基于BIM理念的小高層協(xié)同設(shè)計(jì)研究

廣東省第二建筑工程有限公司，廣東 汕頭 515071

1 工程概況

該工程為一類高層公共建筑，建筑設(shè)計(jì)規(guī)模等級(jí)為大型。該項(xiàng)目為1棟辦公樓，有地下3層、地上23層，建筑高度為98.40m，總建筑面積約21570.23m2，框筒結(jié)構(gòu)。建筑設(shè)計(jì)使用年限為50年。

2 專業(yè)協(xié)同配合思路

基于BIM平臺(tái)的數(shù)字化協(xié)同工作平臺(tái)，進(jìn)行建筑全專業(yè)設(shè)計(jì)、建筑成本管理控制與全壽命周期過(guò)程管控。在設(shè)計(jì)-施工協(xié)同分析的管控過(guò)程中各個(gè)專業(yè)相互配合，又相互制約，形成了有效而及時(shí)的反饋機(jī)制。設(shè)計(jì)-施工協(xié)同分析思路如圖1所示。

圖1 設(shè)計(jì)-施工協(xié)同分析思路

3 建筑方案設(shè)計(jì)

3.1 建筑設(shè)計(jì)

建筑方案設(shè)計(jì)在一定程度上決定了整個(gè)工程設(shè)計(jì)的大致輪廓，影響著施工圖設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)乃至機(jī)電設(shè)計(jì)，是工程項(xiàng)目的基礎(chǔ)和前提。建筑設(shè)計(jì)前期，利用BIM軟件的三維可視化功能，對(duì)建筑的整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行全方位的認(rèn)識(shí)是BIM在設(shè)計(jì)階段最重要的應(yīng)用點(diǎn)。同時(shí)，通過(guò)BIM技術(shù)的仿真模擬，幫助建筑師對(duì)建筑場(chǎng)地有一定的了解，有助于方案的構(gòu)思。BIM技術(shù)可以對(duì)建筑功能空間進(jìn)行模擬，驗(yàn)證凈空高度、尺寸等是否滿足設(shè)備設(shè)施的要求，使用空間的位置關(guān)系是否合理，同時(shí)反映出建筑成本、利用率、項(xiàng)目復(fù)雜程度等信息。該工程建筑存在錯(cuò)層的狀況，第20層為層高6m的報(bào)告廳，其余部分層高為4.2m，其爆炸分析如圖2所示。21層留出一部分作為露臺(tái)，提供了良好的休閑洽談空間。露臺(tái)部分為了保留建筑完整性，在內(nèi)部有空間高差的情況利用玻璃幕墻將露臺(tái)圍住。根據(jù)節(jié)能采光計(jì)算軟件對(duì)建筑開(kāi)窗面積進(jìn)行計(jì)算，采取最適窗面積，決定立面造型。

圖2 爆炸分析圖

3.2 綠色建筑

我國(guó)《綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 50378—2014）將綠色建筑定義為在建筑的全壽命期內(nèi)，最大限度地節(jié)約資源、保護(hù)環(huán)境和減少污染，為人們提供健康、適用和高效的使用空間，與自然和諧共生的建筑。該項(xiàng)目在建筑設(shè)計(jì)的過(guò)程中，對(duì)地域氣候、周邊環(huán)境等進(jìn)行分析，配合建筑、結(jié)構(gòu)、給排水、電氣等專業(yè)的設(shè)計(jì)，以及通過(guò)節(jié)能分析、通風(fēng)分析、日照分析、暖通分析等對(duì)建筑方案進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，降低建筑對(duì)生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生的不良影響。利用BIM軟件將上訴信息集成三維模型，建造與大自然和諧共處的建筑，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。

4 結(jié)構(gòu)分析設(shè)計(jì)

與傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)模式相比，基于BIM平臺(tái)的協(xié)同設(shè)計(jì)所需要的模型為總體設(shè)計(jì)模型。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)所用的計(jì)算分析模型為建筑專業(yè)前期初步設(shè)計(jì)的建筑模型，其工作主要對(duì)結(jié)構(gòu)內(nèi)部構(gòu)件進(jìn)行調(diào)整。為了更好地完成分析設(shè)計(jì)工作，模型中所需的荷載及邊界條件等均可增添到模型中。后續(xù)計(jì)算分析采用有限元軟件進(jìn)行，最后計(jì)算結(jié)果反饋到核心建模軟件中。結(jié)構(gòu)層間位移角計(jì)算結(jié)果如圖3所示。

圖3 結(jié)構(gòu)層間位移角計(jì)算結(jié)果

BIM技術(shù)擁有“所見(jiàn)即所得”的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，不僅能夠直觀地了解模型中的物理信息，還能熟知構(gòu)件的非幾何屬性。簡(jiǎn)而言之，結(jié)構(gòu)分析模型中包含了大量的非幾何信息，如荷載、工況組合、邊界條件等。在結(jié)構(gòu)分析軟件中建立的模型均為結(jié)構(gòu)分析模型，這樣的模型一般以點(diǎn)、線、面簡(jiǎn)化構(gòu)件的具體信息，物理模型的形成就是在分析模型的基礎(chǔ)上賦予其各類信息。

5 機(jī)電分析設(shè)計(jì)

機(jī)電設(shè)計(jì)不僅要協(xié)調(diào)機(jī)電各個(gè)專業(yè)之間的關(guān)系，而且需要協(xié)調(diào)與建筑、結(jié)構(gòu)等專業(yè)之間的關(guān)系。利用BIM軟件創(chuàng)建可視化三維模型，為不同專業(yè)的設(shè)計(jì)師提供更為全面的信息，BIM技術(shù)將建筑、結(jié)構(gòu)、機(jī)電等專業(yè)緊密聯(lián)系。工程技術(shù)人員可以利用該模型，避免因設(shè)計(jì)信息的缺失造成損失、返工，還可以進(jìn)行施工交底。可視化三維模型既能有效地實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目動(dòng)態(tài)管理，又能幫助項(xiàng)目管理人員做出科學(xué)合理的決策，提高施工管理水平。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)系統(tǒng)如圖4所示。

圖4 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)系統(tǒng)

使用Revit平臺(tái)的機(jī)電設(shè)計(jì)中，各專業(yè)的信息可以直接通過(guò)鏈接文件提取，對(duì)比傳統(tǒng)的機(jī)電設(shè)計(jì)節(jié)省了互提資料的工作量。通過(guò)對(duì)文件的管理，所有的設(shè)備信息和其他專業(yè)提出的信息均可以同步更新至最新的模型中，能夠做到及時(shí)更新信息，最終確保模型信息的唯一性和正確性。

管線綜合管理是機(jī)電設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵核心，其主要基于Revit和Navisworks的聯(lián)合應(yīng)用。在機(jī)電設(shè)計(jì)過(guò)程中，通過(guò)三維模型視圖的管線綜合、碰撞檢測(cè)的功能，對(duì)相同樓層的不同管線生成碰撞檢查報(bào)告。

6 成本控制分析及施工管理

造價(jià)全過(guò)程管控包含了工程建設(shè)中的每個(gè)環(huán)節(jié)，包括前期對(duì)基本建設(shè)費(fèi)用的預(yù)算，以及在后期項(xiàng)目實(shí)施的全過(guò)程的管理、控制和責(zé)任邊界的劃分。

該項(xiàng)目的具體施工過(guò)程可以通過(guò)虛擬仿真來(lái)實(shí)現(xiàn)，在施工過(guò)程中也可提前發(fā)現(xiàn)有可能存在的各種問(wèn)題。其中，Naviswork實(shí)現(xiàn)可視化的施工進(jìn)度模擬，仿真的過(guò)程通過(guò)4D（三維模型加項(xiàng)目的發(fā)展時(shí)間）仿真、動(dòng)畫(huà)和照片級(jí)效果的制作功能來(lái)對(duì)設(shè)計(jì)意圖進(jìn)行演示。施工技術(shù)水平可以在模擬仿真的過(guò)程中得到不斷的提高。施工成本和時(shí)間管理水平可以通過(guò)精細(xì)化的管理得到提升，也能加強(qiáng)施工過(guò)程中決策、控制與優(yōu)化程序。

7 結(jié)論

該項(xiàng)目在BIM技術(shù)的協(xié)同設(shè)計(jì)工作模式的基礎(chǔ)之上，進(jìn)行了工程全壽命周期管控，具有較好的可視化、模擬性、協(xié)同性等優(yōu)點(diǎn)，取得的主要成果如下：（1）通過(guò)建筑設(shè)計(jì)和綠色建筑分析，規(guī)劃建筑造型，保留了建筑完整性，利用BIM軟件將信息集成三維模型，建造與大自然和諧共處的建筑，實(shí)現(xiàn)了可持續(xù)發(fā)展。（2）在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中，將結(jié)構(gòu)有限元軟件中的分析、計(jì)算結(jié)果反饋到核心建模軟件中。當(dāng)建筑模型發(fā)生變更修改時(shí)，結(jié)構(gòu)工程也能進(jìn)行結(jié)構(gòu)模型的實(shí)時(shí)修改。（3）利用BIM軟件，施工技術(shù)人員獲得了更全面的信息，便于施工技術(shù)交底，有效提高了施工管理水平，也可供成本計(jì)價(jià)使用。（4）使用BIM技術(shù)有效提升了施工技術(shù)水平和施工成本與時(shí)間管理水平，在消除施工隱患和防范施工事故方面有很高的價(jià)值。