蘇州太湖新城能源中心的BIM 正向設(shè)計(jì)實(shí)踐

王冰

CCDI 悉地國(guó)際

近十年，在國(guó)家的大力扶持下，BIM技術(shù)在工程建設(shè)行業(yè)的各個(gè)領(lǐng)域、各個(gè)階段如雨后春筍般蓬勃發(fā)展。從政府主管部門的主導(dǎo)、建設(shè)方的主觀需求，到設(shè)計(jì)行業(yè)自身的轉(zhuǎn)型升級(jí)，一場(chǎng)自上而下的設(shè)計(jì)革命正在悄然開(kāi)展。蘇州太湖新城能源中心項(xiàng)目的正向設(shè)計(jì)，正是順應(yīng)各方需求、順勢(shì)發(fā)展而來(lái)的。

1 項(xiàng)目源起

蘇州太湖新城是蘇州市“一核四城”城市發(fā)展戰(zhàn)略的重要組成部分，也是蘇州邁向“太湖時(shí)代”的重要契機(jī)。太湖新城臨湖而建，由吳中、吳江兩個(gè)片區(qū)組成。其中，吳中片區(qū)總規(guī)劃面積30km2，將圍繞“綠色、生態(tài)、智慧、低碳”的城市發(fā)展理念建設(shè)；吳江片區(qū)的規(guī)劃范圍為10km2，將圍繞“一心、一帶、兩軸、三片五區(qū)”的規(guī)劃理念建設(shè)。商業(yè)核心區(qū)是太湖新城的中心區(qū)域，位于核心區(qū)北側(cè)的能源中心，肩負(fù)著為包含核心區(qū)在內(nèi)的約200萬(wàn)m2新城用戶解決供冷、供熱及部分電力需求的艱巨任務(wù)。同時(shí)，能源中心還將作為展覽館、能源教育示范基地接待各界人士，在發(fā)揮供電功能的同時(shí)，宣傳普及綠色建筑理念，為提高人們的節(jié)能環(huán)保意識(shí)做出貢獻(xiàn)。

在可研階段，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)秉承的設(shè)計(jì)原則是：1）安全可靠、切實(shí)可行；2）綜合利用多種能源；3）工藝先進(jìn)、節(jié)約投資；4）經(jīng)濟(jì)適用、布局合理；5）建筑造型優(yōu)美、獨(dú)特與和諧。經(jīng)過(guò)對(duì)項(xiàng)目資源情況、周邊地理環(huán)境的研究，能源中心最終采用燃?xì)?冷熱電+三聯(lián)供技術(shù)，為核心區(qū)提供冷熱源，配置板換、電制冷機(jī)、發(fā)電機(jī)、水泵、溴冷機(jī)、地源熱泵及蓄冷水罐，實(shí)現(xiàn)燃?xì)?、電力雙峰填谷。整個(gè)系統(tǒng)綜合利用率高，綜合排放量小，部分屋面設(shè)有光伏板，利用太陽(yáng)能光伏發(fā)電。

能源中心的建設(shè)是整個(gè)新城“綠色、生態(tài)、智慧、低碳”開(kāi)發(fā)理念的縮影，政府對(duì)此項(xiàng)目高度重視。彼時(shí)2013年，正值BIM技術(shù)在中國(guó)嶄露頭角、逐漸興起的時(shí)候，新城管委會(huì)前瞻性地要求核心區(qū)所有政府開(kāi)發(fā)項(xiàng)目都要采用BIM技術(shù)，尤其是能源中心。當(dāng)時(shí)設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)剛剛與外國(guó)事務(wù)所合作完成一個(gè)度假酒店項(xiàng)目，建筑外形復(fù)雜、依山而建，境外設(shè)計(jì)方直接采用Revit出圖，中方為了配合也采用了BIM正向設(shè)計(jì)出圖。有了這個(gè)項(xiàng)目的經(jīng)驗(yàn)，并考慮到能源中心雖然建筑體量小，但專業(yè)系統(tǒng)界面眾多，能源工藝復(fù)雜，涉及建筑、結(jié)構(gòu)、幕墻、機(jī)電、能源等各專業(yè)，屬于大型復(fù)雜建筑工程，加之項(xiàng)目需要實(shí)時(shí)溝通、討論、決策，匯報(bào)其三維可視需求，項(xiàng)目組提出采用BIM正向設(shè)計(jì)的出圖方式，以克服設(shè)計(jì)難點(diǎn)，保證設(shè)計(jì)質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目的協(xié)同及管理。這一決定得到管委會(huì)領(lǐng)導(dǎo)的大力支持和鼓勵(lì)，也堅(jiān)定了項(xiàng)目組的信心。

2 項(xiàng)目概況

1 整體模型

2 Dynamo 日照模擬

3 鳥(niǎo)瞰效果圖

能源中心總建筑面積45 400m2，用地面積17 800m2，建筑高度40.5m。主樓為地上8層，地下1層（含夾層），包括低碳能源展示中心、移動(dòng)通信運(yùn)營(yíng)商基站、廣電服務(wù)中心、綜合管廊展示指揮中心等。一層設(shè)通高主入口大堂，兩側(cè)分別為參觀入口及休息廳，北面設(shè)核心筒，東側(cè)為通信機(jī)房，西側(cè)布置消防控制室，滿足交通、安保要求；二層西側(cè)為能源控制中心及展廳配套用房，中間部分為蓄冷罐空間，東側(cè)為通信機(jī)房；三層為管理用房；四到八層為信息中心；能源廠房位于地下一層?xùn)|側(cè)，層高10.2m，包含燃?xì)獍l(fā)電機(jī)房、煙氣溴冷機(jī)房、電制冷機(jī)房、蓄能（冷、熱）罐、變配電站、換熱站、能源調(diào)度中心等。輔樓首層為公交首末站，總高度為15.7m；冷卻塔設(shè)置于公交場(chǎng)站的頂棚上，合理利用空間，并為核心區(qū)提供便利交通。

3 正向設(shè)計(jì)實(shí)踐

3.1 從方案開(kāi)始的三維設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)方案幾經(jīng)篩選，建筑造型簡(jiǎn)潔、流暢，立面按照功能形成優(yōu)美、錯(cuò)落的進(jìn)退關(guān)系，塑造出現(xiàn)代感十足的建筑空間體量。在的室外平臺(tái)上布置綠化及休閑空間，既實(shí)現(xiàn)低碳環(huán)保理念，又為建筑提供多類型、情景化的休閑、交流場(chǎng)所。

從方案深化到擴(kuò)初階段，BIM技術(shù)一直發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。建筑專業(yè)在方案深化階段就搭建了BIM模型，以應(yīng)對(duì)項(xiàng)目深化過(guò)程中的三維可視化需求。

3.1.1 立面參數(shù)化設(shè)計(jì)推敲

根據(jù)功能需求，立面格柵的疏密不同，百葉的傾斜角度及布置方式采用了Dynamo參數(shù)化技術(shù)輔助推演并最終定案。通過(guò)在項(xiàng)目中載入?yún)?shù)化百葉窗族，運(yùn)用Dynamo根據(jù)當(dāng)?shù)厝照站帉懹?jì)算邏輯，從而計(jì)算出滿足日照條件的百葉窗開(kāi)啟角度，再按照既定數(shù)據(jù)對(duì)百葉窗的開(kāi)啟效果進(jìn)行模擬，幫助建筑師進(jìn)行設(shè)計(jì)決策。

3.1.2 機(jī)房布置方案推敲

設(shè)備機(jī)房的布置是本項(xiàng)目的重點(diǎn)之一，關(guān)系到項(xiàng)目設(shè)計(jì)、施工、管理的方方面面。從設(shè)計(jì)時(shí)管道的走向、凈高到施工時(shí)設(shè)備的運(yùn)輸、安裝，再到最后機(jī)房的美觀性、設(shè)備的檢修空間，必須簡(jiǎn)單、整齊、流暢，而且能兼顧設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)維的各種需求。

本項(xiàng)目燃?xì)獍l(fā)電機(jī)房需要采用鋼筋混凝土防爆墻，柱網(wǎng)由建筑功能確定。常用的柱網(wǎng)尺寸在7.6～9.0m之間，盡管從結(jié)構(gòu)受力角度看，梁高取值在柱網(wǎng)的1/15～1/12較為經(jīng)濟(jì)，但從全局著眼，尤其是地下結(jié)構(gòu)，考慮到建筑凈高、外圍護(hù)結(jié)構(gòu)、基坑開(kāi)挖與支護(hù)、降水等相關(guān)費(fèi)用，盡可能采用寬扁梁，在層高一定的條件下為使用者提供盡可能高的空間，增加空間的舒適性。

為達(dá)到最佳的使用效果，經(jīng)各方會(huì)議，項(xiàng)目組通過(guò)BIM三維模型模擬各種布置方案，拓寬了機(jī)房的布置思路。方案推敲過(guò)程中，各種限制條件一目了然，最終確定了9m×8.4m柱網(wǎng)為最佳解決方案，機(jī)房布置簡(jiǎn)潔、整齊，方便安裝、檢修和操作。

3.1.3 空間漫游及各類模擬

在設(shè)計(jì)過(guò)程中，設(shè)計(jì)者可以在模型上進(jìn)行各類模擬操作，如機(jī)房布置模擬、設(shè)備吊裝模擬等，及時(shí)發(fā)現(xiàn)圖紙和空間問(wèn)題，加強(qiáng)空間體驗(yàn)感，從而幫助設(shè)計(jì)師更有效地組織設(shè)計(jì)方案。

3.2 BIM正向設(shè)計(jì)實(shí)施

3.2.1 實(shí)施規(guī)劃

在正式開(kāi)始正向設(shè)計(jì)之前，項(xiàng)目組秉承“不打無(wú)準(zhǔn)備之仗”的思想，制定了詳細(xì)的BIM實(shí)施規(guī)劃方案，包括組織架構(gòu)、協(xié)同方式、項(xiàng)目平臺(tái)、模型規(guī)劃、出圖規(guī)劃等。

（1）組織架構(gòu)

與傳統(tǒng)二維設(shè)計(jì)項(xiàng)目組織架構(gòu)相比，項(xiàng)目組額外設(shè)置了BIM經(jīng)理崗位，負(fù)責(zé)制定BIM技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、BIM實(shí)施規(guī)劃，為整個(gè)項(xiàng)目提供BIM技術(shù)支持與培訓(xùn)。專業(yè)負(fù)責(zé)人需對(duì)本專業(yè)所承擔(dān)BIM設(shè)計(jì)工作的模型精度、進(jìn)度和出圖質(zhì)量負(fù)責(zé)。各專業(yè)的設(shè)計(jì)師除完成本專業(yè)的設(shè)計(jì)工作，也負(fù)責(zé)BIM建模、BIM設(shè)計(jì)出圖及專業(yè)族的制作。

（2）協(xié)同方式

正向設(shè)計(jì)是個(gè)多專業(yè)協(xié)同作業(yè)的過(guò)程，和傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方式類似，建筑專業(yè)需率先啟動(dòng)，根據(jù)方案建立“初始”模型，規(guī)定好標(biāo)高、軸網(wǎng)、項(xiàng)目基點(diǎn)，以此作為各專業(yè)協(xié)同作業(yè)的基礎(chǔ)。項(xiàng)目設(shè)計(jì)的范圍包括建筑、結(jié)構(gòu)、機(jī)電（給排水、暖通、電氣、智能化）、能源工藝等，隨著設(shè)計(jì)的展開(kāi)，分專業(yè)的BIM模型將作為設(shè)計(jì)成果的載體，進(jìn)行各專業(yè)相互提資和成果交付。

專業(yè)間采用“文件鏈接（Link）”方式進(jìn)行BIM設(shè)計(jì)協(xié)同，專業(yè)之間的模型只能作為相互參照使用，類似CAD文件之間的外部參照，無(wú)法進(jìn)行跨專業(yè)修改，但可以實(shí)現(xiàn)專業(yè)間的信息溝通與校對(duì)。

專業(yè)內(nèi)部的設(shè)計(jì)采用“工作集（Workset）”方式，各專業(yè)負(fù)責(zé)人先創(chuàng)建本專業(yè)中心文件，并根據(jù)專業(yè)需求在中心文件中劃分工作集，專業(yè)設(shè)計(jì)師領(lǐng)取各自的工作集權(quán)限后，在工作集中進(jìn)行設(shè)計(jì)，其設(shè)計(jì)內(nèi)容可以適時(shí)地在本地文件與協(xié)同平臺(tái)上同步更新。在本項(xiàng)目中，機(jī)電專業(yè)和能源工藝專業(yè)被分成了兩個(gè)模型，機(jī)電專業(yè)模型中給排水、暖通、電氣、智能化專業(yè)模型分屬各自的工作集，專業(yè)負(fù)責(zé)人會(huì)根據(jù)需要對(duì)工作集進(jìn)行細(xì)分。正向設(shè)計(jì)的優(yōu)勢(shì)在于，在設(shè)計(jì)過(guò)程中可實(shí)時(shí)進(jìn)行管線綜合和專業(yè)間的協(xié)同與信息共享，當(dāng)設(shè)計(jì)進(jìn)展到一定階段需要調(diào)整時(shí)，各專業(yè)的設(shè)計(jì)師會(huì)暫時(shí)釋放自己的模型權(quán)限，交給一個(gè)人進(jìn)行集中調(diào)整。

（3）項(xiàng)目平臺(tái)

項(xiàng)目使用CCDI自主研發(fā)的CCDP項(xiàng)目協(xié)同管理平臺(tái)，兼顧協(xié)同規(guī)則、設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、人員管理、支持團(tuán)隊(duì)、權(quán)限管理、模型管理、文檔管理、交付管理、安全備份等多種功能，是不可缺少的協(xié)同設(shè)計(jì)工具。

設(shè)計(jì)師可以從Revit軟件界面直接連接CCDP項(xiàng)目平臺(tái)的文檔管理項(xiàng)目樹(shù)，在線進(jìn)行設(shè)計(jì)，通過(guò)一定權(quán)限設(shè)置，其他設(shè)計(jì)師也可以在平臺(tái)上便捷讀取及操作設(shè)計(jì)文件，實(shí)現(xiàn)了真正意義的項(xiàng)目協(xié)同設(shè)計(jì)。在項(xiàng)目樹(shù)中可實(shí)時(shí)顯示文件狀態(tài)，紅色文件名表示需獲取最新文件，藍(lán)色表示需向平臺(tái)提交已修改文件，黑色表示本地文件與平臺(tái)文件一致。當(dāng)發(fā)現(xiàn)鏈接文件變更時(shí)，可在鏈接管理器中重新加載，以獲取最新文件。

（4）模型規(guī)劃

在BIM正向設(shè)計(jì)開(kāi)始前，必須有良好的模型規(guī)劃及出圖規(guī)劃。模型規(guī)劃的內(nèi)容主要包括模型精度、模型信息、軟件規(guī)劃、模型工作拆分、機(jī)電樣本文件制作等。初設(shè)階段的模型精度為L(zhǎng)OD200，施工圖階段的模型精度為L(zhǎng)OD300。相較于反向BIM建模通常會(huì)約定機(jī)電模型精度為DN50以上的管線，正向設(shè)計(jì)出圖的模型精度會(huì)遠(yuǎn)高于反向BIM模型，且模型精度需和施工圖紙深度保持一致，所有管道、附件、設(shè)備末端都需要在模型中建立，同時(shí)模型信息的錄入需要符合國(guó)家對(duì)初步設(shè)計(jì)及施工圖設(shè)計(jì)出圖深度要求；機(jī)電專業(yè)樣本文件需統(tǒng)一配色標(biāo)準(zhǔn)及過(guò)濾器設(shè)置。

（5）出圖規(guī)劃

本項(xiàng)目使用Revit作為三維設(shè)計(jì)出圖軟件，CAD作為二維設(shè)計(jì)出圖軟件，Dynamo作為參數(shù)化設(shè)計(jì)軟件，Navisworks作為模型整合及整體瀏覽應(yīng)用的主要軟件。

項(xiàng)目的二維圖紙采用傳統(tǒng)“施工圖表達(dá)方法”，出圖方式采用Revit與CAD相結(jié)合。建筑專業(yè)全部采用Revit直接出圖；結(jié)構(gòu)專業(yè)平面圖紙采用Revit出圖，文字類和節(jié)點(diǎn)詳圖類采用傳統(tǒng)CAD出圖；機(jī)電專業(yè)三維系統(tǒng)圖、平面圖、機(jī)房詳圖采用Revit出圖，二維系統(tǒng)圖和文字類圖紙采用CAD出圖。

3.2.2 設(shè)計(jì)出圖

（1）設(shè)計(jì)流程

三維設(shè)計(jì)被分為建模和出圖兩個(gè)流程，圖紙的輸出基于設(shè)計(jì)師創(chuàng)建的BIM模型而展開(kāi)，兩個(gè)流程在項(xiàng)目設(shè)計(jì)的全過(guò)程中交錯(cuò)推進(jìn)。與傳統(tǒng)CAD設(shè)計(jì)不同，設(shè)計(jì)需要在三維形態(tài)中去逐步完善直至最終實(shí)現(xiàn)，模型的生成也是從主干到細(xì)支末節(jié)、從單專業(yè)的模型到多專業(yè)相互參照、協(xié)調(diào)，最終和諧共生的一個(gè)反復(fù)修改、完善的過(guò)程。例如，項(xiàng)目的管線綜合工作與機(jī)電設(shè)計(jì)過(guò)程同步進(jìn)行，通過(guò)工作集的方式，各專業(yè)之間的管線碰撞無(wú)處遁形，可以進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整。

有了基礎(chǔ)的模型，出圖工作就變得純粹了。正向設(shè)計(jì)的目標(biāo)是導(dǎo)出一套完整的施工圖紙，出圖前需要進(jìn)行一系列設(shè)置，整理形成一套完整的參數(shù)化圖框族。各專業(yè)根據(jù)自身的出圖規(guī)劃，創(chuàng)建并命名、編號(hào)不同類型的圖紙，圖紙目錄會(huì)在Revit“明細(xì)表”中自動(dòng)生成，并根據(jù)圖紙新增和刪減的情況實(shí)時(shí)更新。

（2）專業(yè)族定制

在正向設(shè)計(jì)出圖過(guò)程中，根據(jù)二維出圖習(xí)慣定制專業(yè)的出圖族和圖例，是一項(xiàng)比較龐大而繁瑣的工作。設(shè)計(jì)師編輯或創(chuàng)建設(shè)備族文件，通過(guò)編輯圖元可見(jiàn)性可以使族文件的二維顯示與傳統(tǒng)二維制圖圖例相一致。隨著正向設(shè)計(jì)項(xiàng)目的積累、專業(yè)出圖族庫(kù)的不斷豐富完善，這些困難逐漸被克服。

（3）線型標(biāo)注式樣的設(shè)置

在Revit里，線型標(biāo)注式樣可依據(jù)公司對(duì)CAD的制圖標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置，并力求和CAD出圖設(shè)置保持一致。Revit軟件自帶的標(biāo)注式樣與CAD略有不同，可以通過(guò)定制標(biāo)注族或一些出圖插件解決。

（4）設(shè)置視圖樣板

“視圖樣板”的設(shè)置在正向設(shè)計(jì)出圖中非常重要，通過(guò)設(shè)置視圖樣板的視圖比例、可見(jiàn)性、詳細(xì)程度、圖形顯示等選項(xiàng)，對(duì)每個(gè)專業(yè)圖紙進(jìn)行規(guī)范。視圖樣板會(huì)根據(jù)項(xiàng)目要求和專業(yè)需求提前預(yù)設(shè)，在接下來(lái)的出圖中，僅需通過(guò)轉(zhuǎn)換視圖樣板即可完成各類圖紙的輸出，無(wú)需頻繁打開(kāi)或關(guān)閉過(guò)濾器，效率遠(yuǎn)超于CAD開(kāi)關(guān)圖層的導(dǎo)圖工作。

4 機(jī)房布置方案推敲示意圖

5 漫游展示

6 吊裝模擬

7 組織架構(gòu)示意圖

8 工作協(xié)同架構(gòu)示意圖

9 機(jī)電專業(yè)整合模型

10 機(jī)房布置模型

11 出圖流程

12 建筑視圖樣板

13 機(jī)電視圖樣板

14 夜景效果圖

（5）圖紙輸出

待流程中的關(guān)鍵步驟都完成后，出圖就變得水到渠成了，隨著模型的不斷完善和修改，圖紙可以實(shí)時(shí)導(dǎo)出，包括剖面圖、大樣圖。在圖紙變更的時(shí)效性上，正向設(shè)計(jì)的出圖效率遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)二維設(shè)計(jì)。

4 總結(jié)與展望

目前，項(xiàng)目已經(jīng)接近尾聲，即將在2021年8月交付竣工?；仡櫾O(shè)計(jì)過(guò)程，BIM技術(shù)的應(yīng)用給項(xiàng)目帶來(lái)了極大的價(jià)值：1）三維設(shè)計(jì)方式使設(shè)計(jì)成果更加真實(shí)明確，設(shè)計(jì)、建造、運(yùn)營(yíng)過(guò)程中的溝通、討論、決策都是在可視化狀態(tài)下進(jìn)行的，這給復(fù)雜的項(xiàng)目提供了便利；2）全專業(yè)協(xié)同令專業(yè)間的相互配合更為高效、便捷，在設(shè)計(jì)過(guò)程中可以提前發(fā)現(xiàn)并規(guī)避各專業(yè)圖紙的錯(cuò)落碰缺，保證全專業(yè)圖紙的準(zhǔn)確性、協(xié)調(diào)性，大大提升了設(shè)計(jì)質(zhì)量；3）利用BIM技術(shù)將三維設(shè)計(jì)與二維設(shè)計(jì)有效結(jié)合，統(tǒng)一了暖通、給排水、強(qiáng)弱電專業(yè)的二維設(shè)計(jì)和三維設(shè)計(jì)制圖標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)踐了二維設(shè)計(jì)和三維設(shè)計(jì)的無(wú)縫對(duì)接，為日后二維設(shè)計(jì)向三維設(shè)計(jì)的過(guò)渡鋪路搭橋。

BIM 技術(shù)憑借其三維立體、可視性強(qiáng)、信息豐富、便于整合等特點(diǎn)，有效提高了工程項(xiàng)目管理的效率和效果。但BIM作為一種新興技術(shù)，在實(shí)施過(guò)程中還是遇到了一些不可避免的困難：BIM設(shè)計(jì)對(duì)軟件和附屬構(gòu)件庫(kù)有很大的依賴性，而目前國(guó)內(nèi)在BIM正向出圖領(lǐng)域的本土化輔助設(shè)計(jì)軟件尚不完善，產(chǎn)品庫(kù)的本地化程度也不高，市面上大部分設(shè)備附件沒(méi)有相應(yīng)的BIM模塊，需要BIM團(tuán)隊(duì)單獨(dú)制作，耗費(fèi)大量時(shí)間精力，而且構(gòu)件的精度也不能完全達(dá)到與實(shí)際產(chǎn)品相吻合的程度。

然而，直面挑戰(zhàn)、解決問(wèn)題，是當(dāng)代建筑設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)思索與亟待突破的方向。如何在充分發(fā)揮三維正向設(shè)計(jì)優(yōu)勢(shì)的同時(shí)又滿足二維設(shè)計(jì)制圖與出圖標(biāo)準(zhǔn)，通過(guò)蘇州太湖新城能源中心項(xiàng)目的設(shè)計(jì)探索，我們又向前邁進(jìn)了一步。正如90年代初，一場(chǎng)“甩圖板”的設(shè)計(jì)革新讓CAD代替了三角板、丁字尺，隨著時(shí)代發(fā)展，我們習(xí)慣的二維設(shè)計(jì)必將逐步被三維設(shè)計(jì)取代，三維正向設(shè)計(jì)勢(shì)必會(huì)成為未來(lái)設(shè)計(jì)的主流。