BIM正向设计在EPC项目设计管理中的应用研究

李 仲，杨树英，蔡秋婉

（中新广州知识城财政投资建设项目管理中心 广州 511363）

0 引言

近年来我国在政策方面大力推进建筑信息化（BIM）和工程总承包模式（EPC），以此来推动行业的绿色成长、技术发展以及管理水准提升。设计在整个EPC 项目体系中居于关键地位，设计管理也是项目最为重要的管理工作［1］。“设计是龙头”，设计阶段决定了整个项目全生命周期内80%的成本和投资。在设计环节采用BIM 技术，尤其是运用BIM 正向设计开展工作，是激活整体BIM 技术，在工程全寿命周期范围内运用极为关键的步骤［2］。

广州某EPC 项目采用国内常用的EPC 项目发包模式，项目的规模和体量适合应用BIM 正向设计的方法进行设计管理的实践研究。项目实施过程前，首先建立与BIM 正向设计适配的组织架构，搭建协同平台，为基于BIM的全过程设计管理提供保障。

经过在该工程项目的实践，BIM 正向设计在EPC项目设计管理中可以充分发挥BIM 可视化的优点，打通设计全过程管理，对工程总承包管理工作进行升级优化，降低前期设计方案反复修改次数，实施中降低设计变更率，加速推进EPC 项目定版定样和认质认价工作，综合效益较未采用正向设计的EPC项目显著提升，为未来EPC项目设计管理提供可借鉴的案例和方法。

1 项目概况

1.1 工程概况

本项目占地12 846.52 m2，建筑面积41 904.80 m2，分为科研楼和公用设施配套楼，建成后将成为大湾区培训规模最大、面向对象最广、培训技术最新的专业培训机构。

1.2 设计管理流程

本项目为联合体EPC 项目，整体造型通过方案竞赛中选确定。设计全过程联合体与业主充分沟通，不断修改、确认各专项设计方案［3］。

⑴方案设计阶段，进行场地BIM 建模、市政BIM建模、地下室BIM 建模以及单体建筑建模，通过设计协同落实设计指标，并初步计算工程量；

⑵初步设计阶段，开始主体建筑结构及机电管线构件化建模，在主体模型的基础上进行各专项的方案设计，同时插入绿色建筑、智能化、外水外电等分项设计，专项方案经业主确认后加入模型中，丰富、细化主体模型内容；

⑶施工图设计阶段，导出初步设计图，并对模型进行多轮深化和优化，协调整合各专业设计内容后完成全套施工图出图［4］。

2 基于BIM的正向设计

2.1 场地规划与体量建模

2.1.1 场地整体布局

项目位于广州市黄埔区中新知识城，场地北侧为高架成绩铁路，用地面积约1.3 公顷。在进行场地布局及方案草图设计阶段，相关方综合分析项目区位条件以及功能需求，如图1所示，主要考虑因素有：

图1 项目场地分析Fig.1 Site Analysis

⑴项目位于区域主干道交汇处，东北面向城际高铁，其东北、西北立面构成主要建筑形象；

⑵项目地处亚热带沿海，温暖多雨、光热充足、夏季长，南侧为夏季风主导风向；

⑶建筑用地紧张，总占地1.3 公顷，场地布局需紧凑得当。

2.1.2 体量模型推敲

通过Sketch Up 软件，设计师可以对项目的建筑轮廓进行快速构思及调整，如图2 所示。项目立面设计采用多元功能单元垂直组合的模式，将业务、科研、交流、生活等功能根据各自的空间、结构特征组合成独立的模块，在将这三组模块有机融合为一个整体，功能分区紧凑整洁，形成一个集中式的地表建筑，为试验场地及远期建设预留充足的空间。

图2 利用Sketch Up绘制草图Fig.2 Draft Drawing by Sketch Up

2.2 体量模型构件化

根据项目方案的整体思路，科研楼采用现浇钢筋混凝土框架-剪力墙为主要结构，局部大跨度、弱连接及转换结构采用型钢混凝土结构体系，中庭连廊及平台采用钢结构及钢筋桁架楼承板构成；公用设施配套楼采用钢筋混凝土框架体系；地下室共两层，如图3所示。

图3 结构整体模型Fig.3 Whole Structure Model

2.3 施工图深度模型设计

2.3.1 利用工作集实现专业协同建模

项目负责人在协作开启前构建以及设定Revit 工作集，确认中心文件的存储位置，定义全部参与项目工作的权限数据。利用协同平台，辅助设计团队各专业之间的交流以及资料查阅等任务，提升协同设计效率［5］，如图4所示。

图4 模型局部剖切视Fig.4 Chart View on Local Part of Model

2.3.2 机电BIM正向制图

本项目利用BIM 正向设计技术，链接土建模型开展机电建模，提资机电预留洞，如图5、图6所示。设计模实一致，从根源上避免了专业接口导致的错漏碰缺。

图5 项目机电模型Fig.5 Mechanical Model

图6 机电预留孔洞提资视图Fig.6 View of Reserved Mechanical Hole for Raising Capital

除此以外，利用插件进行机电智能设计，推演消防烟感和喷淋，实现自动化布置，避免了繁复的人力工作，如图7 所示。管线排布妥当后，由Revit 模型输出机电管线综合平面图纸［6］，如图8所示。

图7 喷淋智能布置Fig.7 Intelligent Spray Layout

图8 管线综合正向出图Fig.8 Export Drawing after Pipeline Synthesis

2.3.3 幕墙模型深化

幕墙形式复杂，采用铝板-幕墙间隔的方式，拼接出不断变化的角度，组合成水平方向渐变流动的效果，如图9所示。

图9 幕墙模型Fig.9 Curtain Wall Model

利用嵌板的报告参数，可设置多种幕墙横条、竖梃、连接件的连接方式，满足高精度的立面效果表达，体现幕墙施工深化设计，从而实现模型与建筑实体的高度契合，如图10所示。

图10 折线幕墙分隔参数生成方式Fig.10 Parameter Method for Polygonal Lined Curtain Wall

建立高精度幕墙模型后，在导出建筑图时就能自动实现建筑图纸与幕墙专项图纸一致，从而避免两个图纸之间的交互协调工作，提高了设计效率，如图11所示。

图11 施工图的幕墙表达Fig.11 Construction Drawing of Curtain Wall

2.4 基于BIM的绿建分析

设计目标为绿色建筑三星级，需满足《绿色建筑评价标准：GB/T 50738—2019》的技术要求。项目应用了BIM 技术计算分析建筑绿色节能参数［7-8］。在主体模型建立后，将Revit 模型导入斯维尔软件进行绿建分析，计算成果如图12、图13所示。

图12 场地噪声分布俯瞰Fig.12 Bird’s-Eye View of Site Noise Distribution

图13 2F 1.5 m高度室内风速云图Fig.13 Inoor Wind Speed Nephogram for 2F 1.5 Height

3 BIM正向设计的设计管理

3.1 利用BIM模型的设计优化论证

由于BIM 正向设计带来的流程转变，EPC 总包能够将BIM 技术应用到方案选型及优化的过程中，使BIM 模型真正成为业主、设计、施工方推演设计方案的高效平台［9］。

3.1.1 论证装配式建筑可行性

立项初期，根据相关政策文件指标要求，项目采用装配式建筑。但在构件化建模过程中，EPC 联合体发现科研楼中存在大悬挑、转换结构区域，不宜采用预制柱；通过模型导出的构件清单统计，本项目所需预制构件规格种类繁多，仅预制叠合板。

综合考虑项目投资限额、构件采购及场地、运输条件后，EPC 联合体向业主及住房和城乡建设部门提议，取消该项目科研楼部分的装配式评分，规避了严重的工期、超概风险。

3.1.2 基于模型的中庭楼梯优化

原方案设计在6层圆形中庭处设置了一部5～6层的钢楼梯，跨度16.7 m，宽度2.0 m，楼梯下方没有楼板，净高约20 m，如图14 所示。为保证行走安全性，楼梯扶手及梯边梁需要加高加固，导致楼梯的美观性不能达到预想效果，且影响中庭竖直方向的视觉通透性，取消前后对比如图15所示。

图14 中庭楼梯模型Fig.14 Stair Model in the Central Atrium

图15 中庭楼梯取消前后对比Fig.15 Compare of The Central Atrium before and after Removing Stair

EPC 联合体通过建模过程，结合实际施工条件，对中庭楼梯进行了系统性分析，并向业主呈报分析结果。最终，项目各参建方综合楼梯的功能性、美观性、安全性和经济性，一致决定取消此楼梯。

3.1.3 露台装修方案论证

科研楼5楼的露台位置，原方案不设置吊顶，在装饰建模过程中发现此处直接将钢梁暴露的原方案过于粗犷，影响美观。因此，联合体以模型为参考依据向业主汇报论证，在此处补充吊顶，对比如图16所示。

图16 科研楼5F露台土建模型补充吊顶后效果Fig.16 Effect Drawing of 5F Civil Model with Suspended Ceiling

3.1.4 机电管线综合排布与楼层净高优化

在机电设计过程中，EPC 联合体对管线的排布进行了多轮优化，以图17 所示区域为例，在机电建模的过程中，设计师对管线排布进行了初步优化；随后施工方介入管线排布设计，将弱电线槽移至高位，喷淋管道移至弱电线槽下方，进一步节省了层高，同时方便安装及运维检修。最终此区域层高为3.4 m，较设计师优化的排布方案提高了0.3 m，较初设排布方案提高了0.5 m。

图17 机电管线综合排布Fig.17 Mechanical Pipeline Synthesis Layout

3.2 图纸问题共享文档

设计与施工利用共享文档，在工作群中共享问题纪要及回复意见、修改记录，实现信息的实时高效互通；同时针对已发现的设计问题，总包与设计可以相互校对、互相提醒；在线文档实现了信息的多人共享，协调不依赖于个人作为沟通节点；施工方参与设计过程；文档记录项目设计修改的过程［10］。

3.3 模型服务业主决策

由于项目业主不是建筑专业人员，利用平面图纸的审图往往由业主委托给第三方机构，业主需求也只能局限在设计提供的需方案选型的部位，而无法直接参与项目整体的设计审核及意见反馈。利用BIM 模型相较图纸具有更直观的优势，向业主全面展示设计内容，收集业主意见［11］。图18 所示地下室坡道入口处，业主在浏览模型时提出坡道挡墙设计不合理，设计直接修改优化挡墙形式。

图18 坡道挡墙优化Fig.18 Optimization of Ramp Way Retaining Wall

3.4 基于BIM的施工交底

设计管理人员通过模型对施工员、专业分包单位进行全专业设计交底，传达设计意图，明确细部复杂区域的施工注意事项，包括施工范围、工程量、工作量、建筑全专业设计情况、施工方案措施、质量保证措施、安全文明施工注意事项、检查验收要求等［12］。

3.5 模实一致复核

将Revit 模型导出为Navisworks 软件对应的nwc文件，在Navisworks 里打开nwc 文件，并保存为nwd 文件，作为可用平板浏览的轻量化模型，在iPad 上安装BIM 360 Glue，打开模型并携带至现场对细部的施工重难点构造进行模型-现场对比复核，及时发现施工过程中可能的误差，为模实一致增加保障，如图19所示。

图19 模实一致对比Fig.19 Comparison of Model and Site

4 结语

本文基于某实际EPC 项目的设计过程，对EPC 模式下的BIM正向设计技术实施进行探讨。

⑴设计前期便引入BIM 正向设计，通过“辅助模型的建立”、“体量模型的分析”等应用，施工图设计阶段真正实现BIM 正向设计模式下的“3D➝2D 设计大转变”。

⑵由于EPC 工程总承包项目管理优势尤其是设计主导的统筹优势，建立基于BIM 正向设计之下的EPC 项目设计管理体系。BIM 正向设计在设计-招采-施工全阶段为项目建设提供支持，取得了良好的综合效益，证实了BIM 正向设计技术在房建类EPC 项目核心设阶段的可行性。

⑶ EPC 工程总承包项目设计阶段可充分发挥BIM 正向设计的特点，通过各阶段设计分析、三维可视化设计、数据信息调取、多专业协同与碰撞检查等BIM 应用，提高图纸设计的合理性与科学性。施工阶段利用“模实一致”，模型与现场紧密结合，保证了工程高质量高标准建设完成，为“中国建造”贡献力量。