▲圖1 梅溪湖城市島

梅溪湖城市島總用地面積約為2萬(wàn)平方米，呈長(zhǎng)方形，為地面平整的人工島嶼，由1座雙螺旋體景觀構(gòu)筑物、1座服務(wù)中心及屋頂觀景平臺(tái)、1座人行天橋、1座入島橋和室外廣場(chǎng)組成，涵括高檔住宅、超五星級(jí)酒店、5A級(jí)寫(xiě)字樓、酒店式公寓、文化藝術(shù)中心、科技創(chuàng)新中心等眾多頂級(jí)業(yè)態(tài)，城市島定位為公共開(kāi)敞空間。

▲圖2 梅溪湖城市島項(xiàng)目概念圖

梅溪湖城市島實(shí)現(xiàn)整個(gè)環(huán)道的順利對(duì)接合龍，島上的標(biāo)志性構(gòu)筑物雙螺旋觀景平臺(tái)，高約34米、直徑約80米，兩條相互環(huán)繞螺旋上升的步道采用三角支撐架結(jié)構(gòu)的構(gòu)筑物曲線(xiàn)通道，象征著城市的發(fā)展與自然環(huán)境相融合，成為生態(tài)之城和繁榮之城。

雙螺旋觀景平臺(tái)主要是由空間雙曲彎扭構(gòu)件組成，兩條螺旋形的曲線(xiàn)通道采用三角支撐架結(jié)構(gòu)的構(gòu)筑物曲線(xiàn)通道，連接著一列密集的柱廊。項(xiàng)目包含由6米寬坡道構(gòu)成的人行通道，螺旋通往約30米的高處，站在螺旋的頂端，人們能欣賞到梅溪湖以及周邊共約40公頃的規(guī)劃新區(qū)全景風(fēng)貌。與螺旋形景觀構(gòu)筑物相連處，往西延伸有約800米長(zhǎng)的人行天橋，橋墩為變截面混凝土斜柱結(jié)構(gòu)，橋跨結(jié)構(gòu)為倒三角形立體桁架和倒三角形立體桁架加單榀索拱結(jié)構(gòu)。服務(wù)中心及屋頂觀景平臺(tái)為鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，入島橋?yàn)殚L(zhǎng)約22米的多跨梁板結(jié)構(gòu)。

▲圖3 人行天橋

▲圖4 入島橋

▲圖5 服務(wù)中心

項(xiàng)目難點(diǎn)

梅溪湖城市島項(xiàng)目鋼結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)上形式獨(dú)特，結(jié)構(gòu)新穎，且對(duì)拼裝精度控制、安裝精度控制以及安裝過(guò)程監(jiān)測(cè)精度要求高，特別是結(jié)構(gòu)的地面拼裝、安裝精度。如何將空間三維結(jié)構(gòu)安裝到設(shè)計(jì)的空間位置，控制過(guò)程極為復(fù)雜，是該項(xiàng)目的測(cè)量重難點(diǎn)之一。

此外，鋼結(jié)構(gòu)測(cè)量控制網(wǎng)是整個(gè)測(cè)量工作得以開(kāi)展的基礎(chǔ)。該項(xiàng)目施工范圍廣，施工測(cè)量控制區(qū)域大、面廣，施工過(guò)程中整體平面布局變化較大。施工控制網(wǎng)布設(shè)的合理性、測(cè)量控制點(diǎn)的建立與維護(hù)，直接影響整個(gè)測(cè)量施工的成果。而且該項(xiàng)目主體為純鋼結(jié)構(gòu)建筑，總用鋼量約7000 噸，為目前世界上最大的雙螺旋鋼結(jié)構(gòu)建筑。
      其復(fù)雜奇異的造型主要是由330 塊大小、形狀完全不同的環(huán)道單元 和32根斜柱構(gòu)成，這給項(xiàng)目施工帶來(lái)很大難度，對(duì)施工精度控制非常高，要求施工過(guò)程中反復(fù)調(diào)驗(yàn)、監(jiān)測(cè)。同時(shí)，該項(xiàng)目結(jié)構(gòu)復(fù)雜，構(gòu)件數(shù)目多且比較大，如何消除構(gòu)件在吊裝過(guò)程中因自重產(chǎn)生的變形、因溫差造成的縮脹變形、因焊接產(chǎn)生收縮變形等造成的誤差累積，也是鋼結(jié)構(gòu)施工測(cè)量需重點(diǎn)考慮的問(wèn)題。

▲圖6 梅溪湖城市島項(xiàng)目圖

解決方案

▲圖7 梅溪湖BIM 整合模型

一、BIM與全站儀校核的集成

基于BIM的異型鋼結(jié)構(gòu)放樣主要分為三個(gè)步驟，即在模型中導(dǎo)出點(diǎn)位數(shù)據(jù)、將數(shù)據(jù)導(dǎo)入至儀器和現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量校核。其中在模型中導(dǎo)出點(diǎn)位數(shù)據(jù)與BIM 技術(shù)的關(guān)聯(lián)較為密切，湖南建工嘗試?yán)肁utodesk PointLayout 在BIM 模型中布置控制點(diǎn)及需校核的點(diǎn)位，輸出為.txt 的格式，直接導(dǎo)入儀器中，經(jīng)過(guò)評(píng)估發(fā)現(xiàn)該方法既可以保障校核點(diǎn)位的準(zhǔn)確性，又可以減少人工輸入數(shù)據(jù)的偶然誤差，保證校核數(shù)據(jù)的嚴(yán)謹(jǐn)性和科學(xué)性。該項(xiàng)目鋼結(jié)構(gòu)屬于大截面空間彎扭結(jié)構(gòu)，結(jié)合項(xiàng)目異型鋼結(jié)構(gòu)的安裝流程，對(duì)其復(fù)核的重點(diǎn)為：

▲圖8 梅溪湖城市島項(xiàng)目復(fù)核重點(diǎn)

二、BIM+測(cè)繪施工

為提高工作效率，保障工程進(jìn)度，湖南建工BIM中心在該項(xiàng)目采用基于BIM模型TOPCON LN-100自動(dòng)放樣機(jī)器人，對(duì)海量點(diǎn)位數(shù)據(jù)進(jìn)行放樣及校核?；贐IM的空間放樣定位目前在國(guó)內(nèi)應(yīng)用較少，且軟件操作流程不夠完善。湖南建工BIM中心首次完成了基于BIM TOPCON LN-100放樣軟件流程的探索，基于BIM的異型鋼結(jié)構(gòu)放樣主要分為三個(gè)步驟，即布設(shè)控制網(wǎng)、設(shè)置放樣點(diǎn)位和現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量放樣。

湖南建工BIM中心嘗試并完成了基于AutodeskBIM 360 和TOPCON LN-100放樣流程探索， 在Revit 模型中設(shè)置的放樣點(diǎn)信息，通過(guò)BIM 360 上傳至云端，并同步到Glue及Layout中，在施工現(xiàn)場(chǎng)只需登錄IPAD中的Autodesk BIM 360 Layout下載模型及放樣點(diǎn)信息，連接測(cè)繪儀器TOPCONLN-100便可進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)繪。

▲圖9 Autodesk BIM 360 Glue 界面1

▲圖10 Autodesk BIM 360 Glue 界面2

▲圖11 Autodesk BIM 360 Glue 界面3

三、現(xiàn)場(chǎng)拼裝及焊接

環(huán)道單元拼裝之前，根據(jù)深化設(shè)計(jì)圖所給的各點(diǎn)坐標(biāo)，對(duì)構(gòu)件進(jìn)行放樣取點(diǎn)。在拼裝過(guò)程中對(duì)需拼裝構(gòu)件坐標(biāo)點(diǎn)一一吻合，以完成拼裝。由于運(yùn)輸或自身重量而產(chǎn)生變形的構(gòu)件，對(duì)于發(fā)生偏移的部位可利用千斤頂進(jìn)行校正。

▲圖12 環(huán)道單元三維視圖-1

▲圖13 環(huán)道單元三維視圖-2

鋼結(jié)構(gòu)斜立柱吊裝前提前放樣，根據(jù)構(gòu)件中心設(shè)置吊耳，安裝前搭設(shè)好操作平臺(tái)。吊裝就位后，及時(shí)將鋼柱對(duì)接處焊接臨時(shí)連接板進(jìn)行固定，兩端同時(shí)拉設(shè)纜風(fēng)繩，保證鋼柱穩(wěn)定性，同時(shí)可利用調(diào)節(jié)倒鏈微調(diào)斜立柱安裝段的安裝精度，鋼柱內(nèi)部加勁通過(guò)在斜立柱上開(kāi)設(shè)焊接手孔進(jìn)行焊接。環(huán)道在地面拼裝完成后，掛設(shè)好操作平臺(tái)，隨環(huán)道一起吊裝就位。環(huán)道焊接使用陶瓷襯墊，環(huán)道上表面外包鋼板開(kāi)設(shè)人孔，方便施工人員進(jìn)入環(huán)道內(nèi)部進(jìn)行焊接。

▲圖14 螺旋體

位置建立計(jì)算機(jī)實(shí)體模型，建立拼裝胎架三維模型，定好拼裝單元節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)后，湖南建工嘗試使用Autodesk BIM 360 Layout設(shè)置其余各胎架支撐部位空間點(diǎn)位，并導(dǎo)出各空間點(diǎn)位的三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)，根據(jù)模型1:1放樣設(shè)置仿形拼裝胎架，采用平臥拼裝方法。

結(jié)構(gòu)面的拼裝主要檢查各構(gòu)件的相對(duì)位置、桿件角度、接口尺寸和接縫、空間坐標(biāo)、測(cè)量控制點(diǎn)設(shè)置等關(guān)鍵控制指標(biāo)是否符合設(shè)計(jì)，為安裝提供準(zhǔn)確的定位信息，確保安裝精度。通過(guò)對(duì)構(gòu)件的拼裝，及時(shí)掌握構(gòu)件的制作裝配精度，保證現(xiàn)場(chǎng)安裝精度，對(duì)某些超標(biāo)項(xiàng)目進(jìn)行調(diào)整，并分析產(chǎn)生原因，在以后的加工過(guò)程中及時(shí)加以控制。確定拼裝準(zhǔn)確無(wú)誤后，對(duì)每個(gè)拼裝接頭處做好安裝標(biāo)記。

▲圖15 三角鋼桁架地面拼裝

在梅溪湖城市島項(xiàng)目施工現(xiàn)場(chǎng)，湖南建工嘗試使用Autodesk 軟件與Topcon硬件的結(jié)合，并總結(jié)了一套軟硬件無(wú)縫對(duì)接的操作流程，首先在Autodesk Revit 模型中設(shè)置現(xiàn)場(chǎng)需放樣的坐標(biāo)點(diǎn)（平面定位、高程數(shù)據(jù)）及現(xiàn)場(chǎng)坐標(biāo)控制點(diǎn)，將建立好的Autodesk Revit 模型導(dǎo)入AutodeskBIM 360 Glue 中，現(xiàn)場(chǎng)使用人員將安裝有Autodesk BIM 360 Layout 應(yīng)用程序的iPad平板電腦利用WiFi與Topcon LN-100 連接上，打開(kāi)Autodesk BIM 360 Layout 程序，選定、瀏覽設(shè)計(jì)好的Autodesk Revit 模型，選定控制點(diǎn)完成測(cè)站設(shè)置，從列表里篩選、選擇要放樣的點(diǎn)位。經(jīng)過(guò)評(píng)估發(fā)現(xiàn)，Autodesk BIM 360 Layout 軟件能夠智能實(shí)時(shí)顯示LN-100儀器的仿真模型及其處于整個(gè)BIM 3D模型空間中的實(shí)際位置，非常方便和直觀。最后，現(xiàn)場(chǎng)人員根據(jù)Autodesk BIM 360Layout 軟件中實(shí)時(shí)顯示并提示所處BIM 3D模型的位置及偏移量數(shù)據(jù)，伴隨著聲音和振動(dòng)等提示精確定位控制點(diǎn)和放樣點(diǎn)。

湖南建工嘗試使用Autodesk BIM 360 Layout 軟件搭配TOPCON LN-100三維放樣機(jī)器人，簡(jiǎn)化施工現(xiàn)場(chǎng)精確定位BIM坐標(biāo)的過(guò)程、將BIM模型的設(shè)計(jì)意圖與真實(shí)世界鏈接、實(shí)現(xiàn)了工程數(shù)據(jù)從設(shè)計(jì)到施工的無(wú)縫對(duì)接。

▲圖16 iPad界面圖

項(xiàng)目亮點(diǎn)

一、螺旋體及人行天橋結(jié)構(gòu)測(cè)量原則

1、嚴(yán)格遵守湖南建工BIM中心專(zhuān)業(yè)課題申領(lǐng)制度中基于BIM 的施工測(cè)繪精密化應(yīng)用的相關(guān)要求。

2、基于Autodesk Revit 模型嚴(yán)格執(zhí)行測(cè)量規(guī)范，遵守先整體后局部的工作流程，先確定平面控制網(wǎng)，后以控制網(wǎng)為依據(jù)，進(jìn)行各局部軸線(xiàn)的定位放線(xiàn)。

3、嚴(yán)格審核Autodesk Revit 模型的準(zhǔn)確性，堅(jiān)持測(cè)量放線(xiàn)與Autodesk Revit 模型同步校核的工作方法。

二、精確測(cè)量+全面復(fù)核

合理布置測(cè)量控制網(wǎng)，保證各控制點(diǎn)間同時(shí)閉合良好；根據(jù)首級(jí)控制網(wǎng)布設(shè)二級(jí)控制網(wǎng)，復(fù)測(cè)后布設(shè)三級(jí)平面控制網(wǎng)；分不同施工階段調(diào)整控制網(wǎng)，保證各施工階段測(cè)量控制網(wǎng)精確、有效；施工過(guò)程中做好控制點(diǎn)的標(biāo)識(shí)與保護(hù)，定期地對(duì)控制點(diǎn)進(jìn)行復(fù)測(cè)。

將自動(dòng)照準(zhǔn)全站儀架設(shè)到視野開(kāi)闊、平整且能夠便于大面積觀測(cè)的平面上（三級(jí)控制點(diǎn)）。螺旋體內(nèi)環(huán)道吊裝就位經(jīng)過(guò)采取臨時(shí)措施進(jìn)行固定后，逐一復(fù)核各復(fù)核點(diǎn)，本工程采用自動(dòng)照準(zhǔn)全站儀的免棱鏡功能及配合常規(guī)棱鏡兩種方法進(jìn)行復(fù)核。

在普通測(cè)量基礎(chǔ)上， 湖南建工B IM 中心以Autodesk Revit 模型為基礎(chǔ)，投入TOPCON LN-100三維放樣機(jī)器人對(duì)施工過(guò)程中各重要過(guò)程進(jìn)行監(jiān)控與復(fù)測(cè)，著重控制拼裝過(guò)程中節(jié)點(diǎn)相對(duì)位置精度，保證桁架的地面拼裝精度；同時(shí)，計(jì)算桁架預(yù)拱值，在桁架拼裝上提前考慮變形情況，在高空安裝時(shí)實(shí)現(xiàn)整體精度控制。選擇合理的施工吊裝順序；根據(jù)擬定的施工方案、分段及施工順序做好計(jì)算機(jī)施工仿真分析，按照分析結(jié)果對(duì)桁架桿件做預(yù)起拱；做好安裝后（焊前）結(jié)構(gòu)測(cè)量，根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)編制合理焊接作業(yè)指導(dǎo)書(shū)，通過(guò)調(diào)整焊接順序控制焊接收縮變形引起的誤差；選擇合理的結(jié)構(gòu)合攏點(diǎn)及合攏時(shí)間。

▲圖17 測(cè)繪現(xiàn)場(chǎng)照片

▲圖18 施工現(xiàn)場(chǎng)照片

BIM工作站

湖南建工就梅溪湖城市島項(xiàng)目啟動(dòng)BIM工作站，提早明確了BIM硬件和軟件配套要求，為各階段工作開(kāi)展提供良好的條件。梅溪湖城市島項(xiàng)目BIM工作站人員在集團(tuán)指導(dǎo)下，加強(qiáng)學(xué)習(xí)，刻苦鉆研，提升自身專(zhuān)業(yè)技術(shù)水平，同時(shí)結(jié)合梅溪湖城市島項(xiàng)目異型鋼構(gòu)特色，在基于BIM的施工測(cè)繪精密化應(yīng)用方面取得顯著成效。

梅溪湖城市島項(xiàng)目BIM工作站為公司第一個(gè)BIM工作站，得到了湖南建工BIM中心的大力支持，對(duì)該院打造技術(shù)過(guò)硬的BIM團(tuán)隊(duì)，推動(dòng)BIM系統(tǒng)建設(shè)具有重大意義，有效提升該院技術(shù)創(chuàng)新水平和核心競(jìng)爭(zhēng)力。

項(xiàng)目心得

一、BIM與自動(dòng)測(cè)量機(jī)器人集成應(yīng)用的核心價(jià)值

目前， BIM與自動(dòng)測(cè)量機(jī)器人集成應(yīng)用包括基礎(chǔ)工作、土建復(fù)核、施工測(cè)量、放樣驗(yàn)收4個(gè)階段。并具有如下三點(diǎn)核心價(jià)值：

1.將現(xiàn)場(chǎng)測(cè)繪得到的實(shí)際建造結(jié)構(gòu)信息與模型匯總的數(shù)據(jù)對(duì)比，核對(duì)現(xiàn)場(chǎng)與模型之間的偏差，為機(jī)電、精裝、幕墻等專(zhuān)業(yè)的深化設(shè)計(jì)提供依據(jù)。

2.結(jié)合施工現(xiàn)場(chǎng)軸線(xiàn)網(wǎng)、控制點(diǎn)及標(biāo)高控制線(xiàn)，將設(shè)計(jì)成果高效快速的標(biāo)定到施工現(xiàn)場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)精確的施工放樣，為施工員提供更加準(zhǔn)確、直觀的施工指導(dǎo)，提高測(cè)量放樣效率。

3.在施工完成后，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)物進(jìn)行實(shí)測(cè)實(shí)量，通過(guò)將實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)與設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比來(lái)檢測(cè)施工質(zhì)量是否符合要求，保證工程施工質(zhì)量。

二、BIM與自動(dòng)測(cè)量機(jī)器人集成應(yīng)用研究攻關(guān)方向

BIM與自動(dòng)測(cè)量機(jī)器人集成應(yīng)用的研究攻關(guān)方向?qū)@以上三點(diǎn)核心價(jià)值開(kāi)展工作，從基礎(chǔ)的Autodesk Revit 建模開(kāi)始，至施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行自動(dòng)放樣實(shí)際操作，再升華至現(xiàn)場(chǎng)測(cè)繪得到的實(shí)際建造結(jié)構(gòu)信息與模型匯總的數(shù)據(jù)對(duì)比，系統(tǒng)的研究軟硬件的兼容性、放樣精度分析（實(shí)測(cè)實(shí)量）、多專(zhuān)業(yè)數(shù)據(jù)共享、提高測(cè)量放樣效率等方面。配備國(guó)內(nèi)先進(jìn)的TOPCON LN100 測(cè)量機(jī)器人，與BIM模型結(jié)合，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)空間精密放樣定位、異形結(jié)構(gòu)校核等測(cè)繪領(lǐng)域進(jìn)行攻關(guān)，確保施工精度，提高測(cè)量工作效率，嘗試完善測(cè)繪體系。

項(xiàng)目總結(jié)

該項(xiàng)目造型特異、鋼結(jié)構(gòu)復(fù)雜、施工精度要求高、工期短，傳統(tǒng)的測(cè)量放樣方法面臨許多難以解決的問(wèn)題。為了解決上述測(cè)量放樣問(wèn)題，湖南建工BIM中心決定嘗試在本工程使用TOPCONLN-100三維放樣機(jī)器人以保障項(xiàng)目生產(chǎn)，并著重對(duì)基于BIM 的異型鋼構(gòu)精密化測(cè)繪進(jìn)行攻關(guān)。此次嘗試不僅提高了異型鋼結(jié)構(gòu)整體施工效率，同時(shí)加強(qiáng)了深化設(shè)計(jì)與現(xiàn)場(chǎng)施工的連接，能夠在鋼結(jié)構(gòu)施工前提前發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)錯(cuò)誤，避免返工。而且基于BIM的智能型全站儀測(cè)量放樣，相對(duì)于傳統(tǒng)放樣方法人員投入3-4人也要少一倍，只需1-2人即可，放樣速度在200-250 點(diǎn)位/工作日，節(jié)省測(cè)量人員1-2人，總體人工50%左右，節(jié)省工期20%以上。

該項(xiàng)目嘗試結(jié)合BIM技術(shù)，測(cè)量放樣及自動(dòng)測(cè)量?jī)x器在本工程測(cè)量、放樣、校準(zhǔn)方面的應(yīng)用主要目標(biāo)有以下三個(gè)方面：

1.確保施工質(zhì)量

預(yù)計(jì)將所有點(diǎn)的測(cè)繪精度從厘米級(jí)縮小至毫米級(jí)，為施工環(huán)節(jié)的精度實(shí)施提供保障。

2.保障施工進(jìn)度

加強(qiáng)深化設(shè)計(jì)與現(xiàn)場(chǎng)施工的連接，減少施工錯(cuò)誤與返工，保障施工工期進(jìn)度。

3.節(jié)約施工成本

高效、精準(zhǔn)的施工作業(yè)，節(jié)省測(cè)量、放樣階段的人員及時(shí)間投入，節(jié)約成本，提高經(jīng)濟(jì)效益。

▲圖19 施工現(xiàn)場(chǎng)航拍圖

梅溪湖城市島項(xiàng)目基于三維幾何數(shù)據(jù)模型，嘗試集成了建筑設(shè)施其他相關(guān)物理信息、功能要求和性能要求等參數(shù)化信息，并通過(guò)開(kāi)放式標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)信息的互用?；贐IM的3D激光測(cè)量定位系統(tǒng)，通過(guò)使用BIM模型進(jìn)行定位放樣，采集實(shí)際建造數(shù)據(jù)更新BIM模型，采用實(shí)際建造數(shù)據(jù)與BIM模型對(duì)比分析進(jìn)行施工驗(yàn)收，把BIM模型帶入施工現(xiàn)場(chǎng)。

基于BIM 的TOPCON LN-100放樣機(jī)器人應(yīng)用為梅溪湖城市島項(xiàng)目生產(chǎn)保駕護(hù)航的同時(shí)，也積累了先進(jìn)測(cè)繪儀器應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)。湖南建工BIM中心將不斷探索BIM技術(shù)的應(yīng)用，致力于為建筑行業(yè)第二次變革和發(fā)展貢獻(xiàn)一份力量。

未來(lái)展望

湖南建工通過(guò)軟硬件的結(jié)合，將BIM模型帶入施工現(xiàn)場(chǎng)，使BIM模型中的三維空間坐標(biāo)數(shù)據(jù)能夠驅(qū)動(dòng)智能型全站儀進(jìn)行測(cè)量，從而嘗試將BIM技術(shù)實(shí)實(shí)在在地融入施工過(guò)程中，并在質(zhì)量、安全、進(jìn)度、經(jīng)濟(jì)等四方面給項(xiàng)目帶來(lái)效益。