摘要：BIM技术应用发挥的作用已得到建筑行业的普遍认可，一些复杂结构或构造的工程建造，BIM技术的应用更是发挥了其不可替代的作用。国家海洋博物馆工程由四幢跨陆地、岸线、海域的白色流线型大型建筑组合而成，顺接平滑自然，体现了从陆地向海洋延伸的动态建筑形态。其造型新颖、曲线优美，为实现其独创、新颖的效果，给建造施工提出了更高的要求，本工程从场地布置、基础施工、钢结构施工、幕墙工程、机电工程、装饰装修工程等全专业使用BIM建造技术，本文分别就BIM应用软件、硬件的基本要求、应用实例等做相应的介绍，国家海洋博物馆工程BIM技术的应用从根本上解决了建造中出现的各种技术难题。
关键词：复杂结构；造型新颖；曲线效果；全专业；BIM建造技术；技术难题
1.工程概况
国家海洋博物馆是我国首座国家级、综合性、公益性的海洋博物馆，集收藏保护、展示教育、科学研究、交流传播、旅游观光等功能于一体的，展示海洋自然历史和人文历史的国家级爱国主义教育基地、海洋科技交流平台和标志性文化设施。该项目的建设在我国海洋事业发展史上具有里程碑意义，将结束我国没有一座与海洋大国地位相匹配的综合性国家海洋博物馆的历史，对于保护海洋文物，提高全民族海洋意识，建设海洋强国有重要意义。
项目位于天津滨海新区中新生态城旅游区内，毗邻规划的南湾景区，规划场区面积150 000㎡，建筑面积80 000㎡，本建筑呈四条“鱼跃”造型，由四幢跨陆地、岸线、海域的白色流线型大型建筑组合而成，顺接平滑自然，体现了从陆地向海洋延伸的动态建筑形态。屋面及幕墙圆润错落，凸显自然演变的建筑美感；外檐平面和立面弧形较多，配以铝板装饰突出大气稳重的外立面形象；整体造型优美，富有未来气息，充分体现了趣味性和知识性，如图1所示。
图1 项目效果图
为实现此优美的建筑造型，国家海洋博物馆从设计到实施阶段整个过程均采用BIM建造技术，整体模型和结构专业模型如图2所示。
（a） 项目整体模型 （b） 内部钢结构模型
图2 项目BIM模型
2 工程特点和难点等
1、国家海洋博物馆工程整体外部结构为不规则图形，造型新颖奇特。钢结构设计深化难度大，结构连接复杂，113榀不同倾斜角度的门式管桁架和南北端悬挑区域大型悬挑钢结构的安装难度较大，钢结构工程施工是本工程的重点，
2、因国家海洋博物馆工程特殊的造型，室内机电安装部分管线排布空间小，管线排布及设备工艺难度大；
3、幕墙结构形式特殊，造型依附钢结构部分设计等，导致本工程无法用平面图纸指导施工，特别是双曲面部位的施工。
4、室内展陈和精装修工程因布展需求，对门式管桁架室内精装修要求较特殊，
3 BIM组织与应用环境
3.1 BIM应用目标
BIM技术在本工程贯穿整个设计、组织管理及施工阶段，设计阶段包括整体结构的深化设计、各专业部分的受力分析、建筑性能分析、建筑安全性分析、管线综合排布、各专业工程量统计等；组织管理阶段包括组织专家论证方案、难点分析、BIM技术应用分析；施工方面包含布置施工场地、指导各专业施工、编写施工方案及交底、简化施工节点等，用BIM技术解决平面图纸无法处理的难题。
3.2 实施方案
本工程施工前已制定完备的BIM应用方案，首先建立起完备的BIM模型，主体结构、二次结构的施工，是在对设计院下发的Revit模型进行检查与分析并确认无误后，将模型信息简化并提取，下发给施工队伍，按模型施工。钢结构部分、幕墙部分在拿到设计院下发的初始模型后由施工队伍自行深化，将深化完成的模型交由设计方审核，无误后即可根据模型在工厂加工构件并提取坐标指导施工。机电安装部分使用Revit软件创建中心模型，由多人分专业创建并上传，最后检查碰撞并对碰撞处进行修改。本工程实现全专业BIM模型的设计深化，有效避免了各专业分开深化后的内容冲突，也避免了由二维向三维转化所产生的数据丢失现象。
3.3 团队组织
本工程由设计院进行BIM设计，代建单位统筹协调，施工单位及相关参建单位具体实施，建立了代建单位、设计单位、施工单位协同工作管理架构，做到逐层细化，协同管控。同时为了更有效的应用BIM模型指导施工，本项目采取了BIM组织团队全员进行BIM学习的管理模式，定期对全员工作人员进行BIM使用知识培训，做到每个人都能熟练的查看BIM模型并可以准确提取所需要的工程量。
各单位间采用以神经为模型的组织框架，环环紧扣，有效的缩短了模型问题的反馈时间，加快了工程进度，具体形式如图3所示。
图3 海洋博物馆各单位组织构架
3.4 应用措施
本工程沿用设计院所给出的BIM相关标准，在族命名、构件颜色、构建信息、交付等方面进行细化及优化，形成统一的规范，各专业在严格按照优化后的标准进行模型深化，保证深化后的模型能够顺利整合，确保信息不会丢失。
整合模型按照施工顺序依次进行，并利用Navisworks软件检查碰撞及其他问题，并根据前一步施工的模型深化下一步的施工模型，循序渐进，有规可循，有效的避免了各专业深化完成后再整合导致的结构冲突，保证工程模型一次成型，避免后期修改，有效的节省了时间。
3.5 软硬件环境等
本工程主要应用软件有
Autadesk AutoCAD
Autadesk Revit
Autadesk Navisworks
Fuzor 2016
Tekla 19
Rhinoceros 5
具体使用情况如图4所示。
图4 部分BIM软件使用情况
项目设计使用设备为专业图形工作站，主要硬件配置如下：
CPU：Intel I7 6700K
内存：4×8G 2400MHz DDR4
显卡：NVDIA Quadro K5000
硬盘：1TB 3.5inch SATA 7200Rpm机械硬盘+256G SSD固态硬盘
4 BIM应用
4.1 BIM建模
本工程直接使用BIM技术进行设计，采用全专业BIM建模，土建及二次结构部分由设计院利用Revit软件建模，钢结构采用Tekla软件进行深化并进行力学分析。幕墙结构采用Rhinoceros软件深化并投入生产，所有模型通过Navisworks软件进行整合并做碰撞检查，根据模型整合中出现的问题进行修改，使钢结构、主体结构、机电安装及幕墙结构紧密结合，所有主要专业模型均包含全部构件，精度均达到LOD400。
4.2 BIM应用情况
（1）施工场地布置。场地布置以设计院下发整体模型为基础，根据现场实际情况对施工现场，办公区域、工人生活区等各功能区域进行优化排布。并根据主体结构模型确定了临时道路位置和塔吊位置，保证在上部钢结构施工完成后不会影响道路车辆通行，也保证了塔吊在不与主体结构碰撞的前提下保留有足够的覆盖范围。具体模型如图5所示。
（a） 整体场地模型 （b）塔吊排布模型 （c）办公区域模型
图4场地布置模型
（2）BIM模型交底。本工程在施工过程中利用BIM模型的可视性，对容易混淆的部位标注不同的颜色及添加其他标识，对工人进行交底，通过直观的三维图形和容易分辨的颜色，能让工人更加直观的理解所需要做的工作，能有效的避免因对图纸的错误理解而造成的返工。
（3）机电安装管线排布。本工程空间高大，造型不规则且管线排布多样密集，利用BIM模型对建筑内管线排布进行模拟综合排布，漫游及深化，有效的利用了空间，而使用模型对构件提前加工能够有效减少施工时间和减少施工废料。按照模型中的管线布置进行施工可以减少对后续管线施工造成的预留量不足问题，为交叉作业顺利进行提供了可靠的施工依据。屋面的设备管线与幕墙交界处为不规则图形，用平面图纸无法表述，但是用BIM模型可以提取截面的形状并进行加工，做到精准施工。机电安装模型如图6所示。
（a） 整体机电安装模型 （b）屋面设备管线排布模型
图6 机电安装模型
（4）现场形象对比。由于BIM模型可在任意角度查看，并且可以在移动设备中查看模型，所以在施工过程中可以通过移动设备，将模型和现场进行相同视角比对，能够快速的确定施工进度、及时发现施工错误，提高了现场的办公效率。模型与现场施工对比如图7所示。
图7 现场施工与模型对比图
（5）钢结构节点深化。本工程钢结构下部采用了全国首例球形万向铰支座，构件构成复杂，受力复杂，考虑工程特点和现场情况，使用BIM模型进行深化，保证构件投入使用后的稳定性及安全性。模型变化如图8所示。
（a） 深化前万向球型铰支座模型 （b） 深化后万向球型铰支座模型
图8 万向球型铰支座深化前后对比图
5 应用效果
效率和效益分析
本工程通过利用BIM模型进行施工指导，解决了平面图纸无法准确指导异形结构施工的问题，将过去不可能完成的工程变成现实。通过BIM模型的使用也有效的避免减少了根据平面图纸施工而造成的误差，加快了工程进度，提高了施工效率。在各专业模型的整合过程中，解决了施工中常见的碰撞问题，减少了施工后的反复拆改，减少了由于后期拆改所造成的工期延误和成本浪费。而使用明细表能提取各构件准确的工程量，可有效节约成本。
各专业模型整合如图8所示。
图8 各专业整合模型
6 结语
本工程结构复杂，曲面造型多变，BIM技术的应用打破了由平面图纸单一指导施工的局面，利用BIM模型对整个项目进行全方位、全专业指导，无论是结构深化，碰撞检查，工程量确认，工程信息的提取与应用，漫游展示，还是对构件的剖面细分，都是BIM模型逐渐取代平面图纸的一种趋势，BIM技术的应用有效推进了项目的顺利进行，解决了结构复杂、曲面造型多变的建造难题，并有效的节约了施工时间和成本，更为后期场馆的运营管理提供了有效的管理途径。
参考文献：
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[4]程建华，王辉.项目管理中BIM技术的应用与推广[J]施工技术，2012.41（371）：18-21
论文作者:潘竞龙,陈淑霞,王旭,张军
论文发表刊物:《基层建设》2018年第27期
论文发表时间:2018/10/1
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