基于BIM技術的高校建筑數字化建造

文/朱紅坤

（華東建筑設計研究院有限公司，上海，200040）

1.BIM技術在建筑設計中的應用及優勢分析

BIM設計模型中需表達二維圖中所有內容，創建BIM模型并進行深化、更新和維護，通過BIM模型直觀展示設計效果，BIM信息模型及可視化模型瀏覽可協助不同替代方案的比較；對空間設計、指標把控等問題在設計時間初期能確實地進行方案的比較很重要。因此在設計前期對設計過程中的潛在問題進行發現處理，能夠直接的避免成本與質量的損失。

1.1 BIM技術在設計階段的應用

BIM三維設計范圍包括工程項目內所有的建筑工程、結構工程、機電（給排水、暖通、電氣、智能化）工程、室外小市政綜合管線、幕墻、景觀、標識標牌、裝修工程及其它與本項目相關之建設工程。相對傳統二維設計，BIM三維設計主要包含以下應用：

（1）BIM三維信息模型搭建的基本要求

基于工程圖紙及相關設計意圖后，首先配合各專業、甲方確定模型標準，配合實施計劃的進度表、按要求的范圍搭建全專業BIM模型（模型等級達到標準深度），模型將包括建筑、結構、機電、內裝、幕墻等相關專業；并進行圖紙內容分析，提供有效解決方案。

（2）可建造性分析及優化

通過BIM技術手段將所有專業圖紙于BIM三維平臺中進行模擬復核，復核設計中的錯誤問題；復核圖紙信息表述不全問題；所有專業的可建性分析；復核所有專業內部不匹配問題；復核所有專業之間的沖突問題；提供所有專業之間的整合性分析。提前預見設計圖紙的可行性和建造中出現的問題，并提供有效解決方案。

（3）提升項目品質

業主、設計方、施工方各方均能通過BIM模型進行可視化審閱和比較，輔助各方準確理解項目情況和特點，整合各個專業信息，優化相關設計，在同一個平臺上協作，增進溝通理解，減少交流障礙。

1.2 BIM技術在建筑設計中的優勢分析

（1）提升管理效率

能提供實時或當前版本設計資料的協調報告，提高設計質量，降低因錯漏碰缺等造成的施工返工，縮減施工周期。BIM技術分析模式是在二維圖紙設計中進行各專業BIM模型的創建。結合BIM模型，進行三維碰撞分析與可視化的審閱，校核二維圖紙中存在的各專業信息不匹配、信息缺失與不復核規范要求等問題。各專業設計師根據BIM模型發現的相關問題，對設計圖紙的修改補充。

（2）提供數據支撐

基于BIM模型對主控材料進行工程量統計不在局限于設計經濟技術指標，將業主管控中所需要的數據想辦法提取出來高效利用，輔助現場成本管控。并結合工程進度計劃基于模型出具靜態和動態工程量清單，指導材料需求計劃的編制，以實現對材料計劃的精細化管理，提供與當前版本設計資料對應的數量明細表，對各專業的工程量數據統計，對設計數據的復核、經濟數據的比較決策以及為算量統計提供補充確切的參考依據。

（3）輔助設計優化

數字化應用為建筑設計提供更全面的考慮因素，從多維度對建筑進行綜合分析，從而使得設計方案更加合理及高效。此外，建筑信息建模作為多學科流程中的信息溝通手段有助于對建筑性能及可持續問題進行全方位的分析。在設計階段有必要使用BIM確保建筑物的功能性，準確性，可持續性及可維護性。

（4）附加衍生價值

通過BIM集成化模式，過程中的工程數據源會被完整的給予保留，對于日后項目的檢修，改建以及和周邊地塊的銜接能夠提供準確的數據，而不用翻閱大量不同版本的圖紙進行比對復核，大大節約成本。通過完整的數據保留以及BIM管理平臺的數據截留，使得各方數據能夠有效整合，歸納。通過對這些數據的再細致的規劃整理，能夠為其他區域同類型建筑提供建設性意見和后期對項目的運維管理起到便捷性的作用。

2.案例分析

BIM三維設計注重對項目精細化設計的運用，通過對各個重要區域及空間的比對，使得項目感官及使用效果提高，更重要的是通過BIM的運用，高校控制項目中潛在風險，將BIM設計的應用價值高度發揮。

2.1 項目概況及背景意義

本項目為框架結構，建筑高度25.25米，地上6層地下1層，復合材料是21世紀科學的重要發展方向，為實現中國制造業的轉型升級，東華大學在復合材料領域加大研究力度。東華大學復合材料協同創新中心大樓，將圍繞我國大飛機制造實際需求的整個流程，形成高性能纖維中心、樹脂和預浸料中心等八個中心。多類型的實驗室聚集在同一棟建筑對建設要求非常高，并且相關實驗特性對設備穩定使用和及時維護都提出了更高標準。

2.2 .協同設計及信息整合

項目整個過程全部采用BIM技術進行指導，整個模型由建筑、混凝土結構、鋼結構、機電系統、室內裝飾、景觀以及部分幕墻構成。通過BIM模型三維信息整合各專業、各系統。

（1）場地布置及優化

在項目前期應用BIM技術做出現場的三維模型布置，可以更直觀的表現出項目的實際布局，道路劃分、綠化布置、市政管網等情況，然后更全面更直觀根據相關要求進行實際調整，做到總體的立體布置和全景研究。如圖1所示。

（2）地下室埋深與凈高優化

地下功能的防火要求相應較高，防火分區的面積也較小，同時管線的安裝敷設要求又相應較高，因此需要處理這部分管線的合理布置，需要合理的排布管線，優化梁高，使得在滿足地下空間功能及高度的情況下不過多的加大地下室埋深，減少投資成本。以上均可以通過BIM技術直觀的表達和分析，實現在合理有限空間內爭取最大的凈高。

（3）管線綜合及設備機房合理深化布置

由于建筑內部不同的使用功能和使用時間，設備分類將會較多、合理組織管線集成能夠產生很大的經濟效益，合理布置相應的管井能夠使得使用面積增大、建筑凈高提升、縮短管線長度，降低能耗，大大提高建筑能效。

（4）空間及凈高效果把控

入口及流線是整個項目極其重要部分，其內部區域的空間感受、便捷引導都是建筑形象的體現，因此需要仔細的將公共部位處理好，既包括隱蔽工程的管線布置；也包含室內空間的完美展示也同時考慮安裝維修的便利度。結合BIM模型的直觀感受，能夠將公共空間處理得更好。

（5）細節策劃比較

科研建筑往往綜合管線復雜、設備較多，而許多空間尤其是實驗室空間更需要足夠的高度,通過BIM可以合理利用高度，力圖在不增加層高的情況下提升凈高和在施工前及時調整不符合要求的層高。同時不同功能的實驗室的要求不同，保持效果真實體現，項目實驗室屬于不同的學科的教授，BIM融合室內裝飾、幕墻及景觀這些專業的表現，還原整個建筑的真實性，使得不同使用者對項目日后的效果在建造前達成高度統一，避免日后的改造和調整。

（6）設計協調管理

基于BIM模型進行建筑的可建造行分析，在模型創建的過程中，在BIM模型里會對當前版本圖紙進行校核檢驗，如有設計漏洞及時溝通業主協調各專業進行三維審閱，對構造是否合理進行校核。經過BIM快速對修改方案推敲驗證，落實修改方案，縮短設計周期，提升設計質量。使得設計問題一致處于極低的可控位置。同時針對設計圖紙上無法反映的問題：例如坡道邊的集水井原本各方都認為沒有問題，根據模型發現管線和閥門的設置，影響了轉彎的通行距離，也造成了設備管道易損壞的幾率。諸如此類問題都被逐一排查，組織協調實施追溯，極大保證設計質量。

（7）施工配合

通過BIM集成化模式，提交給施工單位的資料從單純的二維圖紙變成二維圖紙與三維模型共同提資的方式，使得圖紙傳達的信息更為完善和直觀。通過BIM模型直接出圖，指導施工，高效解決凈高控制的特點并結合施工的安裝特點，充分考慮安裝和維修要求，從而達到建造成本有效降低，施工組織便利的目的。同時在有疑義的部分能夠基于模型進行討論，處理起來較為方便。實現精準節點把控，在控制上實現精細把控，精準定位，重要空間的可視化展現，復雜細節功能分析比較，使設計美觀度、完整度較常規做法有了巨大提升，本項目的鋼結構模型的精準性使得常規的鋼結構深化設計環節得以省略，大大提高工作效率。如圖3、圖4所示。

2.3 BIM技術在本項目的創新應用

依據實驗室工作的特性，考慮溫度、濕度等因素，辦公區域與實驗區域分離，理化生試驗室建設要求高，室內小氣候精確控制；功能特殊，設備復雜，空間層次變化多，維修便利度要求高，質量安全控制嚴，施工精度要求高等特點并在設計階段結合BIM模型對建筑能耗進行模擬分析。

（1）地理氣候及采光模擬分析

搭建準確建筑空間模型，導入BIM應用于建構自然工法的信息模型建材料真實情況，根據當地逐時氣象數據，結合實際建筑使用時間表，通過無人機對基地現狀進行航拍，航拍模型與BIM模型結合進行日照模擬，分析展現、核實檢查，傳統設計的預期性能，做好風險管控，提高設計決策。

（2）運維管理平臺建設

數字化建筑模型在設計及施工階段運用已經十分廣泛，但運維階段仍處于發展初期。傳統運維管理會出現資料錯誤及遺失等問題，而使用統一的數字化檔案可以最大程度地避免問題的發生。運維階段使用回溯過程高效一致，對于項目的模型使用，結合現場施工的各種特殊性，在模型構件中創立了相關超鏈接，把圖紙版本、圖紙變更、問題報告、現場圖片與項目模型相關聯，增強用戶實用性、便利性，更好的服務于項目實施。使得模型在使用過程中對應圖圖紙、報告、調整結果以及現場照片都可以隨時實現追溯，將BIM技術過程可追溯的特點完全發揮出來。經過自主研發對建筑模型進行全景式VR互動及展示，設計師在設計階段對設計感知度的提升，施工方對模型直接讀取指導施工，業主在全過程對進度效果的把控更強。

3.總結

針對于全過程BIM數字化建造，整個項目目前處于實施過程中，土建施工階段工期已提前43天，為項目順利完成鋪下良好的基礎，也為高校一貫傳統的基建管理提供了信息化管控的方式。對數據分析模擬、總結以及積累，為品質把控、項目管理、成本節約以及項目管控等精細化決策提供了依據，為低成本，嚴管控，高品質，短周期目標提供有力支撐。通過此次東華大學松江校區復合材料協同創新中心大樓項目BIM模型的實際應用，充分體現了BIM應用在信息整合、專業協調、協同設計、碰撞檢測，管線綜合深化，施工模擬，運營管理上的優勢，為項目運作打下堅實基礎。