中央歌剧院剧场项目BIM技术应用

(北京城建集团有限责任公司 北京城建一建设发展有限公司，北京 100096)

1 工程概况

1.1 工程简介

中央歌剧院剧场项目位于北京市东城区中街115号，项目北侧为富华大厦南街，南侧紧邻文化部大楼，东侧为东中街，西侧为朝阳门大街。建设用地面积13 386，本项目规模为1 201座乙等大侧舞台、观众厅以及后台辅助用房组成。结构设计使用型剧院建筑，由入口大堂、主舞台、后舞台、侧舞台、后年限为50年，耐久性100年。工程整体效果图(BIM模型)如图1所示。

图1 工程整体效果图

1.2 工程特点及难点

本项目位于市中心，有着施工用地紧张，场地狭小，工期紧、总包协调量大、造型复杂、工艺要求高等特点。本项目被评为北京市第一批BIM示范应用工程，获得中国钢结构金质奖，争创鲁班奖，在管理上有很高的要求。

项目难点在于：1)钢结构含量大、形式复杂；2)劲性结构节点复杂，屋顶具有双曲面造型；3)系统繁多、管线密集、内部做法与精装要求高，实施难度大；4)剧场结构空间转换多、安全风险大。

2 BIM组织与应用环境

2.1 BIM应用目标

利用BIM技术解决劲型结构从设计到生产、施工的高效管控；尝试BIM各类新技术和平台的多方位使用提升对项目的精细化管理水平，培养出一个优秀BIM团队，打造出北京城市的标志性剧院建筑。

2.2 团队组织

项目开工前建立以公司BIM中心为牵头，由公司总工程师与项目经理为领导的BIM团队，项目总工负责执行，其他项目各部门均参与其中，见图2所示[1-2]。

图2 BIM管理组织机构

2.3 软硬件环境

项目以REVIT为核心，用于土建、机电、分包等模型的创建[3-5]。TEKLA用于钢结构模型创建和深化；NAVISWORKS用于进行模型的碰撞检测；FUZOR、LUMION、SKETCHUP用于建筑方案设计、模型浏览、动画、漫游等应用。广联达BIM5D用于项目进度、质量、安全等管理。

硬件方面项目配备了3台专业建模计算机及1台笔记本，VR眼镜、移动触屏电脑等，如图3所示。

图3 项目配置建模电脑以及应用REVIT软件

3 BIM相关应用

3.1 模型创建

参照“建筑信息模型应用统一标准”中的要求，按工程不同阶段、专业、任务的需要进行建模。工程初期已将结构、钢结构、机电、劲型结构模型全部搭建完成。劲型结构施工难度大，钢筋与钢结构交叉施工，利用模型进行最优化的施工模拟并编制进度计划。中后期将各系统专业、精装修、幕墙等模型逐步完善，并且与土建、机电模型相结合，如图4所示[6]。

图4 各专业模型

3.2 企业族库标准化构件搭建

(1)结合场地布置顺序与企业设施图册标准顺序进行族库存储归档体系的建立，以后项目可以直接拿来使用，不用重复建模；

(2)场地布置制作的标准族达到100余个，充实了公司的族库；

(3)通过标准化族库构建能够快速地对场地布置进行动态调整，从而协助相关人员快速做出正确决策；

(4)族库搭建过程进行深化，进行关键参数的搭建。可以通过简单的变量修改得到最终需求的成果，为以后项目应用尺寸调整提高了效率，如图5所示[7]。

图5 自建标准族

3.3 工程技术场地布置

由于施工场地狭小，场地布置的合理性显得尤其重要，通过搭建三维场地模型，直观分析办公区、加工区、材料堆放区、道路的设置，利用虚拟施工部署指导实际部署，利用三维动画进行场地方案比选，从基坑阶段到主体阶段再到装修阶段整个过程对场地布置实施动态调整，保证满足项目空间合理划分，场地合理利用，如图6所示[8-10]。

图6 场地布置模型

3.4 净空分析

由于是剧院项目，对剧院内的净空把控严格，既要符合审美又要达到观众的视听效果，通过搭建各专业模型，进行管线综合布局深化设计。通过漫游浏览管线排布效果及净高检查。利用Revit和Fuzor软件对模型进行净空分析，净空要求2.6m，但是管线较复杂无法满足要求，经过考虑决定在钢梁部位进行开洞，使管线穿越，经过BIM模型模拟分析和验算，为设计提供数据支持。图7所示为净空分析模型及漫游。

图7 净空分析模型及漫游

3.5 碰撞检测

通过多专业三维模型碰撞检查，提交碰撞检查报告，发现地下重大碰撞89处，地上重大碰撞107处，其中56处已核准，每处均有三维模型、碰撞位置、碰撞类型和设备名称等信息描述并提供了相应解决方案[11-12]。

3.6 劲型结构综合应用

本项目中存在大量的劲性柱、劲性梁等劲性结构。型钢节点部位的钢筋绑扎成为施工的难点，针对此问题，运用BIM技术提前对型钢节点进行建模及施工工艺模型，优化型钢节点的钢筋施工，大大提高了现场施工效率、保证施工质量。图8为劲性结构柱、梁节点图与现场实际安装效果图。

本项目中钢柱规格有40多种、钢梁规格有90多种，标准重复构件少，无标准层。型钢节点部位的钢筋绑扎成为施工的难点，针对此问题，运用BIM技术提前对型钢节点进行建模及施工工艺模型，优化型钢节点的钢筋施工，钢结构安装也实现可视化交底，施工现场张贴二维码，现场施工人员不懂随时可以查看，之后通过制作大节点的施工模拟动画，观察吊装计划是否合理，也大大提高了现场施工效率、保证施工质量，如图9所示[13-14]。

图8 劲性结构节点

图9 劲性结构节点

3.7 平台管理

随着BIM技术的发展日渐完善，各种软件厂商均推出了针对施工现场质量、安全等工作的协同平台。经过对比，本项目选用了广联达BIM5D平台来集中管理工程的质量、安全工作。例如在项目施工中，发现墙体钢筋绑扎不合格缺少钢筋，质量安全人员用手机对现场拍照记录问题，之后打开手机客户端选择问题类型，进行信息录入。然后明确责任人、限期整改日期以及所属专业等问题，发送后，手机端线上流程提醒，及时跟踪问题，进行整改，如图10所示。

图10 手机平台操作流程

也可以通过云端查看质量安全问题，进行数据统计分析了解现场施工情况，对项目进行有效的管控；通过PC端，也可查看质量安全问题，定位到模型中并且自动生成整改通知单，提高现场管理人员的工作效率责；结合模型进行线上线下，下发整改通知单。

图11 移动端质量安全问题查看

本项目中通过应用移动端解决了传统施工中口述问题不清、无详细记录、不可追踪的问题，也解决了问题传达不及时、后续跟踪难；问题缺失、信息需要重复录入、没有相关数据分析等一系列难题。

截至到目前为止共记录98条质量安全问题，土建专业40条、钢结构专业24条、机电专业34条。

这些数据为我们管理提供了可靠的依据，使问题能够定位跟踪，随时查看；同时也为我们以后的项目对分包的筛选，提供了考核依据。

4 拓展声学研究

在剧场专项设计过程中，BIM技术可以对舞台设计中的面光、耳光、追光的角度和投射面进行即时的模拟，既减少了工作量也提高了工作效率。

对于观众厅来说，吊顶板声学设计非常重要，要满足一次反射声的要求，并能够最大限度地扩展观众厅内的混响时间。针对剧场模型的复杂性，借助欧特克软件搭建的BIM平台和Odeon声学软件，可以在很短的时间里建立完整的声学模型，模拟并纠正模型的问题，并反馈到设计师手中。

在BIM模型内建立一套反馈机制，生成从声源到反声板再到观众区的一套计算模型。在这套反射模型中，通过调整反声板的角度、大小、高度等数据，确保来自声源的声音能够准确地落在观众席上，最终将反声板整合到观众厅模型中，并由Odeon声学软件进行验证。

图12 声源反射模型

5 结论

本文介绍了BIM技术在中央歌剧院施工阶段的应用与成果。本项目中BIM技术的应用提升了管理水平，建立了以BIM模型为中心的项目管理平台和提高参与各方沟通效率的云端平台；节约成本材料损耗低于行业基准值5～10%；提升技术增加竞争力，充分应用BIM进行施工模拟，辅助设备更高效、高质量地完成项目任务；BIM技术在剧场项目中的应用进一步扩展了BIM的应用价值，为其他剧场类项目或劲型结构项目提供范例。