淺析大商業BIM結構設計要點

王英

安徽省建筑設計研究總院股份有限公司 安徽 合肥 230002

引言

BIM（Building Information Modeling，建筑信息模型）技術是一種應用于工程設計建造管理的數據化工具，在BIM模型中可以歸納整理與項目相關的各類信息，在各類項目籌劃、工程施工，乃至后期使用維護的全生命周期過程中進行信息共享及信息傳遞的重要工作，充分幫助各類工程技術人員對所關注的建筑信息作出正確研判、有效處理、高效應對，為參與項目的各個主體提供協同工作的平臺和基礎，在提高項目推進效率、有效節約工程成本及縮短工程項目工期等方面發揮著至關重要的作用。

大商業建筑規模同常規建筑相比相對更大，建筑的空間布局及使用功能較為復雜，工程人員在設計中遭遇較大挑戰及困難，因此更需要BIM技術進行配合。近年來，BIM技術發展勢頭迅猛，大商業建筑中BIM技術占據的作用日益凸顯，若能合理有效地利用BIM技術，一方面可以在二維施工圖階段對設計方案進行優化，減少施工圖變更量；另一方面也會大大便于現場施工，加快工程項目推進速度，節約投資成本。

1 大型商業建筑概況

大商業建筑底部多為大型商鋪、兒童游樂、連鎖超市等，中間樓層常為商鋪、餐飲、游樂、影廳、影城辦公、健身房等功能，頂層多為商業管理用房、員工餐廳、健身房及各類機房等，建筑平面尺寸常為約100～200m左右，單層面積約20000m2左右，空間布局及使用功能較為復雜[1]。

2 BIM結構設計特點

業態需求繁多、建筑規模較大，結構布置較為復雜。該類大商業使用需求較為復雜，為應對各類不同建筑空間功能及使用需求，結構布置需逐塊、逐區域進行考慮，因此也給BIM結構建模及復核帶來較多困難，且因為招商條件的更迭，各區域業態及相應的建筑結構設計也隨之頻繁變更，更是給BIM模型更新及調整帶來諸多挑戰。

上部結構連成一體，體型超長，因此BIM建模量大面廣，內容較多，單層工作量較大，就筆者親歷的幾個大型商業綜合體來看，此類結構通常長寬尺寸為100～200m左右，單層面積10000～20000m2，需要BIM設計師極為耐心地按軸線分塊分段進行BIM三維設計，確保建模準確無誤。

大開洞及大懸挑較多。該類大商業內部多設中庭，平面布置上為條帶狀、圓環狀分布，將整個建筑分割為中間孤島商業和外圈商業，此類大開洞及因開洞引起的大跨度、大懸挑的結構布置給BIM建模帶來較大工作量，建模難度極大，十分考驗BIM設計師的操作技能。

一根柱頭搭設多根梁。由上條所述的大商業結構布置特點，在較大洞口及懸挑較大的受力復雜結構部位，通常會存在多根梁搭設至一根柱頭上的情況，針對此類情況BIM建模更應求真求準，妥善處理好多梁搭接處的構件扣減關系，做好局部柱頭柱托的處理工作。

局部大跨度梁及梁上立柱等。該類情況常出現在大商業結構的頂層，因多功能會議室、放映廳等大空間工程需求，需取消下部部分柱子以在屋面形成大空間房間，導致大跨度結構出現，此類跨度常為20～30m左右；部分出屋面機房等，無法續用下部柱網，需單獨設置出屋面柱，導致梁上立柱結構出現，因此BIM結構設計時，需要對此類部位重點關注、重點設計，確保BIM建模準確無誤。

屋面排水找坡建模。建筑屋面排水找坡做法通長有兩種方式，在排水距離較短時，一般采用建筑找坡，做出排水坡度，結構板為平板，此種做法結構附加荷載在常規范圍內，施工支模較為方便簡單，與傳統的標準層樓面做法相似。在排水距離較大時，因建筑找坡距離較長，建筑找坡引起的結構屋面板附加恒載較大，此時建筑找坡已不再合理，一般會采用結構板找坡，利用結構板自身坡度實現建筑排水坡度，減小屋面附加恒載，節約成本，確保屋面排水合理暢通，但為施工支模增加較大難度。在大型商業結構中，因結構體型尺寸較大，建筑坡面排水距離較長（單邊排水距離8～10m），故而一般均會采用結構找坡的形式保障屋面排水，根據建筑的排水路線布置，整個大商業屋面通常會被分割成多個坡度方向不一、坡度大小不同的斜屋面結構板，且找坡距離大、坡度大，最高處結構板高差300～500mm，勢必引起多處上翻下掛，且斜屋面板與屋面管井、出屋面房間、虹吸雨水口、設備基礎、采光頂反沿等出屋面構筑物的交接處理均需要格外關注，這就要求BIM設計師，在處理大型商業結構屋面建模設計時，額外注意此類因斜屋面板引起的結構高差處理、復雜節點構造等問題，方可完整并精確地實現大型商業結構屋面BIM建模工作。

考慮到該類地下室頂板及底板結構布置復雜、標高變化多樣、結構與設備管線碰撞較多，BIM建模工作中在地下室建模時需格外注意建模的精準度，并且設計過程中隨著上部業態頻繁調整，地下室也相應調整，大大增加地下室BIM建模工作量，特別是基礎部分，比如常見的獨立基礎加筏板的形式，基礎標高變化大，設計過程中基礎修改較多，同時影響墊層和墊層防水聯改量大。另外，地下室工程中需額外注意結構與設備的管線碰撞，BIM結構建模應注意與設備水、暖、電等專業管線的融合，及時發現碰撞點及不合理處，提請其他專業及二維施工圖人員核查校驗，確保地下室功能正常運行，實現地下室功能完整合理[2]。

3 BIM技術應用要點

3.1 BIM模型構建

大型商業BIM結構設計建模主要包括地下四大塊、基礎部分、主體部分、詳圖部分等。其中梁和基礎底板建模工作量最大。梁建模需要分跨建模并且要求錄入材質、編號、跨數、截面尺寸、標高、定位、砼等級以及抗震等級。基礎底板形式多樣，建模子項多，包括獨立基礎、筏板基礎、樁基、承臺、防水板、集水坑、電梯坑、排水溝、設備基礎、墊層、墊層防水層、后澆帶等，并且要錄入基礎的材質、尺寸、標高、定位、砼等級、抗滲等級。而一旦設計有修改，BIM需要重復勞動，并且由于模型太大，導致錄入緩慢。

3.2 設計優化

BIM結構設計過程中，提前發現二維設計問題，提出優化方案，并在三維模型中進行專業綜合。其中重點核查區域包括中庭、樓電梯間、基礎底板、坡道。其中，中庭區域重點核查弧形不規則梁，梁梁交接以及梁板交接關系、扶梯梁缺口范圍及標高、變截面梁與封口梁的關系等。樓電梯間區域重點核查凈高、梯梁梯柱與建筑門之間碰撞關系以及設備開洞的預留。底板區域重點核查基坑和集水坑構造以及坑底標高、降板區域高差關系、底板板厚不同是否區分。坡道重點核查坡道入口處凈高以及坡道各段坡度、坡道頂底排水溝設置。

3.3 三維管線綜合

該部分工作的主要任務是在各專業模型基礎上，利用BIM三維技術核查二維施工圖設計中土建專業內、土建與設備專業間的各類碰撞，優化并減少硬碰撞，避免各類土建及設備的空間沖突問題，避免設計錯誤傳遞到施工階段。根據碰撞報告對全專業模型進行管綜優化，在滿足施工條件的情況下盡可能提高凈空，提升建筑物的使用體驗，對優化后仍無法滿足凈高要求的區域進行整理和統計，并出具報告。同時也讓施工方提前介入到項目設計生產中，對項目生產成果了解前置，重點區域管綜方案進行簽字確認，將施工問題提前到設計階段解決，不僅節約了項目成本，同時為項目質量的保證夯實了基礎。

3.4 三維可視化

利用可視化軟件對項目重點區域和設計方案在三維仿真場景下提供更直觀、更有效的比選依據，對方案的美觀性、合理性進行分析和優化，協助選擇最優的設計方案。

3.5 一鍵算量

直接利用BIM模型，根據BIM的構件分類標準，把工程中的構件按族類別、族名稱、族類型等進行分類，根據族的這些屬性，BIM算量軟件提供一套默認的智能映射方案（構件庫），把設計的族構件轉換為算量模型的構件類型，同時完成構件的清單掛接，再執行成本智能式的一鍵算量，最終實現100%掛接。

3.6 施工模擬

大型商業綜合體規模大，施工難度高，很多施工問題都很難在施工前被發現，大多數都是在一個施工階段完成后才被發現。通過基于BIM技術應用的施工模擬，以三維模擬的方式直觀地展示。提前發現施工問題，及時反饋給各參與方，及時調整，減少返工和整改的頻率，提升項目施工質量。

3.7 插件研發

模型精細度要求高，如墊層和墊層防水必須按構造層分層建模，墻梁板柱必須按照算量規則完成扣減，這些工作都需要人工全程處理，耗時耗工。因此在模型構建階段開發“拾面生成墻板命令”支持鏈接模型的墊層生成，并且該命令適用于其余傾斜構件的面層生成。同時也針對一鍵扣減功能，開發基于BIM建模軟件的一鍵扣減插件，既節省了工時，又節省了人力[3]。

4 大型商業BIM技術應用的重要性

在該類大商業項目中，BIM技術憑借其集成化和數字化的優勢，避免施工過程中返工、窩工問題，在提升建筑品質、有效控制造價投資等方面帶來了巨大的收獲。不僅如此，BIM在改善大型商業綜合體技術結構、改善并提高工作協同能力、累計匯總項目實時數據、提高維護參與方管理協調能力水平、降低后期運行維護等工作的投資、實現建筑全生命期管理方面都將是一個關鍵因素。其應用重要性具體表現在以下幾個方面。

4.1 提升項目品質

利用BIM技術進行三維可視化分析、三維碰撞核查、各類施工模擬等工作，可以從中挖掘相應設計問題，改善并提高結構設計水平及質量，減少施工過程中的拆改，優化室內凈高和觀感，提升項目工程質量 。

4.2 提高工程收益

利用BIM技術模擬功能，均可以在施工前就能挖掘圖紙及施工過程中可能遇到的設計缺陷及施工問題。基于此，總包及施工單位可以據此對施工流水段合理排布，有效降低因施工組織排布及物料使用的不合理而引起項目成本的增加。同時，利用BIM一鍵算量技術，可以有效提高施工過程中工作量、用料量的精確統計工作，極大節約了項目成本。

4.3 提高溝通效率

通過BIM總發包項目管理平臺，打造現場協同、資料管理、物料跟蹤、二維碼應用、 BIM模型管理、質安管理、計劃管理、成本管理一體化集成的智慧建造體系，可以有效解決傳統方式填報統計模式信息系統落地性差、周期長、成本高、實時性差等難題[4]。

5 結束語

綜上，大型商業類的建筑結構，因體型復雜，設計施工難度大，在此類項目設計過程中需要格外重視BIM結構設計。綜合考慮上述此類建筑的設計重點及難點，需要從事BIM結構設計的同行們系統地、完善地考慮各個設計節點的質量把控和精度把控，確保項目順利推進。筆者僅以親自主持完成的幾個大型商業綜合體BIM結構設計為例，總結并給出了相應的BIM設計經驗與建議，以期給同樣進行此類項目的同行提供一定價值的參考和借鑒，為共同推進BIM技術的進步踔厲奮進。