BIM技术在居住建筑群体地下室设计阶段的优化研究——以河庄安置房项目为例

李靖

浙江工业大学工程设计集团有限公司，浙江杭州，310013

0 引言

近年来，我国推进新型化城镇发展与建设的步伐加快，其中，推进农民的集中拆迁安置是推动我国新型城市化建设的重要路径[1]。因此，如何设计出实用美观、经济合理的安置房是当代城市规划中不可或缺的一环。在紧张的设计周期内，我们可以借助BIM技术的优势，如三维可视化等，通过BIM模型的建立，提取相关构件和设备的信息，查看建筑内部空间的管线和设备，进而延伸到更多的视觉化分析中，甚至是动态仿真施工，预测施工过程中可能出现的各种问题，提前预防并解决隐蔽设计问题[2]。在施工图阶段前即介入设计，利用BIM可视化、协调性的特点，提前发现问题，并进行协调修改，可对工程建设中生产效率的提高、工期的缩短以及成本的节约等发挥重大作用[3]。

1 工程概况

1.1 项目简介

河庄安置房四期项目二标段EPC工程总承包项目位于杭州市钱塘新区，河中路以东，江东大道以南，城隍庙直河以西，规划支路以北，总建筑面积555868平方米，地上计容面积331529平方米，地下室建筑面积224339平方米，主要建设内容包括27栋高层住宅和配套用房、相应的地下室和地面景观、幼儿园等。项目区域位置优越，板块发展前景好，且周边规划有较多住宅用地，配套公建，以及教育用地，适宜居住，生活氛围浓厚，以打造安置房精品工程为目标，致力于构建“疏密有致”的空间布局形态和“宜居”的社区环境品质以及“有辨识度、有地域感”的城市文化地标。

1.2 项目难点分析

（1）设计节点紧凑、工期紧张。由于项目体量大且工作内容繁多，设计人员与施工班底团队庞大，现场分多区块施工、涉及各类交叉作业，内外部协调难度大大上升，必须保证在各节点按时交付设计文件。

（2）地下室结构复杂。地下二层为人防区，面积达到5.26万平方米。由于地下人防工程施工难度高、验收标准严格，且后期拆改难度大、成本高，因此施工前就应该仔细分析未来可能出现的问题，并通过综合评估来完善设计方案，为后续设计改良提供足够空间[4]。

（3）地下空间层次复杂。项目地下室每栋单体均同时设有地下二层延伸至地下一层的通高储藏间和夹层非机动车库空间，导致单体范围内地下管线排布空间有限且层高较低，同时门厅范围内管线密集，三维管线综合排布难度大，这要求BIM团队需配合进行更精确的管线净高控制，以达到规范要求及实际使用要求。

2 BIM组织与应用环境

2.1 BIM实施目标

（1）保障工程进度。项目进度节点是确保工程顺利完工的时间底线，在设计阶段介入BIM技术，有助于在图纸提交节点前交付设计文件，可为后期施工留下较为充足的时间，也能避免节点延误带来的损失。

（2）管控工程成本。相较于地上部分，地下室作为功能导向明确、使用需求明确的分项，是设计优化环节的重心[5]。而在设计阶段即采用BIM技术，可减少后期施工阶段由于设计变更导致的成本增加。

（3）把握工程质量。在紧张的项目时间节点下，设计团队人员数量多、专业多，难以对专业间交叉项进行严格质量把控，BIM技术的协同性可在此时发挥巨大的价值，有效提升设计内容精细度和合理性。

2.2 BIM实施方案

作为EPC项目总牵头方，我院为项目配备了一支经验丰富的BIM技术服务团队，并提供完备的软硬件环境，为项目的如期完成保驾护航。BIM团队在介入前即建立契合项目的BIM策划方案及项目族库，为后续实施提供依据。项目进程中，BIM团队配合设计团队进行方案优化，向施工团队提供可视化成果以减少过程返工。

3 BIM优化设计

本项目为土建机电各专业均进行了符合LOD350精度标准的模型创建，在不同阶段针对不同深度的设计图纸逐步精细化建模。在项目的实施过程中遇到了各种类型的问题，以下将对建筑、结构、机电各专业中较为典型的设计优化相关问题附图说明。

（1）集水井

集水井在建筑、结构、给排水平面上都会表达，专业间图纸表达不一致，对下层的空间或功能及净高造成影响都是常见的问题。因此在设计过程中，要求相关专业人员需紧密协同并考虑上下层的空间功能使用要求。图1所示为地下一层布置的集水井恰好位于地下二层车位正上方，经BIM软件剖面测量，车位净高不足，无法满足实际使用需求。

（2）卷帘门

卷帘门在建筑图面上通常以齐墙宽度的双虚线形式来表达，但实际现场安装时除了门体本身，还需考虑卷帘盒的宽度及其安装空间，因此其他专业在仅参照建筑底图时，常常会忽略这一点。图2所示为水管、风管与卷帘盒发生碰撞或路径重叠的情况。

图2 卷帘门常见问题

（3）汽车坡道

坡道作为跨层坡度构件，建筑图面上仅表达剖面以下部分，因此未在图面上表达的坡道部分常与结构梁、车位、管线产生冲突，如结构梁凸出坡道完成面、不可见坡道下方设置车位但实际净高不满足使用需求、跨层立管穿坡道等。图3所示为地下二层出顶板的排水立管穿坡道。

图3 坡道常见问题

（4）非机动车坡道

非机动车坡道在项目设有地下室夹层时，是作为进入非机动车库的连接通道，当下方区域为功能区域时，其所带的排水沟将对此范围内经过的管线设备或空间功能产生一定的影响。图4所示为非机动车坡道排水沟与下方为风机房内所设风机发生碰撞。

图4 非机动车坡道常见问题

（5）夹层

为满足非机动车的停车需求，常在地下室中设置夹层空间，将其作为非机动车的停车区域，而夹层的存在则会压低下层空间的局部净高，因此在夹层空间中常常出现净高不足的情况。图5所示为此处夹层梁下净高不足，管线需穿梁增设套管。

图5 夹层常见问题

（6）暗柱

在机电专业进行二维设计时，加载建筑、结构底图时，暗柱常与剪力墙统一填充而无法准确区分，因此，经常出现管线及其附件等穿越人防区域时，与暗柱产生碰撞的情况。图6所示为超压排气活门位于暗柱上。

图6 暗柱常见问题

（7）高低板交接

根据房间所需功能要求，部分区域内梁板标高会发生变化，与周围梁板产生高差，由此可能会产生由于增设台阶导致台阶上方管线底部净高不足、降板区域梁底净高不足等问题。图7所示为配电间区域降板导致下方梁底净高不足。

图7 高低板交接常见问题

（8）排水出户管

首层排水出户管通常与主楼绘制在同一文件中，虽然在设计初期会参照地下室及室外情况，但由于专业间图纸修改协同不及时等客观原因，在同时存在首层标高不一致的情况下，更容易产生排水出户管穿结构构件但套管绘制不完全或不合理的情况。图8所示为首层排水管连续穿梁及门过梁。

图8 排水出户管常见问题

（9）管线附件、设备安装

在模型创建过程中，不同精度的模型产生的碰撞问题数量级不同，管线附件、设备的实际现场安装空间是否足够的问题，常在二维图面的单线条绘制中被忽略。如果出现井道空间狭窄或通道宽度有限等情况，管线间距的缩小可能会导致水管阀件、风管消音器的安装空间不足等情况。图9所示为多水管进水井时路径宽度及净高有限，阀件及水表安装空间不足。

图9 管线附件安装常见问题

（10）风口

风口作为暖通专业的排风、送风基础附件，如果存在遮挡的情况则会影响风量及后续的使用，而专业间的协同性不佳易导致此类情况的发生。因此在BIM管线综合模型中，可以对风管顶面、底面或是侧面的风口是否存在遮挡进行快速校核。图10所示为消火栓遮挡送风口。

图10 风口常见问题

4 BIM应用

4.1 伴随式设计

本项目创新采用伴随式BIM设计模式，在施工图初始阶段BIM团队即同步介入，根据设计在不同节点提供的图纸，创建各专业模型并逐步深化至末端且需同时满足前期对本项目模型精细度标准的规定。拼装整合完整后，可利用我院基于BIM软件二次开发的插件进行各项深化设计。

4.2 冲突检测

为保证各专业设计的合规性，除行业规范及现场施工要求等相关规范条文的强制条款、应字条款外，基于建设方的需求，在向插件录入新增需求规则后，通过插件可一键对模型中的非常规类冲突问题进行报告导出，并反馈到设计师处，为精品化设计提供技术保障。

4.3 竖向净空优化

在建立本项目管线综合排布的基本原则并初步完成机电深化设计后，对有余量的空间还可进行建筑结构布置以及机电管线排布方案的优化。通过插件的梁高注释功能，可在三维管线综合平面直观地查看建筑物最终的竖向设计空间是否已达到最优的净空高度。图11所示为插件中使用梁高注释功能后的平面。

图11 河庄安置房项目两层地下室梁高注释平面

4.4 性能分析

针对完成的地上住宅区域模型，运用了专业节能分析软件，对住宅区域的全年能耗进行模拟分析，获得不同温度、季节维度的空调系统能耗变化图，为住户入住后的节能行为提供参考。

4.5 辅助施工图设计

本插件还依照院内的出图线型标准制定了与之一致的BIM出图标准，在完成各项深化、优化设计后，可按需求一键导出符合施工图出图标准的BIM图纸，在添加相应标识和标注后即可作为辅助施工图设计，以满足各方需求。

4.6 平台管理

基于BIM模型的实时性和联动性，为保证向设计及现场交底时的沟通效率，对于局部复杂空间，可在我院基于BIM管理平台二次开发的院内平台上对上传的BIM轻量化模型进行即时剖切，可帮助设计人员和施工现场人员更好地理解问题所在。

4.7 无联系单模式

利用BIM三维可视化的特点，本项目在院内率先使用无联系单模式进行交底，将暴露出的问题及注意事项以BIM轻量化模型及BIM报告、图纸的形式上传云平台，充分发挥BIM三维交底的优势，有效减少后期由于返工带来的经济损失。

4.8 其他应用

除上述应用外，本项目还应用了常规的三维管线综合、工程量统计等基础功能，提供构件工程量表格等，为造价方和施工方提供更为准确的依据。

5 结语

本项目成功为后续工程的开展探索出了全新的设计流程和管理方法。虽然从单个项目的BIM优化设计问题分类总结，无法囊括各类工程项目中遇到的所有问题，但我院对项目中遇到的设计常见隐蔽问题进行了归类处理，并组织会议向各院设计师进行了要点传达，为项目开展BIM工作及公司人才储备奠定了良好的基础。