钢板单元吊装就位，实现了异形滑道底板的正确拼装，从而解决异形滑道中压型钢板的铺设问题，保证异形滑道的造型符合设计要求。

在滑雪场的施工中，由于压型钢板组合楼板的抗疲劳能力较强的特点，滑道一般采用压型钢板组合楼板，压型钢板组合楼板包括压型钢板底板以及压型钢板底板上部的混凝土结构。但是，由于滑雪场的滑道一般为双曲面等异形平面，滑道部件形状不一、滑道标高变化大，这些都不利于压型钢板形成符合设计要求造型的滑道。根据这些难特点，通过建立异形滑道模型，再将滑道底板模型拆分为若干压型钢板单元模型，根据压型钢板单元模型加工压型钢板单元，根据异形滑道底板模型，将各个压型钢板单元吊装就位，并拼接在一起，形成异形滑道底板，最后在异形滑道底板上放置钢筋桁架进行绑扎，并浇筑混凝土，形成异形滑道。其中，将所述压型钢板单元模型设计为阶梯形，有利于后期异形滑道底板上混凝土的浇筑，如图13、图14所示。

图13 桁架板模型1

图14 桁架板模型2

耀雪·冰雪世界（暂定名）项目利用BIM技术助力双曲面滑道施工和大跨度钢结构吊装。

针对滑道，雪场滑道的坡度多变且较大的特性，决定了混凝土浇筑和养护过程中存在易产生下滑堆积、流坠等问题。我们利用BIM技术的可视化，决定设置横向和水平阻隔，分层分段浇筑，将滑道优化为阶梯形，顺利解决该问题。

针对网架，充分利用BIM技术可模拟、可优化的优势，通过模型对大跨度桁架吊装施工工法进行反复推演与讨论，对多方案进行模拟，提高施工人员对施工流程的把控，最终确定和完成了该方案的编制工作。

本项目通过BIM技术在设计施工阶段的落地应用，切实优化了现场管理方式，通过高精度BIM模型结合轻量化模型管理平台，将项目建设过程中的关键元素通过模型进行在线深层沟通，达到了提高生产效率的目的，体现出了项目整体建设过程的实用性和先进性。