BIM技術(shù)在建筑工程項目設(shè)計階段應(yīng)用

李 洋

(中國水利水電第七工程局有限公司, 四川成都 610213)

1 工程概況

該工程項目為實驗室建筑東臨贛深高鐵線路和龍大高速，景觀資源得天獨厚。建筑用地面積12 021.20 m2，其中軌道13號線北段規(guī)劃控制區(qū)占用418 m2，凈用地面積11 603.2 m2，用地呈不規(guī)則的梯形，項目總建筑面積為5.3萬m2，地上17層，地下2層，總建筑高度94.05 m。

2 研究背景

(1)先進(jìn)、復(fù)雜的技術(shù)設(shè)計。實驗室建筑的發(fā)展離不開大量且多功能的技術(shù)設(shè)備和工程系統(tǒng)，需要各個專業(yè)的設(shè)備、管道及電力系統(tǒng)支持，技術(shù)設(shè)計在工程設(shè)計階段占據(jù)首要的位置。

(2)人性化的設(shè)計。舒適的實驗室環(huán)境是一種資源，如通風(fēng)采光良好的工作環(huán)境、豐富變化的建筑空間、共享的交流空間等，能有效激發(fā)工作人員的創(chuàng)造力。

(3)靈活的建筑空間設(shè)計。實驗室建筑在設(shè)計階段不僅需要滿足當(dāng)前需求，又要適應(yīng)未來社會發(fā)展，從多角度貫徹建筑物內(nèi)部的靈活性。

(4)環(huán)境可持續(xù)的設(shè)計。實驗室建筑技術(shù)不僅需要滿足健康及安全的基本要求，還應(yīng)滿足環(huán)境可持續(xù)設(shè)計，如建材的使用、外圍護(hù)結(jié)構(gòu)節(jié)能設(shè)計等。

3 研究意義

(1)簡約有序，開放多元。實驗室之間通過修建共享的交流空間，不僅能滿足工作人員正常工作的開展，舒適人性化的交流空間如茶歇區(qū)、智能會議室等還能帶動工作人員交流討論的積極性。

(2)經(jīng)濟(jì)集約，高效可持續(xù)。整個建筑立面幕墻為井然有序的金屬結(jié)構(gòu)，使建筑更具雕塑感，增強(qiáng)了美感，金屬構(gòu)件能有效抵擋陽光直射，滿足了經(jīng)濟(jì)實用的要求。

4 研究問題

(1)如何通過BIM技術(shù)解決實驗室分區(qū)問題，保證各分區(qū)合理。

(2)如何保障設(shè)備在實驗室內(nèi)合理的位置，滿足工藝要求，設(shè)備的便捷使用

(3)如何伴隨式BIM設(shè)計應(yīng)用，保持每周更新BIM成果，為設(shè)計質(zhì)量提升保駕護(hù)航。

(4)如何三維可視化匯報，直觀呈現(xiàn)給使用方，提升工作效率。

(5)如何BIM精細(xì)化設(shè)計提升設(shè)計品質(zhì)，減少設(shè)計變更、降低返工、節(jié)約成本。

(6)如何標(biāo)準(zhǔn)化、信息化、協(xié)同化BIM設(shè)計管理，提高項目管理水平。

5 研究方案

三位一體的策略方案對項目進(jìn)行管控，從信息化、規(guī)范化和標(biāo)準(zhǔn)化入手，以BIM技術(shù)為核心對設(shè)計進(jìn)行管控。

結(jié)合三位一體的策略在前期制定實施方案，明確項目BIM實施目標(biāo)及主要應(yīng)用，并制定相應(yīng)的實施計劃和保障措施實現(xiàn)項目設(shè)計信息化管理。制定詳細(xì)的應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)，包括模型創(chuàng)建深度、應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)及成果標(biāo)準(zhǔn)，使BIM應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)化。

從進(jìn)度、設(shè)計優(yōu)化、專項評審等方面制度約定服務(wù)方式及管理，從而實現(xiàn)項目BIM管理的規(guī)范化，管理實施環(huán)境見圖1。

圖1 管理實施環(huán)境

6 重難點及解決措施

6.1 重難點

(1)重視程度高。對于加快生物醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)核心引擎，解決醫(yī)療器械檢測場地和設(shè)施不足的短板，填補(bǔ)藥物臨床前安全性評價(即GLP)實驗室的空白，市委及市政府高度重視。

(2)實驗室關(guān)系復(fù)雜。項目內(nèi)有多種實驗室存在，如何協(xié)調(diào)這些實驗室之間的關(guān)系，如何在滿足正常實驗檢測工作前提下，提供更多的交流、休息、會議空間是重點問題。

(3)系統(tǒng)龐雜。藥檢所項目涉及系統(tǒng)龐雜，管理與協(xié)調(diào)難度大。

(4)空調(diào)及廢氣排風(fēng)系統(tǒng)。項目的空調(diào)為工藝性空調(diào)系統(tǒng)，不同類型實驗室的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范對通風(fēng)及環(huán)境的規(guī)定有差異，需要各自的空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行控制，避免出現(xiàn)送排風(fēng)的交叉污染，協(xié)調(diào)管線關(guān)系要求高。

(5)工藝設(shè)備多。該項目實驗室范圍涉及8大類、1 000余項，為滿足各類型實驗室要求需配備先進(jìn)、高效、安全的實驗室設(shè)施，如實驗臺、實驗柜，各類通風(fēng)設(shè)備、消毒滅菌柜和與建筑相關(guān)的特殊實驗室設(shè)備。保障設(shè)備在實驗室內(nèi)合理的位置，滿足工藝要求，設(shè)備的便捷使用都是重點難點。

6.2 解決措施

6.2.1 規(guī)劃階段BIM應(yīng)用

6.2.1.1 基于BIM模型的方案比選

該項目一共經(jīng)過3輪的方案設(shè)計調(diào)整，都借助BIM模型來完成。借助模型來輔助調(diào)整，既可以三維的展示各個建筑形體，同時能夠?qū)崟r的給我們反饋不同方案的建筑指標(biāo)，有助于我們在建筑指標(biāo)和建筑形體間取舍。

第一輪方案比選，基于7個建筑型體，從工藝角度分析各個方案的合理性，經(jīng)過多輪與院方溝通，最終敲定3個方案作為主要方案繼續(xù)深化。

第二輪方案比選，考慮因素：

(1)實驗室平面布局形式以雙走廊為主，適合溫濕度要求高和醫(yī)學(xué)類實驗室布置，確定平面布置形式。

(2)建筑柱網(wǎng)選擇6.6～8.4 m，以8.1～8.4 m為主。

(3)建筑層高，不設(shè)空調(diào)凈高不少于2.8 m，設(shè)空調(diào)不少于2.6 m。

(4)考慮室外中草藥種植園的布置。

在本輪方案比選中，主推方案二。

第三輪方案比選，基于功能布局的合理性以及型體的可塑性，最終敲定方案一作為最終方案，在方案一的基礎(chǔ)上進(jìn)行下一步的深化工作。

6.2.1.2 外立面方案比選

設(shè)計構(gòu)思A：設(shè)計意向來自與“EMC檢測電磁波”。

利用弧線的變化形成地磁波動態(tài)趨勢，賦予建筑流暢和連貫風(fēng)格，展現(xiàn)建筑獨特的建筑形象。

設(shè)計構(gòu)思B：從“色譜條碼”的形態(tài)著手，提煉演化出相應(yīng)的建筑元素。

為深化工作，最終選擇方案B。

6.2.1.3 規(guī)劃階段BIM應(yīng)用小結(jié)

建立不同的方案設(shè)計模型以及外立面模型，為初步設(shè)計階段提供對應(yīng)的模型。以構(gòu)建或細(xì)部調(diào)整的方式，產(chǎn)生多個設(shè)計方案模型以備選。對模型進(jìn)行數(shù)據(jù)分析及優(yōu)劣比較，用三維仿真場景模擬不同的項目方案，使方案呈現(xiàn)更為直觀與高效。

6.2.2 初步設(shè)計階段BIM應(yīng)用

6.2.2.1 初步設(shè)計模型搭建

藥檢所項目為BIM應(yīng)用的基礎(chǔ)，需進(jìn)行全專業(yè)BIM建模。并在每一次應(yīng)用優(yōu)化確認(rèn)后都對模型進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整。

6.2.2.2 疏散模擬

結(jié)合BIM模型與緊急疏散模擬分析軟件，設(shè)置人員參數(shù)(人員數(shù)量、行走的速度，人員的位置)，設(shè)計逃生路徑，再通過軟件模擬出逃生的時間，設(shè)計不同的方案比較逃生時間，進(jìn)行疏散場景的模擬，從而選出最優(yōu)方案。

6.2.2.3 綠建分析

為提升院方使用者的舒適性，結(jié)合BIM模型進(jìn)行了日照、噪聲、風(fēng)環(huán)境等方面的模擬分析，并通過調(diào)整建筑遮陽造型、外部圍護(hù)結(jié)構(gòu)和項目內(nèi)綠化環(huán)境保證項目各建筑擁有足夠日照時間，降低患者受噪音影響、使通風(fēng)更加流暢，且無明顯無風(fēng)區(qū)或漩渦區(qū)。

6.2.2.4 梁下凈高分析

借助BIM土建模型分析各重點區(qū)域梁下凈高條件，通過不同分色識別最不利位置，為后續(xù)的管線排布和管線綜合工作提供基礎(chǔ)。

6.2.2.5 機(jī)電管線規(guī)劃方案

機(jī)電管線提前規(guī)劃方案如下，先梳理出項目主要的各個子項，通過模塊來表示，形成預(yù)留空間尺寸。再將這些尺寸在現(xiàn)有的土建條件下去進(jìn)行測試，保證在項目前期解決部分管綜問題?；诠芫€規(guī)劃方案，共出具20份凈高分析圖紙，用于配合設(shè)計進(jìn)行管線方案調(diào)整。

6.2.2.6 初步設(shè)計階段BIM應(yīng)用小結(jié)

通過BIM技術(shù)對人員疏散、風(fēng)聲熱等內(nèi)容進(jìn)行分析，并出具相關(guān)數(shù)據(jù)，提升整體項目品質(zhì)。

在初步設(shè)計階段開展前期對梁下凈空進(jìn)行驗證分析，并且用不同色塊表達(dá)凈高，協(xié)助設(shè)備設(shè)計師直觀地判斷出凈高情況。而后依據(jù)管線規(guī)劃方案對各樓層進(jìn)行凈高分析，出具相關(guān)數(shù)據(jù)協(xié)助設(shè)計團(tuán)隊做出合理的判斷，以便對建筑平面構(gòu)造進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，為施工圖設(shè)計做好鋪墊。

6.2.3 施工圖設(shè)計階段BIM應(yīng)用

6.2.3.1 設(shè)計優(yōu)化

依靠全面具體的施工圖設(shè)計階段BIM模型，開展設(shè)計優(yōu)化工作。通過問題報告與設(shè)計溝通協(xié)調(diào)，解決設(shè)計圖紙中的問題，并且形成記錄。設(shè)計問題審查依據(jù)積累總結(jié)出的設(shè)計問題子項進(jìn)行逐條審查。共解決碰撞及設(shè)計問題700余項。

6.2.3.2 管線綜合方案

在初步設(shè)計后，進(jìn)行精細(xì)化的管線綜合，通過細(xì)部空間分析、管道梳理、排布優(yōu)化、剖面出圖、三維出圖來進(jìn)行管線綜合和成果輸出，以確保滿足設(shè)計功能需求和施工安裝要求。

6.2.3.3 凈高分析

在管綜調(diào)整完成后，輸出相關(guān)凈高分析示意圖及凈高較低位置剖面圖作為設(shè)計優(yōu)化參考依據(jù)，而后各施工圖專業(yè)明確優(yōu)化修改方案，確定管綜剖面方案后開展后續(xù)的管綜工作，并將數(shù)據(jù)提資精裝設(shè)計作為參考依據(jù)。

6.2.3.4 管綜出圖

在明確管綜方案后，基于BIM模型導(dǎo)出關(guān)鍵部位剖面圖以及水、暖、電三專業(yè)的綜合管線平面圖共50張，保證BIM管綜效果能實施落地。

6.2.3.5 工程量統(tǒng)計

借助BIM模型進(jìn)行BIM算量，在項目設(shè)計過程中做到對不同類型及尺寸的構(gòu)件的有效統(tǒng)計，保證限額設(shè)計的落實，為施工招標(biāo)工作提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

6.2.3.6 施工圖設(shè)計階段BIM應(yīng)用小結(jié)

基于BIM模型與專項問題查找分類，開展全專業(yè)設(shè)計圖紙核查。梳理圖紙中的各項問題，完善整體施工圖質(zhì)量，盡量避免后續(xù)施工階段的返工現(xiàn)象。

綜合考慮橫豎向機(jī)電管線的排布，優(yōu)化三維管線。保證各類閥門及附件的安裝空間，安裝使用的合理操作與檢修空間；確保室內(nèi)高度滿足精裝要求，提升項目品質(zhì)。

對BIM模型進(jìn)行工程量的統(tǒng)計分析，為后續(xù)施工招標(biāo)及相關(guān)報建工作提供精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)參考。

7 創(chuàng)新性

7.1 基地分析

結(jié)合城市人流方向，在基地北側(cè)設(shè)置院區(qū)主入口，考慮檢驗檢測品量大，建議在東側(cè)設(shè)置次入口，避免交叉，基地分析。

7.2 無人機(jī)與BIM技術(shù)聯(lián)動輔助決策

使用無人機(jī)對項目區(qū)域及所在環(huán)境進(jìn)行全方位掃描，并利用GIS技術(shù)整合無人機(jī)模型與BIM模型，輔助管理人員對項目周邊環(huán)境及項目建成后的效果產(chǎn)生直觀認(rèn)知，對景觀規(guī)劃、環(huán)境狀況、施工配套及項目建成后和周邊高架、地鐵、公廁等地物的影響因素進(jìn)行分析和評估，并進(jìn)行合理決策。

通過對無人機(jī)傾斜攝影模型進(jìn)行距離和高差測量，對項目周邊設(shè)施與紅線沖突問題進(jìn)行論證，輔助管理人員了解公廁對藥檢所建設(shè)的影響，為協(xié)商拆除事宜提供信息化數(shù)據(jù)支持。

同時使用BIM模型分別模擬拆除前后項目周邊環(huán)境情況，輔助業(yè)主直觀了解拆除前后對比。

7.3 布局控制

借助BIM模型分析布局所在位置及面積，實驗區(qū)要根據(jù)實驗級別不同設(shè)定不同受控級別，劃分區(qū)域。在模型信息中進(jìn)行受控級別參數(shù)添加，通過過濾器對參數(shù)進(jìn)行控制，確保各實驗室受控級別差異，保證不出現(xiàn)交叉污染。

7.4 模塊化設(shè)計

7.4.1 基于BIM模型分析走道形式

從實驗室規(guī)?？紤]，雙走道更能體現(xiàn)實驗室的規(guī)模。但由于存在2條走道，公共面積變大，真正用于實驗室的有效面積較單走道模式利用率偏低；中間的實驗室自然采光較少，主要靠燈光照明，通過設(shè)置大面積的采光窗、玻璃墻體等手段，可適當(dāng)提高中間實驗室的采光度。

7.4.2 基于BIM模型進(jìn)行房間布局

實驗室工藝平面布局設(shè)計中重點遵循三區(qū)明確和三流清晰的原則。三區(qū)明確就是實驗區(qū)、辦公區(qū)、公共區(qū)(電梯、樓梯間、衛(wèi)生間)三區(qū)區(qū)域劃分清晰，見圖2。

圖2 功能分區(qū)示意

7.5 工藝模擬

創(chuàng)建精準(zhǔn)的家具設(shè)備BIM模型，借助Enscape對實驗臺、實驗設(shè)備、機(jī)電管線等進(jìn)行模擬布置，通過這種方式與院方、設(shè)計方進(jìn)行溝通協(xié)調(diào)，調(diào)整位置，見圖3。從而保障在實驗室內(nèi)合理的位置，滿足工藝要求，設(shè)備的便捷使用。

圖3 工藝模擬示意

8 結(jié)束語

隨著時代的快速發(fā)展，科技的飛速進(jìn)步，傳統(tǒng)的建筑設(shè)計已不能滿足當(dāng)前的發(fā)展需求，因而引入了BIM技術(shù)。BIM技術(shù)一改傳統(tǒng)的建筑設(shè)計方式，將結(jié)構(gòu)建筑設(shè)計從二維向三維轉(zhuǎn)變，順應(yīng)三維結(jié)構(gòu)設(shè)計的時代發(fā)展需求。通過引用BIM技術(shù)，以用于建筑設(shè)計階段，建筑行業(yè)發(fā)展更加智能快速。