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梅溪湖的“芙蓉花”要开了

2016年是工程总承包部长沙梅溪湖项目收获之年。12月15日、16日连续从全国“龙图杯”BIM大赛和中国建设工程BIM技术应用捧回了两项全国一等奖桂冠,这是集团公司在此类项目上的第一次。
BIM技术代表着当今建筑工匠们利用现代科技手段建造大型超复杂类工程的特殊技术手段,显现出新时代建筑工人超凡的智慧与能力。如今,城建人正在用智慧建造这项大型复杂工程。
飘逸“芙蓉花”与北京城建“结良缘”
北京城建集团的工匠们注定要和大型复杂工程结缘。
历史记录着上个世纪五十年代,北京城建集团的前辈们在茫茫的雪域高原修建滇藏公路、滇缅公路等;六十年代又转战北京修建中国第一条地铁。
2003年,北京城建集团承接了2008年北京奥运会主会场国家体育场(鸟巢)等大型复杂钢结构工程,“鸟巢”也被世界誉为本世纪新奇迹十大建筑。
2013年12月,湖南长沙一个设计外观造型酷似飘逸的“芙蓉花”建筑再次与北京城建集团结缘。工程取名为长沙梅溪湖国际文化艺术中心,工程总建筑面积12.6万平方米,包括1800座的大剧院、500座的多功能小剧场和展厅面积超过1万平方米的当代艺术馆。
这个出自国际一流建筑设计大师扎哈•哈迪德的作品,犹如绽放的“芙蓉花”洒落在梅溪湖畔。每个单体建筑由“花瓣”衍生而来,大剧场为四片花瓣,艺术馆为三片花瓣,小剧场为一片花瓣。花瓣造型高低错落有致,唯美如画。
工程结构十分复杂,分为三个部分,即土建主体为框剪混凝土结构,在土建结构外围是支撑建筑外衣的弯扭钢结构,钢结构工程复杂程度不亚于“鸟巢”。建筑最外层是GRC幕墙结构,双曲面GRC幕墙造型也是世界不多见幕墙结构工程。结构的复杂程度和施工难度是集团公司历年来承建的大型复杂公共建筑类工程中屈指可数的。
业主基于北京城建集团承担过“鸟巢”、国家大剧院等高难度钢结构和复杂类大型公共建筑,选择了北京城建集团施工总承包。
梅溪湖:有一支敢为人先的技术团队
针对机电管线复杂,钢结构体量大且弯扭构件多,外幕墙、精装修存在大量复杂双曲面,传统深化设计及施工方法无法满足需求。项目成立了一支敢为人先的BIM团队。
开工伊始,项目团队在上级相关部门的指导下,组建了以项目经理赵换江为组长、总工程师刘京城为副组长、总包技术部门人员和各专业分包单位技术人员为组员的BIM团队,提前做好策划。在深化设计阶段,对原设计和各专业分包模型进行整合分析指导,在各项专业分包招标过程中,明确要求投标人需使用BIM技术进行深化设计;在施工阶段,采用云平台进行图纸、模型管理。随后,又制订了相关工作流程,倡导全过程、全专业、全系统使用BIM技术。针对工程难点,采用BIM技术,综合MR、云计算、物联网等信息化技术,实现工程的智慧建造。
为强化BIM团队管理,提高执行力。项目在第一时间制定BIM执行计划书,对总包、分包的职责进行界定,对所有专业分包建模软件版本、模型命名、建模标准等统一做出规定。同时,又在与专业分包签订的合同中明确规定必须使用BIM技术。
对重点问题进行攻关。在复杂的幕墙专业问题上,组织幕墙单位进行BIM深化设计,深化后的模型上传至TC云平台。项目团队综合各专业模型整合,进行碰撞检测后暴露问题,再通过Trello云平台与各方沟通解决问题。复杂问题放在幕墙BIM协调会上解决。然后,利用MR(混合现实)技术,将虚拟的模型融合在现实场景中,辅助会议讨论沟通。安装验收过程中利用基于微信平台的GRC管理系统,对贴有二维码的GRC板块进行无纸化验收、信息管理及三维动态监测。
集社会资源建设复杂工程。在充分利用集团公司优势资源基础上,从项目开工起就不断邀请国内行业专家、集团公司和工程总承包部相关领导及部门人员对BIM实施方案进行评审、对现场进行有针对性的指导;在BIM应用过程中加强质量监控等措施,并与中南大学合作研发了信息GRC管理系统,并将最终成果和竣工BIM模型、后台数据库移交给业主便于后期运维。通过上述措施,确保了长沙梅溪湖国际文化艺术中心工程的BIM实施质量。
攻克三大难题 实现智慧建造
难题一,钢结构深化设计与施工。要把22000吨钢结构编织成“芙蓉花”的骨架,其中一部分是要把4.5厘米厚的钢板扭弯曲,毕竟钢构材料不是柳条,其难度可想而知。
梅溪湖项目BIM团队会同专业分包单位从钢结构深化设计之初,就使用了Tekla软件进行整体深化设计,使用该软件可自定义生成复杂三维节点。比如最复杂的蜂窝钢结构由于存在大量弯扭构件,利用钢结构深化设计软件对4.5厘米厚弯扭构件三维实体建模,并对壁板展开及放样,解决加工成型问题。
大剧院前厅钢结构造型酷似蜂窝形状。在钢构吊装前,首先使用Tekla软件对蜂窝钢结构进行整体计算后设置基准点、分区域吊装等。通过软件应用,将大到近百吨,小到两三吨的2000多个吊次,历时五个月准确无误安装完成,也实现了7万多米长的焊缝一次检验合格。
难题二,幕墙结构深化设计施工。GRC幕墙目前在国内大型复杂类工程中使用并不多见,该工程追求的是飘逸“芙蓉花”效果,使用了近8万平方米GRC幕墙结构,还有近2万平方米的铝板及玻璃幕墙。幕墙多为异形扭曲屋面,并设计成开放式幕墙维护体系。承载这些屋面板的是附着在钢结构上的二次钢结构,据不完全统计仅檩托就1万余根,檩条2.5万延长米,扣件3万余个,螺栓用量达25万个。要把这些材料无差错安装就位,其难度是巨大的。
针对这种复杂构造和施工难度,BIM团队在GRC幕墙上使用了DP软件进行表皮设计,生成板块分格及板块翻边模型。再利用犀牛软件深化设计,生成二次钢结构、防水保温、天沟等模型,并直接从模型出施工图。在加工期间,采用CNC三轴雕刻机,保障GRC板块毫米级加工精度。施工期间,通过基于微信平台开发的GRC管理系统,手机扫描粘贴在GRC上的二维码,自动跳转至验收界面,点击确认即可完成验收,且能实现当前板块定位和施工进度的三维动态监测。
在工程竣工后运营过程中,若发现GRC板损坏,维护人员可登录GRC管理系统后台搜索损坏的GRC板所有信息,第一时间重新生产加工。通过GRC幕墙智慧建造技术的应用,确保近2万块无一相同的双曲面GRC板块深化设计、加工制作、精准安装、便捷无纸化验收和信息化运维。
在GRC幕墙屋面防水问题上,项目通过组织专家认证形式加以解决。目前,国内大型公共建筑屋面,尤其是异形扭曲屋面,其屋面漏水问题一直未能彻底解决,不但影响建筑的正常使用,也缩短了建筑的使用寿命。长沙梅溪湖国际文化艺术中心工程GRC幕墙为开放式幕墙维护体系,且无检修空间,更加大了屋面防水功能的风险。如何保证屋面防水体系的稳定可靠,就显得尤为重要。工程项目团队先后六次组织行业专家深入研究,形成屋面防水体系并经专家论证通过。目前小剧场屋面防水施工已经完成两个多月,至今未发现防水渗漏点。
防水体系的成功应用,将消除长期困扰中国建筑行业的一大技术难题,带动国内GRC行业的发展,提升国内整个GRC 行业的设计、施工水平,是对中国建筑行业的重大贡献。
难题三,机电综合及精装修工程。机电工程中使用revit软件进行管线综合及机房深化,通过机电智慧建造技术的应用,减少了现场上万个施工碰撞及拆改,节约成本。
精装修施工上,施工前对现场实体结构做三维扫描并逆向建模,掌握现场实际与设计模型的差别,消除初始误差,保障施工精度。施工过程中通过手持设备选取BIM模型中所需放样点,指挥放样机器人发射激光自动找准现场点位,实现“所见点即所得”,将BIM模型精确反应到施工现场。通过精装修智慧建造技术的应用,提高了施工精度及施工效率,保障了工期。
在采取先进技术手段的同时,为保证工程的顺利进行,总包加大了对工程协调力度。2016年,共组织召开技术协调会245次,解决了700余个现场难题,形成重大会议纪要70份。通过总包主持,业主、设计、顾问单位、相关专业分包参加的集体办公形式,把分开的专业施工纳入到了分层次有序的统一管理,技术问题得到彻底解决,为现场施工生产的顺利进行创造了条件。
该项目通过BIM等多个成套技术,先后取得了国家专利10项、著作权1项,发表相关论文4篇,荣获中国钢结构金奖、“龙图杯”全国BIM大赛一等奖、中国建设工程BIM大赛一等奖等多个奖项、荣获2016年全国工程建设优秀QC小组活动成果一等奖,并通过北京市住建委组织的智慧建造科技成果鉴定,鉴定为“该研究成果总体达到国际先进水平,其中倾斜式蜂窝状钢结构及GRC幕墙建造技术达到国际领先水平”。
俯视脚下这片工地,焊花似流星雨般挂在眼前。为了2017年6月底的首演,我们一直在努力……

黎方益 刘梦溪 苏李渊