国家海洋博物馆项目公共区精装修工程BIM应用介绍

国家海洋博物馆是中国首座国家级、综合性、公益性的海洋博物馆，位于天津滨海新区-滨海旅游区，项目占地面积30万平方米。该项目的建设在中国海洋事业发展史上具有里程碑意义，建成后将展示海洋自然历史和人文历史，成为集收藏保护、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。

1. 项目概况

本项目BIM应用围绕复杂曲面造型，从效果展示和确认、现场数据获取、碰撞分析、设计优化、编码下单、施工交底、加工管控、安装管控、竣工结算进行完整闭环的施工深化应用。

2. 项目重难点

项目部进场后立即对该项目的情况进行了深入分析，明确鱼骨GRG及3D影院铝板是本项目设计、施工最复杂的区域，并梳理了以下重难点：
1) 造型复杂：鱼骨GRG截面呈渐变过渡，3D影院异形流线变化，传统方式无法做到各部位精准设计。
2) 现场钢结构数据要求精准：鱼骨GRG与内部钢构衔接，以现场钢结构为支撑基础，需以GRG的安装弥补钢结构施工偏差。
3) 加工成本高：84根GRG包钢柱造型，体量巨大，造型均不相同。
4) 施工安装难度大：双曲面板材装配时空间放样定位难度大。
5) 工期紧张：设计面积超过3万平米，集中生产安装周期短。

3. 项目BIM应用目标及团队架构

3.1 BIM应用目标

基于以上项目重难点，BIM团队与项目部深入研究探讨，从人员、技术、生产、管控、竣工结算等方面进行全方位支持，确保项目实施高效，顺利完成。

3.2 项目BIM团队架构

为提升项目BIM实施与管理水平，加快BIM与现场的协调反应速度，针对此项目特点，特专门设定BIM项目经理，且直属于项目经理管辖，方便BIM人员与设计人员、现场管理人员沟通配合，BIM团队设人员架构如下：

1) BIM项目经理

管理日常和项目团队的沟通、交流，负责BIM团队的工作安排；
根据项目特点，制定具体的BIM实施方案、进度计划和项目BIM标准；
负责整个项目流程的掌控，工作任务的分配，以及模型质量的监控，确保各项目成员能准确而有效的完成BIM实施计划的具体内容；
按照业主要求，准时出席各种工程会议，对项目上的问题进行有效的沟通和安排；
对于项目上出现的各种问题，能够及时的提出有效的解决方案。

2) BIM内装负责人

辅助项目经理进行项目管理, 协助项目经理将BIM流程纳入项目管理平台，包括进度计划的制定和控制，工程质量、成本控制等；

负责图纸和模型的日常管理更新工作；

负责材质材料库的更新和管理；
按要求对模型进行检测，定期发送检测报告，对检测中的问题及时有效的和设计方及施工方进行协调，定期和各方相关单位进行问题反馈和沟通；
运用三维可视化技术辅助现场施工管理和进度管理；
负责节点模型、数据整合, 辅助现场施工管理。
3) BIM内装工程师
设计阶段提供建模服务，按图快速准确的进行模型的搭建，编写针对项目问题的碰撞报告，并做好有关设计问题的汇总记录；
按要求对模型进行检测，定期发送检测报告；
辅助进行模型图片的截取，辅助现场施工管理。

4) BIM测绘工程师

项目进场，进行土建施工数据采集以及点云逆向处理等工作，为深化设计提供精准的现场数据；施工过程中，分区域、分步骤利用BIM数据，辅助现场施工定位，并定期对现场施工质量进行复核，保证施工质量。
5) BIM驻场工程师
驻项目现场办公，收集施工现场信息，辅助业主、设计院等单位的模型浏览与问题查看，三维形式配合解决各类设计深化、施工现场应用、模型移交及使用过程中出现的问题，并参加专项项目协调会。

4. 软硬件平台

为方便项目的深化设计等协同工作，项目设计方规定BIM模型中的曲面构建必须满足相关参数检测的要求，同时考虑到生产、加工及安装的数据应用要求，特对软硬件进行筛选，最终选用的主要软硬件如下：

4.1软件平台

4.2硬件平台

4.3数据传递与维护

为了保证项目数据传递的高效性和数据维护便利性，本项目在BIM实施过程中规范化应用施工资料管理平台、项目管理平台、软件版本、数据格式以及模型切分编码等，保证后期数据积累到一定量后，庞大的数据仍能高效的整合与传递。

本项目运用品茗资料管理软件进行项目施工资料管理。品茗施工资料制作与管理软件使本项目现场资料管理规范，通过信息化的工具替代手工编制工程资料，极大提高了资料编制的效率，同时解决了工程资料手工编制的不专业、不规范、不方便保存等一系列问题。

运用达索ENOVIA平台进行项目管理，在项目管理平台中，对文件架构与权限进行合理规划，在施工准备阶段及后继施工过程中，所有产生的模型与文件都定期上传平台，设计调整与现场变更快速反映到BIM模型中，不同部门的同事都能及时使用最新版本的模型与文件，保证了项目协调的及时性与施工辅助的准确性。

5. 施工深化设计BIM方案

本项目在方案设计阶段，建筑设计团队选用了revit、Rhino进行造型设计。深化设计阶段，考虑到项目造型难度大，且需与生产加工紧密对接，我司在设计过程中进行了参数化深化设计优化，赋予曲面规律化的参数信息，达到控制面曲率连续，曲面之间相切等要求。生产过程中，对GRG板块进行分割编号，并进行模具生产质量管控。安装过程中，提取安装放线数据进行准确定位，并及时跟进安装管控，同时进行竣工工程量统计。技术实施路线如下：

5.1现场三维激光扫描

首先对现场的土建钢结构进行3D激光扫描，采集土建钢结构的完整数据。扫描外业完成后对采集的点云数据进行拼接、降噪、抽稀等一系列标准化处理，确保整合精度控制在±2毫米以内，形成完整的现状钢结构点云模型，并与设计数据进行比对，发现现场钢结构施工偏差较设计偏差较大，多数在5-10公分，最大30公分。
为便于现场数据对后续深化设计工作的应用，BIM团队在点云模型的基础上利用Catia进行鱼骨钢结构逆向建模，完整地在电脑中还原现场三维数据模型，为后续的三维施工深化设计优化提供了准确的现场数据，方便现场几何信息提取使用。

5.2碰撞分析

整合现场扫描数据及设计数据进行碰撞分析，核查与GRG及3D影院相关施工区域的软硬碰撞问题，并在后续三维设计优化及协调中进行跟进解决。

5.3 BIM深化设计优化

基于此项目特点及BIM生产、安装需求，我司进行了深入的BIM深化设计优化工作，包括BIM造型优化及BIM生产优化两部分。

5.3.1 造型优化
设计造型优化需综合设计过程中考虑现场实际情况及作业条件等因素，从底部圆球包裹、柱面包裹、与门套之间的关系、与幕墙之间的关系等几方面进行造型优化：
1) 底部圆球包裹优化：安装与制作时需考虑包裹住圆球。造型优化方案见图A-01、图A-02。
2) 包柱面的造型优化：鱼骨GRG根据现场钢结构进行造型优化，优化工程用量且保证设计效果，对两侧板与圆弧不相切的情况，外露部分进行完整包裹，其他区域开口包裹优化。造型优化方案见图A-03、图A-04。
3) 门套与GRG的造型优化：通过对门洞、门套平面位置调整及GRG造型尺寸优化，使靠近门部位两侧GRG具有现场安装可行性。造型优化方案见图A-05。
4) 内幕墙与GRG收口造型优化：考虑内幕墙未来的安装空间，以及GRG包柱走向与内幕墙走向的一致性，保证美观度不受影响。造型优化方案见图A-06。
5) 3D影院与土建碰撞造型优化：通过对铝板造型优化，在满足设计造型要求前提下，降低双曲板块比例。解决铝板碰撞区域问题，满足设计造型要求,且尽量减少变更成本。造型优化方案见图A- 08。

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5.3.2 生产优化
考虑到生产厂家对鱼骨GRG的模具化生产，以及铝板厂家单、双曲的加工精度及成本问题，从板块弧度、半径、加工尺寸等几方面对此项目进行了生产优化，最终利用30%的标准板块完成鱼骨GRG的全部设计，如底部圆弧优化为5种半径造型，极大地提高了模具生产质量。3D影院铝板进行双曲优化，保证设计效果的同时，降低加工难度及成本。

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5.4 编码下单

公区鱼骨GRG、3D影院铝板优化模型从CATIA软件中导出，利用Rhinoceros软件对产品进行分块，编号，利用软件参数化功能快速分块，做到精准编码下单。

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5.5 施工交底

根据三维下单模型，按功能区域、按节点分别对鱼骨GRG、3D影院进行可视化交底，分阶段完成施工前现场BIM协调人员对施工技术人员的可视化及信息化对接，加深现场施工人员对设计意图的理解，确保现场施工能按设计意图准确无误的落地实施。

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5.6 加工管控

在工厂生产阶段，项目部成员定期赴工厂跟踪检查构件质量，利用手持扫描仪对GRG模具和样板进行点位复核抽检，与GRG板块设计数据比对，对误差超过5mm的模具进行整改修正，并及时淘汰偏差较大的不合格产品。

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5.7 安装管控

利用CATIA软件参数化提取GRG安装定位信息，快速导出Excel格式的点位坐标信息，并将点位坐标信息导入自动全站仪手部中，利用自动全站仪智能放线。

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5.8 竣工结算

竣工阶段，利用BIM模型进行鱼骨GRG及3D影院铝板工程量统计。将各种设计、生产信息从模型中直接提取出来，为工程结算提供准确有效依据。

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6. 各阶段效益分析

6.1现场三维数据采集

传统施工图、放线图、下单图的深化工作需要工人现场测量，然后以二维平面图的记录形式反馈给深化设计，测量误差1CM左右，存在人工记录错误及测量漏失情况，需项目全程跟进。利用三维激光扫描进行新的空间测量，可以快速记录被测量区域准确的三维空间尺寸数据，方便建筑几何信息备份和即时提取使用，整合精度5MM以内，无人工记录错误，只需短期工作即可完成。从项目全过程应用考虑，大大提高了效率，节约成本。

6.2设计优化

现场84根鱼骨钢结构施工与原设计存在很大偏差，按照传统方式设计图无法快速调整并加工，直接投入施工会出现返工及拆改情况，通过BIM技术，经过综合修改，将模型空间碰撞消除，并进行三维可视化设计、生产优化，比原设计模型减少了6365.8平米的GRG用量，节约了将近六百万的成本，同时降低了模具数量，提高了现场安装材料利用率，一次施工率达到99%（传统一次施工达标率75%左右），极大地减少可能发生返工及拆改情况，为GRG供应商节约了数百万成本。

6.3编码下单

传统方法无法准确、快速批量处理，曲面需要将所有产品分块数据一一手工录入，效率低下且存在记录错误。通过软件编写特定程序，针对同一规律产品进行参数化分块、排版、加工编号，使产品化工厂加工、现场安装，整个工作过程无差错实施，大大提高了效率，控制了质量，减少了人工成本投入。

7. BIM实施经验总结

1) 在项目深化设计、工厂加工、现场装配、验收交付等设计施工生产环节，项目部利用BIM技术结合三维激光扫描测量和自动全站仪智能放样技术，使得造型极为复杂的项目能有序进行，保证了项目主体工程高标准、高质量、高效率地完工。
2) BIM技术控制设计，生产质量，将GRG厂家变为加工现场安装单位有效保证工程质量及项目实施节奏，使项目管理深入可控。
3) 业主、亚厦项目部、GRG分包商以模型为依据进行竣工决算、结算数据清晰、明确，未产生任何纠纷。
4) 利用BIM技术，综合考虑业主、我司项目部、供应商三方对项目质量、成本、工期等的不同需求，进行施工深化BIM优化工作。将需求与参数化数据挂钩，以技术促进生产，用创新保证质量，达到三方共赢。