BIM 技術(shù)助力企業(yè)快速提升項(xiàng)目總控能力

呂 芳 韋 巍 楊家躍

(上?，F(xiàn)代建筑設(shè)計(jì)集團(tuán)工程建設(shè)咨詢有限公司，上海 200041)

上海現(xiàn)代工程咨詢有限公司(以下簡稱現(xiàn)代咨詢公司)是上?，F(xiàn)代建筑設(shè)計(jì)集團(tuán)旗下核心子公司，通過人才、技術(shù)和資質(zhì)的匯聚，并依托現(xiàn)代設(shè)計(jì)集團(tuán)的專業(yè)技術(shù)特長和綜合管理能力，專注于建設(shè)工程全過程工程咨詢業(yè)務(wù)，致力于成為業(yè)內(nèi)最具競爭優(yōu)勢的企業(yè)之一。

經(jīng)過多年的努力，公司核心競爭力建設(shè)已初見成效，業(yè)務(wù)發(fā)展呈現(xiàn)4 個特點(diǎn):一是全過程服務(wù)內(nèi)涵不斷深化，工程咨詢業(yè)務(wù)鏈日趨完善，全過程項(xiàng)目管理等發(fā)展較快;二是設(shè)計(jì)施工一體化發(fā)展，以全過程項(xiàng)目管理能力為基礎(chǔ)，向以設(shè)計(jì)為龍頭的EPC和EPCM 體制轉(zhuǎn)換;三是走價值鏈高端和產(chǎn)業(yè)鏈前端路線，設(shè)計(jì)管理、前期策劃等業(yè)務(wù)介入重大、重點(diǎn)項(xiàng)目;四是星級酒店、數(shù)據(jù)處理中心、既有建筑改造等聚焦業(yè)務(wù)，通過市場細(xì)分和深度分工，初步形成業(yè)務(wù)特色和競爭優(yōu)勢。

1 案例一:上海新虹橋國際醫(yī)學(xué)中心

上海新虹橋國際醫(yī)學(xué)中心項(xiàng)目基地位于閔行區(qū)北部，總用地面積417 400m2，距離上海虹橋國際機(jī)場僅5.3km，由華山醫(yī)院、腫瘤醫(yī)院、國際醫(yī)院等數(shù)家醫(yī)學(xué)機(jī)構(gòu)組成，是全國首個探索創(chuàng)新醫(yī)療服務(wù)模式的平臺。項(xiàng)目圍繞三個要點(diǎn)展開:第一，建立與閔行區(qū)重要性相匹配的獨(dú)特城市地標(biāo);第二，建立作為國內(nèi)具有示范意義的先進(jìn)醫(yī)療系統(tǒng);第三，建立世界上最為可持續(xù)發(fā)展的綠色醫(yī)療區(qū)域?，F(xiàn)代咨詢公司從規(guī)劃方案階段便開始介入，承擔(dān)了該項(xiàng)目的BIM 咨詢服務(wù)工作，首次將BIM 技術(shù)應(yīng)用于基礎(chǔ)設(shè)施工程，不僅為集團(tuán)拓寬了BIM 在新領(lǐng)域上的應(yīng)用，也提升了現(xiàn)代咨詢公司在大型基礎(chǔ)設(shè)施項(xiàng)目中的總控管理能力。

醫(yī)學(xué)園區(qū)包括了醫(yī)療服務(wù)、保障支持、管理集成、產(chǎn)業(yè)集成等四大功能體系。園區(qū)功能的特殊性對交通提出了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，相對于一般項(xiàng)目，地下管線種類更為繁多、也更為復(fù)雜。園區(qū)的規(guī)劃主要有三個難點(diǎn):第一，合理的劃分功能地塊與規(guī)劃建設(shè)順序;第二，合理的組織地塊交通;第三，合理的布設(shè)地下管線。

1.1 功能地塊的合理劃分與建設(shè)順序規(guī)劃

針對項(xiàng)目難點(diǎn)公司對原始地塊進(jìn)行了分析，使用AutoCAD Civil 3D 根據(jù)地形數(shù)據(jù)進(jìn)行建模，計(jì)算項(xiàng)目建設(shè)挖土﹑填土﹑運(yùn)土的土方。并將AutoCAD Civil 3D 點(diǎn)云信息導(dǎo)入Autodesk Revit 軟件生成模型，配合建筑、交通、市政管網(wǎng)規(guī)劃，優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。

圖1.1 新虹橋國際醫(yī)學(xué)中心鳥瞰

圖1.2 地形數(shù)據(jù)導(dǎo)入Civil 3D 建模

圖1.3 地形數(shù)據(jù)導(dǎo)入Autodesk Revit 軟件生成模型

圖1.4 園區(qū)分期建設(shè)表達(dá)

圖1.5 園區(qū)交通系統(tǒng)規(guī)劃

圖1.6 園區(qū)UC-win/road 交通模擬

醫(yī)學(xué)中心由多家醫(yī)療機(jī)構(gòu)的單體組成，這就意味著整個園區(qū)的建設(shè)不可能在短期完成，需要分區(qū)分期進(jìn)行建設(shè)。公司使用Autodesk Revit 將規(guī)劃方案在三維模型中準(zhǔn)確表達(dá)出來，以便幫助設(shè)計(jì)與業(yè)主用三維可視模型進(jìn)行分析、溝通、協(xié)調(diào)，最終確定分期建設(shè)方案。

1.2 地塊交通的合理組織

道路交通系統(tǒng)的便捷性與流暢性對醫(yī)療機(jī)構(gòu)非常重要，為了避免冗長的車流堵塞南側(cè)靠近市中心的北青路，園區(qū)所有主要入口設(shè)在東西兩側(cè)的紀(jì)譚路與聯(lián)友路。一條東西向規(guī)劃路連接兩側(cè)道路，貫穿整個基地，基地內(nèi)所有設(shè)施由環(huán)路進(jìn)行串聯(lián)。為了測試方案的可行性，目使用Autodesk Revit 方案模型導(dǎo)入交通分析軟件UC-win/road 進(jìn)行模擬分析，最終確定了園區(qū)交通系統(tǒng)方案。

貫穿基地的東西向市政規(guī)劃路是園區(qū)的中軸線，在園區(qū)的交通中扮演著極為重要的角色，針對該路公司做了多套設(shè)計(jì)方案，并在Revit 模型中進(jìn)行了模擬對比。

規(guī)劃路方案一:

圖1.7 地下布設(shè)方案

圖1.8 交通系統(tǒng)

圖1.9 地下車道整體模型

圖1.10 地下車道細(xì)部1

圖1.11 地下車道細(xì)部2

圖1.12 地下車道細(xì)部3

規(guī)劃路方案二:

圖1.13 地上高架方案

圖1.14 交通系統(tǒng)

圖1.15 高架與地下聯(lián)絡(luò)通道

圖1.16 地上高架細(xì)部1

圖1.17 地上高架細(xì)部2

圖1.18 地上高架細(xì)部3

1.3 地下管線的合理布設(shè)

醫(yī)學(xué)中心市政管線有給水、污水、能源、電力、通信、醫(yī)療用管六大類，每個專業(yè)都需要根據(jù)自身的規(guī)范要求進(jìn)行布置，而且各個專業(yè)管線之間的位置關(guān)系、管線與地下室的位置關(guān)系、管線與地上地下交通的位置關(guān)系在一開始都無法進(jìn)行確認(rèn)。但通過Revit，將所有管線按專業(yè)建模，表達(dá)出管線的尺寸、間距、埋深、坡度等要求，并按現(xiàn)狀、新建、擬建加以區(qū)分，形成一個整合模型，滿足市政管線布置規(guī)則，滿足最小水平間距與最小垂直間距的要求，然后利用三維模型的可視化與碰撞檢測功能進(jìn)行分析協(xié)調(diào)，進(jìn)行方案優(yōu)化，問題就迎刃而解了。

圖1.19 顏色區(qū)分管線類別

圖1.20 管線與路面

圖1.21 管線與地下車道

圖1.22 各類氣象條件模擬

圖1.23 道路流明分析

由于Revit 模型具有良好的兼容性，使得它的模型能夠直接或者稍微簡化下就能傳遞給分析軟件，節(jié)省了以往需要在分析軟件中重復(fù)建模的步驟，分析的結(jié)果也能更快的回饋到設(shè)計(jì)，能夠及時對方案作出調(diào)整，極大的提高了工作效率。Autodesk Ecotect 是本項(xiàng)目中使用的最主要的分析軟件之一。

2 案例二:曹妃甸生態(tài)城水上會館

曹妃甸生態(tài)城水上會館項(xiàng)目位于河北省唐山曹妃甸渤海海岸上，濱海大道南側(cè)內(nèi)海中，距濱海大道僅150 m，地處生態(tài)城核心區(qū)。水上會館由曹妃甸國際生態(tài)城管理委員會籌建，與地塊內(nèi)游船碼頭等設(shè)施有機(jī)結(jié)合，旨在提供一個集餐飲、廚房、游艇俱樂部、國際會議等功能、并能同時容納300 人標(biāo)準(zhǔn)的接待場所。

曹妃甸生態(tài)城水上會館主體建筑形象靈感來自芙蓉花，交流共享大廳為中心花蕊，設(shè)置茶室，餐飲、廚房、游艇俱樂部、會議等功能則由四片花瓣來表現(xiàn)，四瓣之間設(shè)室外觀景平臺。

象征芙蓉花瓣的建筑外表面向內(nèi)傾斜，和有相似傾斜角度的游船位于同一視線平面。建筑外飾面主要采用玻璃幕墻和鋁板幕墻，體現(xiàn)建筑的現(xiàn)代感，作為花蕊的大廳(茶廳)屋頂材料則使用ETFE氣囊膜，體現(xiàn)通透性，與海水的形態(tài)和海邊舒展開闊的景觀氛圍相協(xié)調(diào)。

2.1 應(yīng)用概況

項(xiàng)目在前期階段就開始應(yīng)用BIM 技術(shù)，從方案開始即在Revit 中建立了建筑、結(jié)構(gòu)專業(yè)的模型。建筑外形有一定的特殊性，由于花瓣的建筑底面輪廓和頂面輪廓為不平行的橢圓，所以外立面幕墻成不可解析的空間曲面，給幕墻分割造成了一定的困難。公司采用Revit 軟件中的體量工具建模，以滿足建筑表現(xiàn)的效果要求，而且一些關(guān)鍵的建筑物控制點(diǎn)精度也很高，完全能夠滿足結(jié)構(gòu)和機(jī)電專業(yè)后期建模以及出圖的要求。

圖2.1 曹妃甸生態(tài)城水上會館芙蓉花外觀造型

圖2.2 Revit 中的模型渲染圖

項(xiàng)目采用了中心文件共享的模式進(jìn)行接下來的擴(kuò)初和施工圖設(shè)計(jì)，各專業(yè)在同一個中心文件上進(jìn)行建模操作，用工作集的方式控制各自的工作范圍。項(xiàng)目的擴(kuò)初圖紙和施工圖都是在三維BIM 模型的基礎(chǔ)上，利用Revit 平臺直接出圖的，全程未采用其他二維繪圖工具，最后用少于計(jì)劃的時間完成了擴(kuò)初和施工圖，比傳統(tǒng)二維出圖的方式更好、也更快。

在BIM 模型的基礎(chǔ)上，我們進(jìn)一步完成了建筑性能分析(日照、光環(huán)境、聲環(huán)境、風(fēng)環(huán)境等分析)，管線綜合，工程量統(tǒng)計(jì)，施工方案分析，四維施工模擬等工作。依據(jù)分析結(jié)果，進(jìn)一步優(yōu)化了方案。

2.2 協(xié)同設(shè)計(jì)與出圖

2.2.1 全新協(xié)同模式

現(xiàn)代建筑設(shè)計(jì)集團(tuán)一直走在技術(shù)的前沿，集團(tuán)目前已經(jīng)擁有比較成熟的基于ACA 的二維協(xié)同設(shè)計(jì)平臺，在提高設(shè)計(jì)品質(zhì)方面發(fā)揮了重要作用。對于必將啟用的三維協(xié)同設(shè)計(jì)平臺，公司更是異常重視，已經(jīng)開始在公司內(nèi)建設(shè)基于Revit 系列軟件的三維協(xié)同設(shè)計(jì)平臺，并對個人軟硬件配置進(jìn)行升級，如千兆局域網(wǎng)和BIM 專用高性能服務(wù)器。

圖2.3 由各專業(yè)工程師共同建立的整體模型

圖2.4 曹妃甸生態(tài)城水上會館建筑外形

項(xiàng)目采用共享中心文件的協(xié)同方式，允許多人同時對模型進(jìn)行操作，同時完成建模、校對、出圖的工作，有別于以前各專業(yè)必須互相提資后才能展開2D 設(shè)計(jì)的模式?，F(xiàn)各專業(yè)可以齊頭并進(jìn)，且每個專業(yè)都可安排多位工程師同時進(jìn)行工作，各工種人員的工作成果都可以即時地反應(yīng)在其他人的屏幕上，極大地提高了工作效率。

2.2.2 可視化設(shè)計(jì)

根據(jù)建筑特異造型，合理劃分功能分區(qū)。交流共享大廳設(shè)置在中心花蕊即茶室，餐飲、廚房、游艇俱樂部、會議等功能則設(shè)置在四片花瓣，四片花瓣之間設(shè)室外觀景平臺。

建筑品質(zhì)要求外飾面重點(diǎn)體現(xiàn)通透性，并與海水的形態(tài)和海邊舒展開闊的景觀氛圍相協(xié)調(diào)，因此花蕊的大廳屋頂材料采用了ETFE 膜，花瓣部分巧妙利用橫梃功能，在弧面上建了可調(diào)角度的百葉，模擬不同的日照效果。經(jīng)過可視化的展示，業(yè)主最終選擇了這種內(nèi)百葉的方案。

結(jié)構(gòu)專業(yè)計(jì)算的結(jié)果顯示必須在靠近入口處的柱子之間增加人字支撐，但是業(yè)主對其美觀性提出了質(zhì)疑，為了讓業(yè)主有個更加直觀的視覺感受，我們在入口處設(shè)置了相機(jī)并進(jìn)行了真實(shí)的渲染，最終表明這種處理方式是可以接受的。

圖2.5 建筑內(nèi)部功能劃分

圖2.6 花蕊大廳屋頂

圖2.7 完全可視化的效果對比

圖2.8 近入口處結(jié)構(gòu)渲染圖

圖2.9 建筑剖面和三維模型

2.2.3 出圖

曹妃甸水上會館項(xiàng)目施工圖設(shè)計(jì)完全基于BIM模型，通過剖切三維模型，在視圖上添加必要的標(biāo)注來完成施工圖紙，對于比較復(fù)雜的節(jié)點(diǎn)，則同時添加三維示意圖，這樣的出圖效果不僅符合常規(guī)二維設(shè)計(jì)方式對合格施工圖的要求，同時三維示意圖的表達(dá)能更好地指導(dǎo)施工放樣，真實(shí)表達(dá)設(shè)計(jì)師的意圖。

圖2.10 分縫處的復(fù)雜節(jié)點(diǎn)

圖2.11 結(jié)構(gòu)柱腳節(jié)點(diǎn)

圖2.12 關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)詳圖

圖2.13 花瓣機(jī)電平面圖

2.3 工程量統(tǒng)計(jì)

在曹妃甸水上會館項(xiàng)目中，我們首次嘗試了用BIM 方式進(jìn)行工程量統(tǒng)計(jì)，同時也請?jiān)靸r工程師用傳統(tǒng)方式進(jìn)行工程量計(jì)算。通過比較，我們發(fā)現(xiàn)二者工程量統(tǒng)計(jì)誤差僅在5%以內(nèi)。

Revit 系列軟件中構(gòu)件都是參數(shù)化的，很多構(gòu)件本身就已經(jīng)攜帶一些工程量方面的信息參數(shù)并且能夠自動統(tǒng)計(jì)，但這些參數(shù)并不符合現(xiàn)有的工程量清單計(jì)價規(guī)范，而且構(gòu)件的分類和布置也與計(jì)價規(guī)范不完全相符。在項(xiàng)目中，我們對構(gòu)件族參數(shù)進(jìn)行編輯優(yōu)化，使其符合現(xiàn)有規(guī)范，且布置構(gòu)件時依照一定的方式，使之符合施工的實(shí)際情形，最終得到了合理的統(tǒng)計(jì)結(jié)果。

圖2.14 基于計(jì)價規(guī)范添加工程量參數(shù)

圖2.15 自動形成符合規(guī)范要求的工程量統(tǒng)計(jì)表格

2.4 建筑性能分析

曹妃甸水上會館項(xiàng)目按照業(yè)主的要求，需體現(xiàn)“低碳、綠色、節(jié)能”的理念，因此公司參照中國“二星級綠色建筑”的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)。我們不僅直接在Revit 中進(jìn)行陰影與視角效果模擬，同時還將不同的方案模型導(dǎo)入Autodesk Ecotect 及其他相關(guān)分析軟件中進(jìn)行日照分析、采光分析、聲學(xué)分析、風(fēng)環(huán)境分析等。

2.4.1 日照、采光、照明、遮陽分析

玻璃幕墻及中庭屋頂ETFE 膜的應(yīng)用，使得水上會館室內(nèi)可以利用自然采光的時間很長，尤其中庭更是達(dá)到95%以上。考慮到夏季太陽輻射會很強(qiáng)，會增加空調(diào)負(fù)擔(dān)，因此我們在外玻璃幕墻和中庭屋頂做活動百葉遮陽，不僅美觀而且節(jié)能。

圖2.16 統(tǒng)計(jì)結(jié)果的比較

圖2.17 Revit 模型導(dǎo)入Autodesk Ecotect 中進(jìn)行各項(xiàng)分析

圖2.18 Revit 中對小會議室室內(nèi)采光進(jìn)行模擬

圖2.19 中庭海景可視度分析

2.4.2 中庭海景可視度分析:

從分析圖中可以看出，中庭景觀視線較好，大部分區(qū)域都可以透過朝向海面的玻璃幕墻看到海景，基本上沒有死角，中心偏北可見景觀范圍最大。

2.4.3 空調(diào)負(fù)荷、屋頂太陽能輻射分析

唐山太陽能資源較為豐富，屋頂面積的太陽能輻射量累計(jì)可達(dá)到5 000 MJ/m2每年。如果在屋頂設(shè)置太陽能系統(tǒng)，每年可以利用的太陽能為125GJ，按照平均轉(zhuǎn)化效率18%計(jì)算，可以轉(zhuǎn)化為1.25 萬度電。

圖2.20 空調(diào)負(fù)荷、屋頂太陽輻射分析

2.4.4 會議廳聲學(xué)分析

大會議混響時間分析:語音頻率500 Hz～4 kHz混響時間在0.7～0.8 s 之間，在屋頂貼吸音板后，基本滿足了開會對語音的要求。

圖2.21 會議廳聲學(xué)分析

2.4.5 風(fēng)環(huán)境分析

圖2.22 風(fēng)環(huán)境模擬

2.5 施工模擬

2.5.1 鋼結(jié)構(gòu)施工方案設(shè)計(jì)

用4D 施工模擬的方法將塔吊與汽車吊兩種鋼結(jié)構(gòu)吊裝方案進(jìn)行比較，結(jié)果表明汽車吊提升安裝方案每噸比塔吊方案節(jié)約1 000 余元。

圖2.23 施工方案對比

2.5.2 施工工序模擬

針對復(fù)雜的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行施工工序模擬，避免施工問題，提高工程質(zhì)量。

圖2.24 柱角施工工序模擬

3 未來展望

上海現(xiàn)代工程咨詢有限公司自2009 年在世博會德國館與奧地利館設(shè)計(jì)中成功應(yīng)用BIM 技術(shù)后，公司以此為契機(jī)，開始大力推廣BIM 理念與技術(shù)在實(shí)際工程中的應(yīng)用，目前公司已將BIM 技術(shù)應(yīng)用在設(shè)計(jì)、項(xiàng)目管理咨詢、施工等方面，并取得了一定成績。BIM 在建筑全生命周期中的應(yīng)用，正在不斷幫助公司深化“全過程服務(wù)、設(shè)計(jì)施工一體化”的業(yè)務(wù)定位。

乘風(fēng)破浪正當(dāng)時，直掛云帆濟(jì)滄海。公司將緊緊抓住國家經(jīng)濟(jì)建設(shè)蓬勃發(fā)展的歷史機(jī)遇，乘勢而上、追求品質(zhì)、拓寬BIM 應(yīng)用，借助BIM 不斷增強(qiáng)工程咨詢服務(wù)的功能，提高工程咨詢服務(wù)的質(zhì)量，憑借實(shí)力和信譽(yù)為客戶提供更為更優(yōu)質(zhì)、更卓越的服務(wù)。

［1］崔家春.世博軸陽光谷整體穩(wěn)定性分析研究［J］.土木建筑工程信息技術(shù)，2011，3(1):73-78.

［2］謝宜.基于BIM 的北京路及周邊地區(qū)城市規(guī)劃微環(huán)境模擬.土木建筑工程信息技術(shù)，2011，3(2):63-68.

［3］吳凡.建筑設(shè)計(jì)工作方法的新變革——建筑信息模型技術(shù)的思考與應(yīng)用.土木建筑工程信息技術(shù)，2011，3(3):53-56.