淺析大商業(yè)BIM結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

王英

安徽省建筑設(shè)計(jì)研究總院股份有限公司 安徽 合肥 230002

引言

BIM（Building Information Modeling，建筑信息模型）技術(shù)是一種應(yīng)用于工程設(shè)計(jì)建造管理的數(shù)據(jù)化工具，在BIM模型中可以歸納整理與項(xiàng)目相關(guān)的各類信息，在各類項(xiàng)目籌劃、工程施工，乃至后期使用維護(hù)的全生命周期過程中進(jìn)行信息共享及信息傳遞的重要工作，充分幫助各類工程技術(shù)人員對(duì)所關(guān)注的建筑信息作出正確研判、有效處理、高效應(yīng)對(duì)，為參與項(xiàng)目的各個(gè)主體提供協(xié)同工作的平臺(tái)和基礎(chǔ)，在提高項(xiàng)目推進(jìn)效率、有效節(jié)約工程成本及縮短工程項(xiàng)目工期等方面發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。

大商業(yè)建筑規(guī)模同常規(guī)建筑相比相對(duì)更大，建筑的空間布局及使用功能較為復(fù)雜，工程人員在設(shè)計(jì)中遭遇較大挑戰(zhàn)及困難，因此更需要BIM技術(shù)進(jìn)行配合。近年來，BIM技術(shù)發(fā)展勢(shì)頭迅猛，大商業(yè)建筑中BIM技術(shù)占據(jù)的作用日益凸顯，若能合理有效地利用BIM技術(shù)，一方面可以在二維施工圖階段對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行優(yōu)化，減少施工圖變更量；另一方面也會(huì)大大便于現(xiàn)場(chǎng)施工，加快工程項(xiàng)目推進(jìn)速度，節(jié)約投資成本。

1 大型商業(yè)建筑概況

大商業(yè)建筑底部多為大型商鋪、兒童游樂、連鎖超市等，中間樓層常為商鋪、餐飲、游樂、影廳、影城辦公、健身房等功能，頂層多為商業(yè)管理用房、員工餐廳、健身房及各類機(jī)房等，建筑平面尺寸常為約100～200m左右，單層面積約20000m2左右，空間布局及使用功能較為復(fù)雜[1]。

2 BIM結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn)

業(yè)態(tài)需求繁多、建筑規(guī)模較大，結(jié)構(gòu)布置較為復(fù)雜。該類大商業(yè)使用需求較為復(fù)雜，為應(yīng)對(duì)各類不同建筑空間功能及使用需求，結(jié)構(gòu)布置需逐塊、逐區(qū)域進(jìn)行考慮，因此也給BIM結(jié)構(gòu)建模及復(fù)核帶來較多困難，且因?yàn)檎猩虠l件的更迭，各區(qū)域業(yè)態(tài)及相應(yīng)的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也隨之頻繁變更，更是給BIM模型更新及調(diào)整帶來諸多挑戰(zhàn)。

上部結(jié)構(gòu)連成一體，體型超長(zhǎng)，因此BIM建模量大面廣，內(nèi)容較多，單層工作量較大，就筆者親歷的幾個(gè)大型商業(yè)綜合體來看，此類結(jié)構(gòu)通常長(zhǎng)寬尺寸為100～200m左右，單層面積10000～20000m2，需要BIM設(shè)計(jì)師極為耐心地按軸線分塊分段進(jìn)行BIM三維設(shè)計(jì)，確保建模準(zhǔn)確無誤。

大開洞及大懸挑較多。該類大商業(yè)內(nèi)部多設(shè)中庭，平面布置上為條帶狀、圓環(huán)狀分布，將整個(gè)建筑分割為中間孤島商業(yè)和外圈商業(yè)，此類大開洞及因開洞引起的大跨度、大懸挑的結(jié)構(gòu)布置給BIM建模帶來較大工作量，建模難度極大，十分考驗(yàn)BIM設(shè)計(jì)師的操作技能。

一根柱頭搭設(shè)多根梁。由上條所述的大商業(yè)結(jié)構(gòu)布置特點(diǎn)，在較大洞口及懸挑較大的受力復(fù)雜結(jié)構(gòu)部位，通常會(huì)存在多根梁搭設(shè)至一根柱頭上的情況，針對(duì)此類情況BIM建模更應(yīng)求真求準(zhǔn)，妥善處理好多梁搭接處的構(gòu)件扣減關(guān)系，做好局部柱頭柱托的處理工作。

局部大跨度梁及梁上立柱等。該類情況常出現(xiàn)在大商業(yè)結(jié)構(gòu)的頂層，因多功能會(huì)議室、放映廳等大空間工程需求，需取消下部部分柱子以在屋面形成大空間房間，導(dǎo)致大跨度結(jié)構(gòu)出現(xiàn)，此類跨度常為20～30m左右；部分出屋面機(jī)房等，無法續(xù)用下部柱網(wǎng)，需單獨(dú)設(shè)置出屋面柱，導(dǎo)致梁上立柱結(jié)構(gòu)出現(xiàn)，因此BIM結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，需要對(duì)此類部位重點(diǎn)關(guān)注、重點(diǎn)設(shè)計(jì)，確保BIM建模準(zhǔn)確無誤。

屋面排水找坡建模。建筑屋面排水找坡做法通長(zhǎng)有兩種方式，在排水距離較短時(shí)，一般采用建筑找坡，做出排水坡度，結(jié)構(gòu)板為平板，此種做法結(jié)構(gòu)附加荷載在常規(guī)范圍內(nèi)，施工支模較為方便簡(jiǎn)單，與傳統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)層樓面做法相似。在排水距離較大時(shí)，因建筑找坡距離較長(zhǎng)，建筑找坡引起的結(jié)構(gòu)屋面板附加恒載較大，此時(shí)建筑找坡已不再合理，一般會(huì)采用結(jié)構(gòu)板找坡，利用結(jié)構(gòu)板自身坡度實(shí)現(xiàn)建筑排水坡度，減小屋面附加恒載，節(jié)約成本，確保屋面排水合理暢通，但為施工支模增加較大難度。在大型商業(yè)結(jié)構(gòu)中，因結(jié)構(gòu)體型尺寸較大，建筑坡面排水距離較長(zhǎng)（單邊排水距離8～10m），故而一般均會(huì)采用結(jié)構(gòu)找坡的形式保障屋面排水，根據(jù)建筑的排水路線布置，整個(gè)大商業(yè)屋面通常會(huì)被分割成多個(gè)坡度方向不一、坡度大小不同的斜屋面結(jié)構(gòu)板，且找坡距離大、坡度大，最高處結(jié)構(gòu)板高差300～500mm，勢(shì)必引起多處上翻下掛，且斜屋面板與屋面管井、出屋面房間、虹吸雨水口、設(shè)備基礎(chǔ)、采光頂反沿等出屋面構(gòu)筑物的交接處理均需要格外關(guān)注，這就要求BIM設(shè)計(jì)師，在處理大型商業(yè)結(jié)構(gòu)屋面建模設(shè)計(jì)時(shí)，額外注意此類因斜屋面板引起的結(jié)構(gòu)高差處理、復(fù)雜節(jié)點(diǎn)構(gòu)造等問題，方可完整并精確地實(shí)現(xiàn)大型商業(yè)結(jié)構(gòu)屋面BIM建模工作。

考慮到該類地下室頂板及底板結(jié)構(gòu)布置復(fù)雜、標(biāo)高變化多樣、結(jié)構(gòu)與設(shè)備管線碰撞較多，BIM建模工作中在地下室建模時(shí)需格外注意建模的精準(zhǔn)度，并且設(shè)計(jì)過程中隨著上部業(yè)態(tài)頻繁調(diào)整，地下室也相應(yīng)調(diào)整，大大增加地下室BIM建模工作量，特別是基礎(chǔ)部分，比如常見的獨(dú)立基礎(chǔ)加筏板的形式，基礎(chǔ)標(biāo)高變化大，設(shè)計(jì)過程中基礎(chǔ)修改較多，同時(shí)影響墊層和墊層防水聯(lián)改量大。另外，地下室工程中需額外注意結(jié)構(gòu)與設(shè)備的管線碰撞，BIM結(jié)構(gòu)建模應(yīng)注意與設(shè)備水、暖、電等專業(yè)管線的融合，及時(shí)發(fā)現(xiàn)碰撞點(diǎn)及不合理處，提請(qǐng)其他專業(yè)及二維施工圖人員核查校驗(yàn)，確保地下室功能正常運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)地下室功能完整合理[2]。

3 BIM技術(shù)應(yīng)用要點(diǎn)

3.1 BIM模型構(gòu)建

大型商業(yè)BIM結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)建模主要包括地下四大塊、基礎(chǔ)部分、主體部分、詳圖部分等。其中梁和基礎(chǔ)底板建模工作量最大。梁建模需要分跨建模并且要求錄入材質(zhì)、編號(hào)、跨數(shù)、截面尺寸、標(biāo)高、定位、砼等級(jí)以及抗震等級(jí)?；A(chǔ)底板形式多樣，建模子項(xiàng)多，包括獨(dú)立基礎(chǔ)、筏板基礎(chǔ)、樁基、承臺(tái)、防水板、集水坑、電梯坑、排水溝、設(shè)備基礎(chǔ)、墊層、墊層防水層、后澆帶等，并且要錄入基礎(chǔ)的材質(zhì)、尺寸、標(biāo)高、定位、砼等級(jí)、抗?jié)B等級(jí)。而一旦設(shè)計(jì)有修改，BIM需要重復(fù)勞動(dòng)，并且由于模型太大，導(dǎo)致錄入緩慢。

3.2 設(shè)計(jì)優(yōu)化

BIM結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，提前發(fā)現(xiàn)二維設(shè)計(jì)問題，提出優(yōu)化方案，并在三維模型中進(jìn)行專業(yè)綜合。其中重點(diǎn)核查區(qū)域包括中庭、樓電梯間、基礎(chǔ)底板、坡道。其中，中庭區(qū)域重點(diǎn)核查弧形不規(guī)則梁，梁梁交接以及梁板交接關(guān)系、扶梯梁缺口范圍及標(biāo)高、變截面梁與封口梁的關(guān)系等。樓電梯間區(qū)域重點(diǎn)核查凈高、梯梁梯柱與建筑門之間碰撞關(guān)系以及設(shè)備開洞的預(yù)留。底板區(qū)域重點(diǎn)核查基坑和集水坑構(gòu)造以及坑底標(biāo)高、降板區(qū)域高差關(guān)系、底板板厚不同是否區(qū)分。坡道重點(diǎn)核查坡道入口處凈高以及坡道各段坡度、坡道頂?shù)着潘疁显O(shè)置。

3.3 三維管線綜合

該部分工作的主要任務(wù)是在各專業(yè)模型基礎(chǔ)上，利用BIM三維技術(shù)核查二維施工圖設(shè)計(jì)中土建專業(yè)內(nèi)、土建與設(shè)備專業(yè)間的各類碰撞，優(yōu)化并減少硬碰撞，避免各類土建及設(shè)備的空間沖突問題，避免設(shè)計(jì)錯(cuò)誤傳遞到施工階段。根據(jù)碰撞報(bào)告對(duì)全專業(yè)模型進(jìn)行管綜優(yōu)化，在滿足施工條件的情況下盡可能提高凈空，提升建筑物的使用體驗(yàn)，對(duì)優(yōu)化后仍無法滿足凈高要求的區(qū)域進(jìn)行整理和統(tǒng)計(jì)，并出具報(bào)告。同時(shí)也讓施工方提前介入到項(xiàng)目設(shè)計(jì)生產(chǎn)中，對(duì)項(xiàng)目生產(chǎn)成果了解前置，重點(diǎn)區(qū)域管綜方案進(jìn)行簽字確認(rèn)，將施工問題提前到設(shè)計(jì)階段解決，不僅節(jié)約了項(xiàng)目成本，同時(shí)為項(xiàng)目質(zhì)量的保證夯實(shí)了基礎(chǔ)。

3.4 三維可視化

利用可視化軟件對(duì)項(xiàng)目重點(diǎn)區(qū)域和設(shè)計(jì)方案在三維仿真場(chǎng)景下提供更直觀、更有效的比選依據(jù)，對(duì)方案的美觀性、合理性進(jìn)行分析和優(yōu)化，協(xié)助選擇最優(yōu)的設(shè)計(jì)方案。

3.5 一鍵算量

直接利用BIM模型，根據(jù)BIM的構(gòu)件分類標(biāo)準(zhǔn)，把工程中的構(gòu)件按族類別、族名稱、族類型等進(jìn)行分類，根據(jù)族的這些屬性，BIM算量軟件提供一套默認(rèn)的智能映射方案（構(gòu)件庫(kù)），把設(shè)計(jì)的族構(gòu)件轉(zhuǎn)換為算量模型的構(gòu)件類型，同時(shí)完成構(gòu)件的清單掛接，再執(zhí)行成本智能式的一鍵算量，最終實(shí)現(xiàn)100%掛接。

3.6 施工模擬

大型商業(yè)綜合體規(guī)模大，施工難度高，很多施工問題都很難在施工前被發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)都是在一個(gè)施工階段完成后才被發(fā)現(xiàn)。通過基于BIM技術(shù)應(yīng)用的施工模擬，以三維模擬的方式直觀地展示。提前發(fā)現(xiàn)施工問題，及時(shí)反饋給各參與方，及時(shí)調(diào)整，減少返工和整改的頻率，提升項(xiàng)目施工質(zhì)量。

3.7 插件研發(fā)

模型精細(xì)度要求高，如墊層和墊層防水必須按構(gòu)造層分層建模，墻梁板柱必須按照算量規(guī)則完成扣減，這些工作都需要人工全程處理，耗時(shí)耗工。因此在模型構(gòu)建階段開發(fā)“拾面生成墻板命令”支持鏈接模型的墊層生成，并且該命令適用于其余傾斜構(gòu)件的面層生成。同時(shí)也針對(duì)一鍵扣減功能，開發(fā)基于BIM建模軟件的一鍵扣減插件，既節(jié)省了工時(shí)，又節(jié)省了人力[3]。

4 大型商業(yè)BIM技術(shù)應(yīng)用的重要性

在該類大商業(yè)項(xiàng)目中，BIM技術(shù)憑借其集成化和數(shù)字化的優(yōu)勢(shì)，避免施工過程中返工、窩工問題，在提升建筑品質(zhì)、有效控制造價(jià)投資等方面帶來了巨大的收獲。不僅如此，BIM在改善大型商業(yè)綜合體技術(shù)結(jié)構(gòu)、改善并提高工作協(xié)同能力、累計(jì)匯總項(xiàng)目實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、提高維護(hù)參與方管理協(xié)調(diào)能力水平、降低后期運(yùn)行維護(hù)等工作的投資、實(shí)現(xiàn)建筑全生命期管理方面都將是一個(gè)關(guān)鍵因素。其應(yīng)用重要性具體表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

4.1 提升項(xiàng)目品質(zhì)

利用BIM技術(shù)進(jìn)行三維可視化分析、三維碰撞核查、各類施工模擬等工作，可以從中挖掘相應(yīng)設(shè)計(jì)問題，改善并提高結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)水平及質(zhì)量，減少施工過程中的拆改，優(yōu)化室內(nèi)凈高和觀感，提升項(xiàng)目工程質(zhì)量 。

4.2 提高工程收益

利用BIM技術(shù)模擬功能，均可以在施工前就能挖掘圖紙及施工過程中可能遇到的設(shè)計(jì)缺陷及施工問題?；诖耍偘笆┕挝豢梢該?jù)此對(duì)施工流水段合理排布，有效降低因施工組織排布及物料使用的不合理而引起項(xiàng)目成本的增加。同時(shí)，利用BIM一鍵算量技術(shù)，可以有效提高施工過程中工作量、用料量的精確統(tǒng)計(jì)工作，極大節(jié)約了項(xiàng)目成本。

4.3 提高溝通效率

通過BIM總發(fā)包項(xiàng)目管理平臺(tái)，打造現(xiàn)場(chǎng)協(xié)同、資料管理、物料跟蹤、二維碼應(yīng)用、 BIM模型管理、質(zhì)安管理、計(jì)劃管理、成本管理一體化集成的智慧建造體系，可以有效解決傳統(tǒng)方式填報(bào)統(tǒng)計(jì)模式信息系統(tǒng)落地性差、周期長(zhǎng)、成本高、實(shí)時(shí)性差等難題[4]。

5 結(jié)束語(yǔ)

綜上，大型商業(yè)類的建筑結(jié)構(gòu)，因體型復(fù)雜，設(shè)計(jì)施工難度大，在此類項(xiàng)目設(shè)計(jì)過程中需要格外重視BIM結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。綜合考慮上述此類建筑的設(shè)計(jì)重點(diǎn)及難點(diǎn)，需要從事BIM結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的同行們系統(tǒng)地、完善地考慮各個(gè)設(shè)計(jì)節(jié)點(diǎn)的質(zhì)量把控和精度把控，確保項(xiàng)目順利推進(jìn)。筆者僅以親自主持完成的幾個(gè)大型商業(yè)綜合體BIM結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為例，總結(jié)并給出了相應(yīng)的BIM設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)與建議，以期給同樣進(jìn)行此類項(xiàng)目的同行提供一定價(jià)值的參考和借鑒，為共同推進(jìn)BIM技術(shù)的進(jìn)步踔厲奮進(jìn)。