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▲圖1 梅溪湖城市島

梅溪湖城市島總用地面積約為2萬平方米，呈長方形，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、1座人行天橋、1座入島橋和室外廣場組成，涵括高檔住宅、超五星級酒店、5A級寫字樓、酒店式公寓、文化藝術(shù)中心、科技創(chuàng)新中心等眾多頂級業(yè)態(tài)，城市島定位為公共開敞空間。

▲圖2 梅溪湖城市島項目概念圖

梅溪湖城市島實現(xiàn)整個環(huán)道的順利對接合龍，島上的標(biāo)志性構(gòu)筑物雙螺旋觀景平臺，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。

雙螺旋觀景平臺主要是由空間雙曲彎扭構(gòu)件組成，兩條螺旋形的曲線通道采用三角支撐架結(jié)構(gòu)的構(gòu)筑物曲線通道，連接著一列密集的柱廊。項目包含由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為鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，入島橋為長約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

梅溪湖城市島項目鋼結(jié)構(gòu)在設(shè)計上形式獨特，結(jié)構(gòu)新穎，且對拼裝精度控制、安裝精度控制以及安裝過程監(jiān)測精度要求高，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)計的空間位置，控制過程極為復(fù)雜，是該項目的測量重難點之一。

此外，鋼結(jié)構(gòu)測量控制網(wǎng)是整個測量工作得以開展的基礎(chǔ)。該項目施工范圍廣，施工測量控制區(qū)域大、面廣，施工過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、測量控制點的建立與維護(hù)，直接影響整個測量施工的成果。而且該項目主體為純鋼結(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，這給項目施工帶來很大難度，對施工精度控制非常高，要求施工過程中反復(fù)調(diào)驗、監(jiān)測。同時，該項目結(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)施工測量需重點考慮的問題。

▲圖6 梅溪湖城市島項目圖

▲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)放樣主要分為三個步驟，即在模型中導(dǎo)出點位數(shù)據(jù)、將數(shù)據(jù)導(dǎo)入至儀器和現(xiàn)場測量校核。其中在模型中導(dǎo)出點位數(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 模型中布置控制點及需校核的點位，輸出為.txt 的格式，直接導(dǎo)入儀器中，經(jīng)過評估發(fā)現(xiàn)該方法既可以保障校核點位的準(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。該項目鋼結(jié)構(gòu)屬于大截面空間彎扭結(jié)構(gòu)，結(jié)合項目異型鋼結(jié)構(gòu)的安裝流程，對其復(fù)核的重點為：

▲圖8 梅溪湖城市島項目復(fù)核重點

二、BIM+測繪施工

為提高工作效率，保障工程進(jìn)度，在該項目采用基于BIM模型TOPCON LN-100自動放樣機(jī)器人，對海量點位數(shù)據(jù)進(jìn)行放樣及校核?；贐IM的空間放樣定位目前在國內(nèi)應(yīng)用較少，且軟件操作流程不夠完善。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)放樣主要分為三個步驟，即布設(shè)控制網(wǎng)、設(shè)置放樣點位和現(xiàn)場測量放樣。

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)置的放樣點信息，通過BIM 360 上傳至云端，并同步到Glue及Layout中，在施工現(xiàn)場只需登錄IPAD中的Autodesk BIM 360 Layout下載模型及放樣點信息，連接測繪儀器TOPCONLN-100便可進(jìn)行現(xiàn)場測繪。

▲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)場拼裝及焊接

環(huán)道單元拼裝之前，根據(jù)深化設(shè)計圖所給的各點坐標(biāo)，對構(gòu)件進(jìn)行放樣取點。在拼裝過程中對需拼裝構(gòu)件坐標(biāo)點一一吻合，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。吊裝就位后，及時將鋼柱對接處焊接臨時連接板進(jìn)行固定，兩端同時拉設(shè)纜風(fēng)繩，保證鋼柱穩(wěn)定性，同時可利用調(diào)節(jié)倒鏈微調(diào)斜立柱安裝段的安裝精度，鋼柱內(nèi)部加勁通過在斜立柱上開設(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，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

位置建立計算機(jī)實體模型，建立拼裝胎架三維模型，定好拼裝單元節(jié)點坐標(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位，并導(dǎo)出各空間點位的三維坐標(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)件的相對位置、桿件角度、接口尺寸和接縫、空間坐標(biāo)、測量控制點設(shè)置等關(guān)鍵控制指標(biāo)是否符合設(shè)計，為安裝提供準(zhǔn)確的定位信息，確保安裝精度。通過對構(gòu)件的拼裝，及時掌握構(gòu)件的制作裝配精度，保證現(xiàn)場安裝精度，對某些超標(biāo)項目進(jìn)行調(diào)整，并分析產(chǎn)生原因，在以后的加工過程中及時加以控制。確定拼裝準(zhǔn)確無誤后，對每個拼裝接頭處做好安裝標(biāo)記。

▲圖15 三角鋼桁架地面拼裝

在梅溪湖城市島項目施工現(xiàn)場，嘗試使用Autodesk 軟件與Topcon硬件的結(jié)合，并總結(jié)了一套軟硬件無縫對接的操作流程，首先在Autodesk Revit 模型中設(shè)置現(xiàn)場需放樣的坐標(biāo)點（平面定位、高程數(shù)據(jù)）及現(xiàn)場坐標(biāo)控制點，將建立好的Autodesk Revit 模型導(dǎo)入AutodeskBIM 360 Glue 中，現(xiàn)場使用人員將安裝有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Autodesk BIM 360 Layout 程序，選定、瀏覽設(shè)計好的Autodesk Revit 模型，選定控制點完成測站設(shè)置，從列表里篩選、選擇要放樣的點位。經(jīng)過評估發(fā)現(xiàn)，Autodesk BIM 360 Layout 軟件能夠智能實時顯示LN-100儀器的仿真模型及其處于整個BIM 3D模型空間中的實際位置，非常方便和直觀。最后，現(xiàn)場人員根據(jù)Autodesk BIM 360Layout 軟件中實時顯示并提示所處BIM 3D模型的位置及偏移量數(shù)據(jù)，伴隨著聲音和振動等提示精確定位控制點和放樣點。

嘗試使用Autodesk BIM 360 Layout 軟件搭配TOPCON LN-100三維放樣機(jī)器人，簡化施工現(xiàn)場精確定位BIM坐標(biāo)的過程、將BIM模型的設(shè)計意圖與真實世界鏈接、實現(xiàn)了工程數(shù)據(jù)從設(shè)計到施工的無縫對接。

▲圖16 iPad界面圖

一、螺旋體及人行天橋結(jié)構(gòu)測量原則

1、嚴(yán)格遵守專業(yè)課題申領(lǐng)制度中基于BIM 的施工測繪精密化應(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)行各局部軸線的定位放線。

3、嚴(yán)格審核Autodesk Revit 模型的準(zhǔn)確性，堅持測量放線與Autodesk Revit 模型同步校核的工作方法。

二、精確測量+全面復(fù)核

合理布置測量控制網(wǎng)，保證各控制點間同時閉合良好；根據(jù)首級控制網(wǎng)布設(shè)二級控制網(wǎng)，復(fù)測后布設(shè)三級平面控制網(wǎng)；分不同施工階段調(diào)整控制網(wǎng)，保證各施工階段測量控制網(wǎng)精確、有效；施工過程中做好控制點的標(biāo)識與保護(hù)，定期地對控制點進(jìn)行復(fù)測。

將自動照準(zhǔn)全站儀架設(shè)到視野開闊、平整且能夠便于大面積觀測的平面上（三級控制點）。螺旋體內(nèi)環(huán)道吊裝就位經(jīng)過采取臨時措施進(jìn)行固定后，逐一復(fù)核各復(fù)核點，本工程采用自動照準(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。

在普通測量基礎(chǔ)上，以Autodesk Revit 模型為基礎(chǔ)，投入TOPCON LN-100三維放樣機(jī)器人對施工過程中各重要過程進(jìn)行監(jiān)控與復(fù)測，著重控制拼裝過程中節(jié)點相對位置精度，保證桁架的地面拼裝精度；同時，計算桁架預(yù)拱值，在桁架拼裝上提前考慮變形情況，在高空安裝時實現(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算機(jī)施工仿真分析，按照分析結(jié)果對桁架桿件做預(yù)起拱；做好安裝后（焊前）結(jié)構(gòu)測量，根據(jù)測量數(shù)據(jù)編制合理焊接作業(yè)指導(dǎo)書，通過調(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)合攏點及合攏時間。

▲圖17 測繪現(xiàn)場照片

▲圖18 施工現(xiàn)場照片

一、BIM與自動測量機(jī)器人集成應(yīng)用的核心價值

目前， BIM與自動測量機(jī)器人集成應(yīng)用包括基礎(chǔ)工作、土建復(fù)核、施工測量、放樣驗收4個階段。并具有如下三點核心價值：

1.將現(xiàn)場測繪得到的實際建造結(jié)構(gòu)信息與模型匯總的數(shù)據(jù)對比，核對現(xiàn)場與模型之間的偏差，為機(jī)電、精裝、幕墻等專業(yè)的深化設(shè)計提供依據(jù)。

2.結(jié)合施工現(xiàn)場軸線網(wǎng)、控制點及標(biāo)高控制線，將設(shè)計成果高效快速的標(biāo)定到施工現(xiàn)場，實現(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)，提高測量放樣效率。

3.在施工完成后，對現(xiàn)場實物進(jìn)行實測實量，通過將實測數(shù)據(jù)與設(shè)計數(shù)據(jù)進(jìn)行對比來檢測施工質(zhì)量是否符合要求，保證工程施工質(zhì)量。

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

BIM與自動測量機(jī)器人集成應(yīng)用的研究攻關(guān)方向?qū)@以上三點核心價值開展工作，從基礎(chǔ)的Autodesk Revit 建模開始，至施工現(xiàn)場進(jìn)行自動放樣實際操作，再升華至現(xiàn)場測繪得到的實際建造結(jié)構(gòu)信息與模型匯總的數(shù)據(jù)對比，系統(tǒng)的研究軟硬件的兼容性、放樣精度分析（實測實量）、多專業(yè)數(shù)據(jù)共享、提高測量放樣效率等方面。配備國內(nèi)先進(jìn)的TOPCON LN100 測量機(jī)器人，與BIM模型結(jié)合，對鋼結(jié)構(gòu)空間精密放樣定位、異形結(jié)構(gòu)校核等測繪領(lǐng)域進(jìn)行攻關(guān)，確保施工精度，提高測量工作效率，嘗試完善測繪體系。

該項目造型特異、鋼結(jié)構(gòu)復(fù)雜、施工精度要求高、工期短，傳統(tǒng)的測量放樣方法面臨許多難以解決的問題。為了解決上述測量放樣問題，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)器人以保障項目生產(chǎn)，并著重對基于BIM 的異型鋼構(gòu)精密化測繪進(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，同時加強(qiáng)了深化設(shè)計與現(xiàn)場施工的連接，能夠在鋼結(jié)構(gòu)施工前提前發(fā)現(xiàn)設(shè)計錯誤，避免返工。而且基于BIM的智能型全站儀測量放樣，相對于傳統(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 點位/工作日，節(jié)省測量人員1-2人，總體人工50%左右，節(jié)省工期20%以上。

該項目嘗試結(jié)合BIM技術(shù)，測量放樣及自動測量儀器在本工程測量、放樣、校準(zhǔn)方面的應(yīng)用主要目標(biāo)有以下三個方面：

1.確保施工質(zhì)量

預(yù)計將所有點的測繪精度從厘米級縮小至毫米級，為施工環(huán)節(jié)的精度實施提供保障。

2.保障施工進(jìn)度

加強(qiáng)深化設(shè)計與現(xiàn)場施工的連接，減少施工錯誤與返工，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)省測量、放樣階段的人員及時間投入，節(jié)約成本，提高經(jīng)濟(jì)效益。

▲圖19 施工現(xiàn)場航拍圖

梅溪湖城市島項目基于三維幾何數(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，并通過開放式標(biāo)準(zhǔn)實現(xiàn)信息的互用?；贐IM的3D激光測量定位系統(tǒng)，通過使用BIM模型進(jìn)行定位放樣，采集實際建造數(shù)據(jù)更新BIM模型，采用實際建造數(shù)據(jù)與BIM模型對比分析進(jìn)行施工驗收，把BIM模型帶入施工現(xiàn)場。

基于BIM 的TOPCON LN-100放樣機(jī)器人應(yīng)用為梅溪湖城市島項目生產(chǎn)保駕護(hù)航的同時，也積累了先進(jìn)測繪儀器應(yīng)用經(jīng)驗。

來源：BIM技術(shù)網(wǎng)

組委會聯(lián)系方式 

項目一組

盧毅                                        殷鋒  

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Q  Q：323201814               Q  Q：1684672007 

江彩霞                               黃祺

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項目二組 

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