BIM 技术助力企业快速提升项目总控能力

吕 芳 韦 巍 杨家跃

(上海现代建筑设计集团工程建设咨询有限公司，上海 200041)

上海现代工程咨询有限公司(以下简称现代咨询公司)是上海现代建筑设计集团旗下核心子公司，通过人才、技术和资质的汇聚，并依托现代设计集团的专业技术特长和综合管理能力，专注于建设工程全过程工程咨询业务，致力于成为业内最具竞争优势的企业之一。

经过多年的努力，公司核心竞争力建设已初见成效，业务发展呈现4 个特点:一是全过程服务内涵不断深化，工程咨询业务链日趋完善，全过程项目管理等发展较快;二是设计施工一体化发展，以全过程项目管理能力为基础，向以设计为龙头的EPC和EPCM 体制转换;三是走价值链高端和产业链前端路线，设计管理、前期策划等业务介入重大、重点项目;四是星级酒店、数据处理中心、既有建筑改造等聚焦业务，通过市场细分和深度分工，初步形成业务特色和竞争优势。

1 案例一:上海新虹桥国际医学中心

上海新虹桥国际医学中心项目基地位于闵行区北部，总用地面积417 400m2，距离上海虹桥国际机场仅5.3km，由华山医院、肿瘤医院、国际医院等数家医学机构组成，是全国首个探索创新医疗服务模式的平台。项目围绕三个要点展开:第一，建立与闵行区重要性相匹配的独特城市地标;第二，建立作为国内具有示范意义的先进医疗系统;第三，建立世界上最为可持续发展的绿色医疗区域。现代咨询公司从规划方案阶段便开始介入，承担了该项目的BIM 咨询服务工作，首次将BIM 技术应用于基础设施工程，不仅为集团拓宽了BIM 在新领域上的应用，也提升了现代咨询公司在大型基础设施项目中的总控管理能力。

医学园区包括了医疗服务、保障支持、管理集成、产业集成等四大功能体系。园区功能的特殊性对交通提出了严峻挑战，相对于一般项目，地下管线种类更为繁多、也更为复杂。园区的规划主要有三个难点:第一，合理的划分功能地块与规划建设顺序;第二，合理的组织地块交通;第三，合理的布设地下管线。

1.1 功能地块的合理划分与建设顺序规划

针对项目难点公司对原始地块进行了分析，使用AutoCAD Civil 3D 根据地形数据进行建模，计算项目建设挖土﹑填土﹑运土的土方。并将AutoCAD Civil 3D 点云信息导入Autodesk Revit 软件生成模型，配合建筑、交通、市政管网规划，优化设计方案。

图1.1 新虹桥国际医学中心鸟瞰

图1.2 地形数据导入Civil 3D 建模

图1.3 地形数据导入Autodesk Revit 软件生成模型

图1.4 园区分期建设表达

图1.5 园区交通系统规划

图1.6 园区UC-win/road 交通模拟

医学中心由多家医疗机构的单体组成，这就意味着整个园区的建设不可能在短期完成，需要分区分期进行建设。公司使用Autodesk Revit 将规划方案在三维模型中准确表达出来，以便帮助设计与业主用三维可视模型进行分析、沟通、协调，最终确定分期建设方案。

1.2 地块交通的合理组织

道路交通系统的便捷性与流畅性对医疗机构非常重要，为了避免冗长的车流堵塞南侧靠近市中心的北青路，园区所有主要入口设在东西两侧的纪谭路与联友路。一条东西向规划路连接两侧道路，贯穿整个基地，基地内所有设施由环路进行串联。为了测试方案的可行性，目使用Autodesk Revit 方案模型导入交通分析软件UC-win/road 进行模拟分析，最终确定了园区交通系统方案。

贯穿基地的东西向市政规划路是园区的中轴线，在园区的交通中扮演着极为重要的角色，针对该路公司做了多套设计方案，并在Revit 模型中进行了模拟对比。

规划路方案一:

图1.7 地下布设方案

图1.8 交通系统

图1.9 地下车道整体模型

图1.10 地下车道细部1

图1.11 地下车道细部2

图1.12 地下车道细部3

规划路方案二:

图1.13 地上高架方案

图1.14 交通系统

图1.15 高架与地下联络通道

图1.16 地上高架细部1

图1.17 地上高架细部2

图1.18 地上高架细部3

1.3 地下管线的合理布设

医学中心市政管线有给水、污水、能源、电力、通信、医疗用管六大类，每个专业都需要根据自身的规范要求进行布置，而且各个专业管线之间的位置关系、管线与地下室的位置关系、管线与地上地下交通的位置关系在一开始都无法进行确认。但通过Revit，将所有管线按专业建模，表达出管线的尺寸、间距、埋深、坡度等要求，并按现状、新建、拟建加以区分，形成一个整合模型，满足市政管线布置规则，满足最小水平间距与最小垂直间距的要求，然后利用三维模型的可视化与碰撞检测功能进行分析协调，进行方案优化，问题就迎刃而解了。

图1.19 颜色区分管线类别

图1.20 管线与路面

图1.21 管线与地下车道

图1.22 各类气象条件模拟

图1.23 道路流明分析

由于Revit 模型具有良好的兼容性，使得它的模型能够直接或者稍微简化下就能传递给分析软件，节省了以往需要在分析软件中重复建模的步骤，分析的结果也能更快的回馈到设计，能够及时对方案作出调整，极大的提高了工作效率。Autodesk Ecotect 是本项目中使用的最主要的分析软件之一。

2 案例二:曹妃甸生态城水上会馆

曹妃甸生态城水上会馆项目位于河北省唐山曹妃甸渤海海岸上，滨海大道南侧内海中，距滨海大道仅150 m，地处生态城核心区。水上会馆由曹妃甸国际生态城管理委员会筹建，与地块内游船码头等设施有机结合，旨在提供一个集餐饮、厨房、游艇俱乐部、国际会议等功能、并能同时容纳300 人标准的接待场所。

曹妃甸生态城水上会馆主体建筑形象灵感来自芙蓉花，交流共享大厅为中心花蕊，设置茶室，餐饮、厨房、游艇俱乐部、会议等功能则由四片花瓣来表现，四瓣之间设室外观景平台。

象征芙蓉花瓣的建筑外表面向内倾斜，和有相似倾斜角度的游船位于同一视线平面。建筑外饰面主要采用玻璃幕墙和铝板幕墙，体现建筑的现代感，作为花蕊的大厅(茶厅)屋顶材料则使用ETFE气囊膜，体现通透性，与海水的形态和海边舒展开阔的景观氛围相协调。

2.1 应用概况

项目在前期阶段就开始应用BIM 技术，从方案开始即在Revit 中建立了建筑、结构专业的模型。建筑外形有一定的特殊性，由于花瓣的建筑底面轮廓和顶面轮廓为不平行的椭圆，所以外立面幕墙成不可解析的空间曲面，给幕墙分割造成了一定的困难。公司采用Revit 软件中的体量工具建模，以满足建筑表现的效果要求，而且一些关键的建筑物控制点精度也很高，完全能够满足结构和机电专业后期建模以及出图的要求。

图2.1 曹妃甸生态城水上会馆芙蓉花外观造型

图2.2 Revit 中的模型渲染图

项目采用了中心文件共享的模式进行接下来的扩初和施工图设计，各专业在同一个中心文件上进行建模操作，用工作集的方式控制各自的工作范围。项目的扩初图纸和施工图都是在三维BIM 模型的基础上，利用Revit 平台直接出图的，全程未采用其他二维绘图工具，最后用少于计划的时间完成了扩初和施工图，比传统二维出图的方式更好、也更快。

在BIM 模型的基础上，我们进一步完成了建筑性能分析(日照、光环境、声环境、风环境等分析)，管线综合，工程量统计，施工方案分析，四维施工模拟等工作。依据分析结果，进一步优化了方案。

2.2 协同设计与出图

2.2.1 全新协同模式

现代建筑设计集团一直走在技术的前沿，集团目前已经拥有比较成熟的基于ACA 的二维协同设计平台，在提高设计品质方面发挥了重要作用。对于必将启用的三维协同设计平台，公司更是异常重视，已经开始在公司内建设基于Revit 系列软件的三维协同设计平台，并对个人软硬件配置进行升级，如千兆局域网和BIM 专用高性能服务器。

图2.3 由各专业工程师共同建立的整体模型

图2.4 曹妃甸生态城水上会馆建筑外形

项目采用共享中心文件的协同方式，允许多人同时对模型进行操作，同时完成建模、校对、出图的工作，有别于以前各专业必须互相提资后才能展开2D 设计的模式。现各专业可以齐头并进，且每个专业都可安排多位工程师同时进行工作，各工种人员的工作成果都可以即时地反应在其他人的屏幕上，极大地提高了工作效率。

2.2.2 可视化设计

根据建筑特异造型，合理划分功能分区。交流共享大厅设置在中心花蕊即茶室，餐饮、厨房、游艇俱乐部、会议等功能则设置在四片花瓣，四片花瓣之间设室外观景平台。

建筑品质要求外饰面重点体现通透性，并与海水的形态和海边舒展开阔的景观氛围相协调，因此花蕊的大厅屋顶材料采用了ETFE 膜，花瓣部分巧妙利用横梃功能，在弧面上建了可调角度的百叶，模拟不同的日照效果。经过可视化的展示，业主最终选择了这种内百叶的方案。

结构专业计算的结果显示必须在靠近入口处的柱子之间增加人字支撑，但是业主对其美观性提出了质疑，为了让业主有个更加直观的视觉感受，我们在入口处设置了相机并进行了真实的渲染，最终表明这种处理方式是可以接受的。

图2.5 建筑内部功能划分

图2.6 花蕊大厅屋顶

图2.7 完全可视化的效果对比

图2.8 近入口处结构渲染图

图2.9 建筑剖面和三维模型

2.2.3 出图

曹妃甸水上会馆项目施工图设计完全基于BIM模型，通过剖切三维模型，在视图上添加必要的标注来完成施工图纸，对于比较复杂的节点，则同时添加三维示意图，这样的出图效果不仅符合常规二维设计方式对合格施工图的要求，同时三维示意图的表达能更好地指导施工放样，真实表达设计师的意图。

图2.10 分缝处的复杂节点

图2.11 结构柱脚节点

图2.12 关键节点详图

图2.13 花瓣机电平面图

2.3 工程量统计

在曹妃甸水上会馆项目中，我们首次尝试了用BIM 方式进行工程量统计，同时也请造价工程师用传统方式进行工程量计算。通过比较，我们发现二者工程量统计误差仅在5%以内。

Revit 系列软件中构件都是参数化的，很多构件本身就已经携带一些工程量方面的信息参数并且能够自动统计，但这些参数并不符合现有的工程量清单计价规范，而且构件的分类和布置也与计价规范不完全相符。在项目中，我们对构件族参数进行编辑优化，使其符合现有规范，且布置构件时依照一定的方式，使之符合施工的实际情形，最终得到了合理的统计结果。

图2.14 基于计价规范添加工程量参数

图2.15 自动形成符合规范要求的工程量统计表格

2.4 建筑性能分析

曹妃甸水上会馆项目按照业主的要求，需体现“低碳、绿色、节能”的理念，因此公司参照中国“二星级绿色建筑”的标准进行设计。我们不仅直接在Revit 中进行阴影与视角效果模拟，同时还将不同的方案模型导入Autodesk Ecotect 及其他相关分析软件中进行日照分析、采光分析、声学分析、风环境分析等。

2.4.1 日照、采光、照明、遮阳分析

玻璃幕墙及中庭屋顶ETFE 膜的应用，使得水上会馆室内可以利用自然采光的时间很长，尤其中庭更是达到95%以上。考虑到夏季太阳辐射会很强，会增加空调负担，因此我们在外玻璃幕墙和中庭屋顶做活动百叶遮阳，不仅美观而且节能。

图2.16 统计结果的比较

图2.17 Revit 模型导入Autodesk Ecotect 中进行各项分析

图2.18 Revit 中对小会议室室内采光进行模拟

图2.19 中庭海景可视度分析

2.4.2 中庭海景可视度分析:

从分析图中可以看出，中庭景观视线较好，大部分区域都可以透过朝向海面的玻璃幕墙看到海景，基本上没有死角，中心偏北可见景观范围最大。

2.4.3 空调负荷、屋顶太阳能辐射分析

唐山太阳能资源较为丰富，屋顶面积的太阳能辐射量累计可达到5 000 MJ/m2每年。如果在屋顶设置太阳能系统，每年可以利用的太阳能为125GJ，按照平均转化效率18%计算，可以转化为1.25 万度电。

图2.20 空调负荷、屋顶太阳辐射分析

2.4.4 会议厅声学分析

大会议混响时间分析:语音频率500 Hz～4 kHz混响时间在0.7～0.8 s 之间，在屋顶贴吸音板后，基本满足了开会对语音的要求。

图2.21 会议厅声学分析

2.4.5 风环境分析

图2.22 风环境模拟

2.5 施工模拟

2.5.1 钢结构施工方案设计

用4D 施工模拟的方法将塔吊与汽车吊两种钢结构吊装方案进行比较，结果表明汽车吊提升安装方案每吨比塔吊方案节约1 000 余元。

图2.23 施工方案对比

2.5.2 施工工序模拟

针对复杂的节点进行施工工序模拟，避免施工问题，提高工程质量。

图2.24 柱角施工工序模拟

3 未来展望

上海现代工程咨询有限公司自2009 年在世博会德国馆与奥地利馆设计中成功应用BIM 技术后，公司以此为契机，开始大力推广BIM 理念与技术在实际工程中的应用，目前公司已将BIM 技术应用在设计、项目管理咨询、施工等方面，并取得了一定成绩。BIM 在建筑全生命周期中的应用，正在不断帮助公司深化“全过程服务、设计施工一体化”的业务定位。

乘风破浪正当时，直挂云帆济沧海。公司将紧紧抓住国家经济建设蓬勃发展的历史机遇，乘势而上、追求品质、拓宽BIM 应用，借助BIM 不断增强工程咨询服务的功能，提高工程咨询服务的质量，凭借实力和信誉为客户提供更为更优质、更卓越的服务。

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