BIM技術在亞運會大型水上運動中心項目施工中的應用

建筑信息模型（BIM）技術是一種在建筑施工階段發(fā)揮著不容忽視作用

的信息傳遞和處理方法。通過BIM技術自身的特點可以實現(xiàn)建筑信息的共

享，各專業(yè)的協(xié)同工作，輔助參與人員加深對項目建設的理解，提高建筑施

工的精度和效率。

目前，BIM技術具有可視化等特點，因此在建筑施工過程中應用BIM技

術越來越受到專家學者的關注。

張維廉等在進行鋼結構設計時應用了BIM技術，創(chuàng)建出了大跨度鋼結

構成形態(tài)的立體模型，并融合三維激光掃描和有限元分析等技術方法，實現(xiàn)

了空間結構施工的精細化管理。劉占省等基于BIM技術進行了預制裝配式

風塔架的建模，得到了在參數(shù)變化驅動下結構整體形變和應力分布的狀態(tài)，

為結構施工提供了可靠的依據(jù)。顧濤針對大型鋼結構提升改造項目主體鋼

結構修整工程量繁重，新老結構重合界面眾多等問題，進行模型整合時利用

了BIM技術，有效地克服了鋼結構與建筑、機電等專業(yè)的碰撞問題，實現(xiàn)

了各專業(yè)間的協(xié)同工作，提高了鋼結構的施工效率。胡林策等在鋼結構的施

工過程中，基于BIM技術進行施工現(xiàn)場的規(guī)劃，結構深化設計，極大地提

高了建造信息的共享水平和施工進度。Roslla Marmo等提出了一種開放

的標準方法來擴展和驗證基于建筑信息模型（BIM）和設施管理（FM）系統(tǒng)

集成的方法，為建筑施工管理精度和效率的提高提供了參考，有效地打破了

數(shù)據(jù)信息的交互壁壘。Wawan Solihin等提出了一種將建筑數(shù)據(jù)轉換成簡化

模式的新方法，具有高性能查詢和實時支持多種查詢類型等優(yōu)點，從而使建

造檢查過程更容易、更穩(wěn)健，實現(xiàn)了項目管理的數(shù)據(jù)化、智能化、實時化。

1、工程概況

北支江水上運動中心位于浙江省杭州市富陽區(qū)東洲街道，用地面積

12.81萬㎡，總建筑面積6.78萬㎡，為覆土建筑，主樓地上6層、高24?m，

裙樓地上1層，高13.45?m，東西長約600?m，南北寬約150?m。本項目設

1層地下室，地下建筑面積2.24萬㎡，其中人防區(qū)面積3?362.5?㎡（圖1）。

本項目中體育場館上部結構為框架結構，其中大跨度部位采用型鋼混凝土

組合結構。組合結構中選用型鋼混凝土柱和型鋼混凝土梁。

圖1 北支江水上運動中心效果示意

2、結構施工難點

未來建筑行業(yè)的主要發(fā)展趨勢和重點突破的方向是大型組合結構工程

的建設，組合結構材料具有經濟效益高、結構性能好等優(yōu)點；大跨度空間結

構體系因輕質、多用途的形式和建筑影響，已被廣泛用作體育場和露天廣場

的屋頂。本項目結構建造的難點如下。

（1）鋼結構安裝范圍廣，且對鋼結構的安裝影響較大的是下部基礎結

構。

（2）結構施工復雜，作業(yè)面眾多。

（3）構件與管線眾多。

（4）現(xiàn)場施工機械多且調度復雜。

3、基于BIM技術的施工流程

亞運會大型水上運動中心項目BIM技術的應用流程如圖2所示。

圖2 BIM在結構施工中的應用流程

在設計階段，基于施工圖紙和模型創(chuàng)建標準，可應用BIM技術對體育

場進行三維立體建模，實現(xiàn)對建筑、結構、機電多專業(yè)的協(xié)同設計。在BIM

模型的基礎上，對圖紙進行會審、管線碰撞檢測和鋼結構節(jié)點深化，對施工

工藝進行可視化技術交底，提高施工的精細化程度。在施工過程中，將BIM

技術與三維激光掃描技術、虛擬現(xiàn)實技術等現(xiàn)代化數(shù)字技術相結合進行施

工技術交底，對鋼結構現(xiàn)場施工進行模擬分析，以保證施工正常運行并嚴格

把控施工進度。

4、BIM技術的應用價值

4.1 可視化技術交底

BIM技術在結構施工過程的應用極大地體現(xiàn)出三維可視化的優(yōu)勢。通過

大量應用BIM技術，進一步提高場館組合結構施工的整體質量和效率。BIM

技術改變了傳統(tǒng)二維的設計模式，能呈現(xiàn)三維立體化的模型，可更直觀地表

達設計理念，其可視化的技術特點讓現(xiàn)場參建人員更深刻地理解施工效果，

減少施工誤差。

4.2 專業(yè)間協(xié)同工作

亞運會大型組合結構體育場館設計，需多專業(yè)協(xié)作。與傳統(tǒng)的CAD二

維設計相比，BIM技術打破了三大專業(yè)（建筑、結構、機電）獨立工作的模

式。BIM技術具有很高的協(xié)調性，可為多專業(yè)的信息共享提供渠道，避免設

計過程中出現(xiàn)的碰撞和誤差，提高施工可行性。

4.3 施工動態(tài)模擬

在大型組合結構體育場施工中BIM技術的另一個優(yōu)勢是動態(tài)模擬。由

于亞運會體育場館涉及的各施工環(huán)節(jié)具有一定的關聯(lián)性，需對施工工藝流

程進行合理規(guī)劃，應用BIM技術對組合結構施工進行模擬，論證了施工方

案的可行性，可對后續(xù)施工環(huán)節(jié)起到科學的指導作用，使施工現(xiàn)場的物料資

源調度和施工管理更為便捷。

5、BIM模型搭建及深化設計

5.1 模型的創(chuàng)建

根據(jù)不同施工階段模型的精細化程度，建立本項目的BIM模型。通過

BIM技術建立的建筑模型、結構模型及機電模型，可實現(xiàn)各專業(yè)間的協(xié)同設

計，提高施工可行性，也為后續(xù)深化設計、施工模擬、施工管理做好準備。

BIM模型的建立如圖3所示。

圖3 BIM模型建立

在模型創(chuàng)建的同時，根據(jù)不同專業(yè)、不同崗位的工作對BIM模型進行

實時更新，以保證模型和現(xiàn)場施工的一致性，竣工驗收后可直接將修正后的

模型交給運營單位，方便建筑物的后期維護。

模型創(chuàng)建完成后，可根據(jù)模型進行工程量計算，為施工成本管理提供依

據(jù)。基于BIM模型進行深化設計、仿真模擬，指導現(xiàn)場施工，使施工過程

中的各項管理更為便捷。

5.2 管線碰撞檢測

基于BIM的三維可視化碰撞檢測功能，可在施工前，優(yōu)化和協(xié)調施工

圖紙，實現(xiàn)節(jié)能減排和綠色環(huán)保。傳統(tǒng)的二維CAD施工圖紙各專業(yè)工作彼

此獨立易發(fā)生交互碰撞。本項目針對機電管線系統(tǒng)組成多、安裝定位精度要

求嚴格等特點，建立全專業(yè)的三維機電管線模型進行碰撞檢測和三維管線

綜合，杜絕了因碰撞造成的拆改，并可在竣工后提供與實際情況一致的信息

模型。基于BIM技術的管線碰撞檢查流程如圖4所示。

圖4 管線的綜合碰撞檢查流程

應用BIM技術集成各專業(yè)的設計信息建立工作集，進行三維漫游、標

高分析和孔洞排查，提前發(fā)現(xiàn)圖紙中的誤差。本項目施工前，通過檢查發(fā)現(xiàn)

了數(shù)百處機電專業(yè)內的問題和土建專業(yè)與機電專業(yè)之間的碰撞問題。出圖

后進行圖模比對，對發(fā)現(xiàn)的問題可在三維模型中進行更改，圖紙也可自動更

新極大地提高了深化設計效率。圖紙碰撞檢測修改前后對比如圖5所示。

（a） （b）

圖5 管線碰撞檢測前后對比

（a）修改前；（b）修改后

5.3 鋼結構節(jié)點深化

大型鋼結構體育館深化設計的精細程度在很大程度上影響建筑施工質

量，整個深化設計環(huán)節(jié)的核心工作是對鋼結構節(jié)點的深化設計。

采用Tekla進行鋼結構深化設計及優(yōu)化時，充分考慮鋼結構與土建、機

電、幕墻等專業(yè)的節(jié)點構造關系，并將深化后的模型制作出安裝模擬視頻，

供三維可視化交底及驗收用。

利用Tekla強大的三維建模功能，建立完整的鋼結構模型，直觀展示建

筑設計效果，清楚準確地呈現(xiàn)設計理念；還可從任意角度和方位觀察模型中

的節(jié)點和構件，及時發(fā)現(xiàn)并處理存在問題，鋼結構關鍵節(jié)點深化設計如圖6

所示。

（a） （b）

圖6 鋼結構連接節(jié)點的深化設計（計算機截圖）

（a）鋼梁拼接節(jié)點；（b）梁柱節(jié)點

5.4 圖紙會審

在圖紙會審階段，應用BIM技術可以使各參與方特別是施工單位對施

工圖紙、設計理念把握更準確，找到解決施工難點的方案，從而消除設計缺

陷，提高施工可行性。

本項目建立BIM模型時，發(fā)現(xiàn)部分施工圖紙未按設計標準繪制，“錯、

漏、碰、缺”現(xiàn)象較多，為此基于BIM技術進行協(xié)同設計，整合建筑與結構

專業(yè)模型，對專業(yè)問題或專業(yè)間的問題進行全面檢查，以發(fā)現(xiàn)專業(yè)間的沖突

和構件標高方向上的偏差，尋找建模失誤或圖紙中隱含的設計問題，并生成

圖紙檢查報告。

6、BIM技術驅動的施工模擬分析

綜合BIM建筑、結構、機電模型和施工進度的相關文件對施工過程和

關鍵施工工藝進行動態(tài)展示，既可直觀地呈現(xiàn)整個施工過程，確保對各項施

工工作的實時管理，也可形成4D施工進度的模擬目標。

6.1 施工進度模擬

基于本項目的建造特點，通過設置時間節(jié)點，可直觀地分析各時刻的施

工工序，進而模擬整個建造過程，保證在計劃工期內完成施工。基于BIM技

術的施工進度模擬如圖7所示。

通過完成對整個建筑施工流程的動態(tài)模擬，可直觀展示其中任何技術方

案的實施方案和進度計劃，對施工單位做可視化的技術交底。

總體而言，利用BIM技術的可視化4D模擬串聯(lián)，整個施工過程，可實

現(xiàn)對整個施工流程的全方位立體化呈現(xiàn)。

圖7 基于BIM的施工進度模擬（計算機截圖）

6.2 鋼結構安裝模擬

基于三維激光掃描的優(yōu)點，可獲取所有構件的位置信息，形成點云數(shù)據(jù)，

建立點云模型由逆建模形成施工過程的BIM模型。在鋼結構安裝前進行預

先安裝模擬，以確定構件最終的位置坐標。

由三維激光掃描對模擬安裝的構件提取點云數(shù)據(jù)，將逆建模形成的BIM

模型與設計時的BIM模型作對比，在所有施工步驟均進行兩個模型的對比，

可及時調整施工誤差，保證施工與設計的一致性，提高施工精度。

BIM技術與三維激光掃描技術融合驅動鋼結構的安裝如圖8所示。

圖8 鋼結構安裝模擬流程

7、結束語

在大型組合結構體育場館施工的過程中，傳統(tǒng)的管理模式存在管理效率

低下、施工精細化程度不足等弊病。

北支江水上運動中心項目建設過程中融入BIM技術，包括三維模型的

建立到深化設計、施工模擬，并將BIM技術融合三維激光掃描技術，提高

了施工效率和施工精度。

（1）利用Revit創(chuàng)建建筑的三維立體模型，并依據(jù)BIM模型對管線進

行碰撞檢測及鋼結構節(jié)點深化，實現(xiàn)了各專業(yè)工作的協(xié)同，在大幅度提高設

計效率的同時，也提高了施工的可行性。

（2）在BIM模型創(chuàng)建的基礎上，將模型導入Navisworks進行施工進

度模擬，嚴格把控各施工步驟的連貫性，保證在工期內竣工。結合三維激光

掃描技術，通過可視化模擬鋼結構安裝過程，保證了施工與設計的一致性。