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BIM案例：BIM技术+智能设备在多曲面异形结构施工中的综合应用

发布于：2019-11-29 16:36:14

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网友投稿

中建一局建设的江西景德镇御窑博物馆项目，其前身是世界唯一皇家瓷厂——景德镇御窑厂，是明清两代御用瓷器的专职制造场所，也是中国唯一古御窑厂遗址、全国10处大遗址保护展示示范园区。而在BIM技术的应用下，我们成功地将古建筑进行修缮与维护，并且在遗址之上，建立了一个更加具有魅力与特色的景德镇御窑博物馆项目，景德镇御窑博物馆建成后将成为景德镇对话世界的新名片、复兴千年古镇、重塑世界瓷都的新地标。接下来，就让我们了解一下BIM技术是如何在这个项目中进行应用的吧。

项目概况

景德镇御窑博物馆项目，位于江西省景德镇市珠山区，御窑厂遗址周边，由博物馆主体、历史街区修缮、市政道路改造等多个部分组成。其中博物馆建筑总面积10400㎡，为双曲面异型拱体结构。由著名建筑师朱培设计，取用窑的拱形元素，通过八个体量、高度、朝向、双曲率等均不同的单体拱体的组合、聚集而成，地下局部二层，双曲面拱体结构从地下一层升起，最高点到地上9米，整个结构体系半藏于地下。

项目难点

拱体采用混凝土为主体，外部采用砌筑窑砖幕墙，内部采用干挂窑砖幕墙，窑砖幕墙均需满足结构的双曲面效果。景德镇御窑博物馆项目部从业主管理方、工程总包到施工分包均从未有该类型项目的施工经验，从技术方案到施工工艺均为全球首创。

一、御窑遗址厂区场地运输规划

御窑博物馆设计在景德镇老城区市中心御窑厂遗址原址之上，地下埋藏历朝历代重要历史遗址及文物。在施工场地大门及材料运输主干道发现了明代城墙遗址，为保护历史遗迹，考古所及政府将主干道进行了封锁，并需要进行频繁的周边考古活动，对我们的施工材料运输工作造成了极大困扰。

同时，施工场地周边均为迷宫般的御窑历史民居街区，人力测量难以准确得到民居巷弄道路走向，另外规划运输道路颇有难度。

二、双曲面结构难点

鉴于双曲面结构的特殊性，为保证双曲面结构精准度，设计团队以每隔50cm的剖面作为控制点，针对项目的8个拱体分别出具了800余张拱体剖面图，而且由于双曲面结构的复杂性，对于结构主体的施工、模板支设控制以及浇筑完成后混凝土实体的实测实量工作均无类似的工程经验来借鉴。

BIM智能设备在施工中的应用

一、遗址环境场地规划

周边区域内有大量的民居及巷弄，且房屋、院落错综复杂、非常密集。施工区域内无法保障大规模的堆料场及加工场。地下工程的清理物料运输不便，大量的历史土层渣土无处堆放。

新当铺运输路径及实景模型????在错综复杂、身处其中难以分辨方位的巷弄中难以发现代替路径解决材料进出问题，通过利用无人机对周边街巷进行航拍，建立了该部位的三维BIM实景模型。

我们发现，在距周边街区不远的新当铺上弄，内部可以打通一条运输路线供物料及设备进出。同时，也通过该方式从多个街巷中，确定了彭家下弄等四条主要运输路线作为博物馆地下工程的运输路线。

二、异型拱体结构的智能建造解决方案

针对于双曲面异形结构独特的施工要求，项目部根据工程施工流程节点，将HololensMR眼镜、BIM放样机器人及三维激光扫描仪分别运用于施工的前期模型交底、中期施工控制、后期实测实量阶段。

1、模型深化

在模型技术方面，以犀牛软件为中心进行全流程的模型深化设计，从特殊幕墙节点构造、异形模架体系，到对现场临建规划、施工展示样板区均进行了可视化的模拟和交底。

如，由于本项目结构异形的特点，机电管线的弧形安装也是一个难点，我们前期花了大量时间精力进行管线优化工作，建立了包含支吊架在内的LOD350的深化设计模型，在进入安装阶段后期,通过深化模型的快速出图并结合智能设备，提高安装工作的精确度。

2、MR技术工程交底

Hololens作为一种可穿戴智能设备应用场景，项目部发挥了另一个优势就是用1：1等大模型与施工现场结合。

项目部将拱体模型、幕墙施工节点模型以及机电支吊架模型在施工现场等比例显示，找到模型与现场的重合角点，让施工现场与模型重合。使用Hololens的业主、工程师、施工班组在施工现场直接进入了已完成的建筑模型中，直观检查异型拱形结构、幕墙施工节点以及机电支吊架完成的情况，总包工程师对模型直接进行位置，尺寸以及体积等信息进行一一讲解，将模型与现实混合起来，真正达到了所见即所得的效果。

编者注：“混合现实”(MixedReality，简称MR)，可以将现实世界中难以体验到的信息，将虚拟的信息叠加到真实世界，人们可以通过眼前的投射镜片看到裸眼看不到的虚拟现实。

Trimble建筑行业解决方案--基于HoloLens2定制的TrimbleXR10--将混合现实引入一线，令安全受控环境中的工人能够直接在现场访问全息数据。

TrimbleConnectforHoloLens利用混合现实技术将3D内容从屏幕上移入现实世界，从而优化项目利益相关者的3D设计评审、协调、协作和项目管理流程。支持在整个建筑生命周期(从设计到拆除)中采用新的AECO模型利用方式。

3、双曲面模板精准放线

利用一个能够基于BIM模型进行三维空间放样的智能型全站仪，其工作部件主要由几部分组成：智能触控手簿、智能全站仪本体、反光棱镜等。

(1)操作流程

BIMtoField工作流

放样机器人应用流程团

利用点云数据深化调整后的BIM模型，生成控制点清单，只需要一个测量工程师，就可以完成模型——放样——现实数据——模型的一个闭环，将施工现场与BIM模型精确地达成一致。

在Trimble Field Points中抓控制点

拱体模板放线

(2)能效评估

A、测量精确度提升

①放线机器人能够导入三维模型，选取模型任意点进行激光/棱镜放线工作，对异形构造、复杂机电管线定位十分有价值;

②放线机器人相对于普通全站仪在放线工作中的人为操作环节减少：

自动追踪棱镜环节;减少在全站仪操作的时候因震动的误差;人为手动输入数据的误差;在放线定位调整校对时，不存在普通全站仪2秒的人工误差;综合计算，每100米中，普通全站仪综合误差在1cm左右;放线机器人的误差在5mm之内。

B、工作效率提升

①简化放线流程，通过手持手簿进行全站仪放线及测量的各项工作，加大提高人工工作效率;

②一天预计能测130个点;

③相对于普通全站一合计节省平均每天2个人工。

编者注：在传统放样方法中，通常会出现一些错误和遗漏，尽管如此，还是有很多承包商不顾工作量和风险的增加，仍旧热衷于使用测量卷尺和标线进行放样。遗憾的是，该方法不能在复杂建筑、曲面建筑等情况下很好的进行放样工作，也就意味着其应用范围较窄。

TrimbleBIM放样机器人与其软件采用相同的2D图纸或是3D建筑模型，以便其他行业参与进项目中，使团队协作更加简单、快捷。可以直接从建筑模型中读取放样坐标，也可以在放样时记录放样位置的调整，备份调整原因和相关图像。这种方式不仅加快了“模型/设计/BIM和外业”之间的数据传递过程，同时也确保了放样点的质量控制，因为数据会回传给办公室，使得所有工作都按照设计进行。

4、双曲面拱体结构实测实量

对于双曲面拱形结构的实测实量技术目前在行业内尚无可寻的参考方法与规范，而三维扫描进行实测实量是一个能全面体现拱体施工质量精度的方法。

以5#拱为例。扫描前先勘察场地、设置标靶纸，然后就对拱体扫描了，整个过程简单快速。

最后，用扫描仪对已完成的双曲面结构进行三维扫描之后，在TrimbleRealworks中自动将多站点云模型进行拼接调整，然后将得到的完整拱体点云模型与BIM模型叠合，生成了实测适量色块偏差图。

此类异形结构的测量相关工作，三维扫描仪的应用有着直接的效率提升，解决了传统实测实量方式无法解决异形结构的难题。

编者注：本项目使用的三维激光扫描仪对操作者有着一定的使用门槛，如扫描时需要根据经验判断设站位置，否则取回的数据将无法进行拼接，或造成很大的拼接误差。

如今随着三维激光扫描仪的技术日益成熟，Trimble在原有设备的基础上技术创新，简化工作流程，推出了更加简单、智能、专业的三维激光扫描系统——TrimbleX7。

效益总结

一、双曲面拱体模板创效

通过基于BIM的质量控制过程，研发出了滑轨移动式可调曲率模架体系，大大提高模架使用效率，交底考核效率、测量数据分析效率，达到6个拱体结构的一次合格通过验收，降低了大量返工费用，提高了施工效率，单个拱体平均节约工期15天，自行研发专利模架体系，模板施工成本减少31.2万元。

二、创新成果总结

通过项目BIM团队对各项技术的不断实施和总结，目前形成了以下成果。

1、科技成果：

QC：双曲面拱体模板施工技术创新，《基于BIM+智能设备的QC质量控制过程》获得2018中国建筑业协会年度一类成果奖。

工法：应用三维扫描对已有建筑测量及逆向建模的方法、变曲率拱形结构采用放线机器人进行的测量及放线方法。

论文：基于BIM技术的智能施工技术应用——景德镇御窑博物馆项目——《施工技术》。

获奖：第七届龙图杯BIM竞赛一等奖、第四届中国建筑业协会综合一类成果、入围全球AEC卓越工程大赛施工组小型项目组别前三、亚太地区AEC卓越工程BIM大赛最佳实践二等奖、北京市BIM成果结构I类示范成果、入选2018中国建筑业协会国家QC优秀成果集、江西省首届建筑信息模型优秀作品一等奖。

2、社会品牌效益：

由于本工程技术方面的难度和利用BIM技术成果解决了双曲面拱体的施工难题，中央领导、地方领导、新闻媒体多次到项目进行检查指导和采访，特别作为中建一局国企开放日的重要站点迎接广大市民参观，并作为中央四套《走遍中国》智能施工板块中的重要展示项目接受专访，并于2018年8月13日在全国播出，树立了中建一局科技领域方面的良好企业形象。