基于BIM理念的小高層協同設計研究

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，建筑設計規模等級為大型。該項目為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，框筒結構。建筑設計使用年限為50年。

2 專業協同配合思路

基于BIM平臺的數字化協同工作平臺，進行建筑全專業設計、建筑成本管理控制與全壽命周期過程管控。在設計-施工協同分析的管控過程中各個專業相互配合，又相互制約，形成了有效而及時的反饋機制。設計-施工協同分析思路如圖1所示。

圖1 設計-施工協同分析思路

3 建筑方案設計

3.1 建筑設計

建筑方案設計在一定程度上決定了整個工程設計的大致輪廓，影響著施工圖設計、結構設計乃至機電設計，是工程項目的基礎和前提。建筑設計前期，利用BIM軟件的三維可視化功能，對建筑的整體結構進行全方位的認識是BIM在設計階段最重要的應用點。同時，通過BIM技術的仿真模擬，幫助建筑師對建筑場地有一定的了解，有助于方案的構思。BIM技術可以對建筑功能空間進行模擬，驗證凈空高度、尺寸等是否滿足設備設施的要求，使用空間的位置關系是否合理，同時反映出建筑成本、利用率、項目復雜程度等信息。該工程建筑存在錯層的狀況，第20層為層高6m的報告廳，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，提供了良好的休閑洽談空間。露臺部分為了保留建筑完整性，在內部有空間高差的情況利用玻璃幕墻將露臺圍住。根據節能采光計算軟件對建筑開窗面積進行計算，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《綠色建筑評價標準》（GB/T 50378—2014）將綠色建筑定義為在建筑的全壽命期內，最大限度地節約資源、保護環境和減少污染，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。該項目在建筑設計的過程中，對地域氣候、周邊環境等進行分析，配合建筑、結構、給排水、電氣等專業的設計，以及通過節能分析、通風分析、日照分析、暖通分析等對建筑方案進行優化設計，降低建筑對生態環境產生的不良影響。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，實現可持續發展。

4 結構分析設計

與傳統的結構設計模式相比，基于BIM平臺的協同設計所需要的模型為總體設計模型。結構設計所用的計算分析模型為建筑專業前期初步設計的建筑模型，其工作主要對結構內部構件進行調整。為了更好地完成分析設計工作，模型中所需的荷載及邊界條件等均可增添到模型中。后續計算分析采用有限元軟件進行，最后計算結果反饋到核心建模軟件中。結構層間位移角計算結果如圖3所示。

圖3 結構層間位移角計算結果

BIM技術擁有“所見即所得”的技術優勢，不僅能夠直觀地了解模型中的物理信息，還能熟知構件的非幾何屬性。簡而言之，結構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。在結構分析軟件中建立的模型均為結構分析模型，這樣的模型一般以點、線、面簡化構件的具體信息，物理模型的形成就是在分析模型的基礎上賦予其各類信息。

5 機電分析設計

機電設計不僅要協調機電各個專業之間的關系，而且需要協調與建筑、結構等專業之間的關系。利用BIM軟件創建可視化三維模型，為不同專業的設計師提供更為全面的信息，BIM技術將建筑、結構、機電等專業緊密聯系。工程技術人員可以利用該模型，避免因設計信息的缺失造成損失、返工，還可以進行施工交底。可視化三維模型既能有效地實現項目動態管理，又能幫助項目管理人員做出科學合理的決策，提高施工管理水平。結構設計系統如圖4所示。

圖4 結構設計系統

使用Revit平臺的機電設計中，各專業的信息可以直接通過鏈接文件提取，對比傳統的機電設計節省了互提資料的工作量。通過對文件的管理，所有的設備信息和其他專業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。

管線綜合管理是機電設計中的關鍵核心，其主要基于Revit和Navisworks的聯合應用。在機電設計過程中，通過三維模型視圖的管線綜合、碰撞檢測的功能，對相同樓層的不同管線生成碰撞檢查報告。

6 成本控制分析及施工管理

造價全過程管控包含了工程建設中的每個環節，包括前期對基本建設費用的預算，以及在后期項目實施的全過程的管理、控制和責任邊界的劃分。

該項目的具體施工過程可以通過虛擬仿真來實現，在施工過程中也可提前發現有可能存在的各種問題。其中，Naviswork實現可視化的施工進度模擬，仿真的過程通過4D（三維模型加項目的發展時間）仿真、動畫和照片級效果的制作功能來對設計意圖進行演示。施工技術水平可以在模擬仿真的過程中得到不斷的提高。施工成本和時間管理水平可以通過精細化的管理得到提升，也能加強施工過程中決策、控制與優化程序。

7 結論

該項目在BIM技術的協同設計工作模式的基礎之上，進行了工程全壽命周期管控，具有較好的可視化、模擬性、協同性等優點，取得的主要成果如下：（1）通過建筑設計和綠色建筑分析，規劃建筑造型，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，實現了可持續發展。（2）在結構設計過程中，將結構有限元軟件中的分析、計算結果反饋到核心建模軟件中。當建筑模型發生變更修改時，結構工程也能進行結構模型的實時修改。（3）利用BIM軟件，施工技術人員獲得了更全面的信息，便于施工技術交底，有效提高了施工管理水平，也可供成本計價使用。（4）使用BIM技術有效提升了施工技術水平和施工成本與時間管理水平，在消除施工隱患和防范施工事故方面有很高的價值。