中国智慧建造出海，打造援外工程BIM标杆————中国建筑承建柬埔寨体育场项目

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<article><section data-type="rtext">摘 要：本文以中国政府援建、中国建筑股份有限公司承建的柬埔寨国家体育场项目为案例，阐述体育场复杂结构的智慧建造。应用VR、AR、HoloLens MR、三维激光扫描、3D打印等先进BIM技术，以BIM管理为主线，对索塔、预制看台、金属幕墙等复杂结构展开系统性BIM应用，为超大异形混凝土结构施工、装配式施工、变形控制提供依据，总结出成套海外BIM施工技术，助力工程的完美履约，提升了我国建造水平在国际上的影响力。关键词：复杂结构；BIM；索塔；预制看台系统；金属幕墙案例正文：2021年9月12日，柬埔寨首相洪森、中国国务委员兼外交部部长王毅一同出席由中国援建，中国建筑承建的新国家体育场的交接仪式。仪式上，王毅表示，“这是中柬友好交往史中又一个值得纪念的日子，中国迄今为止援助规模最大、等级最高的体育场在这里建成，新体育场是中国人民赠给柬埔寨人民的一份珍贵礼物，它必将成为又一个象征中柬传统友谊的重要地标。”<img data-alt="柬埔寨国家体育场完工效果图" src="//img.huanqiucdn.cn/dp/api/files/imageDir/8fec30174fa75bb42cdc3655969ffe58u1.png?imageView2/2/w/1260" />随着建筑在空间自由延伸的形态美学以及与人文、自然环境的融合，建筑呈现出的空间美学受到青睐，越来越多的建筑形态融入了国家或地区的文化象形，在空间上形成复杂结构，见证着城市发展的多样性和丰富性。此次，由中国建筑承建的柬埔寨国家体育场拾取了柬埔寨“双手合十礼”、“传统建筑屋脊”等文化象形，融入到索塔结构的建筑设计当中，其结构自由高度超高，空间异形，形成建筑复杂结构；围绕体育场周圈的金属幕墙拾取了柬埔寨“隆都花”的文化象形，板面适应复杂结构造型的扭曲面设计，花形通过不同比例的穿孔率实现，形成柬埔寨体育场整体外观。柬埔寨国家体育场建成后受到了当地民众的喜爱，争相打卡。以柬埔寨国家体育场索塔、预制看台和金属幕墙为例，工程呈现的高品质、高水平，离不开中国建筑技术团队背后的智慧建造。技术出海：用BIM技术打造索塔结构索塔多见于斜拉索桥和斜拉索罩棚结构体系的公共建筑，对国内、外斜拉索桥的索塔调研，索塔结构设计单一，形体基本在同一平面内，且外形变化较小。柬埔寨国家体育场索塔融合柬埔寨“双手合十礼”的象形，采用双肢对称布置的中空混凝土结构，高度为99米，在78米高处双肢合拢，最大内倾22米，最大外倾31米，截面面积由385平米随高度逐步递减为12平米，造型多变，结构复杂，施工过程中变形大、不能自稳，如何实现索塔的建造面临巨大挑战。从技术角度来看，索塔结构的外轮廓由五条空间曲线组成，传统的二维图纸难以具体描述出索塔结构形态，更无法对复杂结构进行计算分析，为此，中国建筑BIM团队通过Dynamo结合Grasshopper建立的参数化模型，不断的进行模型微调，最大程度还原了设计形态。为保障施工全过程的安全可靠性，中国建筑BIM团队通过Abaqus、Ansys等结构受力分析软件，逐级试算各阶段的力学状态，获取受力参数，反馈到Tekla对钢结构进行深化设计，基于高精度的钢结构Tekla 模型，转换出NC文件，指导进行数控精确加工。为解决索塔施工过程不能自稳，设计了钢支撑塔作为变形控制结构兼竖向综合垂直运输通道。深化全过程，形体设计与结构分析高效联动，基于结构分析结果反馈到Dynamo中对模型进行不断调整，形成最优的索塔BIM模型。<img data-alt="结构分析过程" src="//img.huanqiucdn.cn/dp/api/files/imageDir/b236a2137f74113fb26ea97c86789e63u1.png?imageView2/2/w/1260" />基于高精度索塔模型，索塔结构的图纸补充、钢筋定位、钢结构安装、模板拼装等施工定位依据全部来自BIM模型导出的坐标及控制点。为保证复杂结构造型效果，基于Revit模型导出三维CAD实体，开发造型木模板设计方法，并提出“矩阵式造型木”设计理念，创新设计一种“木模板+造型木+工字木梁+槽钢背楞”的三维变曲面连续缩减模板体系，为验证设计的合理性，中国建筑BIM团队将加工完成的模板运用三维激光扫描，获取点云模型并与设计的模板模型进行复核，合模前完成整改，避免返工，保证成型精度，最终形成了适用于复杂变曲面混凝土结构的配模流程，从三维建模到二维详图，解决了索塔形体难以实现的施工难题。<img data-alt="索塔结构三维变曲面连续缩减模板体系3D建模" src="//img.huanqiucdn.cn/dp/api/files/imageDir/a12dcf364335c3238d9a686e895420e1u1.png?imageView2/2/w/1260" /><img data-alt="索塔结构完工效果图" src="//img.huanqiucdn.cn/dp/api/files/imageDir/633197a776de8d2973b36d7d185e55f5u1.png?imageView2/2/w/1260" />节约成本： BIM技术规划装配式结构施工国内像鸟巢、深圳大运会体育场等类似工程看台板均采用专业厂家代生产，运输至现场，本项目地处海外，运输成本高，为此，基于Revit对预制看台厂进行规划设计，自建工厂，不仅满足本项目的看台板生产需要，还可以供需海外其他项目预制构件生产，节约成本，创造产值。预制看台实施过程，中国建筑基于业主提供的概念效果及参数，以相邻锯齿梁为基准，确定看台板长度，综合锯齿梁截面确定看台板截面，运用Revit内建模型深化出U型、T型、L型等看台板4324块栏板、踏步2884块，共计7208块，自建族库286个。中国建筑BIM团队将深化完成的看台版逐块虚拟拼装，再与现浇结构进行对比拟合，完成模型层次的预制现浇结构的高度融合。为保证看台板的加工精度，项目基于看台板模型，运用Revit对看台板模具进行深化设计，中国建筑将286组深化后模型根据截面形态进行分析对比，对相似造型的模具进行重组设计，从而设计出L形双面调节、T形三面调节、U形多面调节等系列可调整式钢模具，仅需46套即可完成全部7208块看台板的生产需求。<img data-alt="46套即可完成全部7208块看台板的生产需求" src="//img.huanqiucdn.cn/dp/api/files/imageDir/7743aa1e4dcb9be7dab2c892e289b7a2u1.png?imageView2/2/w/1260" />针对看台结构锯齿梁施工标高控制难，施工误差较大，看台板施工前利用三维激光扫描仪扫描获取锯齿梁点云模型，与设计模型进行比对，质量整改；对扫描获取的看台板点云模型进行虚拟预拼装，确保施工时的准确性。施工全过程，中国建筑通过自主研发的C8BIM云平台对构件进行二维码编号，制作“唯一身份证”，通过扫码浏览生产图纸、定位堆放位置、获取安装位置、完成质量验收等，实现了预制看台全过程智慧建造、精细化管控。<img data-alt="装配式结构跟踪系统" src="//img.huanqiucdn.cn/dp/api/files/imageDir/2bab9ec6ac0c0e9a5d4be4a5f258dffau1.png?imageView2/2/w/1260" />VR沉浸式外观体验：推动金属幕墙施工应用基于FUZOR模型借助HTC VIVE设备进行VR沉浸式金属幕墙外观体验，在信息平台上可实现调整不同颜色、不同穿孔率的目的，实现多种选择交互体验的目的，加快设计封样工作，减少同比例实物样板导致的资源耗费。<img data-alt="基于FUZOR模型金属幕墙不同方案的选择" src="//img.huanqiucdn.cn/dp/api/files/imageDir/0708b05a32ed940d726e885c80531a5fu1.png?imageView2/2/w/1260" />此外，项目实施全过程，中国建筑BIM团队深度应用BIM技术，借助VR设备进行沉浸式体验，基于AR技术增强现实交底，基于SketchUp借助HoloLensMR设备进行数字沙盘等技术辅助施工交交底；使用倾斜摄影技术获取实景模型导入Revit模型，用于全面感知现场进度、合理规划现场布置。借助Agisoft Metashape Pro制作的720实景模型可用于帮助各方了解现场实时进展。基于Revit模型，通过工业级3D打印机制作沙盘模型，Formlabs 3D光固化打印机制作索塔等复杂结构，使现场技术交流更加直观。项目通过BIM应用的形式与当地团体和国际组织进行交流，表现形式更具生命力，最终实施成果获得了各方的一致认可和称赞，提高了当地建筑行业的BIM认知水平，用BIM手段协助打造援外工程标杆，推动中国标准的国际化进程。案例评点：援柬埔寨国家体育场项目设计新颖，结构复杂，设计融入柬埔寨国家“双手合十礼”和“国花隆都花”的文化象形，是文化与建筑融合的典范，这也使得建筑结构越来越复杂。项目深度应用BIM技术，基于BIM实现了智慧建造的目的，提升我国建造水平在国际上的影响力，对推动我国在海外工程建设有积极的作用。</section></article>

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