BIM技術在建筑工程項目設計階段應用

李 洋

(中國水利水電第七工程局有限公司, 四川成都 610213)

1 工程概況

該工程項目為實驗室建筑東臨贛深高鐵線路和龍大高速，景觀資源得天獨厚。建筑用地面積12 021.20 m2，其中軌道13號線北段規劃控制區占用418 m2，凈用地面積11 603.2 m2，用地呈不規則的梯形，項目總建筑面積為5.3萬m2，地上17層，地下2層，總建筑高度94.05 m。

2 研究背景

(1)先進、復雜的技術設計。實驗室建筑的發展離不開大量且多功能的技術設備和工程系統，需要各個專業的設備、管道及電力系統支持，技術設計在工程設計階段占據首要的位置。

(2)人性化的設計。舒適的實驗室環境是一種資源，如通風采光良好的工作環境、豐富變化的建筑空間、共享的交流空間等，能有效激發工作人員的創造力。

(3)靈活的建筑空間設計。實驗室建筑在設計階段不僅需要滿足當前需求，又要適應未來社會發展，從多角度貫徹建筑物內部的靈活性。

(4)環境可持續的設計。實驗室建筑技術不僅需要滿足健康及安全的基本要求，還應滿足環境可持續設計，如建材的使用、外圍護結構節能設計等。

3 研究意義

(1)簡約有序，開放多元。實驗室之間通過修建共享的交流空間，不僅能滿足工作人員正常工作的開展，舒適人性化的交流空間如茶歇區、智能會議室等還能帶動工作人員交流討論的積極性。

(2)經濟集約，高效可持續。整個建筑立面幕墻為井然有序的金屬結構，使建筑更具雕塑感，增強了美感，金屬構件能有效抵擋陽光直射，滿足了經濟實用的要求。

4 研究問題

(1)如何通過BIM技術解決實驗室分區問題，保證各分區合理。

(2)如何保障設備在實驗室內合理的位置，滿足工藝要求，設備的便捷使用

(3)如何伴隨式BIM設計應用，保持每周更新BIM成果，為設計質量提升保駕護航。

(4)如何三維可視化匯報，直觀呈現給使用方，提升工作效率。

(5)如何BIM精細化設計提升設計品質，減少設計變更、降低返工、節約成本。

(6)如何標準化、信息化、協同化BIM設計管理，提高項目管理水平。

5 研究方案

三位一體的策略方案對項目進行管控，從信息化、規范化和標準化入手，以BIM技術為核心對設計進行管控。

結合三位一體的策略在前期制定實施方案，明確項目BIM實施目標及主要應用，并制定相應的實施計劃和保障措施實現項目設計信息化管理。制定詳細的應用標準，包括模型創建深度、應用標準及成果標準，使BIM應用標準化。

從進度、設計優化、專項評審等方面制度約定服務方式及管理，從而實現項目BIM管理的規范化，管理實施環境見圖1。

圖1 管理實施環境

6 重難點及解決措施

6.1 重難點

(1)重視程度高。對于加快生物醫藥產業核心引擎，解決醫療器械檢測場地和設施不足的短板，填補藥物臨床前安全性評價(即GLP)實驗室的空白，市委及市政府高度重視。

(2)實驗室關系復雜。項目內有多種實驗室存在，如何協調這些實驗室之間的關系，如何在滿足正常實驗檢測工作前提下，提供更多的交流、休息、會議空間是重點問題。

(3)系統龐雜。藥檢所項目涉及系統龐雜，管理與協調難度大。

(4)空調及廢氣排風系統。項目的空調為工藝性空調系統，不同類型實驗室的標準規范對通風及環境的規定有差異，需要各自的空調系統進行控制，避免出現送排風的交叉污染，協調管線關系要求高。

(5)工藝設備多。該項目實驗室范圍涉及8大類、1 000余項，為滿足各類型實驗室要求需配備先進、高效、安全的實驗室設施，如實驗臺、實驗柜，各類通風設備、消毒滅菌柜和與建筑相關的特殊實驗室設備。保障設備在實驗室內合理的位置，滿足工藝要求，設備的便捷使用都是重點難點。

6.2 解決措施

6.2.1 規劃階段BIM應用

6.2.1.1 基于BIM模型的方案比選

該項目一共經過3輪的方案設計調整，都借助BIM模型來完成。借助模型來輔助調整，既可以三維的展示各個建筑形體，同時能夠實時的給我們反饋不同方案的建筑指標，有助于我們在建筑指標和建筑形體間取舍。

第一輪方案比選，基于7個建筑型體，從工藝角度分析各個方案的合理性，經過多輪與院方溝通，最終敲定3個方案作為主要方案繼續深化。

第二輪方案比選，考慮因素：

(1)實驗室平面布局形式以雙走廊為主，適合溫濕度要求高和醫學類實驗室布置，確定平面布置形式。

(2)建筑柱網選擇6.6～8.4 m，以8.1～8.4 m為主。

(3)建筑層高，不設空調凈高不少于2.8 m，設空調不少于2.6 m。

(4)考慮室外中草藥種植園的布置。

在本輪方案比選中，主推方案二。

第三輪方案比選，基于功能布局的合理性以及型體的可塑性，最終敲定方案一作為最終方案，在方案一的基礎上進行下一步的深化工作。

6.2.1.2 外立面方案比選

設計構思A：設計意向來自與“EMC檢測電磁波”。

利用弧線的變化形成地磁波動態趨勢，賦予建筑流暢和連貫風格，展現建筑獨特的建筑形象。

設計構思B：從“色譜條碼”的形態著手，提煉演化出相應的建筑元素。

為深化工作，最終選擇方案B。

6.2.1.3 規劃階段BIM應用小結

建立不同的方案設計模型以及外立面模型，為初步設計階段提供對應的模型。以構建或細部調整的方式，產生多個設計方案模型以備選。對模型進行數據分析及優劣比較，用三維仿真場景模擬不同的項目方案，使方案呈現更為直觀與高效。

6.2.2 初步設計階段BIM應用

6.2.2.1 初步設計模型搭建

藥檢所項目為BIM應用的基礎，需進行全專業BIM建模。并在每一次應用優化確認后都對模型進行相應調整。

6.2.2.2 疏散模擬

結合BIM模型與緊急疏散模擬分析軟件，設置人員參數(人員數量、行走的速度，人員的位置)，設計逃生路徑，再通過軟件模擬出逃生的時間，設計不同的方案比較逃生時間，進行疏散場景的模擬，從而選出最優方案。

6.2.2.3 綠建分析

為提升院方使用者的舒適性，結合BIM模型進行了日照、噪聲、風環境等方面的模擬分析，并通過調整建筑遮陽造型、外部圍護結構和項目內綠化環境保證項目各建筑擁有足夠日照時間，降低患者受噪音影響、使通風更加流暢，且無明顯無風區或漩渦區。

6.2.2.4 梁下凈高分析

借助BIM土建模型分析各重點區域梁下凈高條件，通過不同分色識別最不利位置，為后續的管線排布和管線綜合工作提供基礎。

6.2.2.5 機電管線規劃方案

機電管線提前規劃方案如下，先梳理出項目主要的各個子項，通過模塊來表示，形成預留空間尺寸。再將這些尺寸在現有的土建條件下去進行測試，保證在項目前期解決部分管綜問題。基于管線規劃方案，共出具20份凈高分析圖紙，用于配合設計進行管線方案調整。

6.2.2.6 初步設計階段BIM應用小結

通過BIM技術對人員疏散、風聲熱等內容進行分析，并出具相關數據，提升整體項目品質。

在初步設計階段開展前期對梁下凈空進行驗證分析，并且用不同色塊表達凈高，協助設備設計師直觀地判斷出凈高情況。而后依據管線規劃方案對各樓層進行凈高分析，出具相關數據協助設計團隊做出合理的判斷，以便對建筑平面構造進行優化調整，為施工圖設計做好鋪墊。

6.2.3 施工圖設計階段BIM應用

6.2.3.1 設計優化

依靠全面具體的施工圖設計階段BIM模型，開展設計優化工作。通過問題報告與設計溝通協調，解決設計圖紙中的問題，并且形成記錄。設計問題審查依據積累總結出的設計問題子項進行逐條審查。共解決碰撞及設計問題700余項。

6.2.3.2 管線綜合方案

在初步設計后，進行精細化的管線綜合，通過細部空間分析、管道梳理、排布優化、剖面出圖、三維出圖來進行管線綜合和成果輸出，以確保滿足設計功能需求和施工安裝要求。

6.2.3.3 凈高分析

在管綜調整完成后，輸出相關凈高分析示意圖及凈高較低位置剖面圖作為設計優化參考依據，而后各施工圖專業明確優化修改方案，確定管綜剖面方案后開展后續的管綜工作，并將數據提資精裝設計作為參考依據。

6.2.3.4 管綜出圖

在明確管綜方案后，基于BIM模型導出關鍵部位剖面圖以及水、暖、電三專業的綜合管線平面圖共50張，保證BIM管綜效果能實施落地。

6.2.3.5 工程量統計

借助BIM模型進行BIM算量，在項目設計過程中做到對不同類型及尺寸的構件的有效統計，保證限額設計的落實，為施工招標工作提供數據基礎。

6.2.3.6 施工圖設計階段BIM應用小結

基于BIM模型與專項問題查找分類，開展全專業設計圖紙核查。梳理圖紙中的各項問題，完善整體施工圖質量，盡量避免后續施工階段的返工現象。

綜合考慮橫豎向機電管線的排布，優化三維管線。保證各類閥門及附件的安裝空間，安裝使用的合理操作與檢修空間；確保室內高度滿足精裝要求，提升項目品質。

對BIM模型進行工程量的統計分析，為后續施工招標及相關報建工作提供精準的數據參考。

7 創新性

7.1 基地分析

結合城市人流方向，在基地北側設置院區主入口，考慮檢驗檢測品量大，建議在東側設置次入口，避免交叉，基地分析。

7.2 無人機與BIM技術聯動輔助決策

使用無人機對項目區域及所在環境進行全方位掃描，并利用GIS技術整合無人機模型與BIM模型，輔助管理人員對項目周邊環境及項目建成后的效果產生直觀認知，對景觀規劃、環境狀況、施工配套及項目建成后和周邊高架、地鐵、公廁等地物的影響因素進行分析和評估，并進行合理決策。

通過對無人機傾斜攝影模型進行距離和高差測量，對項目周邊設施與紅線沖突問題進行論證，輔助管理人員了解公廁對藥檢所建設的影響，為協商拆除事宜提供信息化數據支持。

同時使用BIM模型分別模擬拆除前后項目周邊環境情況，輔助業主直觀了解拆除前后對比。

7.3 布局控制

借助BIM模型分析布局所在位置及面積，實驗區要根據實驗級別不同設定不同受控級別，劃分區域。在模型信息中進行受控級別參數添加，通過過濾器對參數進行控制，確保各實驗室受控級別差異，保證不出現交叉污染。

7.4 模塊化設計

7.4.1 基于BIM模型分析走道形式

從實驗室規模考慮，雙走道更能體現實驗室的規模。但由于存在2條走道，公共面積變大，真正用于實驗室的有效面積較單走道模式利用率偏低；中間的實驗室自然采光較少，主要靠燈光照明，通過設置大面積的采光窗、玻璃墻體等手段，可適當提高中間實驗室的采光度。

7.4.2 基于BIM模型進行房間布局

實驗室工藝平面布局設計中重點遵循三區明確和三流清晰的原則。三區明確就是實驗區、辦公區、公共區(電梯、樓梯間、衛生間)三區區域劃分清晰，見圖2。

圖2 功能分區示意

7.5 工藝模擬

創建精準的家具設備BIM模型，借助Enscape對實驗臺、實驗設備、機電管線等進行模擬布置，通過這種方式與院方、設計方進行溝通協調，調整位置，見圖3。從而保障在實驗室內合理的位置，滿足工藝要求，設備的便捷使用。

圖3 工藝模擬示意

8 結束語

隨著時代的快速發展，科技的飛速進步，傳統的建筑設計已不能滿足當前的發展需求，因而引入了BIM技術。BIM技術一改傳統的建筑設計方式，將結構建筑設計從二維向三維轉變，順應三維結構設計的時代發展需求。通過引用BIM技術，以用于建筑設計階段，建筑行業發展更加智能快速。