BIM正向設計的應用與優勢南航武漢機場南工作區綜合保障樓

魏欣

一、項目介紹與策劃

南航武漢機場南工作區綜合保障樓工程是中國南方航空股份有限公司湖北分公司投資建設的綜合辦公出勤樓，主要功能內容包含綜合辦公、空勤出勤、空勤餐廳等。擬建于武漢天河機場三期南工作區，總用地面積28363m2。本建筑地上九層，局部十層，地下一層，建筑總高度43.1m，建筑面積5.2萬m2。

為了提升項目品質，加強管控，本項目設計階段實行全專業BIM正向設計，設計人員直接在BIM軟件中做設計，而非CAD設計后BIM翻模。

首先制定BIM實施規劃，在項目各個設計環節實現BIM技術與設計一體化，將BIM標準完整準確地傳遞到施工階段（圖1）。

圖1 BIM實施構架

建立本項目BIM統一的標準，幫助甲方管理項目BIM數據，同時為甲方提供BIM基本應用培訓。

二、BIM的精細化設計

1.三維地形

使用Civil3D構建整體場地原始模型及設計模型，通過不同標高設置挖填方方案，快速獲取土方統計數據，獲得優化方案，輸出場地至Revit，通過對比最終確定建筑地坪標高以及場地坡度。

2.3D可視化

通過BIM技術各個角度展現建筑的3D造型，有多種顯示形式，便于造型推敲。可利用BIM360云渲染技術，通過BIM模型可以方便快捷地得到各個部位的效果圖，實現實時的可視化，方便比對設計與實施效果。

3.建模規則

以真實“建造”的方式搭建和組織模型，使BIM模型從設計及深化設計階段順利延續至施工階段。以現行建設工程程序中的分項分部工程對模型進行劃分（圖2），方便施工企業在后續的管理中能對模型進行有效的分拆，向各分包單位發放。

圖2 建模規則1

圖3 建模規則2

結構專業建立鋼結構屋面的鋼梁及水平支撐模型，建筑專業建立C型次檁條及找坡、保溫層，建筑與結構專業建模分工明確（圖4）。

圖4 建模規則3

樓板、外墻、內墻等建筑構件嚴格按照做法表分別建立族文件，模型存儲的信息更加精準、真實。

4.地下室設計

地下室管綜原則是：重點布置設備用房集中的走廊區域，水管分層排布以及最后確定橋架的標高。如水泵房（圖5）利用REVIT系列軟件進行三維管線建模，通過管線碰撞檢測，快速查找出模型中的碰撞點，將二維圖形中不易察覺的碰撞問題在三維中解決。在Navisworks中漫游，進行碰撞檢查，并做出審閱記號以便修改。 通過管線碰撞檢測，解決錯、漏、碰、缺問題，為項目帶來經濟和時間效益。

圖5 水泵房整合模型

本項目地下室功能分戰時、平時兩種狀態，使用“設計選項”功能可實現在同一個模型中實施兩種方案。通過切換設計選項狀態，可在“平時”狀態中完成車庫的設計，在“戰時”狀態中完成人防的設計（圖6）。使用設計選項時，鏈接的建筑模型必須也要采用相應的設計選項。設計選項還可應用于方案比選。

圖6 地下室戰時BIM模型

5.設計優化

在墻身詳圖中增加三維節點圖，使二維與三維對照，提升墻身節點的精準程度及項目的可控性。對于構造比較復雜的位置，運用BIM技術進行設計的優化，充分發揮BIM的優勢，使作品更加的精細。

6.精裝修設計

裝修專業利用BIM技術在大跨度復雜的會議廳通過與結構、機電專業的密切配合，將吊頂定在合理的高度，同時結合聲學設計，使會議廳既實用又美觀。客房僅室內入口處及衛生間內部做吊頂，提升住宿部分的居住感受。結合機電管綜，將吊頂高度做到極致，使空間經濟實用。

7.幕墻深化設計

使用參數化軟件優化幕墻設計，主入口的幕墻采用系統小單元組件，不同面板材料的有機組合，外形融合多種幾何形態，立面虛實對比，現代感強。

石材裝飾柱與節能窗采用2D+3D相結合設計放樣，做到設計模型與施工上墻后效果一致。不同平面的玻璃板塊安裝，通過參數化軟件科學分格排序，達到板塊模數統一，效果最佳。

三、BIM的協同設計

1.BIM的結構設計

建立結構初步模型，導入計算分析軟件，進行結構分析。協同中進行的結構調整，均在計算軟件中修改并同步。在Revit平臺下繪制施工圖。由Revit結構模型導出得到計算模型。計算模型中作出的修改，通過接口軟件同步到Revit模型。通過二次開發的插件，基于結構計算模型的信息，生成細部節點構造（圖7）。

圖7 BIM結構設計

2.BIM的機電設計

給排水、電氣、暖通專業通過鏈接的方式實現機電專業間可視化協同設計，將機電專業管線設置材質與顏色，通過專業間協同，考慮管線交叉往復、檢修、支架等空間需求，優化管線排布以提升層高凈高，使空間得到充分合理利用，既滿足設備需求如設備房（圖8），也能兼顧美觀并給用戶以更高的空間體驗如出勤樓走道（圖9）。

圖8 地下室設備房典型剖面

圖9 出勤樓走道典型剖面

利用BIM的強大統計功能，我們可以生成詳盡的機電材料明細表，在成本估算中追蹤造價的變化。BIM的材料統計功能方便、準確、清晰，能有力地提高成本管理質量，與傳統算量方式進行對比，預算成本差別可控制在2%以內。

3.出圖應用

Revit軟件出施工圖即BIM模型的二維化表達，模型與圖紙一致，各專業出圖率為：建筑95%，機電70%，結構65%。

四、綠色建筑與拓展應用

1.綠色建筑

將BIM模型導入綠建軟件，進行室內外風環境模擬優化分析（圖10），保證建筑室內空氣新鮮度及其周圍風環境的舒適性。進行自然采光模擬分析，選擇最優的遮陽構件布置形式和玻璃幕墻的選型，減少直射光影響，使室內照明效果最優。對場區進行噪聲模擬分析，在建筑場地周圍設置了綠化及構造物等聲學屏障，使建筑滿足一類聲學標準要求。同時采用太陽能供熱和太陽能光伏的可再生能源措施，有效降低了建筑的總能耗。本項目可達到綠色建筑三星級設計標準。

圖10 室外風環境效果

2.海綿城市

在場地生態設計方面通過屋頂綠化、透水鋪裝、生態停車場、下凹式綠地等措施來整合各類植物，進行引導、收集、過濾和滲透雨水徑流，形成系統性的海綿型建筑場地雨水組織形式（圖11）。

圖11 海綿城市

通過海綿設施的作用，使場地開發后的水文特征接近開發前，年徑流總量控制率達到75%。有效緩解城市內澇，面源污染能消減70%，雨水資源化利用率達到65%。

3.疏散模擬

利用Pathfinder軟件對9層大會議室疏散模擬計算，驗證人員疏散至安全出口的時間能夠滿足規范要求。

五、結語

在南航武漢機場南工作區綜合保障樓項目中，通過BIM技術，進行各專業的協作，將主體設計、幕墻、景觀、室內裝飾、燈光等統籌到一起，形成一個緊密的合作團隊，實現全專業BIM正向設計。我們以“建造”的方式搭建和組織模型，而非以現行通用的“出圖”的方式建模，使BIM模型從設計及深化設計階段順利延續至施工階段。

BIM技術的精細化設計提前發現設計中的問題，優化設計、錯漏檢查，同時降低施工階段可能存在的返工風險，最終實現提升項目整體品質、節約成本、控制工期的目標。