基于BIM理念的小高层协同设计研究

广东省第二建筑工程有限公司，广东 汕头 515071

1 工程概况

该工程为一类高层公共建筑，建筑设计规模等级为大型。该项目为1栋办公楼，有地下3层、地上23层，建筑高度为98.40m，总建筑面积约21570.23m2，框筒结构。建筑设计使用年限为50年。

2 专业协同配合思路

基于BIM平台的数字化协同工作平台，进行建筑全专业设计、建筑成本管理控制与全寿命周期过程管控。在设计-施工协同分析的管控过程中各个专业相互配合，又相互制约，形成了有效而及时的反馈机制。设计-施工协同分析思路如图1所示。

图1 设计-施工协同分析思路

3 建筑方案设计

3.1 建筑设计

建筑方案设计在一定程度上决定了整个工程设计的大致轮廓，影响着施工图设计、结构设计乃至机电设计，是工程项目的基础和前提。建筑设计前期，利用BIM软件的三维可视化功能，对建筑的整体结构进行全方位的认识是BIM在设计阶段最重要的应用点。同时，通过BIM技术的仿真模拟，帮助建筑师对建筑场地有一定的了解，有助于方案的构思。BIM技术可以对建筑功能空间进行模拟，验证净空高度、尺寸等是否满足设备设施的要求，使用空间的位置关系是否合理，同时反映出建筑成本、利用率、项目复杂程度等信息。该工程建筑存在错层的状况，第20层为层高6m的报告厅，其余部分层高为4.2m，其爆炸分析如图2所示。21层留出一部分作为露台，提供了良好的休闲洽谈空间。露台部分为了保留建筑完整性，在内部有空间高差的情况利用玻璃幕墙将露台围住。根据节能采光计算软件对建筑开窗面积进行计算，采取最适窗面积，决定立面造型。

图2 爆炸分析图

3.2 绿色建筑

我国《绿色建筑评价标准》（GB/T 50378—2014）将绿色建筑定义为在建筑的全寿命期内，最大限度地节约资源、保护环境和减少污染，为人们提供健康、适用和高效的使用空间，与自然和谐共生的建筑。该项目在建筑设计的过程中，对地域气候、周边环境等进行分析，配合建筑、结构、给排水、电气等专业的设计，以及通过节能分析、通风分析、日照分析、暖通分析等对建筑方案进行优化设计，降低建筑对生态环境产生的不良影响。利用BIM软件将上诉信息集成三维模型，建造与大自然和谐共处的建筑，实现可持续发展。

4 结构分析设计

与传统的结构设计模式相比，基于BIM平台的协同设计所需要的模型为总体设计模型。结构设计所用的计算分析模型为建筑专业前期初步设计的建筑模型，其工作主要对结构内部构件进行调整。为了更好地完成分析设计工作，模型中所需的荷载及边界条件等均可增添到模型中。后续计算分析采用有限元软件进行，最后计算结果反馈到核心建模软件中。结构层间位移角计算结果如图3所示。

图3 结构层间位移角计算结果

BIM技术拥有“所见即所得”的技术优势，不仅能够直观地了解模型中的物理信息，还能熟知构件的非几何属性。简而言之，结构分析模型中包含了大量的非几何信息，如荷载、工况组合、边界条件等。在结构分析软件中建立的模型均为结构分析模型，这样的模型一般以点、线、面简化构件的具体信息，物理模型的形成就是在分析模型的基础上赋予其各类信息。

5 机电分析设计

机电设计不仅要协调机电各个专业之间的关系，而且需要协调与建筑、结构等专业之间的关系。利用BIM软件创建可视化三维模型，为不同专业的设计师提供更为全面的信息，BIM技术将建筑、结构、机电等专业紧密联系。工程技术人员可以利用该模型，避免因设计信息的缺失造成损失、返工，还可以进行施工交底。可视化三维模型既能有效地实现项目动态管理，又能帮助项目管理人员做出科学合理的决策，提高施工管理水平。结构设计系统如图4所示。

图4 结构设计系统

使用Revit平台的机电设计中，各专业的信息可以直接通过链接文件提取，对比传统的机电设计节省了互提资料的工作量。通过对文件的管理，所有的设备信息和其他专业提出的信息均可以同步更新至最新的模型中，能够做到及时更新信息，最终确保模型信息的唯一性和正确性。

管线综合管理是机电设计中的关键核心，其主要基于Revit和Navisworks的联合应用。在机电设计过程中，通过三维模型视图的管线综合、碰撞检测的功能，对相同楼层的不同管线生成碰撞检查报告。

6 成本控制分析及施工管理

造价全过程管控包含了工程建设中的每个环节，包括前期对基本建设费用的预算，以及在后期项目实施的全过程的管理、控制和责任边界的划分。

该项目的具体施工过程可以通过虚拟仿真来实现，在施工过程中也可提前发现有可能存在的各种问题。其中，Naviswork实现可视化的施工进度模拟，仿真的过程通过4D（三维模型加项目的发展时间）仿真、动画和照片级效果的制作功能来对设计意图进行演示。施工技术水平可以在模拟仿真的过程中得到不断的提高。施工成本和时间管理水平可以通过精细化的管理得到提升，也能加强施工过程中决策、控制与优化程序。

7 结论

该项目在BIM技术的协同设计工作模式的基础之上，进行了工程全寿命周期管控，具有较好的可视化、模拟性、协同性等优点，取得的主要成果如下：（1）通过建筑设计和绿色建筑分析，规划建筑造型，保留了建筑完整性，利用BIM软件将信息集成三维模型，建造与大自然和谐共处的建筑，实现了可持续发展。（2）在结构设计过程中，将结构有限元软件中的分析、计算结果反馈到核心建模软件中。当建筑模型发生变更修改时，结构工程也能进行结构模型的实时修改。（3）利用BIM软件，施工技术人员获得了更全面的信息，便于施工技术交底，有效提高了施工管理水平，也可供成本计价使用。（4）使用BIM技术有效提升了施工技术水平和施工成本与时间管理水平，在消除施工隐患和防范施工事故方面有很高的价值。