太原市二青会水上运动中心BIM研究与应用
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太原市二青会水上运动中心BIM研究与应用
中国·山西·龙城太原，“控带山河，踞天下之肩背”，源远流长的汾河水孕育了这座跨越千年的历史文化名城，唐风流光，晋韵溢彩，自古就有“锦绣太原城”的美誉。洋溢着青春活力与运动激情的“全国第二届青年运动会”即将在2019年盛大举行，这是太原市在建国以来举办规模最大、规格最高的综合性体育赛事。太原市水上运动中心承办“二青会”皮划艇、赛艇及龙舟三大比赛项目，其独特的建筑风格与汾河水畔的园林绿化完美融合，绘就出一幅以水为墨、以绿为彩的汾河景观画卷!
1.成果形成背景
项目全长2.5公里，坐落于太原市小店区汾河东侧，为水上运动场所及绿色景观长廊。项目建成后为比赛场地及省队日常训练，其余时间对外开放，满足市民需求，从而构建水陆一体的全民健身平台。
总占地面积约613086㎡，其中，陆域面积103318㎡。建设内容包含：艇库及维修站、上下水码头、运动员热身区、开放绿地及休闲活动区、7处分段计时塔、观众看台、终点塔及媒体中心、兴奋剂检测中心、颁奖台及终点码头。其中终点塔及媒体中心为项目建设的重点，结构形式为钢筋混凝土筒体+钢桁架悬挂结构，底层架空，竖向构件偏置，空间结构受力、建筑体系复杂、施工工序交叉、安装精度要求高。
2. BIM技术应用亮点及主要成果
2.1 基于BIM技术的建筑结构三维漫游
利用BIM模型虚拟漫游，全方位动态展示建筑内部空间关系和结构体系，为参建人员提供生动直观的视觉体验，更为新颖便捷的识图方式。
2.2 基于BIM技术的复杂构件深化设计及精细化施工
终点塔劲性柱截面尺寸700mm×700mm，内包400mm×400mm劲性钢柱，结构剩余空间钢筋密集，工人绑扎作业操作空间小，实施难度大。劲性钢柱封底板尺寸580mm×580mm，考虑钢筋直径、保护层厚度后，对施工要求零误差，传统工艺难以保证。利用BIM技术对劲性柱进行精准建模，根据碰撞检查报告，调整钢筋的位置和弯折方向，优化绑扎顺序，从而精确定位钢筋及预埋螺栓空间位置，解决施工难题。
屋面钢结构主桁架与劲性钢柱节点处纵、横向钢筋密集、复杂，桁架下弦箱型梁外包屋框梁上部钢筋，设计中钢筋尺寸、空间位置难以保证;利用BIM技术对复杂节点精准建模，明确纵、横向钢筋空间位置，确定腹杆间钢筋定尺及连接，优化图纸设计及施工方案，确保复杂节点顺利实施。
终点塔、媒体中心类似“帆船”建筑设计造型动感，流水般的建筑线条灵动、美观。应用BIM技术对幕墙模型和钢结构模型进行碰撞，消除边缘间隙误差，优化钢结构与幕墙构件加工尺寸，确保精细化施工。
2.3基于BIM技术的钢结构悬挂体系预调整与虚拟预拼装
终点塔悬挂结构体系，主要承重结构为顶部160吨巨型桁架，悬挑长度16.02m，桁架结构边缘倾斜73度悬挂14根吊柱承担下部荷载。钢梁外形为弧形，与吊柱形成多角度交节。桁架由4根劲性钢柱支撑，桁架构件采用40mm厚钢板，焊接变形控制难度大。
制作阶段应用TEKLA软件创建模型自动生成零件图与数控加工设备对接;
利用有限元软件进行悬挂结构整体变形量分析，建模过程中根据分析数据进行施工预变形调整，有效控制了结构变形;应用搭载IN-CHECK精度检测软件的高精度全站仪，对巨型桁架和多节点斜吊柱进行数据采集，应用IN—ANALY、IN—ASSEM进行单构件精度检查及整体模拟预拼装拟合，减少实体预拼装工序，分析得出焊接数据，明确焊接工艺，实现了高精度制作。
2.4基于BIM技术的钢结构悬挂体系吊装工艺模拟
终点塔悬挂结构采用倒装工艺，利用有限元软件对吊装过程进行模拟分析，确定吊装顺序，绘制各阶段矢量位移云图、强度云图、稳定性云图，确定临时支架位置及设置方式，提供安装阶段结构变形量检测数据，保证施工安全。
矢量位移云图
强度云图稳定性云图
起吊前，在BIM模型中进行重心模拟，合理选择异形结构多机抬吊的吊点位置;模拟确定吊车站位，避免构件在空中平移时与吊臂及结构碰撞;桁架及下部四根1.5米钢柱在胎架上整体拼装后，采用四台300T吊车吊装至核心筒顶部与劲性钢柱空中对接。应用BIM模型进行空间坐标转换，结合测量数据进行现场定位及误差纠偏，实现不大于1mm错边量的空中精准对接。核心筒混凝土强度达到设计要求后，进行斜吊住及各楼层梁的依次就位。
2.5基于BIM技术的双曲面异形玻璃幕墙深化设计
终点塔及媒体中心采用双曲面中空夹胶low-e玻璃幕墙，354块幕墙玻璃尺寸曲率各异，流线型建筑外立面，造型复杂，加工、安装施工难度大。
利用BIM技术对幕墙进行深化设计，利用模型将幕墙表皮进行分格，提取各面板尺寸、曲率、拱高等工艺参数，利用rhino模型导出龙骨杆件加工图，指导厂家数控化生产;终点塔与媒体中心连接处为多曲面异型玻璃交接，利用平面图纸及传统工艺无法确定每块玻璃各方向维度及曲率。利用BIM技术通过整体模型的虚拟拼装，不断调整单块玻璃角点坐标、维度及曲率，与整体模型进行组合，最终确定每一块多曲面异形玻璃的物理参数。
利用BIM技术对幕墙玻璃参数进行信息编码，自动生成可供移动智能设备识别的二维码，实现集加工、运输、存储、安装等整个供应链的信息共享。
施工过程中，导出模型三维空间坐标，指导现场预埋件及龙骨的精准定位，实现毫米级的误差控制，从而确保外立面建筑效果的流畅顺滑，满足建筑灵动及空间曲面造型的设计意图。
2.6 基于BIM技术支撑的全方位智慧化公园建设
针对室内空间狭小、弧形结构，分别对通风、空调、消防、电气、智能等各个专业创建三维BIM模型进行综合排布，通过模拟优化管线布置。
2.5公里的景区里，进行智能化系统工程建设，基于BIM技术以智能停车管理、安防高清视频监控、网络型背景音乐和智能广播、自助可视对讲报警柱、室外触控多媒体信息发布、智慧人流量统计和控制、智能照明、全景展示等设施，实现方便观众实时查询各种公共信息，自主导航景区内的服务目标;全方位实现智慧公园的管理体验。
2.7基于BIM技术的砾石聚合物混凝土艺术地坪优化设计
项目景观区伴随道、园路及广场地面采用砾石聚合物混凝土艺术地坪，利用BIM技术对艺术地坪线条进行优化分隔，最大限度满足功能与艺术效果;对艺术地坪的色彩搭配进行虚拟仿真设计与周边景观相得益彰;对艺术地坪通过不同色彩及单元形状对比，营造出多元化景观活动空间。
3. 基于大数据的成本分析及BIM5D项目管理
构建多方参与的协同工作信息化管理平台，对施工任务进行细化分解，并监控任务进度完成情况，实现工作任务合理在线分配。项目利用BIM5D平台，以施工模型为载体，导入工程成本文件及进度计划，施工模型与进度、成本挂钩，实现项目虚拟建造及运营。
4.结束语应用心得
上承先人之潜德幽光，自强不息，传递千年盛名;
下启来者之聪明睿智，与时俱进，谱写万世华章。
迎五湖亲朋，会四海来宾，科技创新驱动建筑技术日新月异，在BIM成果助推下建成的水上运动中心必将为二青盛会添光溢彩，为城市的转型升级提供不竭动力，成为秀美汾河边的一颗璀璨明珠!
