数字化建造技术在南岛会议中心项目中的应用

数字化建造技术在南岛会议中心项目中的应用

熊磊

上海建工一建集团有限公司，上海浦东新区200120

摘要:在滴水湖南岛国际会议中心项目中，针对“时间紧”、“标准高”、“难度大”等核心问题，一建集团EPC总承包发挥设计管理优势，结合设计施工一体化的方法，利用建筑工程数字化建造技术、结构工程数字化建造技术、机电工程数字化建造技术和幕墙工程数字化建造技术等进行数字化建造工作，创造了巨大的经济效应，为后续此类工程起到示范作用。

关键词:建筑工程数字化建造技术；结构工程数字化建造技术；机电工程数字化建造技术；幕墙工程数字化建造技术

1项目背景

“滴水湖南岛会议中心新建工程”位于上海市浦东新区申港街道南岛1号。毗邻造型别致的皇冠假日酒店，会议中心以“果实”为概念，与皇冠假日酒店、游艇俱乐部“花”、“叶”的形态相协调，形成统一有序、相映成趣的南岛风貌，象征着“金秋十月，开花结果”。

项目总用地面积约4800平方米，总建筑面积约6561.06平方米。共分为两个单体，分别为会议中心和设备机房。会议中心地上1层，内部局部3层和2层，配套设备机房地上1层。会议中心基础形式为桩基承台基础，桩基采用34米和28米的PHC500-AB型预制管桩，基础底板混凝土强度等级为C35。主体结构为钢框架+屋面桁架结构，心钢结构总吨位约1300吨，桁架最重为22.43t，最大长度为41.9m，采用双机抬吊施工。

图1滴水湖南岛会议中心效果图

2项目难点

滴水湖南岛会议中心项目具有三个建设难点：“时间紧”、“标准高”、“难度大”。

滴水湖南岛会议中心项目工期紧迫，从接触到项目需求要最终竣工时间的2020年9月15日，总工期138天。其中留给设计创意到落地施工交付的时间仅80天，这对设计师和项目施工方来说都是一次巨大的挑战。滴水湖南岛会议中心不仅需要满足国际会议的高标准，也需要满足后期酒店运营需求，这对各功能房间和空调通风设备夹层的设计提出了更高的要求。滴水湖南岛会议中心结构主体跨度大，包含两个复杂异形曲面部分：半隐框玻璃幕墙立面与屋面屋面，外观复杂，设计复杂程度高，需要在及其有限的时间内将方案转变成可精确定位的三维施工模型。

针对众多的设计难点，基于BIM平台，我们采用建筑工程数字化建造技术、结构工程数字化建造技术、机电工程数字化建造技术、幕墙工程数字化建造技术和设计施工一体化的方法[1]，实现了复杂项目的技术创新，形成一批专利技术成果[2-4]。

3数字化建造技术

3.1建筑工程数字化建造技术

临港会议中心的屋面形体复杂，结构定位难度大，给屋面的梁结构和桁架结构设计带来了较大困难。为了解决这些问题，在设计之初采用建筑Rhino软件进行主体建模定位，它能够实现建筑结构在三维空间的模拟，同时还为异形空间造型与结构的衔接提供技术支撑。

在深化方案模型的过程中，我们采取了以下步骤，实现金属幕墙屋面异形曲面方案模型向施工图的转换。

1）把方案的SketchUp外轮廓模型导入Rhino中，并设定不同的图层加以区分。

2）通过对SketchUp模型屋面挑檐部分外轮廓进行分析，确定屋面挑檐部分为可确定曲率的单曲面，通过Rhino精确模拟出单曲面所对应的曲线，从而可对挑檐的曲面进行定位及图形描述。

3）通过对SketchUp模型屋面中部的曲面进行分析，确定该部分为多个三角面形成的类双曲面多面体，通过对该部分的控制点进行定位即可重建多面体，从而可对该部分进行精准定位及图纸绘制。

在建筑曲面建模完成后，我们将结构的平面图纸导入Rhino软件中，使梁柱在x,y轴先进行定位，再将定位投影到曲面屋顶上，找到梁柱对应的Z轴位置，从而在三维空间内确定梁和柱的尺寸及定位，也可保证与建筑幕墙不产生矛盾碰撞。主体建模搭建完毕后，可提取数据导入结构有限元计算软件Midas中进行数字化设计，解决了复杂不规则结构建模效率低下的问题。

3.2结构工程数字化建造技术

在结构设计中，团队采用了Tekla、Revit、PKPM和Midas等软件进行三维建模、结构设计、结构优化和结构复核等工作。

设计初期，本工程通过结构计算软件PKPM和有限元计算软件Midas进行结构方案设计。设计中期，可以通过PKPM和Midas进行结构设计和结构优化工作。

施工图设计阶段开始后，结构设计团队采用数字化建造技术，采用Autodesk Revit软件进行正向设计，参数化、构件化搭建会议中心三维模型。以此为基础，以便于设备管线安装、屋顶幕墙、室内装饰等专业在BIM平台上进行设计工作，实现了施工图设计与深化设计的同步完成，提高了设计速度，保证了设计质量。

深化设计阶段，可以将优化过的PKPM模型数据导入Tekla中进行钢结构深化工作，利用Tekla三维模型确定最合理的施工方案，加强材料下单、加工、进场控制，同时控制三维模型和二维图纸的同步性，减少施工人员和管理人员翻阅二维图纸和材料报表的时间，避免以往施工过程中经常发生的碰撞干涉问题，节约成本，加快进度，提高效率。

3.3机电工程数字化建造技术

会议中心建筑桁架内结构复杂，部分空间需布置较多的大风管；建筑局部区域吊顶要求较高，一层及二层梁底机电空间450毫米，大面只能布置一层管线。这些问题对机电设计及现场施工提出了更高的要求。针对这些技术难点，本工程引入BIM技术，采用机电安装工程数字化建造技术进行设计工作。

机电安装利用Revit软件以土建模型为基准搭建综合管线模型进行机电设计，主要为两个部分，一以配合土建预留工作为主，进行机电主管线与主体结构相关内容的设计工作。机电工作范围自系统前端到系统所有精装末端，从室内管线到外总体管网，施工范围涵盖了机电工程项目的几乎全部内容。为保证在如此短时间内完成机电安装任务，机电深化设计所在设计院出相关扩初图纸时便提前介入，利用BIM辅助设计，在复杂钢结构的建筑模型中论证机电管线是否能顺利安装，从而确定设计方案中提出的装饰标高是否能够满足在今后施工过程中能否实现。通过对系统的优化、改变管线和吊顶内设备的安装等方式，协助设计院确定会议中厅装饰底标高为10.5米，侧厅装饰底标高为4.5米，VIP会议室装饰底标高为4.2米。

二对应于精装修要求的情况下，进行机电末端的深化设计工作，另外采用Navisworks软件进行管线碰撞检测，提前优化管线布局，避免现场返工。

3.4幕墙工程数字化建造技术

在深化方案模型的过程中，我们通过Rhino进行半隐框玻璃幕墙立面这一复杂曲面部分模型的搭建，采取了以下步骤，实现此异形曲面方案模型向施工图的转换：

1）金属幕墙部分，可通过Rhino的切割模型命令，使屋面的曲面对幕墙进行切割，这样生成的结果较为准确。

2）根据幕墙公司的反馈来进一步深化，并控制误差，若误差超出了认可范围，需要对模型进行调整，以满足实际需要。

本工程幕墙结构还采用Rhino+Grasshopper技术，对屋面2500多块异形带角度翘曲铝板进行精确编号，便于工厂顺序加工及现场顺序施工，减少二次搬运，使得本项目的设计和施工的成本管理更加清晰明了可控，降低了项目实际操作难度，提高了工作效率，解决了常规无法入手异形建筑的问题。

4结论

滴水湖南岛国际会议中心项目自成立以来，根据工程进度和总体施工部署，一建团队发挥高端会议建设经验，联合各个专业，进行BIM平台的数字化建造工作，涉及到的软件包括：SketchUp、Revit、Tekla、Rhino等，通过对所有专业模型的整合，分析各专业相互关系，减少专业之间的冲突，节约了沟通成本。

本工程中BIM技术与各方进行协同工作，结合施工方案、施工模拟和现场视频监测，大大减少建筑质量问题、安全问题，减少返工、整改、变更，节省了时间和工期。

参考文献

[1]20QTYJJT-01,南岛国际会议中心设计施工一体化数字建造关键技术(上海建工集团科研课题).

[2]上海建工一建集团有限公司,上海市机械施工集团有限公司.一种双层屋面

幕墙结构的施工方法:中国,CN112814383A[P].2021-05-18.

[3]上海建工一建集团有限公司.一种内置装饰灯光片结构的使用方法:中国,CN

112728505A[P].2021-04-30.

[4]上海建工一建集团有限公司.一种装饰一体化落水管结构的设计施工方法:中国,CN112814382A[P].2021-05-18.