上音歌剧院幕墙工程数字化建造技术应用

刘少瑜（上海市建筑装饰工程集团有限公司， 上海 200720）

住房和城乡建设部在《住房城乡建设事业“十三五”规划纲要》中提出：“加快推动装配式建筑与信息化深度融合，推进建筑信息模型（BIM）、基于网络的协同工作等信息技术应用，推进智能化生产、运输和装配，鼓励企业装配式施工，现场装配。”上音歌剧院项目场地狭小、工期紧，同时包含大量预制 UHPC（超高性能混凝土） 板及 GRC（玻璃纤维增强水泥） 板，预制混泥土板的浇筑、养护生产周期较长，因此需尽早对材料进行下单，材料下单同时还需保证下单的准确率等各种因素，所以本工程采用数字化建造技术来助力项目管理。

1 工程概况

上音歌剧院项目坐落于上海音乐学院东北角，总建筑面积约 3 万 m2，地上 5 层，地上部分主舞台建筑高度为 34 m，幕墙面积总计约 1.5 万 m2，其中超高性能混凝土 UHPC为本工程主要分项工程，面积约 0.7 万 m2。该材料用于外幕墙在上海市为首次采用,其中新材料的材料论证和大量单块面积达 6 m2的大板块 UHPC 板的高空吊装作业成为工程施工重点及难点。

2 投标阶段的数字化应用

2.1 整体系统分布展示

幕墙系统分布全方位表达，清晰明了地体现建筑外立面效果，并将建筑的特色或代表性部位直观、形象地展示，而非对着二维图纸自行想象，使人对建筑的印象更加清晰，同时为公司项目竞标加分。

2.2 面积统计

工程量计算在幕墙投标工作中占有举足轻重的地位，传统的工程量计算都是由造价人员手工或辅以简单的办公软件来完成的，计算精度完全取决于计算人员的计算能力，当遇到复杂的项目时，通常需要两方甚至三方人员共同计算工程量，以保证计算结果的准确性。基于 BIM 信息模型的工程量计算，是依托于模型信息化的属性，直接由模型导出工程量，计算的精度则完全取决于建模的精度，准确度的可控性更高。上音歌剧院项目作为某公司的重点项目就在投标阶段运用了 BIM 计算工程量，在计算效率和计算精度上都有了较大的提高。幕墙嵌板明细如表 1 所示。

表1 幕墙嵌板明细表

2.3 系统构造连接

本工程新材料超高性能混凝土 UHPC 为国内在幕墙上的首次使用,对于新材料幕墙系统的连接构造设计需进行论证模拟，确保幕墙系统的可行性。幕墙节点和材料规格精细地表达，为搭接、收口等复杂的位置提供清晰的解决方案，比二维图纸和文字描述更能说明概况。

2.4 施工部署划分

根据项目的立面效果、施工难度、施工方式等多种因素进行综合分析，以划分施工区域，并对各区域作详细介绍。

第一施工区域：靠近淮海中路主入口，轴线2-J～2-N、1-13～3-3 位置。本立面分为 3 个施工段进行，即 UHPC 板幕墙和玻璃幕墙、门头部位 3 个施工段，前期龙骨安装采用脚手架进行，后期面板安装采用小炮车配合活动脚手架进行。

第二施工区域：沿汾阳路排练厅，轴线 2-B～2-H 位置。本立面主要为 UHPC开槽板、玻璃幕墙，立面规整全部采用吊篮结合小炮车进行安装。

第三施工区域：与原教学楼交接区域，主要为 UHPC 开槽板、洞口窗，考虑交接面复杂性，采用脚手架结合汽车吊进行安装。

第四施工区域：C 单体后舞台办公区，主要为 UHPC 镂空开槽板、洞口窗、玻璃幕墙，工作面内容多，采用脚手架结合汽车吊进行安装。

第五施工区域：屋顶主舞台区域，主要为 GRC 开槽板，工作面规整，采用脚手架结合小炮车进行安装。

3 深化设计阶段的数字化应用

3.1 钢龙骨信息统计

前期通过颜色将模型归类，通过颜色可以快速统计模型数量，避免人工手算产生的计算误差，节约成本。对基于Catia 软件 输出的物料清单与 GH 软件模型提取数据进行数据对比，确保数据准确。基于 GH软件将钢材总长度进行长度统计，在模型上标记长度数值，将其作为钢材下单统计及成本校核依据。项目 BIM 的龙骨统计如表 2 所示。

表2 项目 BIM 龙骨统计

3.2 铝材套材统计

将工程中所有涉及玻璃幕墙铝型材的模型单独提取，对每根铝型材进行编号，统计铝型材总长度及重量。运用 BIM输出 2D 编号图、铝型材套料优化。铝型材定尺加工，所有铝材在幕墙加工厂实现断料加工，现场按编号图领料安装，节约材料和现场管理成本。

4 施工建造阶段的数字化应用

将模型检测出来的碰撞位置，及时反馈给项目部技术人员，核对现场实际结构完成情况，在幕墙龙骨及面板安装及订购前，解决碰撞问题，避免按理论下单使现场结构不匹配进而造成的材料损失的情况。

5 项目难点的数字化应用

5.1 基于 BIM 快速生成无规则穿孔板加工单

本工程包含大量穿孔 UHPC 板，加工单的绘制需要将原始 100 mm 高的穿孔统一改成 107 mm 高,同时添加板面的开槽。平均单块面板包含 100 个小穿孔，同时每块板上每隔 100 mm 还要开槽，传统 CAD 绘制方式的绘制单块鼠标点击量约达到 1 500 次。且面对大量操作准确率难以保证加工精度 100% 。

提供的原始镂空图案为整体图块，后期深化需要按面板进行分割，每块面板需单独提取。如何在一整面镂空图案中，选中想要的单块图案，其操作难度大。通过 BIM 可视化编程,可选择其中一个镂空样式更改，再运用程序批量功能批量计算。通过 BIM 程序快速将 4 415 块小镂空图案由 100 mm 高统一更改为 107 mm 高。通过 BIM 批量对三维模型进行实体布尔运算，得到最终镂空图案及正面开槽样式实体模型。通过 BIM 批量完成对面板的编号及外尺寸标注，完成后编号和尺寸标注后导出 Excel 表格。将完成后的三维模型输出 ⋆stl 格式模型，进行数控雕刻机 3D 打印雕刻，也可以将完成后的模型输出 ⋆DWG 平面图。

5.2 多种标高复杂屋面上解决垂直水平运输装置

本工程施工场地狭小且存在多种标高的屋面建筑，如果对应的屋面施工材料及大型设备无法及时进行垂直运输，容易造成材料的堆积和不必要的损耗及浪费。同时对于存在多种标高的屋面，在屋面高差较大位置，往往需要在不同时间段组织多次垂直运输。因此，本工程设置一种可固定架设在高低层屋面之间的垂直吊顶工具，可以方便实现材料的垂直和水平运输且可根据实际安装位置进行拆卸和移动，实现了吊装工具的重复利用。

5.3 二维码运用

本项目 UHPC 外墙板＞7 000 m2，有镂空板、刻槽板，多种规格、多种型号，按照传统方式将板块加工好运到工地现场，工人要找板块安装肯定要花很多的时间。本项目采用某公司特有的“建筑装饰工程构件加工及安装施工数字化管理系统”打印二维码来管理材料，为项目节约了工期和成本。

通过用户列表添加材料供应商用户名，实时跟踪材料生产状况。通过在材料出库、安装、验收不同阶段不同用户扫码，系统可以实时更新构件状态。将相关各分公司（部门）及材料供应商纳入平台统一管理，通过二维码实时跟踪材料生产及安装状况

6 结 语

数字化建造技术在上音歌剧院项目上的成功运用不仅为项目的实施提供了便利还节约了成本。上音歌剧建筑外形像一艘船，造型复杂、高低错层居多、外立面幕墙系统多，加之这是尚无国家标准的超高性能混凝土 UHPC 板在上海市较早次使用，施工难度较大。而且大量的镂空 UHPC 板是挂在玻璃幕墙外面，镂空 UHPC 板镂空率每块板子还不一样，最终形成幕布的效果。传统的项目管理方法肯定成本比较高，本项目全程采用数字化建造技术有效地节约了工期和成本，并取得了显著的效果。