希望未來城項(xiàng)目的BIM創(chuàng)新應(yīng)用研究

李 玲1 王曉梅 節(jié)忠偉 劉志斌 王 鵬

(1.成都文理學(xué)院，成都 610400； 2.西南交通大學(xué)希望學(xué)院，成都 610400)

引言

建筑信息模型(Building Information Model)，通過建立三維模型集成各部件信息建立數(shù)字信息化模型，在此基礎(chǔ)上對(duì)建筑物進(jìn)行模擬分析與研究，進(jìn)一步挖掘數(shù)據(jù)的價(jià)值。此外，高層建筑中部分樓層管線錯(cuò)綜復(fù)雜，利用Navisworks軟件進(jìn)行碰撞檢測(cè)，在Revit中綜合調(diào)整，提前發(fā)現(xiàn)并解決管綜各方面問題，在施工過程中盡可能減少變更及返工[1-2]。我國能耗巨大，在綠色建筑的理念下，采用BIM技術(shù)優(yōu)化能源使用情況，在空調(diào)的使用過程中分析其冷熱空調(diào)的使用情況，利用Ecotect Analysis等能耗分析軟件找到適合方案，以減少能耗使用； 在建筑使用性質(zhì)發(fā)生變化時(shí)應(yīng)用Pyrosim和Pathfinder仿真模擬軟件對(duì)建筑的疏散能力進(jìn)行驗(yàn)證并進(jìn)一步優(yōu)化提升[3-5]。

BIM技術(shù)引入我國已有較長(zhǎng)時(shí)間，目前廣泛應(yīng)用于建筑、橋梁等工程中，為了提升BIM的應(yīng)用價(jià)值，借助已有項(xiàng)目挖掘探索BIM技術(shù)在房建項(xiàng)目施工階段及運(yùn)營(yíng)階段的使用價(jià)值及潛力[6]。

1 BIM技術(shù)的應(yīng)用

目前我國BIM技術(shù)的應(yīng)用仍處于起步階段，本文將結(jié)合希望未來城項(xiàng)目從施工到運(yùn)營(yíng)期間BIM的具體應(yīng)用為例，分析BIM在技術(shù)在建筑行業(yè)中的應(yīng)用。

1.1 工程概況

本項(xiàng)目為高層公寓建設(shè)項(xiàng)目工程，位于四川省成都市金堂縣三星鎮(zhèn)。建筑面積為58 860.32m2，地上28層， 1至5層為商業(yè)裙樓， 6至28層為住宅，住宅部分分為兩個(gè)單元，建筑高度為97.3m。地理位置如圖1。

圖1 項(xiàng)目地址

1.2 BIM技術(shù)在建設(shè)項(xiàng)目全壽命周期的應(yīng)用流程

本文僅討論BIM技術(shù)從建造至運(yùn)營(yíng)過程中的應(yīng)用，在開始施工前組織圖紙會(huì)審，深度分析圖紙，找出本項(xiàng)目在施工過程中可能遇到的難點(diǎn)問題，針對(duì)本項(xiàng)目編制詳細(xì)的BIM技術(shù)實(shí)施細(xì)則，對(duì)參與人員詳細(xì)交底，確定BIM應(yīng)用流程[7]。如圖2所示。

圖2 BIM應(yīng)用流程圖

1.3 BIM技術(shù)在建設(shè)項(xiàng)目中的應(yīng)用

1.3.1 構(gòu)建BIM模型

本項(xiàng)目基于BIM技術(shù)使用Revit軟件分專業(yè)快速、準(zhǔn)確地搭建BIM模型。在不使用正向設(shè)計(jì)的情況下、各專業(yè)圖紙存在互相矛盾的問題，使用Navisworks軟件對(duì)模型進(jìn)行軟硬碰撞檢測(cè)，檢查出具碰撞報(bào)告在檢測(cè)過程中僅單層建筑內(nèi)部的碰撞就達(dá)到240處之多。各專業(yè)模型如圖3-5所示。

圖3 結(jié)構(gòu)模型 圖4 機(jī)電模型

圖5 建筑模型

1.3.2 碰撞檢測(cè)及優(yōu)化

根據(jù)已有的碰撞報(bào)告參照各專業(yè)的設(shè)計(jì)和施工規(guī)范對(duì)模型逐一進(jìn)行調(diào)整，在調(diào)整過程中綜合考慮施工及后期維護(hù)便利。在調(diào)整節(jié)點(diǎn)的同時(shí)考慮建筑凈高需求，利用軟件進(jìn)行凈高分析，盡可能提高凈高，最終形成基礎(chǔ)應(yīng)用模型，并將其作為施工現(xiàn)場(chǎng)的指導(dǎo)文件。既可以避免返工及施工現(xiàn)場(chǎng)各專業(yè)間反復(fù)協(xié)調(diào)問題，大大節(jié)省了工期，還可以作為運(yùn)營(yíng)過程中的建筑維護(hù)和性能優(yōu)化的技術(shù)資料。碰撞修改如圖6。

圖6 碰撞修改

1.3.3 建筑施工進(jìn)度控制

圖7 進(jìn)度計(jì)劃

使用Primavera 6對(duì)施工進(jìn)度進(jìn)行控制，對(duì)項(xiàng)目從施工準(zhǔn)備到竣工驗(yàn)收每個(gè)流程進(jìn)行合理的時(shí)間安排，首先對(duì)施工場(chǎng)地進(jìn)行考察，了解施工場(chǎng)地的地理環(huán)境與地質(zhì)情況等，并且依據(jù)設(shè)計(jì)圖紙現(xiàn)場(chǎng)復(fù)核，利用網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃，通過計(jì)算，找出網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃的關(guān)鍵線路和非關(guān)鍵線路； 利用網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃，計(jì)算出除關(guān)鍵工作之外的其他工作的機(jī)動(dòng)時(shí)間，合理利用機(jī)動(dòng)時(shí)間，優(yōu)化資源強(qiáng)度，調(diào)整工作進(jìn)程，降低成本。施工橫道圖如圖7。

1.3.4 BIM三維場(chǎng)布

本項(xiàng)目與西南交通大學(xué)希望學(xué)院，五月花職業(yè)技術(shù)學(xué)院以及四川師范大學(xué)文理學(xué)院僅一條路之隔，位置特殊，既要保證施工的正常進(jìn)行，又要避免影響學(xué)校的正常教學(xué)以及學(xué)生的日常生活。采用GCB進(jìn)行三維場(chǎng)地布置，合理規(guī)劃道路、倉庫、堆場(chǎng)位置以及生活區(qū)及辦公區(qū)的排布[8]，例如將施工現(xiàn)場(chǎng)大門、各材料堆場(chǎng)以及材料加工區(qū)設(shè)置在遠(yuǎn)離學(xué)校一側(cè)，將辦公區(qū)以及生活區(qū)設(shè)置在靠近學(xué)校一側(cè)，通過合理的場(chǎng)地規(guī)劃減少二次搬運(yùn)及用地浪費(fèi)等資源浪費(fèi)現(xiàn)象[9]。見圖8。

圖8 三維場(chǎng)地布置

1.3.5 四維施工模擬

在傳統(tǒng)的組織施工中很難把握組織施工的進(jìn)度，無法預(yù)見施工過程中的進(jìn)展情況，那么如何在有限的時(shí)間內(nèi)組織施工與控制施工進(jìn)度，成為了眾多施工、監(jiān)理單位等難以解決的問題，所以本次研究將應(yīng)用四維施工模擬來嘗試解決這一問題。

首先在施工前為本項(xiàng)目編制詳細(xì)的施工組織計(jì)劃。一，作為常規(guī)資料保存； 二，作為四維施工模擬的基礎(chǔ)文件。利用BIM軟件對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行詳細(xì)的布置。然后在三維模型的基礎(chǔ)上導(dǎo)入施工進(jìn)度計(jì)劃完成施工模擬(四維施工模擬)。顛覆傳統(tǒng)的文本形式的進(jìn)度管理方案，用四維模擬的方式進(jìn)行過程管理以及指導(dǎo)施工，在施工前通過施工模擬提前發(fā)現(xiàn)施工過程中可能會(huì)存在的問題，并制定相應(yīng)的應(yīng)對(duì)措施[10]。在施工過程中將細(xì)部施工動(dòng)畫作為施工指導(dǎo)文件，確保施工的過程規(guī)范性及工程質(zhì)量。施工模擬情況如圖9。

圖9 施工模擬

1.3.6 三維可視化協(xié)同漫游

在傳統(tǒng)的形式中圖紙中信息散亂，且平面的圖紙并不能展現(xiàn)出實(shí)際安裝完成后的效果，本項(xiàng)目使用漫游軟件來實(shí)現(xiàn)將模型實(shí)際使用到施工中這一目的，在建模過程中將圖紙中各個(gè)構(gòu)件的信息編輯到對(duì)應(yīng)的構(gòu)件中，通過三維可視化協(xié)同漫游查看各個(gè)構(gòu)件信息，以及實(shí)際安裝狀態(tài)，與Revit軟件實(shí)時(shí)雙向聯(lián)動(dòng)修改模型。這樣的模式可以避免傳統(tǒng)模式中在施工時(shí)才發(fā)現(xiàn)問題這一現(xiàn)象，避免了施工過程中提出變更，變更審核，等待發(fā)布變更通知的這一過程，能夠大大節(jié)省工期，三維可視化圖如圖10。

圖10 三維協(xié)同漫游

1.3.7 BIM凈高分析

采用Fuzor軟件對(duì)模型進(jìn)行逐層凈高分析[11]，對(duì)于凈高不滿足要求的部分進(jìn)一步分析其過渡的合理性及進(jìn)一步優(yōu)化的可能性，力求各部分凈高滿足使用需求，見圖11。

圖11 商業(yè)部分凈高分析

2 BIM創(chuàng)新應(yīng)用研究

2.1 建筑安全性能驗(yàn)證及優(yōu)化

本建筑設(shè)計(jì)初衷是普通公寓住宅，但目前作為學(xué)生公寓使用，在居住人員數(shù)量上可能超過了設(shè)計(jì)數(shù)量的4倍至5倍。因此在建筑各方面性能上需要進(jìn)一步的驗(yàn)證及優(yōu)化。利用疏散模擬軟件進(jìn)行疏散模擬，得到目前該樓疏散時(shí)長(zhǎng)，若疏散時(shí)長(zhǎng)不滿足規(guī)范要求，再制定相應(yīng)的應(yīng)對(duì)方案優(yōu)化。借助火災(zāi)模擬軟件進(jìn)行火災(zāi)模擬，將在火災(zāi)模擬過程中發(fā)現(xiàn)的危險(xiǎn)部位作為消防重點(diǎn)防護(hù)部位，在規(guī)劃疏散路線時(shí)避開這些危險(xiǎn)部位。本項(xiàng)目經(jīng)過疏散模擬得出在禁用電梯的情況下目前疏散時(shí)長(zhǎng)為1 486.8s，大大超過了規(guī)范要求，于是在不改建筑結(jié)構(gòu)的情況下通過優(yōu)化疏散路線的方式縮短疏散時(shí)長(zhǎng)。在高層時(shí)合理分流，均衡各疏散通道疏散壓力，當(dāng)人群到達(dá)商業(yè)區(qū)時(shí)盡量利用商業(yè)區(qū)疏散通道疏散(針對(duì)該建筑用途的特殊性，高層部分作為學(xué)生公寓使用，在日常通過疏散演練來實(shí)現(xiàn))。優(yōu)化后疏散時(shí)長(zhǎng)為558.8s，路線優(yōu)化能夠有效縮短疏散時(shí)間。對(duì)于很多建筑而言，設(shè)計(jì)用途與實(shí)際使用間可能會(huì)存在一些差別，那么當(dāng)實(shí)際用途與設(shè)計(jì)不同時(shí)，建筑的各方面性能可以使用BIM技術(shù)進(jìn)一步的驗(yàn)證與優(yōu)化。

2.2 建筑使用性能優(yōu)化

本建筑在使用過程中，發(fā)現(xiàn)由于是作為學(xué)生公寓使用，居住人員出行時(shí)間相對(duì)集中，在每天出行高峰電梯廳異常擁堵，電梯運(yùn)行壓力極大，損壞頻率極高，這樣的出行狀況既不安全也不方便。于是提出對(duì)電梯運(yùn)行方案進(jìn)行改進(jìn)。本棟建筑共兩個(gè)單元，每個(gè)單元共擁有4臺(tái)電梯，其中一臺(tái)消防電梯不做修改?，F(xiàn)行電梯運(yùn)行方案為一號(hào)電梯每層停靠，二號(hào)電梯單層停靠，三號(hào)電梯雙層停靠。改進(jìn)方案一，三臺(tái)電梯每層?？?。改進(jìn)方案二(分區(qū)?？?，一號(hào)電梯6-13層?？?，二號(hào)電梯14-21層?？?，三號(hào)電梯22-28層停靠。為了得到更加真實(shí)的模擬數(shù)據(jù)，對(duì)公寓居住人員進(jìn)行抽樣問卷調(diào)查，統(tǒng)計(jì)出較為真實(shí)的人員出行數(shù)據(jù)，使用疏散模擬軟件為三個(gè)出行方案進(jìn)行模擬得出現(xiàn)行方案完成出行需要1 985.5s。方案一完成疏散需要1 983.3s，方案二完成出行需要1 677.8s。經(jīng)過軟件模擬可以看出方案二能夠有效減少出行時(shí)間。因此提出修改電梯運(yùn)行方案建議，將現(xiàn)行運(yùn)行方案改為方案二。如圖12。

圖12 各方案模擬時(shí)長(zhǎng)

2.3 建筑使用燈光優(yōu)化

在建筑的設(shè)計(jì)與使用當(dāng)中發(fā)現(xiàn)一些光照強(qiáng)度不合理，在設(shè)計(jì)師設(shè)計(jì)的時(shí)候或者現(xiàn)場(chǎng)安裝的時(shí)候可以根據(jù)實(shí)際光照強(qiáng)度的分析來確定補(bǔ)充的光源，使用Ecotect Analysis進(jìn)行分析，在全陰天空，自然光照為4 500 lux時(shí)，房間的自然采光節(jié)點(diǎn)，見圖13。

圖13 光照分析

按要求可設(shè)置100-300 lux的燈光，用來增加房間亮度，當(dāng)然也可以減少不必要的補(bǔ)充燈光。對(duì)于大多數(shù)建筑而言，在后期的運(yùn)營(yíng)過程中無論是在對(duì)業(yè)主的日常生活中還是在物業(yè)公司的日常管理與運(yùn)營(yíng)中都能起到節(jié)約能耗的作用。

2.4 宿舍空調(diào)節(jié)能研究

希望未來城項(xiàng)目位于成都市金堂縣，屬于亞熱帶濕潤(rùn)季風(fēng)氣候區(qū)，現(xiàn)在校學(xué)生1.5萬余人，學(xué)生宿舍樓6棟(四棟6層， 2棟28層)，平均每間入住人數(shù)高達(dá)8人，人均占有面積較低，人員密度大。夏季使用冷空調(diào)較為頻繁，使用Ecotect Analysis 進(jìn)行熱工分析，當(dāng)空調(diào)的的開啟范圍從26℃上升到28℃時(shí)，能量消耗將降低12.1MWh，約降低了52%，節(jié)能效果不言而喻，如圖14。

圖14 空調(diào)能耗分析

眾所眾知，現(xiàn)今社會(huì)資源匱乏，住宅電氣的節(jié)能使用對(duì)于我國的可持續(xù)發(fā)展有著舉足輕重的作用，通過Ecotect Analysis對(duì)空調(diào)使用情況的分析，可以做出一些對(duì)空調(diào)使用的整改，從而減少能量的消耗。為推進(jìn)我國建筑節(jié)能工作，國務(wù)院和有關(guān)部門已先后頒布《民用建筑節(jié)能條例》、《民用建筑節(jié)能管理規(guī)定》《民用建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)(JGJ26—95)》《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)(CB50189—2005)》、《夏熱冬冷地區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)(JGJ 134-2010)》等法律法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)[12]。空調(diào)能耗控制在規(guī)定的范圍內(nèi)對(duì)高校的大范圍宿舍建筑的節(jié)能改造、有效降低高校建筑能耗具有重要意義[13]。

3 結(jié)論與展望

在上述基于BIM在建設(shè)工程全壽命周期的應(yīng)用的階段性探究中，通過模型的建立， BIM應(yīng)用與創(chuàng)新性研究，實(shí)現(xiàn)了施工組織優(yōu)化、BIM機(jī)電的深化管理、BIM建筑性能的驗(yàn)證和BIM的創(chuàng)新性研究。

從建立三維模型集成建筑各部件信息，基于BIM的技術(shù)優(yōu)化施工組織，合理場(chǎng)景布置，模擬火災(zāi)及管綜漫游，進(jìn)行能耗分析等各個(gè)方面完善了建筑，且深入研究本項(xiàng)目在當(dāng)?shù)丨h(huán)境下和現(xiàn)代社會(huì)對(duì)于節(jié)能要求條件下做出的應(yīng)對(duì)政策實(shí)現(xiàn)綠色建筑，實(shí)現(xiàn)了節(jié)約減排的目的； 挖掘、提升了BIM的價(jià)值，進(jìn)一步推動(dòng)了BIM技術(shù)的全面發(fā)展。