巧用信息技術天津院科研綜合樓盡顯科技范兒

文｜本刊記者 汪莉莉

圖1 天津市建筑設計院科研綜合樓效果圖

科研綜合樓是一幢集研發、接待、會議、辦公和設備用房于一體的綜合科研樓，總的來看，科研綜合樓的設計要求比較高，既是舒適、綠色、低碳的辦公建筑，又要具有一定的前瞻性，同時要保證系統設備在運行過程中便于管理。時間方面，建筑設計和施工組織精細、工期緊。如果沒有BIM技術的保駕護航，科研綜合樓難以如此順利地落成。

“綠色建筑目標高；工期要求緊張，協同標準高；場地局限性大，周邊環境限制多；建設全過程要求保證不影響生活、生產，建設難度大”，這些項目難點都集中在天津市建筑設計院科研綜合樓工程中。當該工程項目最終華麗地如期亮相在人們面前時，信息技術的巧妙運用成為了讓科研綜合樓工程能夠完美收官的關鍵因素。

據天津市建筑設計院技術發展部副部長盧琬玫介紹，“科研綜合樓是一幢集研發、接待、會議、辦公和設備用房于一體的綜合科研樓，主要目的是提升單位科研辦公條件，為研發人員提供一個舒適、便捷的辦公環境。使其成為一個舒適、低碳環保的綠色建筑，并改善目前雜亂無章的停車環境，減少地面停車面積，提升辦公環境質量。”

總的來看，科研綜合樓的設計要求比較高，既是舒適、綠色、低碳的辦公建筑，又要具有一定的前瞻性，同時要保證系統設備在運行過程中便于管理。時間方面，建筑設計和施工組織精細、工期緊。協同方面，設計施工全過程要求一體化。如果沒有BIM技術的保駕護航，科研綜合樓難以如此順利地落成。

巧用綠色分析 為工程設計“添翼”

對BIM技術的應用，首先體現在規劃設計階段。通過對場地環境的分析，天津市建筑設計院得出這樣的結論：場地受周圍建筑遮擋嚴重，太陽輻射量呈南北梯度分布（南部遮擋嚴重，北部受遮擋較少），冬季尤其明顯。場地風環境滿足綠建要求，但場地風速過低，不利于建筑過渡季的自然通風。

基于以上場地信息，以及綜合項目的諸多限制條件，天津市建筑設計院借助BIM技術，對日照、環境融合等方面進行了規劃設計分析。譬如，在環境融入方面，導入場地周邊建筑模型，并對方案進行直觀的環境融合比對。基于此前的分析，提出四種不同建筑設計方案。天津院通過建筑立面方案分析，結合體塊方案及功能布局對建筑外觀風格進行推敲，并快速提取窗洞數據，計算窗墻比，指導方案優化。

經過一番方案的分析權衡，最終論定方案三具有綜合優勢。具體而言，方案三在設計中充分考慮通過空腔墻體整合室內氣流組織、利用太陽能、拆改建筑材料回收利用等綠色建筑理念。

天津市建筑設計院網管中心副主任工程師聶智勇認為，BIM技術的妙用還體現在優化設計方面。具體而言，首先在空間利用優化時，通過三維設計環境，對空間利用進行優化、提高設計質量。

在專業協同優化方面，在設計階段初期對走廊等管線密集位置進行管線綜合，預估及分配吊頂空間。能清楚地比較出傳統繪圖與BIM方式的區別。如果采用傳統繪圖模式，各設備專業分開設計，會審難以發現全部碰撞點，將遺留大量問題到施工階段。采用BIM方式，各專業協同設計，改變傳統設計流程，提前進行管線綜合，設計過程中及時發現并避免交叉碰撞，減少后期工作量。

在綠建措施優化方面，充分利用Ecotect進行分析，優化氣流組織。室內墻增加墻上通風口，使東、西朝向房間都具有自然通風的通道，實現不同朝向房間的通透。

通過優化,室內溫度場分布比較均勻，小開間在23 ℃—25℃之間，大開間在23.5 ℃—26.6℃之間。室內大部分區域內風速在0.1m/s—2.1m/s之間，基本滿足自然通風對風速的要求。此外，可再生能源利用。通過建立太陽能集熱器的族指導在平面的排布并將數據加入模型中進行太陽能計算。運維概念優化。根據運維要求，在設計階段對模型進行提前的深化。例如，人體感應控制。根據人的進入和離開自動地控制照明的ON/OFF，或降低亮度，防止忘記關燈。自動探測房間的亮度，進行照明的ON/OFF或降低亮度等節能控制。集中監視和控制，一個系統集中監控256個回路的照明燈具，可防止忘記關燈的現象。模式控制，按下開關即可簡單的依照時間和用途進行照明的場景切換。

圖2 科研綜合樓俯瞰圖

施工實施駕輕就熟 BIM技術顯神通

磨刀不誤砍柴工。在盧琬玫看來，先對設計階段的BIM信息進行梳理，對指導施工實施有著很大裨益。

第一步是設計模型的調用。繼承設計階段BIM模型數據，按照施工建設的需求對模型進行整理、拆分、深化，梳理施工所需的模型資源；緊接著，再進行施工模型輸入。為滿足建設過程的精確模擬需求，在BIM模型中補充施工建設所需的附屬構件。最后，建立應用編碼體系也十分必要。針對設計模型進行編碼體系的梳理，進一步拆分模型，使其滿足算量、排期等需求。

梳理完BIM信息，規劃施工階段的難點隨之出現。質量上，施工變更與碰撞問題，鋼筋混凝土工程施工強度大；安全上，施工現場與生產生活交叉，施工場地空間有限，項目周圍人流量大，需保證行人安全；成本上，外部預制構件種類多，不易控制數量，合理控制項目投資及成本的要求高。這時，基于BIM的多維度施工過程模擬顯得十分必要。

3D可視化模擬。BIM的可視化及虛擬特征可以對照圖紙進行形象化的認知，從而有效地指導施工作業，保障施工質量與施工安全。譬如，各類3D場地實體模型均可以顯示、隱藏及改變顏色，直觀逼真地體現了實際施工現場布置，實現3D可視化效果。

4D進度計劃檢驗。把BIM模型與進度計劃集成，可以按月、周、天形象的模擬施工進程，能夠使設備材料進場、勞動力配置等各項工作的安排變得更有序。與傳統施工平面布置圖相比，基于BIM的4D管理使用戶可以快捷查詢每個設施、設備的詳細信息，實時修改其布置狀況和相關信息，進而實現了整個施工場地的3D動態設計和可視化模擬。

5D工程量統計，基于BIM模型，建立或提取各種工程量信息，快速做出成本核算，達到有效控制成本的目的。此外，在本項目施工階段，還運用了激光掃描、GPS、移動通訊、RFID和互聯網等技術，并與本項目的BIM模型進行整合，指導、記錄、跟蹤、分析作業現場的各類活動。除了保證施工期間不產生重大失誤以外，也為項目運營維護預先準備了準確、直觀的BIM數據庫。

概括地說，在科研綜合樓工程中，天津院充分利用BIM模型模擬不同的施工進度方案，并結合成本控制進行對比。最終，尋找到最佳的施工進度計劃，從而更嚴密地組織施工、縮短施工周期，降低資金成本、節約造價。

BIM技術貫穿項目始終

科研綜合樓工程中，天津院將BIM技術應用在建筑設計、施工實施、運營維護這三個階段中，讓BIM技術貫穿項目始終，并從中總結出了不少寶貴的經驗。

通過本次項目實踐，使得天津院探索研究出符合所屬地區的BIM全生命周期工作流程與方法，并在原先基礎上加強了各參與方之間的數據交互，促進各方協作。對于本項目中BIM在全生命周期應用的關鍵環節、需要分析的內容、數據交互格式、多方協作模式進行了深入的探索，確定了目前技術條件下基于BIM技術的項目全生命周期管理的方法和步驟。全生命周期管理需要更進一步明確各方協作的流程，細化團隊間的職責，設計階段、施工階段與運營維護階段的BIM模型深度及其功能還需要深化。

BIM的技術優勢在工程建設行業日益凸顯，越來越多的企業不斷加強BIM技術的應用深度和廣度，以期提高工程建設的 效率、提升工程建設的品質。實際上，BIM帶來的設計模式變革正在方方面面地影響工程建設行業。盧琬玫表示，科研綜合樓項目有效使用基于BIM軟件構建BIM模型，并將各種項目信息輸入到BIM模型中，借助BIM與其他數字化技術的集合，實現項目全生命周期的管理，并且達到提高項目整體設計、建造與運營的效率的目的。

天津市建筑設計院

天津市建筑設計院（簡稱“天津院”）創立于1952年，經歷五十多年歷史滄桑，現已發展成為技術實力雄厚、人才濟濟的天津地區最大的綜合建筑設計院。天津院擁有工程建筑設計、城鄉規劃編制、風景園林、工程監理、招標代理、造價咨詢六項甲級資質，并經國家外經貿部批準，具有對外經營權，是國際建筑工程咨詢協會（Fidic）會員單位。全院設有7個職能管理部門，2個技術研發中心，10個土建設計所，4個機電設計所，8個專項設計所和投資公司下屬的45家多經公司（其中包括15家聯合設計公司）。