基于BIM的科研办公楼项目正向设计应用

王 艳，苏怡航，吴慧子

(安徽建筑大学 艺术学院，合肥230000)

工业化、信息化的趋势是建筑行业转型的重点方向，随着BIM技术的应用不断深入，正向设计逐渐增多.正向设计主导由三维模型导出二维图纸，使得整个过程更加高效率，精确，能够实现各阶段各方的协同与沟通.BIM技术正向设计的应用，能够极大程度提高正向设计的设计效率.本文针对目前正向设计过程中所面临的通用性难点、瓶颈进行突破和创新，为BIM技术在复杂公共建筑中的深度实现和应用提供参考.

1 正向设计的概念介绍

在清代宫廷设计中，建筑世家“样式雷”采用选址——烫样——图档的设计流程建设宫廷御苑，中国此时已经初步具有三维正向设计的思想.在九十年代后，二维设计经历了从图板到计算机辅助设计的变革，如今人们对房屋建设的高品质要求，让设计师也尝试拿起三维工具来建设我们的新时代.

本项目位于包河区淝河版块，定位为高品质科研办公楼，对建筑设计品质的追求是本案最大挑战，同时也要求我们以更理性态度完善设计.基于可衡量的指标，利用BIM模型进行协同与管理，具有主动性的工程师团队通过完整的协作过程交付项目——高质量的实体项目及数字化模型，提出合理且具有针对性的新型建造方式.为此，借助BIM手段来实现建筑方案的推敲、优化、施工图阶段的协同设计以及将信息传递到施工阶段.

2 正向设计与传统设计的对比

传统设计中，首先进行现场踏勘拍照，利用CAD强排及SU体块，接着进行结构、机电提资与反提资[1].依靠叠图检查错漏碰缺，进行校对并修改、审核并修改，最终完成出图.但如果中间环节施工过程中出现大量变更，则返工复杂，工作繁琐.

正向设计依靠三维建模出效果图.首先利用大疆无人机航拍生成三维场地模型，ArchiCAD三维同步总图及建筑体块，基于PKPM的绿色性能化、日照、风环境及节能，模拟软件优化调整建筑形体.接着生成云端BDIP浏览模型供各专业协同，进行Revit三维平立面深化，建筑同步Dynamo立面精细化设计，结构YJK与 PKPM模拟，机电主管布置.Revit平立面碰撞全专业调整使图模一致，基于Autodesk Vault平台设计协同，还可通过Lumion建成效果展示，Revit最终模型并出图.

总体来说，正向设计相较于传统设计，能够吸纳海量数据，减少错漏，快速渲染和出图，缩短周期，完成协同工作，提高效率.在BIM正向设计开始之前，将它与传统设计流程进行了对比.对比发现，正向设计流程的背后含有海量数据，通过分析数据，可以提高信息的可信度和精准度，生成可视化成果，可快速渲染进行方案的比选，以及在施工图设计协同提高沟通效率[2].

3 BIM正向设计的实施应用

3.1 项目概况

项目位于合肥市包河区淝河片区，淝河片区是包河区罕有的大规模宝地.项目总用地面积为16 962.63 m2(约25.44亩)，总建筑面积约4.8万m2.场地东侧唐模路(支路)，北行接龙川路(主干道)，北侧牯牛降路(支路)，西行接北京路(主干道)，联通城市道路交通网.

在传统二维设计流程的基础上重塑本项目的三维设计流程，在对项目进行WBS拆解后，在不同设计阶段，确定图纸的深度要求及模型的信息粒度要求，将各专业的设计步骤串联在一起.制定项目的基础建模标准，正向设计应用标准，正向设计流程甘特图，以及模型检查标准.

3.2 BIM实施内容

3.2.1 方案推敲-场地

在场地设计中，采用大疆无人机航拍图像获取GPS信息，利用bentelyCC重叠度完成快速地图构建，生成数字全景模型，给项目设计提供全方位的基础信息[3].经过分析得出：场地南高北低，高差近3 m，利用Revit场地建模复原原始地形，并分阶段建立不同土方的方案，挖填土方明细表如表1所示，通过明细表功能计算出开挖方和填方，比选出最终的方案.

表1 挖填土方明细表

用ArchiCAD进行体块建模，根据任务书要求进行功能分区及指标推敲，生成体量模型.

3.2.2 绿建分析及疏散分析模拟

如图1所示为夏季和冬季的室外风环境模拟，用PKPM进行绿色可持续分析的优化.结合区位环境，模拟太阳辐射及日照轨迹，让夏季减少太阳热辐射，冬季引入太阳日照.再根据室外风环境模拟，进一步调整开窗位置和形式.对室外声环境模拟，分析噪声的时间分布特征和空间差异，提出可行性方案.

图1 室外风环境模拟

通过Pathfinder软件进行疏散分析模拟，如图2所示，通过定义人员数量，行走速度，出口距离等参数，来实现逃生路径和时间模拟，辅助优化设计.

图2 疏散分析模拟

3.2.3 协同参数化设计

利用Dynamo进行参数化的计算模拟，对立面开窗进行分析调整，比选不同遮阳板角度、开窗大小状况下的室内采光、通风.综合性能指标和外立面造型的美观情况，获取最佳的角度和尺寸[4].立面上则考虑中国元素大红斗拱与现代元素钢、玻璃的融合，用3D打印打出优化后的模型，模型如图3所示.至此方案平立面定案，总平面定案.

图3 3D打印模型

模型通过lumion，进行实时渲染.在主入口，办公大堂，连廊，室内楼梯，景观屋面等区域，细扣设计细节.

结构BIM采用盈建科计算软件进行建模和受力分析.模型数据通过软件接口和Revit实现交互，结构模型在Revit中无需再次建模，直接更新模型即可.

在推敲采光井周边梁布置对地库采光影响中，用BIM可视化场景分析优劣性.模拟停车时人的视角，为获得安全视角，采用柱子缩进布置，使结构布置更合理.如图4所示，图4(a)为原始方案，通过模拟之后，由(a)图看出，原始设计中停车过程中的距离柱子较近，于是修改立柱相关尺寸，优化后再进行动态模拟，可看出停车位置较为宽敞，更加提高了实用性.

图4 车位间柱位置推敲

在施工图阶段，运用鸿业BIMspace进行建筑和机电专业的正向设计.在建筑专业中，利用乐建中的规范、模型检查功能对面积平面中的防火分区面积等进行校验，并快速得出结果.

在暖通专业中，通过建立三维空间能量模型并进行冷负荷分析计算，依据计算数据对系统、规格进行选型设置，绘制风管系统、风口、管件形成完整的模型，并通过快速标注输出图纸.

BIM采用欧特克Vault设计平台+BDIP轻量化管理平台进行一体化设计管理，用BIM项目管理的思路，按照BIM标准化流程从方案-初步设计-施工图-深化四个阶段分步实施，增强各专业设计协同能力，精益化设计，可交付整个项目管理文件.

4 创新点分析优化

4.1 软件多样性

本项目涉及多个软件及平台的应用，包括ArchiCAD(方案推敲)，Pathfinder(疏散分析模拟)，PKPM(室外风环境分析)，Revit(平、立面图施工图)，Vault(BIM设计管理平台).在方案阶段针对方案推敲、疏散分析，性能化分析等要求采用相对应的分析软件进行模拟计算，得到最优解.施工图阶段则采用一款软件，基于一个协同平台进行设计，可提高协同的便利性.

4.2 模型拆分与工作流程

施工图阶段的协同，WBS模型的拆分是关键.针对每个项目WBS方法均不同.项目采用P(策划)D(实施)、C(验证)、A(优化)的管理方式.策划阶段主要编写策划书，其中包含项目目标，重难点分析，人员构成等内容；实施阶段，根据项目进度策划书和设计任务策划表，以及模型检查表对项目进行有效的质量和进度的管控；验证阶段，校审机制落实到欧特克Vault协同平台，在平台上实时校审，大大提高了成果验证的频率.优化阶段，将总结的问题开会大家讨论解决，继续完善各类标准与族库.

4.3 使用插件辅助设计

采用鸿业BIMspace，对防火分区面积、防火门等级等进行校验.采用鸿业建筑性能分析平台对空间能量模型并进行冷负荷分析计算.采用品茗BIM施工策划软件对施工场布进行了三维策划，让施工单位更好的理解图纸设计意图，把控好本项目中的重难点.

4.4 人力价值评估

在设计环节通过引入BIM技术，总共优化了七个一类问题，十三个二类问题，如表2所述为BIM正向设计协调成果人力价值评估，控制了成本，排除了设计的盲区，降低了不安全因素.依托BIM的精细化服务创新和高效的现代化管理模式，打造安全、高效的绿色办公.让办公更智慧，让生活更美好.本项目应用BIM 进行正向设计不仅仅是直接在三维环境下进行设计，还是信息化设计、模块参数化设计、方案优化、自动出图、图纸与模型相互关联、同步优化、协调统一的设计过程.

表2 BIM正向设计协调成果人力价值评估

5 结语

综上所述，基于BIM的正向设计是自上而下的设计，完成信息协同与模型构建，是建筑业未来的重要发展方向之一.有利于提高设计效率与质量，并逐步在得到推广应用;有利于更多地实现三维可视化设计、协同设计、指导施工，打造真正优质的建筑工程.正向设计的应用能够进行BIM模型的创建和深化，完成BIM专项分析，检查建筑、结构、机电、精装修等专业的碰撞问题，减少后期设计变更，进行施工指导，场布模拟，施工工艺模拟和施工动画演示，最后协调多方展开沟通.希望本文通过对项目应用及创新点挖掘的梳理，能够促进BIM技术更好地服务于工程设计，推广应用BIM的正向设计，提高传统建筑设计院的企业核心竞争力，进行BIM正向设计的尝试和推广.