湖南省美术馆及艺术家之家项目BIM应用

项目地点：长沙市湘江新区

项目总投资：2.99亿元

占地面积：5.3万平方米

建设规模：集陈列展览、收藏保管、学术研究、教育推广、对外交流、公共服务等为一体的湖南美术新地标。

建设内容：美术馆、文艺家之家，地下一层，地上三层。

项目参与人员

土建BIM工程师：朱璐

商务BIM工程师：陈逸

安装BIM工程师：周瑾

BIM应用平台

模型创建 ：Revit

模型应用 ：Navisworks 、广联达BIM5D 、Dynamo

项目特点

美术馆、文艺家之家外部采用幕墙结构，包含陶土板幕墙系统、陶土百叶幕墙系统等等，无论是平面结构还是立面结构都非常复杂。

美术馆主楼层高约 6m，美术馆大展厅、门厅及文艺家之家展演厅处最高达18m，高支模数量大，支模高度高。

本工程地下室结构平面超长，地下室设计有纵横交错的后浇带多条，从基础到顶板贯穿整个地下室。

本工程外立面复杂，外架搭设分段多，位置及搭设时间不一，给架体的设置和受力分析带来很大困难。

【施工技术】BIM技术应用

高支模方案

本工程高支模区域共有12处，最大跨度27m，最大梁600*1800，最高支模高度为18m，高支模状况复杂。当前建筑工程结构形式多种多样，方案编制工作量较大，要熟悉规范、精通计算及材料力学等；一份专业的实施性模板工程施工方案还包括模板支架平面布置图、梁构件详图、关键节点大样图；通过专业的图纸和文字描述的交底方式已经不能很好的阐述方案设计意图，以及对复杂节点的处理上，无法直观的表达出来。根据以上存在的问题，借助BIM可视化模型并参考国家规范，自动生成出模板和脚手架设计，对项目高支模部分进行智能识别，计算并生成材料统计、模板脚手架施工方案和高大模板安全计算书等。

图1-1 高支模截图立面

外脚手架方案

本工程外立面复杂，外架搭设分段多，位置及搭设时间不一，给架体受力验算和搭设带来很大困难，如何确定各段搭设参数及搭设时间，保证安全稳定是工程施工的难点。其中美术馆三层，每层部分位置向内收缩减小，屋面层分三部分，标高各不一致。其复杂性对于脚手架的布置存在困难，使得脚手架体布置无法像普通建筑一样上下、四周贯通起来，针对分段分层布置不一、搭设分段多等问题，传统的技术方案编制费时费力，且不易发现问题，决定运用BIM技术对外脚手架进行三维设计。

图2.1 外脚手架模型

首先建立土建模型，在此基础上建立脚手架模型，由于建筑物结构异形，且需要对作业人员提供工作面，这就对架体结构稳定性、承载力有很高的要求，本方案设计初始对建筑物周围进行设计，运用 BIM模型建模之后，能把建筑物完全包围，并能提供工人作业面，可以达满足到施工要求。配合进度计划确定每段开始搭设时间，优化搭设参数，出具工程量清单，实行限额领料，节约成本。

图2.2 外脚手架工程量清单

幕墙工程深化设计

美术馆、文艺家之家外部采用幕墙结构，包含陶土板幕墙系统、陶土百叶幕墙系统等等。其中玻璃采光顶系统钢立柱与固定在主体结构上的钢码件螺栓连接，横梁通过螺栓与立柱连接置于钢梁之上。钢化中空玻璃通过压板、不锈钢螺栓固定在钢横梁上。

本工程主要为红陶土板幕墙系统，幕墙的施工的难点，关键是控制单元式转接件的安装精度、小单元陶板组件制作及板块吊装。本工程造型复杂，无论是平面结构还是立面结构，都十分复杂，如何准确放线定位将本工程施工的难点。

图3.1 幕墙深化设计

根据图纸不同的构造详图，应用revit对幕墙进行深化设计，指导项目现场制作预埋件，准确定位预埋件位置，分析节点模型构造形式，帮助技术及安装工人理解设计意图，指导现场进行安装，保证安装的精度。根据红陶板幕墙系统施工工艺要求，确定红陶板安装流程，进行三维技术交底，指导现场工人进行安装，确保安装质量。

利用Dynamo进行编程，设置成套编码电池组，建立参数化的数字、几何一体化模型，并对红陶板幕墙单元板块进行快速编号及工程量统计。从而解决安装精度及小单元组件匹配制作的难题。

图3-2 Dynamo电池组

开放式裂纹陶板小单元板块加工开放式裂纹陶板小单元板块加工制作是本项目的重点、难点。

利用BIM技术对开放式裂纹白陶土板幕墙外立面装饰为开放式的裂纹设置，以大展厅南侧为例，整个幕墙19个分块裂纹设置采用四个基本单元组合而成，建立四个基本单元深化模型，进行模型预分割，确定分割缝位置。

利用模型对小拼接件进行编号并标注在白陶板背面，指导进行准确现场定尺切割与小分块预拼接，保证开放式裂纹白陶土板下料及拼接精度。

对白陶板、铝条、铝板、角钢开孔位置进行深化设计定位，辅助整体四个基本单元板块共1695个孔位机械钻孔定位，控制尺寸偏差，减少二次钻孔，节约材料及生产成本。

预应力结构

预应力梁截面尺寸较大，复杂节点处钢筋排布密集，对预应力筋的布置造成影响。预应力体系受力复杂张拉难度大、影响结构施工质量。预应力结构在施工过程中，具有其不可逆性。

图4-1 预应力构件

所以在施工过程中如果控制的不合理，都有可能引起经济损失。针对预应力结构的特点与施工需求，开展基于BIM的预应力结构施工过程前的控制与优化研究是非常有意义和必要性的。

本工程屋面大跨度梁采用有粘结预应力技术，梁截面尺寸为600*1600、600*1800，最大跨度27m，保证预应力施工质量是本工程难点。

建立模型进行预应力梁深化设计，确定预应力筋位置，指导预应力筋定尺下料及定位绑扎。

图4.2 钢筋节点模型

建立钢筋较密集位置节点模型，利用BIM模型对预应力筋进行排布时发现预应力筋与普通钢筋存在多处冲突，及时会同设计单位及专业预应力公司调整节点的布置，确保设计要求和钢筋位置正确，避免主体结构的二次开洞带来的安全隐患及材料浪费。

BIM应用价值

1）在建筑业较大事故中，因支撑架坍塌造成的人员伤亡数量占伤亡总数的30%以上.根据相关要求。承重模板支撑架须根据规模编制专项施工方案甚至组织专家论证；模板及支撑架费用占结构费用的30%，用工数占结构总用工的40%。利用BIM技术的信息化三维建模优势，从空间与信息两个方面准确定位模板大小及空间位置，杜绝模板位置错误的现象出现。

2）通过BIM技术，完成排脚手架模型创建及搭设施工方案要求，进行脚手架材料的精细化统计管理。对脚手架安全系统进行高度模拟保障，降低施工风险，节约施工成本，提高施工质量。

3）根据幕墙系统施工工艺要求，确定红陶板安装流程，对幕墙系统进行深化设计，运用Dynamo进行编程设计，对幕墙单元进行快速编号，对工人进行三维技术交底，指导现场安装，确保安装质量。

4）根据结构剖面图和平面图建立预应力模型，并利用模型进行深化设计，制作后张法有粘结预应力工艺交底动画，从工艺流程、质量控制点，进行清晰详细的交底，确保预应力专业施工质量。

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