基于BIM的快速建造技術在設計施工中的應用研究

于學剛

中建八局第四建設有限公司 山東 青島 266100

隨著當今社會的日益發展，人們對環境品質的要求逐步提高，尤其對大型公共建筑環境因素的要求日趨嚴苛。在快速建造的發展趨勢下，對施工單位的技術創新能力提出了新的要求[1-7]。

本文以青島國際會議中心項目為載體，從設計入手，通過應用BIM技術進行施工過程的仿真模擬和虛擬建造，對建設問題提前預判并進行解決，實現了工程的高質量快速建造。

1 工程概況

青島國際會議中心是上海合作組織成員國元首理事會（簡稱上合峰會）主會場，總用地面積31 017 m2，總建筑面積53 924 m2，總造價14.5億元。由何鏡堂院士團隊領銜設計，突出“山水一體、海天一色”的場地環境，融入海洋元素塑造地域特色。主要功能區分為會議室、新聞發布廳、工作間、貴賓休息室、多功能廳、同聲傳譯室和設備用房。

青島國際會議中心作為國際級高標準會議場館，會場功能及系統極為復雜，聲、光、舒適度均需達到國際先進水準；工程從方案設計到竣工驗收僅6個月時間，對系統調試的精度與時間要求嚴苛。

1.1 復雜的光環境

主會場位于建筑3層，室內空間長37 m、寬30 m，天花高9 m，總面積1 315 m2。設置主花燈1盞、功能性照明燈具296盞、裝飾性照明燈具124盞。

水平照度要求不低于750 lx，垂直照度要求不低于500 lx。對于圓桌會議區、隨從人員座位區、開放活動區，照度遞減，用光環境突出整個空間中心圓桌區的主導及領袖地位。

1.2 精確的氣流組織

為保障峰會環境水準，彰顯大國品質，工程設計階段確定了24 ℃±0.5 ℃的溫控要求與全范圍無風感的控制目標，重點關注大范圍會議室、小范圍會議室、雙邊會議室、多功能宴會廳和VIP休息室等17個主要接待用房。

1.3 嚴格的聲學標準

基于對峰會聲學環境的綜合考慮，確定了精度為±0.2 s的混響時間標準與NR35容噪要求，同時需要保證均勻的聲場分布和平穩的頻率特性。

2 項目技術研發體系

為保證項目在6個月內完成設計，同時實現施工順利交付，必須在設計階段提出解決聲、光、舒適度的技術措施。

為此，項目組建了以總指揮為組長，17名設計師、32名BIM工程師、9名現場技術管理人員協同交互的技術攻堅團隊，合署辦公。結合項目情況提出了基于BIM的快速建造技術，研發了BIM＋會場光學模擬施工技術、BIM＋舒適度模擬設計技術、BIM＋聲學模擬選型技術[8-11]。

3 技術研發應用

3.1 BIM＋會場光學模擬施工技術

3.1.1 功能照明設計方案

1）中心圓桌區頂部主花燈作為天花板造型的視覺中心，提供空間的視覺感和垂直照度；主花燈節點處及中心造型節點處的筒燈提供水平照度，補充垂直照度（圖1）。

圖1 主會場天花燈具布置

2）中心向外圍過渡區域的成組下照筒燈實現功能照明。

3）點狀分布洗墻筒燈與下照筒燈配光疊加，提供立面造型洗墻效果，提高立面垂直照度。

4）燈具標準：光源色溫4 000 K，為中性白色溫，顯色指數＞90。

3.1.2 裝飾照明設計方案

1）格柵區：天花椽子最上層弧形槽結構內線性洗墻燈具作為主花燈與外圍天花照明的過渡，增加中心區域挺拔感。

2）裝飾細節：天花燈槽突出天花椽子造型的疊級關系；裝飾性壁燈點綴墻面層次；墻面造型背襯燈槽烘托出木雕的懸浮感。

3.1.3 模型搭建

基于DIALux evo、AGi32軟件，搭建會場照明布局，如圖2所示。

圖2 主會場照明模型

3.1.4 模型分析與優化

通過導入配光曲線進行研究與分析，經過多輪模擬、調整、試驗，確定了會場照明整體布局與燈具選型。

3.1.5 模型轉化

根據最終照明布局，形成主會場照明模擬報告和燈具點位圖，指導施工定位。

3.1.6 燈具第1輪篩選

在燈具采購階段，根據模擬結果，對樣品燈具的色溫、顯色指數、色容差、峰值光強、半光強光束角、10%光強光束角、燈光頻閃和結構尺寸參數進行第1輪篩選。

3.1.7 燈具第2輪復測

對基本參數符合要求的燈具，配合智能燈光控制系統，對最高亮度功率輸出、最低亮度功率輸出、最低/最高功率百分比、最低/最高光輸出百分比、調光過程頻閃情況進行調光匹配性測試，確定最終選型。

3.1.8 實施效果

工程實施完成后，經各方檢測，現場照度及燈光層次滿足要求。

3.2 BIM＋舒適度模擬設計技術

3.2.1 實施方案

為了確保室內環境舒適度達到本次會議要求，項目部采用Ansys Fluent軟件和Ansys CFX軟件對建筑室內氣流組織進行了CFD數值模擬評價。通過室內環境數值模擬技術應用，校核優化通風空調設計，調整空調風口排布及風量，先后對17個重要房間進行方案比對，確保項目一次成優。

3.2.2 VIP休息室模擬案例說明

1）初步模擬。VIP休息室初始設計參數為：送風溫度16 ℃、送風風量5 000 m3/h、送風風速1.74 m/s。分別對其中心斷面速度場、中心斷面溫度場、中心斷面速度矢量場、流線圖、人員活動區水平斷面溫度場、低溫包絡區域圖等進行了模擬分析。

2）模擬結果分析。模擬結果如圖3所示，通過對圖3的分析可以得知：在該工況下，可以實現貼附送風的效果，人員在房間不會有吹風感，但低溫包絡區偏大，整體溫度偏低。

圖3 VIP休息室初始方案模擬結果

3）方案優化。逐步降低VIP休息室風量，經多輪模擬確定最優參數（圖4）：送風溫度為16 ℃、送風風量3 500 m3/h、送風風速1.21 m/s。

圖4 VIP休息室最終方案模擬結果

3.2.3 大范圍會議室模擬案例說明

1）初步模擬。大范圍會議室（圖5）初始設計參數為：AC側每側6個送風口，送風風速4.5 m/s；BD側每側4個送風口，送風風速4.5 m/s。對其斷面（圖6）速度場、斷面溫度場、風速包絡、流線圖等進行了模擬分析。

圖5 大范圍會議室物理模型

圖6 大范圍會議室斷面位置示意

2）模擬結果分析。通過對模擬結果（圖7）進行分析，在該工況下，斷面1的溫度、風速符合要求，斷面2、斷面3的溫度基本滿足要求，但高風速區域偏大。

圖7 大范圍會議室初始方案模擬結果

3）方案優化。優化送風口分布，逐步降低送風風速，經多輪模擬確定最終參數：AC側每側8個送風口，送風風速3.4 m/s；BD側每側4個送風口，送風風速4.5 m/s。

3.2.4 實施效果

項目通過BIM＋舒適度模擬技術，實現通風空調系統調試一次性合格，空調房間溫控精度為24 ℃±0.5 ℃，全范圍無風感，第三方檢測滿足設計及使用要求。

3.3 BIM＋聲學模擬選型技術

3.3.1 室內聲場模擬

基于裝飾吸聲材料選型，采用Odeon10.0廳堂音質計算機專業模擬軟件，在計算機中建立了相對應的模型，如圖8所示；根據區域功能設置聲源點與接收點，并取125、250、500、1 000、2 000、4 000 Hz這6個頻率進行模擬計算。

圖8 大范圍會議室聲場分布模型

3.3.2 聲場模擬結果分析

以大范圍會議室模擬結果為例，會場容積9 000 m3，混響時間要求為1.20 s±0.20 s。在建筑模型中設置9個接收點，根據模擬結果，各接收點在各頻率的混響時間值均符合設計要求。

根據各頻率、各接收點混響時間平均值繪制散點圖（圖9），發現從125 Hz至4 000 Hz，混響時間數值呈下降趨勢，但整體分布均在最佳混響時間范圍內，裝飾選材合理。

圖9 大范圍會議室混響時間模擬結果

3.3.3 實施效果

會場經檢測單位聲學檢測，各房間混響時間頻率特性曲線均在設計最佳混響時間范圍內，背景噪聲測試結果曲線均處于NR35曲線以下，符合設計要求。

4 結語

通過應用基于BIM的快速建造技術，合理使用虛擬建造手段，輔助照明點位優化與光源參數選型校核、空調系統設計方案深化、裝飾吸聲材料選型與校核，實現了材料參數一次性精確深化、末端設備一次性精準安裝、機電系統一次性調試到位，會場聲、光、舒適度滿足上合峰會要求，高質、高效地實現了快速建造，在國內外產生了廣泛影響。