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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座雙螺旋體景觀構筑物、1座服務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，島上的標志性構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構的構筑物曲線通道，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件組成，兩條螺旋形的曲線通道采用三角支撐架結構的構筑物曲線通道，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)全景風貌。與螺旋形景觀構筑物相連處，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構，橋跨結構為倒三角形立體桁架和倒三角形立體桁架加單榀索拱結構。服務中心及屋頂觀景平臺為鋼筋混凝土框架結構，入島橋為長約22米的多跨梁板結構。

圖3 人行天橋

圖4 入島橋

圖5 服務中心

梅溪湖城市島項目鋼結構在設計上形式獨特，結構新穎，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，特別是結構的地面拼裝、安裝精度。如何將空間三維結構安裝到設計的空間位置，控制過程極為復雜，是該項目的測量重難點之一。

此外，鋼結構測量控制網(wǎng)是整個測量工作得以開展的基礎。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)布設的合理性、測量控制點的建立與維護，直接影響整個測量施工的成果。而且該項目主體為純鋼結構建筑，總用鋼量約7000 噸，為目前世界上最大的雙螺旋鋼結構建筑。

其復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調驗、監(jiān)測。同時，該項目結構復雜，構件數(shù)目多且比較大，如何消除構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，也是鋼結構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的異型鋼結構放樣主要分為三個步驟，即在模型中導出點位數(shù)據(jù)、將數(shù)據(jù)導入至儀器和現(xiàn)場測量校核。其中在模型中導出點位數(shù)據(jù)與BIM 技術的關聯(lián)較為密切，湖南建工嘗試利用Autodesk 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)的嚴謹性和科學性。該項目鋼結構屬于大截面空間彎扭結構，結合項目異型鋼結構的安裝流程，對其復核的重點為：

圖8 梅溪湖城市島項目復核重點

二、BIM+測繪施工

為提高工作效率，保障工程進度，在該項目采用基于BIM模型TOPCON LN-100自動放樣機器人，對海量點位數(shù)據(jù)進行放樣及校核。基于BIM的空間放樣定位目前在國內應用較少，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的異型鋼結構放樣主要分為三個步驟，即布設控制網(wǎng)、設置放樣點位和現(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)深化設計圖所給的各點坐標，對構件進行放樣取點。在拼裝過程中對需拼裝構件坐標點一一吻合，以完成拼裝。由于運輸或自身重量而產(chǎn)生變形的構件，對于發(fā)生偏移的部位可利用千斤頂進行校正。

圖12 環(huán)道單元三維視圖-1

圖13 環(huán)道單元三維視圖-2

鋼結構斜立柱吊裝前提前放樣，根據(jù)構件中心設置吊耳，安裝前搭設好操作平臺。吊裝就位后，及時將鋼柱對接處焊接臨時連接板進行固定，兩端同時拉設纜風繩，保證鋼柱穩(wěn)定性，同時可利用調節(jié)倒鏈微調斜立柱安裝段的安裝精度，鋼柱內部加勁通過在斜立柱上開設焊接手孔進行焊接。環(huán)道在地面拼裝完成后，掛設好操作平臺，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人孔，方便施工人員進入環(huán)道內部進行焊接。

圖14 螺旋體

位置建立計算機實體模型，建立拼裝胎架三維模型，定好拼裝單元節(jié)點坐標后，湖南建工嘗試使用Autodesk BIM 360 Layout設置其余各胎架支撐部位空間點位，并導出各空間點位的三維坐標數(shù)據(jù)，根據(jù)模型1:1放樣設置仿形拼裝胎架，采用平臥拼裝方法。

結構面的拼裝主要檢查各構件的相對位置、桿件角度、接口尺寸和接縫、空間坐標、測量控制點設置等關鍵控制指標是否符合設計，為安裝提供準確的定位信息，確保安裝精度。通過對構件的拼裝，及時掌握構件的制作裝配精度，保證現(xiàn)場安裝精度，對某些超標項目進行調整，并分析產(chǎn)生原因，在以后的加工過程中及時加以控制。確定拼裝準確無誤后，對每個拼裝接頭處做好安裝標記。

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硬件的結合，并總結了一套軟硬件無縫對接的操作流程，首先在Autodesk Revit 模型中設置現(xiàn)場需放樣的坐標點（平面定位、高程數(shù)據(jù)）及現(xiàn)場坐標控制點，將建立好的Autodesk Revit 模型導入AutodeskBIM 360 Glue 中，現(xiàn)場使用人員將安裝有Autodesk BIM 360 Layout 應用程序的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、瀏覽設計好的Autodesk Revit 模型，選定控制點完成測站設置，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-100三維放樣機器人，簡化施工現(xiàn)場精確定位BIM坐標的過程、將BIM模型的設計意圖與真實世界鏈接、實現(xiàn)了工程數(shù)據(jù)從設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構測量原則

1、嚴格遵守專業(yè)課題申領制度中基于BIM 的施工測繪精密化應用的相關要求。

2、基于Autodesk Revit 模型嚴格執(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)，進行各局部軸線的定位放線。

3、嚴格審核Autodesk Revit 模型的準確性，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)布設二級控制網(wǎng)，復測后布設三級平面控制網(wǎng)；分不同施工階段調整控制網(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識與保護，定期地對控制點進行復測。

將自動照準全站儀架設到視野開闊、平整且能夠便于大面積觀測的平面上（三級控制點）。螺旋體內環(huán)道吊裝就位經(jīng)過采取臨時措施進行固定后，逐一復核各復核點，本工程采用自動照準全站儀的免棱鏡功能及配合常規(guī)棱鏡兩種方法進行復核。

在普通測量基礎上，以Autodesk Revit 模型為基礎，投入TOPCON LN-100三維放樣機器人對施工過程中各重要過程進行監(jiān)控與復測，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施工仿真分析，按照分析結果對桁架桿件做預起拱；做好安裝后（焊前）結構測量，根據(jù)測量數(shù)據(jù)編制合理焊接作業(yè)指導書，通過調整焊接順序控制焊接收縮變形引起的誤差；選擇合理的結構合攏點及合攏時間。

圖17 測繪現(xiàn)場照片

圖18 施工現(xiàn)場照片

一、BIM與自動測量機器人集成應用的核心價值

目前， BIM與自動測量機器人集成應用包括基礎工作、土建復核、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構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，為機電、精裝、幕墻等專業(yè)的深化設計提供依據(jù)。

2.結合施工現(xiàn)場軸線網(wǎng)、控制點及標高控制線，將設計成果高效快速的標定到施工現(xiàn)場，實現(xiàn)精確的施工放樣，為施工員提供更加準確、直觀的施工指導，提高測量放樣效率。

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

二、BIM與自動測量機器人集成應用研究攻關方向

BIM與自動測量機器人集成應用的研究攻關方向將圍繞以上三點核心價值開展工作，從基礎的Autodesk Revit 建模開始，至施工現(xiàn)場進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構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。配備國內先進的TOPCON LN100 測量機器人，與BIM模型結合，對鋼結構空間精密放樣定位、異形結構校核等測繪領域進行攻關，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、鋼結構復雜、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-100三維放樣機器人以保障項目生產(chǎn)，并著重對基于BIM 的異型鋼構精密化測繪進行攻關。此次嘗試不僅提高了異型鋼結構整體施工效率，同時加強了深化設計與現(xiàn)場施工的連接，能夠在鋼結構施工前提前發(fā)現(xiàn)設計錯誤，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。

該項目嘗試結合BIM技術，測量放樣及自動測量儀器在本工程測量、放樣、校準方面的應用主要目標有以下三個方面：

1.確保施工質量

預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.保障施工進度

加強深化設計與現(xiàn)場施工的連接，減少施工錯誤與返工，保障施工工期進度。

3.節(jié)約施工成本

高效、精準的施工作業(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，嘗試集成了建筑設施其他相關物理信息、功能要求和性能要求等參數(shù)化信息，并通過開放式標準實現(xiàn)信息的互用。基于BIM的3D激光測量定位系統(tǒng)，通過使用BIM模型進行定位放樣，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放樣機器人應用為梅溪湖城市島項目生產(chǎn)保駕護航的同時，也積累了先進測繪儀器應用經(jīng)驗。

來源：BIM技術網(wǎng)

組委會聯(lián)系方式 

項目一組

盧毅                                        殷鋒  

座機：020-61198842        座機：020-62139606 

手機：137 1143 0398        手機：185 6528 2359    

Q  Q：323201814               Q  Q：1684672007 

江彩霞                               黃祺

座機：020-62139617      座機：020-62139602

手機：159 1574 4203      手機：138 2547 5605

Q  Q：3197096891          Q Q： 2724397436

項目二組 

李健銘                              梁建林  

座機：020-61198891     座機：020-62139604

手機：158 1708 8364    手機：155 2139 4660

Q  Q：3544579318        Q  Q：516165433

項國澳

座機：020-62139624

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Q  Q：3275574349

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