【BIM案例】 BIM技术在国家海洋博物馆的应用
1.1 项目简介
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 000m2，建筑面积80 000m2，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。整体模型和结构专业模型如图1所示。
1.2 工程特点和难点等
本工程由澳大利亚考克斯建筑事务所及天津市建筑设计院联合设计，整体结构为不规则图形，造型新颖奇特。钢结构部分体量大，结构连接复杂；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；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。
2.1 BIM应用目标
BIM技术在本工程贯穿整个设计及施工阶段，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；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。
2.2 实施方案
图2 海洋博物馆各单位组织构架
本工程施工前已制定完备的BIM应用方案，首先要建立起完备的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。
2.3 团队组织
本工程由中建八局总部提供技术支持，项目部组建总包管理团队，配备精干管理人员，由项目经理及总工领导与协调，建立企业、项目部和作业层协同工作管理架构，做到逐层细化，协同管控。同时为了更有效地应用BIM模型指导施工，本项目采取了全员BIM学习的管理模式，使用多种教材、书籍[1-4] 定期对全项目工作人员进行BIM使用知识培训，做到每个人都能熟练地查看BIM模型并可以准确地提取所需要的工程量，把握BIM发展动向，使管理层的思想得到转变，改变以往用平面图纸管理的模式。
为了解决建筑工程项目从开始到结束全生命周期过程中，由于没有统一的载体，项目信息会在不同阶段的衔接处出现断点，导致下游用户无法有效获得上游的数据，不同阶段信息割裂，业主、设计、施工、监理等参建单位难以协同工作[5] 的问题。各单位间采用以神经为模型的组织框架，环环紧扣，有效地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2所示。
2.4 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，有效地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，有效地节省了时间。
图3 部分BIM软件使用情况
2.5 软硬件环境等
本工程主要应用软件有：Autadesk AutoCAD、Autadesk Revit、AutadeskNavisworks、Fuzor 2016、Tekla 19、Rhinoceros 5等。具体使用情况如图3所示。
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 I76700K；
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。
3.1 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，精度均至少达到LOD300。
3.2 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4所示。
(2)BIM模型交底
本工程在施工过程中利用BIM模型的可塑性，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，能让工人更加直观地理解所需要做的工作，能有有效的避免工人因看不懂图纸造成的施工错误。
(3)机电安装管线排布
本工程管线排布多样密集，吊顶空间狭小，利用BIM模型对建筑内管线排布进行模拟，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减少施工的时间和产生的废料。按照模型中的管线形状进行施工可以很好的规避未施工的管线，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
(a)整体机电安装模型 (b)屋面设备管线排布模型
图5 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。
(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。
效率和效益分析如下：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了根据平面图纸施工而造成的极大误差，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，解决了施工中的碰撞问题，避免施工后的反复拆改，避免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，混凝土使用量也比手算量节约1%，有效地节约了成本。各专业模型整合如图8所示。
图6 现场施工与模型对比图
(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7 万向球型铰支座深化前后对比图
图8 各专业整合模型
本工程创新点如下：一改以往由平面图纸单一指导施工的施工方式，采用了全新的BIM管理模式，利用BIM模型所包含的丰富信息，与项目部各个部门进行对接，使各个专业及各个部门都能运用BIM技术来优化自己的工作，提高工作效率。土建部分利用BIM模型包含的坐标信息和颜色信息有效的避免了现场施工中出现的错误，加快了工程进度；钢结构及幕墙部分利用参数化设计的方式，解决了异型结构深化难施工难的问题；室内装修工程使用了现场扫描点阵与模型对比等技术，对GRG结构进行深化修改，使装修工程和主体结构更加紧密的结合在一起。项目通过使用这些BIM技术，使工程节约了大量的时间、空间和成本。