大型地下車庫設計與BIM技術應用

□ 傅艷華 黃 煌 廖中恒

南寧市市民中心（南寧東盟文化產業研發大廈）作為南寧市五象新區為市民提供一站式便民政務服務的窗口建筑，也是南寧市五象新區玉洞大道上的一座標志性建筑。為滿足市民們的使用需求，針對項目用地緊張的問題開發了建筑面積為26896.88平方米的大型地下車庫。因項目地下室功能復雜、車位量多、交通壓力大，多專業協同設計需要統一信息平臺。

BIM（Building Information Modeling），即建筑信息模型，是一種創新的建筑設計、施工與管理方法，其在三維數字技術基礎上實現了集成建筑工程項目等有關信息的工程數據模型，其體現建筑工程中數字技術的應用[1]。項目采用Autodesk Revit2015軟件對地下室的建筑、結構、設備二維設計圖進行建模，采用Navisworks2015軟件對地下室的綜合管線布置進行碰撞檢查，最后完成各項施工圖的出圖。BIM是協同工作的前提，能夠有效提高建筑項目的工作效率，降低建筑工程項目風險和環境影響，從而達到綠色設計和可持續發展。該項目運用BIM貫穿著從方案的初定，到施工圖的設計，再到項目施工的一個全生命周期的一體化過程[2]，具體技術路線見圖1。

1 大型地下車庫設計現狀

大型地下車庫設計不僅涵蓋了普通民用建筑中的強電、弱電、通風、采暖、消防、排水等，同時絕大多數地下車庫中還配建了人防區域，相應的人防設備也需要被設置在地下車庫中，進一步加大了地下車庫管線的設計與施工難度。當前，大型地下車庫傳統設計形式主要是基于CAD平臺進行，利用平面、立體、剖面等二維視圖的方式展現不同專業設計計劃。由于二維圖紙對三維實際事物的表現能力有限，難以完整精確地表述地下車庫設計中復雜項目與復雜節點，無法充分傳遞設計意圖。同時，二維圖紙利用線條對地下車庫的復雜空間圖形層面進行描述，只能夠傳遞幾何信息，無法同時備注其他附加信息，不同專業之間的設計圖紙也不具備關聯性。二維圖紙層之間的交流效率十分低下，不同專業之間的設計情況也容易出現信息孤島，從而導致大型地下車庫設計出現專業沖突。在大型地下車庫的實際設計過程匯總中，一般各個專業之間的聯動性有限，同時由于大型地下車庫人防設計屬于專項設計范疇，往往與大型地下車庫設計人員缺乏溝通交流，經常出現壓力管道穿越人防區域、管線頻繁碰撞。雖然有的大型地下車庫設計單位在傳遞設計任務書的過程中，要求設計單位進行疊圖處理，可在一定情況下避免平面管線沖突，但是在三維空間上難以完全預測，仍然給大型地下車庫設計施工帶來了巨大影響。

圖1 大型地下車庫設計與BIM技術路線圖

2 BIM技術在大型地下車庫設計中的應用價值

大型地下車庫的建筑面積較大、管線分布復雜、空間彈性較大，涵蓋較多內容的專業協同，不僅僅需要對大型地下車庫中所有管線的設計進行優化，同時還需要兼顧地下車庫使用舒適性與人性化。如大型地下車庫中的采光照片、通風設備、標識系統設計、車輛形式安全、地庫人車分流等。在大型地下車庫設計中BIM技術的應用價值主要表現在以下幾個方面：一是優化結構設計。大型地下車庫結構設計中頂板選型通常為柱支撐密肋梁蓋樓以及無梁蓋樓，也有部分各種結構類型共同存在的情況。不同樓蓋結構板與不同的主梁形式都會直接影響工程造價。并且，大型地下車庫中不同的柱距也會影響停車效率與大型地下車庫的利用率，進而影響大型地下車庫的收益。因此，可利用BIM技術進行設計預判，對比不同結構形式下大型地下車庫的經濟效益以及施工進度，以保證大型地下車庫建設實現投資效益最大化。二是三維模型建設。BIM技術主要利用三維建模展現建筑物空間以及空間內部構建，并形象展現大型地下車庫中的管線布置與走向。大型地下車庫的層高會直接影響其經濟效益。通過展示對比不同模型，在BIM技術支持下的模型展示中，各個專業的設計成果可以在統一的數據與模型環境中構成，并對施工過程中的各個工序進行組織模擬，以達到減少大型地下車庫層高的目的。三是多專業協同設計。大型地下車庫設計牽涉眾多專業，綜合性強。BIM技術在大型地下車庫中的應用可以彌補傳統施工設計圖紙參照協同的方式，為不同專業的相互協調提供堅實的技術支持。BIM技術在推行三維實體建模的過程中更關注構建信息的錄入與使用。利用BIM技術中的中心文件模型創建，可以及時更新不同專業設計信息，有效提升設計信息的傳遞效率與準確度，減少不同專業之間的沖突，改善大型地下車庫設計涉及專業眾多、配合困難的情況。四是管線綜合與碰撞測評。BIM技術應用在大型地下車庫管線綜合布置中，將傳統的二維圖紙轉變為三維模型。工程設計人員可以直觀地掌握管線布設的具體位置與高度，以便避免管線布設沖突的情況。BIM技術中帶有管線碰撞測評功能可以第一時間檢查管線是否出現碰撞，以保障管線綜合布設的質量。并通過管線碰撞測評明確大型地下車庫中施工難點區域，并且予以反饋。五是優化大型地下車庫結構。在大型地下車庫設計中不僅僅要考慮設計的經濟性，同時還需要考慮使用者的使用需求。利用BIM虛擬漫游功能，改善大型地下車庫中影響實際使用的各類因素。如大型地下車庫出入口的設計要充分考慮不同車型的安全通過性，多次模擬車庫入口、坡度，以獲取最佳數據；大型地下車庫對采光要求較高，BIM技術可以對自然光、輔助照明進行模擬，以選擇最佳采光位置。還可以利用BIM技術的虛擬漫游功能，設計合理標識系統與車輛引導線路，引導使用者快速通過，避免車輛擁堵情況的出現。

3 大型地下車庫BIM技術建模流程

進行建模工作準備。一是充分利用大型地下車庫的設計意圖，明確業主與設計師的設計目的，以便精準進行BIM模型建設。傳統的二維設計圖紙難免會存在部分構件需要多種圖紙拼接才能夠準確傳達設計意圖。而BIM技術支持下構件的復雜交叉也被展現的十分具體。二是統一項目樣板。優秀的項目樣板能夠為BIM模型建立提供便捷，如材質、族庫等，會伴隨著項目樣板一同使用，大大節約了后期設計人員的工作時間。三是建設相關族庫。族文件即為BIM模型中部分可以被重復使用的定制構建，如門、窗等，構建完善的族庫能夠有效提升BIM的建模效率，節約設計時間。

4 項目工程概況

南寧市市民中心位于五象新區的核心區，緊鄰五象湖景區，在平樂與玉洞大道的交會處。建筑用地面積約4.47萬平方米，總建筑面積為17萬平方米（地上建筑面積127195平方米、地下建筑面積 43076平方米），共13層，地上12層，地下1層，負一層為地下停車庫，建筑面積為26896.88平方米，總建筑高度為49.5米。地下室車庫平面成梯形，如此規模龐大的地下車庫設計，對設計師而言無疑是巨大的挑戰。

項目場地內部交通采取人車分流的布置形式，建筑南側為城市主干道，用地的東南角為平樂—玉洞立交橋。為了緩解出入口對城市的交通壓力，基地入口宜結合廣場布置于用地西側的明月東路一側。大量的人流主要從西側中部的廣場進入，車行入口由西側入口進入后沿用地紅線布置，形成環繞整個主體建筑的外圍道路系統，并聯通內部道路入口地下車庫出入口，確保人們在中部廣場休憩、娛樂活動不受機動車的干擾，形成人車分流。

未來場地內部道路與北側的青少年活動中心統籌考慮，擬將兩地塊道路聯通，形成一個完整的環路，實現兩塊用地停車場的共享，同時形成多方向的地面機動車道，緩解高峰時段交通壓力。同時，在地下車庫的設計中預留了未來可與青少年活動中心二期相連接的地下車庫通道接口（見圖2）。

圖2 大型地下車庫設計交通區域分析圖

南寧市市民中心為17萬平方米的大型公共建筑，高層標準層面積超1萬平方米，建筑空間關系復雜，并包含復雜的設備工藝和多類型管線綜合。施工設計工期緊，方案和施工圖在施工過程中不斷修改調整。BIM技術全程參與設計，力爭達到精細建模，模擬分析，提高設計效率，全程監控，指導現場施工、減少施工錯誤，節約成本，一體化管理的運用目標。（見圖3）

圖3 BIM工程優化工作流程

4.1 可視化交流

地下室面積大且空間層次復雜，高差變化大，利用BIM的可視化功能將建筑三維模型分層、分類查看，可以準確地反映出每個構件的準確位置以及構件與周邊的關系情況，為設計提供便捷的服務。傳統CAD圖的一個復雜的節點需要多個專業的設計說明，與構造詳圖結合起來看，現通過BIM模型將所有專業圖紙通過信息構件的形式整合成一個信息模型，包含上述所有信息。通過BIM的3D漫游動畫制作，模擬逼真現場，直觀地展示，可以利于與業主、施工單位進行溝通。

4.2 BIM圖紙優化

利用revit強大聯動修改功能，以及便捷的圖紙管理系統，實現施工圖平、立、剖面及部分大樣圖紙的生成，大大地減少施工圖設計周期。（見圖4）

圖4 revit地下停車場分布圖體現強大聯動修改功能

4.3 管線綜合

地下車庫在施工圖校對階段進行全專業碰撞檢查，150多處碰撞，通過建筑與結構、結構與設備、土建與設備模型的碰撞檢查，發現管線碰撞、檐溝錯位等設計問題，并及時反映給二維設計，保證出圖的質量。（見圖5）

圖5 案例調整前和調整后水管與風管的碰撞

5 BIM交通標識導視優化

南寧市市民中心大型地下車庫面積約2.7萬平方米，BIM技術應用在標識設計同時通過協同設計的形式，將二維標識圖紙及二維交通圖紙三維可視化，并結合施工圖設計模型進行綜合檢查修改，提出設計糾錯修改意見。設計方和業主協調確認修改方案，極大提升了設計圖紙的設計質量和標識導視的合理性及觀感，減少了現場的施工變更，取得了極佳的經濟價值。（見圖6）

圖6 市民中心地下車庫標識現場照片

6 結語

本次BIM全專業的運用，筆者將BIM的可視化與3D漫游、模型精細化、管線綜合與碰撞檢查、性能化分析、協同創新、施工模擬、設計質量全程監控、一體化設計等強大功能運用到三維設計中。通過BIM模型提煉出以下幾點：一是3D演示查找問題；二中精細建模，準確算量；三中創新協作，提高效率；四是數據共享，分析模擬；五中指導施工，減少錯誤；六是全程設計，一體管理。

2017年9月29日，歷時4年的設計及建設的南寧市市民中心竣工，該項目獲得2016年中國BIM技術交流暨優秀案例作品展示會中榮獲“最佳BIM設計應用獎”一等獎，2018年中國年度工程建設項目優秀設計成果二等獎。

隨著信息技術在工程建設中的應用越來越廣，BIM已然成為當下行業的熱門，作為市民中心大型地下車庫的設計，從最后的完成度來看，雖然或多或少存在一點遺憾，但讓BIM技術應用到設計中的嘗試還是得以秉承，為日后設計同類型項目提供了一定的探索。