BIM 技術(shù)在商業(yè)綜合體設(shè)計(jì)階段的應(yīng)用研究

于志遠(yuǎn)

（山東省建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司，濟(jì)南 250000）

商業(yè)綜合體結(jié)構(gòu)復(fù)雜，多功能區(qū)共存，體量大、管線密集交叉多，設(shè)計(jì)階段對(duì)全業(yè)態(tài)的商業(yè)復(fù)合流線及不同功能交通流線的合理性要求高，且需考慮外部城市空間關(guān)系及商業(yè)綜合體內(nèi)部日照、機(jī)電安裝等問(wèn)題，傳統(tǒng)設(shè)計(jì)會(huì)造成后期變動(dòng)多、施工難的問(wèn)題，影響建設(shè)周期。本次研究設(shè)計(jì)全過(guò)程采用BIM 伴隨設(shè)計(jì)方式，制定BIM 應(yīng)用體系，保障設(shè)計(jì)工作順利進(jìn)行，可以提高設(shè)計(jì)效率、節(jié)約設(shè)計(jì)費(fèi)用、縮短施工周期。

1 研究模型

本次商業(yè)綜合體模型主要建設(shè)內(nèi)容為商業(yè)、辦公、酒店、地下車庫(kù)及配套設(shè)備用房等，地塊分為東、西兩部分，中間以鋼結(jié)構(gòu)連廊連通。效果圖及BIM 模型如圖1 和圖2 所示。

圖1 商業(yè)綜合體效果圖

圖2 商業(yè)綜合體BIM 模型

2 BIM 應(yīng)用體系

制定以BIM 設(shè)計(jì)總協(xié)調(diào)、全專業(yè)模型實(shí)時(shí)同步、BIM 設(shè)計(jì)成果校核為基礎(chǔ)的全過(guò)程BIM 協(xié)同設(shè)計(jì)流程，如圖3 所示。制定每個(gè)設(shè)計(jì)階段的工作內(nèi)容和目標(biāo)，明確各階段優(yōu)化過(guò)程。同時(shí)，實(shí)現(xiàn)BIM 模型在設(shè)計(jì)全過(guò)程的有效數(shù)據(jù)傳遞，提高BIM 工作效率。

圖3 全過(guò)程BIM 協(xié)同設(shè)計(jì)流程

3 BIM 技術(shù)在商業(yè)綜合體設(shè)計(jì)階段的應(yīng)用

3.1 BIM 技術(shù)在日照分析中的應(yīng)用

為保證采光條件，同時(shí)減少綜合體與周邊建筑的相互影響，在設(shè)計(jì)階段，將BIM 模型以及還原的周邊住宅地塊模型導(dǎo)入光輝城市模擬軟件中，如圖4 所示。針對(duì)室外環(huán)境，調(diào)整不同季節(jié)、天氣環(huán)境、太陽(yáng)位置，動(dòng)態(tài)模擬室外光照情況；針對(duì)室內(nèi)環(huán)境，對(duì)門(mén)廳大堂、酒店房間等重點(diǎn)區(qū)域進(jìn)行光照模擬觀測(cè)，保障室內(nèi)可在日間獲得良好的自然采光，且光線分布均勻；針對(duì)夜間環(huán)境，合理確定燈源數(shù)量及安裝位置。

圖4 日照模擬

根據(jù)本次日照模擬結(jié)果，調(diào)整了研究模型外觀造型，同時(shí)，優(yōu)化模型室內(nèi)酒店大堂、辦公樓層等各功能區(qū)間布置，使其均可獲得良好的自然采光，進(jìn)一步提升室內(nèi)光照效果。

3.2 BIM 技術(shù)在舒適度分析中的應(yīng)用

采用Ecotect 中的《jinan_CSWD》數(shù)據(jù)資料作為氣象數(shù)據(jù)來(lái)源，周邊圍護(hù)墻體熱傳導(dǎo)系數(shù)設(shè)置為0.5，頂棚玻璃幕墻及周邊圍護(hù)幕墻熱傳導(dǎo)系數(shù)為2.0，室外光照強(qiáng)度按照7 500 LUX 設(shè)置，建立舒適度計(jì)算模型，如圖5 所示。

圖5 舒適度計(jì)算模型

采用CSWD 數(shù)據(jù)，中庭頂棚為玻璃的條件下，7月23 日最熱日（平均），24 h 內(nèi)，模擬得：室內(nèi)外溫差在1.2~4.2 ℃之間，符合設(shè)計(jì)預(yù)期指標(biāo)，如圖6 所示。

圖6 逐時(shí)溫度曲線

采用CSWD 數(shù)據(jù)，滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)條件下，全年范圍，模擬得：全年中室內(nèi)溫度在18~26 ℃區(qū)間的比率為32%，符合設(shè)計(jì)預(yù)期指標(biāo)，如圖7 所示。

圖7 溫度分布

3.3 BIM 技術(shù)在疏散模擬分析中的應(yīng)用

建筑物內(nèi)人員的安全疏散是房間、安全出口、交通流線布設(shè)的重要依據(jù)，通過(guò)BIM 模型進(jìn)行三維動(dòng)態(tài)疏散模擬，相比傳統(tǒng)靜態(tài)測(cè)量更直觀地給設(shè)計(jì)師提供設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)。本模型1—7 層裙房是商場(chǎng)，人員流動(dòng)大且集中，對(duì)安全疏散要求較高。通過(guò)BIM 疏散模擬，如圖8和圖9 所示，對(duì)人員聚集空間的一層，在4 個(gè)方向上設(shè)置了16 個(gè)安全出口，以500 人為例，通過(guò)模擬在6 min內(nèi)可通過(guò)設(shè)計(jì)的3 條中庭走道分流至最近的安全出口，并優(yōu)化了走廊寬度，在滿足規(guī)范的基礎(chǔ)上，節(jié)約建筑有效使用面積。同時(shí)，針對(duì)豎向交通進(jìn)行模擬，結(jié)果可供2—5 層豎向人員在5 min 內(nèi)進(jìn)行疏散，符合設(shè)計(jì)規(guī)范的要求。

圖8 平面部位疏散模擬

圖9 行進(jìn)路徑模擬

3.4 BIM 技術(shù)在空間優(yōu)化中的應(yīng)用

建筑空間會(huì)受到層高、結(jié)構(gòu)降板、機(jī)電管線排布和裝飾裝修等因素的影響，其中檢點(diǎn)管線排布影響范圍最廣。為保證人在使用建筑物時(shí)能獲得良好的使用空間，在建筑設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要利用BIM 技術(shù)結(jié)合建筑功能、工藝、不同專業(yè)等要求，進(jìn)行空間優(yōu)化，以達(dá)到建筑空間優(yōu)化的效果。

本商業(yè)綜合體模型在地上7 層裙房中，分布有10個(gè)跨層中庭，每層預(yù)留的機(jī)電安裝空間不足，出現(xiàn)較多管線密集區(qū)域，對(duì)凈高空間提出了較高的要求。BIM 在設(shè)計(jì)過(guò)程中對(duì)發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題及時(shí)處理，極大地提高了管線路由的合理性，有效地提高了走廊、商場(chǎng)前室等位置的凈空。如圖10 所示，在5F 中庭旁的走廊位置，現(xiàn)有機(jī)電管線排布完，只有2.4 m 的凈高空間，不滿足精裝2.6 m 高度的要求。利用BIM 對(duì)此區(qū)域管線進(jìn)行位置調(diào)整，以及尺寸優(yōu)化，形成管線排布方案，各專業(yè)設(shè)計(jì)師通過(guò)軸測(cè)圖和剖面圖結(jié)合三維模型，確定了排布方案，最終經(jīng)過(guò)優(yōu)化將管下凈高提升至2.75 m，并給裝飾專業(yè)預(yù)留150 mm 的施工空間，使排布方案具有可實(shí)施性。車庫(kù)入商場(chǎng)前室管線優(yōu)化對(duì)比如圖11 所示。

圖10 5F 走廊軸側(cè)圖

圖11 車庫(kù)入商場(chǎng)前室管線優(yōu)化對(duì)比

3.5 BIM 技術(shù)在不同專業(yè)間協(xié)同設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

在傳統(tǒng)二維設(shè)計(jì)階段，不同專業(yè)設(shè)計(jì)師之間主要通過(guò)二維平面圖進(jìn)行相互提資、專業(yè)間的設(shè)計(jì)與協(xié)調(diào)。僅通過(guò)設(shè)計(jì)師較難檢查出專業(yè)交叉部位的沖突，尤其是機(jī)電凈高問(wèn)題、土建的空間沖突問(wèn)題。而應(yīng)用BIM技術(shù)進(jìn)行協(xié)同設(shè)計(jì)的方式，將不同專業(yè)的BIM 模型進(jìn)行同步疊加協(xié)同設(shè)計(jì)，及時(shí)更新設(shè)計(jì)內(nèi)容，設(shè)計(jì)師之間可以發(fā)現(xiàn)其他專業(yè)對(duì)自己設(shè)計(jì)內(nèi)容的影響，及時(shí)進(jìn)行調(diào)整。

模型東、西裙房通過(guò)鋼連廊進(jìn)行連接，鋼結(jié)構(gòu)支撐需安裝到連廊兩端的結(jié)構(gòu)牛腿柱上，原設(shè)計(jì)方案未考慮連廊內(nèi)部形態(tài)，混凝土牛腿柱尺寸較大且位置更貼近走廊內(nèi)側(cè)，如圖12 所示。通過(guò)BIM 模型的協(xié)同設(shè)計(jì)，發(fā)現(xiàn)牛腿柱突出，占用走道空間，影響內(nèi)部走廊效果的同時(shí)不利于外部幕墻安裝，如圖13 所示。建筑、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師，通過(guò)BIM 模型全面了解到此位置復(fù)雜造型的空間關(guān)系，直觀感受結(jié)構(gòu)構(gòu)件尺寸及位置，適當(dāng)調(diào)整結(jié)構(gòu)牛腿柱尺寸和位置，建筑結(jié)構(gòu)共同實(shí)現(xiàn)建筑設(shè)計(jì)所需要的造型效果，達(dá)到建筑結(jié)構(gòu)的完美結(jié)合，既保證了結(jié)構(gòu)合理性，又實(shí)現(xiàn)了建筑效果。

圖12 混凝土牛腿柱

圖13 混凝土牛腿柱外部效果

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，在設(shè)計(jì)全過(guò)程中采用BIM 伴隨設(shè)計(jì)，既能彌補(bǔ)傳統(tǒng)二維設(shè)計(jì)階段的不足，通過(guò)BIM 實(shí)時(shí)進(jìn)行二維、三維的聯(lián)動(dòng)協(xié)同設(shè)計(jì)，檢查設(shè)計(jì)可能存在沖突的地方，減少了圖紙后期的變更，提高了圖紙質(zhì)量，有效改善了設(shè)計(jì)質(zhì)量及效率，又能應(yīng)用于日照分析、舒適度分析、疏散模擬分析、空間優(yōu)化、不同專業(yè)間的協(xié)同設(shè)計(jì)，達(dá)到良好的輔助設(shè)計(jì)效果。隨著B(niǎo)IM 技術(shù)的不斷發(fā)展，其對(duì)商業(yè)綜合體設(shè)計(jì)階段大有助益。