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摘要：劇院建筑是國(guó)際公認(rèn)的高難度公共建筑，以聲學(xué)標(biāo)準(zhǔn)高、樓中樓結(jié)構(gòu)復(fù)雜、涉及專(zhuān)業(yè)極多、協(xié)調(diào)難度大為主要特點(diǎn)。為解決施工重難點(diǎn)，確保城市副中心劇院項(xiàng)目的順利實(shí)施，項(xiàng)目基于bim技術(shù)開(kāi)展全過(guò)程全要素的深化設(shè)計(jì)，進(jìn)一步提升了施工圖紙的深度，保證現(xiàn)場(chǎng)安裝精度，為確保項(xiàng)目整體施工質(zhì)量、保障施工進(jìn)度、減少拆改與返工起到了有效的作用。

關(guān)鍵詞：BIM；深化設(shè)計(jì)；設(shè)計(jì)管理；多專(zhuān)業(yè)協(xié)調(diào)

目前我國(guó)已經(jīng)有越來(lái)越多的建筑項(xiàng)目引入BIM技術(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)方案、提升工程質(zhì)量、降低建造成本，解決從方案設(shè)計(jì)到施工各階段遇到的綜合性問(wèn)題。劇院項(xiàng)目作為高難度公共建筑，項(xiàng)目基于BIM技術(shù)開(kāi)展全過(guò)程全要素的深化設(shè)計(jì)，進(jìn)一步提升了施工圖紙的深度，確保項(xiàng)目整體施工質(zhì)量、保障施工進(jìn)度、減少拆改與返工。

1工程概況及深化設(shè)計(jì)管理概述

1.1工程概況

城市副中心劇院項(xiàng)目造型獨(dú)特，樓中樓結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且聲學(xué)標(biāo)準(zhǔn)高、涉及專(zhuān)業(yè)極多。項(xiàng)目約有60多個(gè)機(jī)電子系統(tǒng)，100余個(gè)機(jī)房。除鋼結(jié)構(gòu)、二次結(jié)構(gòu)、幕墻、裝飾等專(zhuān)業(yè)外，同時(shí)包括舞臺(tái)機(jī)械聲學(xué)、音響、金屬屋面、電梯、隔聲門(mén)等特殊專(zhuān)業(yè)。

1.2深化設(shè)計(jì)管理概述

城市副中心劇院項(xiàng)目由業(yè)主推動(dòng)全過(guò)程BIM實(shí)施以及應(yīng)用，設(shè)計(jì)院提供設(shè)計(jì)階段LOD300模型移交總包單位。由于設(shè)計(jì)院的模型主要以解決凈高等主要設(shè)計(jì)問(wèn)題為主，部分專(zhuān)業(yè)的施工圖及模型不能達(dá)到直接施工的深度。故劇院項(xiàng)目施工總包單位牽頭各專(zhuān)業(yè)分包，根據(jù)運(yùn)輸和安裝條件、本單位施工工藝及習(xí)慣，在設(shè)計(jì)院BIM模型基礎(chǔ)上進(jìn)行深化設(shè)計(jì)?？偘鼏挝辉谏罨O(shè)計(jì)過(guò)程中負(fù)責(zé)對(duì)各分包的成果進(jìn)行整合、綜合協(xié)調(diào)管理、質(zhì)量管控。在滿(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)施工要求的同時(shí)，確保可移交支撐滿(mǎn)足業(yè)主運(yùn)維需求的BIM模型成果。

2BIM輔助深化設(shè)計(jì)管理策劃

2.1深化設(shè)計(jì)及BIM應(yīng)用內(nèi)容

項(xiàng)目基于BIM技術(shù)提前開(kāi)展全專(zhuān)業(yè)深化設(shè)計(jì)，包括二次結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)、機(jī)電、幕墻、金屬屋面、精裝修、舞臺(tái)機(jī)械、聲學(xué)等專(zhuān)業(yè)，且均采用BIM正向設(shè)計(jì)。其中在鋼結(jié)構(gòu)、幕墻、金屬屋面、舞臺(tái)機(jī)械等專(zhuān)業(yè)已經(jīng)達(dá)到了基于BIM模型進(jìn)行下料加工的深度。此外，項(xiàng)目在隔聲門(mén)、電梯、勁性結(jié)構(gòu)及部分重難點(diǎn)施工節(jié)點(diǎn)，如預(yù)應(yīng)力、預(yù)留預(yù)埋、臺(tái)座、外架等，也借助BIM技術(shù)輔助深化設(shè)計(jì)的開(kāi)展。

2.2深化設(shè)計(jì)組織管理

城市副中心劇院項(xiàng)目由業(yè)主方推動(dòng)整個(gè)深化設(shè)計(jì)，并協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)院對(duì)深化設(shè)計(jì)成果的審核工作。施工總包作為深化設(shè)計(jì)總負(fù)責(zé)，牽頭各專(zhuān)業(yè)分包完成本專(zhuān)業(yè)內(nèi)的深化設(shè)計(jì)工作，并對(duì)過(guò)程進(jìn)行管理，對(duì)質(zhì)量進(jìn)行管控。各專(zhuān)業(yè)分包按照總包要求組建BIM團(tuán)隊(duì)，在總包技術(shù)部領(lǐng)導(dǎo)下完成深化設(shè)計(jì)。

2.3深化設(shè)計(jì)整體工作流程

總承包單位根據(jù)設(shè)計(jì)單位提供的設(shè)計(jì)階段模型進(jìn)行深化，負(fù)責(zé)管理審核項(xiàng)目各分包單位按時(shí)提交的相關(guān)成果。深化設(shè)計(jì)成果先由BIM顧問(wèn)審核是否滿(mǎn)足本項(xiàng)目的BIM深度要求，再向設(shè)計(jì)單位進(jìn)行報(bào)審，審核深化設(shè)計(jì)成果是否滿(mǎn)足設(shè)計(jì)規(guī)范要求，最終由業(yè)主單位確認(rèn)。深化設(shè)計(jì)工作流程如圖1所示。

2.4深化設(shè)計(jì)接口管理

深化設(shè)計(jì)插入時(shí)間應(yīng)滿(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際施工需求，大部分項(xiàng)目容易出現(xiàn)主體結(jié)構(gòu)已完成，專(zhuān)業(yè)分包才開(kāi)始招標(biāo)，專(zhuān)業(yè)分包進(jìn)場(chǎng)后才開(kāi)始深化設(shè)計(jì)，容易導(dǎo)致深化設(shè)計(jì)接口的配合不及時(shí)。在業(yè)主的推動(dòng)和管理下，在初設(shè)階段組建BIM團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了基于BIM技術(shù)的模型搭建，利用三維可視化的優(yōu)勢(shì)進(jìn)行方案對(duì)比以及復(fù)核；通過(guò)管線(xiàn)綜合進(jìn)行凈高分析，將不能滿(mǎn)足需求的位置反饋給業(yè)主以及設(shè)計(jì)方，同時(shí)進(jìn)行結(jié)構(gòu)預(yù)留預(yù)埋出圖。深化設(shè)計(jì)階段，對(duì)包括建筑結(jié)構(gòu)鋼結(jié)構(gòu)、幕墻金屬屋面、二次結(jié)構(gòu)、聲學(xué)等多個(gè)專(zhuān)業(yè)進(jìn)行接口質(zhì)量管理，保證各專(zhuān)業(yè)之間的交叉關(guān)聯(lián)，確保各接口的準(zhǔn)確性以及全面性。

2.5深化設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)管理

北投集團(tuán)為規(guī)范三大建筑以及共享設(shè)施施工階段建筑信息模型的創(chuàng)建、應(yīng)用、交付以及協(xié)同，實(shí)現(xiàn)BIM實(shí)施過(guò)程中的統(tǒng)一性、規(guī)范性和可持續(xù)性，制訂BIM實(shí)施總體標(biāo)準(zhǔn)，并分別對(duì)BIM模型精度標(biāo)準(zhǔn)、模型審核要點(diǎn)、工作統(tǒng)一模板做出更細(xì)致的規(guī)定，城市副中心劇院項(xiàng)目作為三大建筑其中的重要標(biāo)段，其BIM實(shí)施既要滿(mǎn)足北投業(yè)主整體BIM要求，又要滿(mǎn)足自身重難點(diǎn)需求，北京建工總包BIM團(tuán)隊(duì)針對(duì)劇院項(xiàng)目特點(diǎn)于項(xiàng)目初期編制了詳細(xì)的《BIM實(shí)施細(xì)則》。

3BIM針對(duì)各專(zhuān)業(yè)深化設(shè)計(jì)開(kāi)展

3.1鋼結(jié)構(gòu)深化設(shè)計(jì)

3.1.1劇院項(xiàng)目鋼結(jié)構(gòu)概況城市副中心劇院項(xiàng)目鋼結(jié)構(gòu)由鋼骨柱、鋼骨梁及鋼板墻等勁性結(jié)構(gòu)、樓面鋼梁及桁架、鋼屋蓋、柵頂?shù)鯍旖Y(jié)構(gòu)共計(jì)4個(gè)部分組成。項(xiàng)目鋼結(jié)構(gòu)俯視圖如圖2所示。3.1.2鋼結(jié)構(gòu)模型深化。鋼結(jié)構(gòu)深化設(shè)計(jì)以Tekla為基礎(chǔ)對(duì)鋼結(jié)構(gòu)開(kāi)展深化設(shè)計(jì)和出圖，鋼結(jié)構(gòu)整體Tekla模型如圖3所示，LOD500的精細(xì)化深度達(dá)到與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際構(gòu)件一致的程度，與傳統(tǒng)深化方式相比，圖紙深化進(jìn)度加快，同時(shí)解決雙曲屋蓋深化精度不足以滿(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)施工要求的關(guān)鍵問(wèn)題。3.1.3勁性結(jié)構(gòu)深化。勁性結(jié)構(gòu)中鋼筋密集、鋼骨柱眾多，常規(guī)施工方法下，勁性混凝土梁、柱、墻節(jié)點(diǎn)施工質(zhì)量難以保證?；贐IM技術(shù)對(duì)典型勁性結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)展開(kāi)深化設(shè)計(jì)，優(yōu)化鋼筋綁扎順序、連接方式，避免出現(xiàn)因鋼筋翻樣錯(cuò)誤造成的返工。鋼骨柱深化節(jié)點(diǎn)如圖4所示，鋼板墻深化節(jié)點(diǎn)如圖5所示。

3.2機(jī)電深化設(shè)計(jì)

3.2.1機(jī)電模型深化。在設(shè)計(jì)階段模型基礎(chǔ)上按歌劇院、戲劇院、音樂(lè)廳3個(gè)標(biāo)段綜合建筑結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)、幕墻金屬屋面、舞臺(tái)機(jī)械等專(zhuān)業(yè)展開(kāi)深化設(shè)計(jì)，根據(jù)深化設(shè)計(jì)整體工作量對(duì)各標(biāo)段負(fù)責(zé)深化的面積進(jìn)行劃分（圖6）。劇院項(xiàng)目工期緊張，深化工作地上地下需同時(shí)開(kāi)展，保證最終完成進(jìn)度。為保證機(jī)電深化成果的可靠性以及準(zhǔn)確性，每周定期進(jìn)行機(jī)電評(píng)審例會(huì)，機(jī)電技術(shù)部專(zhuān)業(yè)工程師對(duì)本周成果進(jìn)行審核，提出修改意見(jiàn)并形成會(huì)議紀(jì)要。3.2.2綜合支吊架布置以及校核計(jì)算。綜合支吊架實(shí)現(xiàn)了安裝空間的合理分配與資源共享，滿(mǎn)足功能要求，預(yù)留檢修通道，觀感質(zhì)量好，達(dá)到了空間優(yōu)化的目的。劇院項(xiàng)目采用MagiCAD進(jìn)行綜合支吊架布置，考慮結(jié)構(gòu)樓板承重以及綜合支吊架螺栓載荷能力，布置間距設(shè)置為2m，為了降低綜合支吊架計(jì)算的工作量，選取必要位置進(jìn)行綜合支吊架布置，對(duì)于機(jī)電管線(xiàn)相對(duì)簡(jiǎn)單的位置依然采用傳統(tǒng)支吊架。地下室綜合支吊架渲染如圖7所示。根據(jù)設(shè)計(jì)以及廠家提供的機(jī)電參數(shù)得到初始狀態(tài)下綜合支吊架的荷載百分比，再通過(guò)軟件的規(guī)格優(yōu)選功能修改綜合支吊架各部分鋼材的型號(hào)使綜合支吊架在滿(mǎn)足荷載需求前提下，進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性?xún)?yōu)化選型。選型結(jié)束后可生成并導(dǎo)出計(jì)算書(shū)，同時(shí)還可查看綜合支吊架內(nèi)力、剪力、支座反力等受力分析，生成綜合支吊架剖面圖紙。3.2.3機(jī)電二次墻預(yù)留洞口深化。城市副中心劇院項(xiàng)目蒸壓加氣混凝土砌塊、輕鋼龍骨二次結(jié)構(gòu)等二次結(jié)構(gòu)工程量巨大，為減少后期二次墻體修改，通過(guò)Revit開(kāi)洞插件對(duì)機(jī)電300mm以上的二次洞口進(jìn)行預(yù)留。通過(guò)BIM對(duì)二次結(jié)構(gòu)的預(yù)留提升工作效率，減少二次墻體的拆改，提高二次結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量。3.2.4機(jī)電機(jī)房深化劇院項(xiàng)目機(jī)房質(zhì)量是項(xiàng)目魯班獎(jiǎng)的關(guān)鍵所在，機(jī)房多達(dá)十余種類(lèi)型，數(shù)量近百個(gè)，根據(jù)設(shè)備參數(shù)對(duì)機(jī)房二次墻體預(yù)留洞、排水溝布置、綜合支吊架、設(shè)備檢修運(yùn)輸通道、設(shè)備基礎(chǔ)等進(jìn)行模擬，提前發(fā)現(xiàn)潛在問(wèn)題，指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施工。機(jī)房效果渲染如圖8所示。

3.3二次結(jié)構(gòu)深化設(shè)計(jì)

二次結(jié)構(gòu)的質(zhì)量將影響后期機(jī)電安裝、精裝修施工。傳統(tǒng)方式CAD深化的方式具有工作量大、效率低、不可直觀查看、易錯(cuò)等局限性。基于機(jī)電預(yù)留洞提出進(jìn)行二次結(jié)構(gòu)深化，采用插件自動(dòng)生成包括構(gòu)造柱、圈梁、過(guò)梁、洞口等。為了確保二次結(jié)構(gòu)深化滿(mǎn)足施工規(guī)范要求，項(xiàng)目還采用Dynamo參數(shù)化編程進(jìn)行構(gòu)造柱間距核查。二次結(jié)構(gòu)深化模型還可以通過(guò)生成明細(xì)表的方式輔助商務(wù)算量。二次結(jié)構(gòu)深化及工程量統(tǒng)計(jì)如圖9所示。

3.4幕墻以及金屬屋面深化設(shè)計(jì)

劇院幕墻整體外形以及金屬屋面十分復(fù)雜，基于BIM技術(shù)進(jìn)行深化設(shè)計(jì)，創(chuàng)建精細(xì)幕墻施工模型。項(xiàng)目采用Rhino與Grasshopper進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計(jì)[4]，在控制整體造型的基礎(chǔ)上，按照設(shè)計(jì)要求對(duì)金屬屋面、外立面進(jìn)行分割，并根據(jù)節(jié)點(diǎn)要求進(jìn)一步深化面板。BIM深化設(shè)計(jì)減少了加工錯(cuò)誤率，避免因材料問(wèn)題影響工期。折疊鋁板深化模型如圖10所示。

3.5聲學(xué)深化設(shè)計(jì)

對(duì)二次結(jié)構(gòu)、機(jī)電增加聲學(xué)作法。劇院項(xiàng)目為滿(mǎn)足聲學(xué)設(shè)計(jì)要求增加大量的節(jié)點(diǎn)作法。二次結(jié)構(gòu)墻體方面，聲學(xué)會(huì)對(duì)部分位置二次墻體進(jìn)行加厚處理其隔聲封堵也有相應(yīng)節(jié)點(diǎn)作法，BIM模型針對(duì)加厚的二次墻體進(jìn)行顏色區(qū)分并出圖，對(duì)專(zhuān)業(yè)分包進(jìn)行直觀交底，減少施工過(guò)程中的因聲學(xué)造成的修改、返工。機(jī)電深化方面，聲學(xué)敏感用房?jī)?nèi)的噪聲均有要求的限值。聲學(xué)專(zhuān)業(yè)需要對(duì)機(jī)電系統(tǒng)中對(duì)聲學(xué)產(chǎn)生不利噪聲或振動(dòng)影響的設(shè)備進(jìn)行降噪和振動(dòng)控制，所以空調(diào)系統(tǒng)流速、風(fēng)管壁厚、水泵轉(zhuǎn)速等機(jī)電設(shè)計(jì)參數(shù)均有聲學(xué)限制值，還增加橡膠減震、隔聲氈、彈簧減震器、消聲器、靜壓箱等措施進(jìn)行降噪減震，這些額外措施無(wú)疑會(huì)增加現(xiàn)場(chǎng)機(jī)電的安裝難度，通過(guò)BIM深化將關(guān)鍵聲學(xué)節(jié)點(diǎn)體現(xiàn)在模型中并充分進(jìn)行管線(xiàn)綜合，減少因聲學(xué)要求造成的施工困難。

3.6機(jī)械舞臺(tái)深化設(shè)計(jì)

項(xiàng)目3個(gè)標(biāo)段歌劇院、戲劇院、音樂(lè)廳均有舞臺(tái)機(jī)械設(shè)備，舞臺(tái)機(jī)械是劇院項(xiàng)目使用功能的最重要表現(xiàn)，其專(zhuān)業(yè)深化由專(zhuān)業(yè)分包完成。將舞臺(tái)機(jī)械模型導(dǎo)成IFC格式鏈接于建筑結(jié)構(gòu)機(jī)電Revit模型中，進(jìn)行多專(zhuān)業(yè)協(xié)調(diào)、核查，避免舞臺(tái)機(jī)械與其他專(zhuān)業(yè)發(fā)生沖突，保障舞臺(tái)機(jī)械的順利安裝。項(xiàng)目舞臺(tái)機(jī)械模型多專(zhuān)業(yè)協(xié)調(diào)如圖11所示。

4BIM輔助深化設(shè)計(jì)綜合管理

4.1BIM平臺(tái)建設(shè)

城市副中心劇院項(xiàng)目深化設(shè)計(jì)涉及專(zhuān)業(yè)眾多，因此專(zhuān)業(yè)分包之間信息協(xié)同十分重要，為此北京建工集團(tuán)總承包搭建了BIM協(xié)同平臺(tái)用以保障各專(zhuān)業(yè)之間的信息互通。同時(shí)為加強(qiáng)工地的安全管理和提高生產(chǎn)效率搭建了智慧工地平臺(tái)。

4.2基于BIM的深化設(shè)計(jì)協(xié)調(diào)例會(huì)開(kāi)展

劇院項(xiàng)目整體空間設(shè)計(jì)十分復(fù)雜，為了更加直觀地掌握劇院多專(zhuān)業(yè)協(xié)調(diào)情況，每?jī)芍荛_(kāi)展1次BIM協(xié)調(diào)例會(huì)，參會(huì)人員包括總工程師在內(nèi)的各專(zhuān)業(yè)技術(shù)負(fù)責(zé)人以及專(zhuān)業(yè)分包技術(shù)負(fù)責(zé)人，協(xié)調(diào)處理BIM深化設(shè)計(jì)遇到的問(wèn)題，提升深化設(shè)計(jì)的可靠性。

4.3BIM深化設(shè)計(jì)出圖以及報(bào)審

劇院項(xiàng)目深化設(shè)計(jì)涵蓋的專(zhuān)業(yè)主要有鋼結(jié)構(gòu)、幕墻、金屬屋面、舞臺(tái)機(jī)械、二次結(jié)構(gòu)、機(jī)電等。深化設(shè)計(jì)成果主要以圖紙方式體現(xiàn)，其中鋼結(jié)構(gòu)、幕墻、金屬屋面專(zhuān)業(yè)均通過(guò)深化設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行下料加工。機(jī)電、土建專(zhuān)業(yè)依據(jù)設(shè)計(jì)院藍(lán)圖以及設(shè)計(jì)后續(xù)變更進(jìn)行深化出圖。由北京城市副中心投資建設(shè)集團(tuán)有限公司業(yè)主牽頭統(tǒng)一協(xié)調(diào)所有深化設(shè)計(jì)圖紙均需要報(bào)審設(shè)計(jì)，總包BIM團(tuán)隊(duì)根據(jù)設(shè)計(jì)院提出修改意見(jiàn)進(jìn)行修改，劇院項(xiàng)目整體圖紙共計(jì)報(bào)審4次，對(duì)最終版本進(jìn)行打印出圖并由設(shè)計(jì)院進(jìn)行簽字蓋章。

5BIM深化設(shè)計(jì)成效分析

5.1BIM深化設(shè)計(jì)效益分析

采用BIM技術(shù)進(jìn)行管線(xiàn)綜合，提出潛在重大機(jī)電變更45條，避免施工階段的返工和拆改預(yù)估節(jié)省費(fèi)用約300萬(wàn)元；二次結(jié)構(gòu)深化設(shè)計(jì)減少現(xiàn)場(chǎng)砌墻損耗以及拆改返工產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益約16萬(wàn)元；通過(guò)BIM進(jìn)行綜合支吊架布置以及經(jīng)濟(jì)性型號(hào)優(yōu)選，為項(xiàng)目創(chuàng)效約500萬(wàn)元；鋼結(jié)構(gòu)深化設(shè)計(jì)將復(fù)雜節(jié)點(diǎn)采用鋼板節(jié)點(diǎn)替代常規(guī)鑄鋼，減少用鋼量650t，減少臨時(shí)支撐用量1000t，減少1900余次吊次，鋼結(jié)構(gòu)施工累計(jì)效益1300萬(wàn)元。

5.2BIM深化設(shè)計(jì)總結(jié)

跨專(zhuān)業(yè)協(xié)同是城市副中心劇院項(xiàng)目深化設(shè)計(jì)重點(diǎn)，項(xiàng)目專(zhuān)業(yè)復(fù)雜涉及舞臺(tái)機(jī)械、鋼結(jié)構(gòu)、建筑結(jié)構(gòu)、機(jī)電、幕墻、金屬屋面等專(zhuān)業(yè)，各專(zhuān)業(yè)深化設(shè)計(jì)的開(kāi)展保障了現(xiàn)場(chǎng)施工的順利進(jìn)行，極大程度上避免了專(zhuān)業(yè)交叉造成的返工和拆改。深化設(shè)計(jì)開(kāi)展除了需要依托BIM技術(shù)外，其深化過(guò)程管理也非常重要，各專(zhuān)業(yè)如何配合、專(zhuān)業(yè)之間信息互通、如何確保深化設(shè)計(jì)成果可靠性、如何與設(shè)計(jì)院對(duì)接等是深化設(shè)計(jì)管理的難點(diǎn)?；贐IM技術(shù)三維可視化的深化設(shè)計(jì)，為工程質(zhì)量提供有利保障，信息化BIM作為一種日漸成熟的技術(shù)，在如今的建筑行業(yè)已然不可或缺。

參考文獻(xiàn)

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作者:吳良良 劉亞飛 惠志偉 王松 張進(jìn)杰 單位:北京建工集團(tuán)有限責(zé)任公司 北京優(yōu)比智成建筑科技有限公司