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BIM在大型剧场类项目中的创新应用

时间：2022-02-16浏览：

摘要：利用BIM技术的建模功能对本剧场类项目技术要点问题进行统筹规划与合理分析和可视化的模拟。同时在利用BIM创新技术对项目过程中发现的图纸问题和厅内声学效果进行合理评估，减少工程费用损失问题。

关键词：剧场；BIM应用；创新；声学

引言

成都城市音乐厅作为西南最大的剧场类建筑,它的建筑体量和舞台设计都是世界一流的。音乐厅的声学研究一直是国内乃至国际声学界关注的重点课题之一,音乐厅的建筑声学是基础,它的好坏直接影响着演出时声音的效果。而现代演出的多元化又将电声系统加入到了音乐厅中,尤其是近些年比较流行的多通道扩声技术在音乐厅中也有使用，成都城市音乐厅项目分别从技术层面和管理层面进行BIM 实施。技术层面，进行基于 BIM 模型的深化设计、施工重难点实施，主要施工工艺及专项方案模拟等，达到工程设计碰撞检查、优化设计、完善施工方案等目的，在管理层面，进行基于 BIM 模型的施工进度模拟，施工资源配置，施工组织辅助管理等，以实现施工进度、成本控制、施工材料配置、物料运输及质量安全控制等各个施工环节的优化管理。优化施工方案，为保障了项目在2018年12月31日准时开演做出贡献，最终实现施工阶段 BIM 技术层面与管理层面信息统一，提高效率，降低成本，工程BIM 施工信息不断丰富完善，形成成都城市音乐厅项目 BIM 竣工模型，为以后运维阶段提供有力保障的同时在质量安全管理领域发挥其价值。

1 工程概况与BIM应用介绍

成都城市音乐厅项目分别从技术层面和管理层面进行BIM 实施。技术层面，进行基于 BIM 模型的深化设计、施工重难点实施，主要施工工艺及专项方案模拟等，达到工程设计碰撞检查、优化设计、完善施工方案等目的，在管理层面，进行基于 BIM 模型的施工进度模拟，施工资源配置，施工组织辅助管理等，以实现施工进度、成本控制、施工材料配置、物料运输及质量安全控制等各个施工环节的优化管理。优化施工方案，为保障了项目在2018年12月31日准时开演做出贡献，最终实现施工阶段 BIM 技术层面与管理层面信息统一，提高效率，降低成本，工程BIM 施工信息不断丰富完善，形成成都城市音乐厅项目 BIM 竣工模型，为以后运维阶段提供有力保障的同时在质量安全管理领域发挥其价值。

音乐厅BIM是以从设计、施工到运营协调、项目信息为基础而构建的集成流程，它具有可视化、协调性、模拟性、优化性和可出图性5大特点。通过使用BIM，可以在整个流程中将统一的信息创新、设计和绘制出项目，还可以通过真实性模拟和建筑可视化来更好地沟通，以便让项目各方了解工期、现场实时情况、成本和环境影响等项目基本信息。可视化可视化，即“所见即所得”，我们拿到的施工图纸只是各个构件的信息，在图纸上以线条绘制表达。而BIM提供了可视化的思路，将以往的线条式的构件，形成一种三维的立体实物图形展示在人们的面前，真实形象。

2 BIM团队与配合

设计单位将最终的 CAD 图纸发给BIM咨询单位，BIM单位在 CAD 图纸的基础上建立BIM 模型并形成最终 BIM 模型（FDM），然后总承包商在此基础上进行深化，BIM单位每周协调会，并且根据协调会内容对 BIM 模型进行更新。总承包商进行其管理的分包单位的BIM 实施工作，包括提交 BIM 文件进度计划等。各专业 BIM 工程师总承包商 BIM 模型要求，提交各专业模型至总包方，进行在 BIM 模型的各组成之间展开碰撞检查，并推荐解决碰撞方法，改进 BIM 模型直到碰撞解决并在施工开始之前得到发包方批准。由 BIM 顾问公司根据整合结果，定期组织碰撞检查会并进行审查。由审查结果反推至目标模型，图纸进行完善。

图1 BIM组织架构

每一方对BIM的体验将根据他们在项目中的角色而有所不同，但BIM已证明是成功的，因为它对所有参与供应链的人员以及客户都有好处它使得从开始到结束的建筑项目的工作方式更加有效，减少了整个供应链的采购，工艺和材料浪费。

在方案论证阶段，项目投资方可以使用BIM来评估设计方案的布局、视野、照明、安全、人体工程学、声学、纹理、色彩及规范的遵守情况。BIM甚至可以做到建筑局部的细节推敲，迅速分析设计和施工中可能需要应对的问题。方案论证阶段还可以借助BIM提供方便的、低成本的不同解决方案供项目投资方进行选择，通过数据对比和模拟分析，找出不同解决方案的优缺点，帮助项目投资方迅速评估建筑投资方案的成本和时间。

对设计师来说，通过BIM来评估所设计的空间，可以获得较高的互动效应，以便从使用者和业主方获得积极的反馈。设计的实时修改往往基于最终用户的反馈，在BIM平台下，项目各方关注的焦点问题比较容易得到直观的展现并迅速达成共识，相应地，需要决策的时间也会减少。协同设计是一种新兴的建筑设计方式，它可以使分布在不同地理位置的不同专业的设计人员通过网络的协同展开设计工作。现有的协同设计主要是基于CAD平台，并不能充分实现专业间的信息交流，这是因为CAD的通用文件格式仅仅是对图形的描述，无法加载附加信息，导致专业间的数据不具有关联性。

3 BIM创新与技术

3.1 室内精装修工程BIM应用

为满足观演厅的声学标砖，利用ODEON软件，结合声学装饰BIM模型进行观演厅的三维声场模拟分析。通过声学反射分析结果对天花和墙面装饰造型和材料优化，调整观众席区域反射声音的覆盖范围，使舞台发出的声音均匀分布在整个观众席区域内，达到理想声学效果。

3.2三维激光扫描碰撞检测

为避免精装修与土建结构的冲突碰撞，精装修施工前对现场土建完成结构进行实测复核。通过三维激光扫描仪对观演厅内土建结构进行实测扫描，获得厅内三维点云数据模型，结合装饰装修的BIM模型，进行主体结构与装饰设计造型的碰撞检查。

3.2.1三维激光扫描仪扫描现场，快速获取现场结构物测量数据。

3.2.2通过建立Rhinoceros三维模型，结合三维激光扫描仪的现场实测数据，进行实际施工情况与Rhinoceros模型碰撞分析，发现现场实际施工与声学装修完成面碰撞冲突。

3.2.3调整模型参数或修改土建结构，确定最终用于施工的模型。

3.3音乐厅复杂天花“冰芙蓉”施工

音乐厅天花造型“水晶冰芙蓉”，兼具装饰造型、舞台工艺、建筑声学等功能，采用GRG、亚克力板、镀钛金属线管等多种装饰材料，其构造节点复杂，交接面众多，施工工艺十分复杂。在深化设计阶段建立天花造型的BIM综合模型，通过分模将整个装饰结构进行单元式分段，获得各个构件的三维模型。将构件的三维数据导入工厂的数控机床生产系统自动配模生产，实现构件的智能化精准加工。

3.4 舞台机械工程BIM应用

项目观演厅均设计有舞台机械系统，在深化设计阶段建立SolidWorks模型，进行运动干涉检查。通过模型实现设备和构件的单元式分段、工厂化预制、现场单元式组装，保证设备与构件的安装质量。

3.5 舞台灯光效果模拟分析

利用DIALux软件结合灯具参数，对剧场舞台灯光进行照度分析，模拟舞台灯光效果，为灯具选型和布置提供设计依据。

3.6 场地分析

场地分析是研究影响建筑物定位的主要因素，是确定建筑物的空间方位和外观、建立建筑物与周围景观的联系的过程。在规划阶段，场地的地貌、植被、气候条件都是影响设计决策的重要因素，往往需要通过场地分析来对景观规划、环境现状、施工配套及建成后交通流量等各种影响因素进行评价及分析。

图9 音乐厅基坑及场地模型

3.7装配式BIM方案

基于 BIM 模型的装配式方案，结合本工程整体施工方案和进度计划，完成 4D 施工模拟，用于探讨和优化施工计划和施工方案，确保工程进度。基于本工程整体施工方案和进度计划，制作中、长期 4D 施工模拟，用于优化中、长期的施工方案和进度计划。根据业主及施工管理的需要，制作短期可建性 4D 施工模拟，用于优化短期施工方案和进度计划。为关键和节点复杂的部位施工前提供 4D 模拟。

3.7 BIM可视化动画效果模拟

在动画模拟制作阶段根据提供的材质及相关信息对BIM模型进行二次开发，让其变得更为逼真，另外天气和日光系统的加入也让其更为贴近现实。

4 应用总结

　　随着建筑物规模和使用功能复杂程度的增加，无论设计企业还是施工企业甚至是业主对机电管线综合的要求愈加强烈。利用BIM技术，通过搭建各专业的BIM模型，设计师能够在虚拟的三维环境下方便地发现设计中的碰撞冲突，从而大大提高了管线综合的设计能力和工作效率。这不仅能及时排除项目施工环节中可能遇到的碰撞冲突，显著减少由此产生的变更申请单，更大大提高了施工现场的生产效率，降低了由于施工协调造成的成本增长和工期延误。

同时在工程设计阶段，依托Autodesk平台，我们除了将传统的结构分析软件（如PKPM）、流量分析软件等融入到其中之外，还将Dynamo、Rhino、Lumion等可视化设计引入，贯穿设计的整个流程，较大化的解放了双手，并且参数化的设计概念除了方便设计，也可以给我们提供更多有效、合理的方案，以供业主选择。