BIM正向设计的应用与优势南航武汉机场南工作区综合保障楼

魏欣

一、项目介绍与策划

南航武汉机场南工作区综合保障楼工程是中国南方航空股份有限公司湖北分公司投资建设的综合办公出勤楼，主要功能内容包含综合办公、空勤出勤、空勤餐厅等。拟建于武汉天河机场三期南工作区，总用地面积28363m2。本建筑地上九层，局部十层，地下一层，建筑总高度43.1m，建筑面积5.2万m2。

为了提升项目品质，加强管控，本项目设计阶段实行全专业BIM正向设计，设计人员直接在BIM软件中做设计，而非CAD设计后BIM翻模。

首先制定BIM实施规划，在项目各个设计环节实现BIM技术与设计一体化，将BIM标准完整准确地传递到施工阶段（图1）。

图1 BIM实施构架

建立本项目BIM统一的标准，帮助甲方管理项目BIM数据，同时为甲方提供BIM基本应用培训。

二、BIM的精细化设计

1.三维地形

使用Civil3D构建整体场地原始模型及设计模型，通过不同标高设置挖填方方案，快速获取土方统计数据，获得优化方案，输出场地至Revit，通过对比最终确定建筑地坪标高以及场地坡度。

2.3D可视化

通过BIM技术各个角度展现建筑的3D造型，有多种显示形式，便于造型推敲。可利用BIM360云渲染技术，通过BIM模型可以方便快捷地得到各个部位的效果图，实现实时的可视化，方便比对设计与实施效果。

3.建模规则

以真实“建造”的方式搭建和组织模型，使BIM模型从设计及深化设计阶段顺利延续至施工阶段。以现行建设工程程序中的分项分部工程对模型进行划分（图2），方便施工企业在后续的管理中能对模型进行有效的分拆，向各分包单位发放。

图2 建模规则1

图3 建模规则2

结构专业建立钢结构屋面的钢梁及水平支撑模型，建筑专业建立C型次檩条及找坡、保温层，建筑与结构专业建模分工明确（图4）。

图4 建模规则3

楼板、外墙、内墙等建筑构件严格按照做法表分别建立族文件，模型存储的信息更加精准、真实。

4.地下室设计

地下室管综原则是：重点布置设备用房集中的走廊区域，水管分层排布以及最后确定桥架的标高。如水泵房（图5）利用REVIT系列软件进行三维管线建模，通过管线碰撞检测，快速查找出模型中的碰撞点，将二维图形中不易察觉的碰撞问题在三维中解决。在Navisworks中漫游，进行碰撞检查，并做出审阅记号以便修改。 通过管线碰撞检测，解决错、漏、碰、缺问题，为项目带来经济和时间效益。

图5 水泵房整合模型

本项目地下室功能分战时、平时两种状态，使用“设计选项”功能可实现在同一个模型中实施两种方案。通过切换设计选项状态，可在“平时”状态中完成车库的设计，在“战时”状态中完成人防的设计（图6）。使用设计选项时，链接的建筑模型必须也要采用相应的设计选项。设计选项还可应用于方案比选。

图6 地下室战时BIM模型

5.设计优化

在墙身详图中增加三维节点图，使二维与三维对照，提升墙身节点的精准程度及项目的可控性。对于构造比较复杂的位置，运用BIM技术进行设计的优化，充分发挥BIM的优势，使作品更加的精细。

6.精装修设计

装修专业利用BIM技术在大跨度复杂的会议厅通过与结构、机电专业的密切配合，将吊顶定在合理的高度，同时结合声学设计，使会议厅既实用又美观。客房仅室内入口处及卫生间内部做吊顶，提升住宿部分的居住感受。结合机电管综，将吊顶高度做到极致，使空间经济实用。

7.幕墙深化设计

使用参数化软件优化幕墙设计，主入口的幕墙采用系统小单元组件，不同面板材料的有机组合，外形融合多种几何形态，立面虚实对比，现代感强。

石材装饰柱与节能窗采用2D+3D相结合设计放样，做到设计模型与施工上墙后效果一致。不同平面的玻璃板块安装，通过参数化软件科学分格排序，达到板块模数统一，效果最佳。

三、BIM的协同设计

1.BIM的结构设计

建立结构初步模型，导入计算分析软件，进行结构分析。协同中进行的结构调整，均在计算软件中修改并同步。在Revit平台下绘制施工图。由Revit结构模型导出得到计算模型。计算模型中作出的修改，通过接口软件同步到Revit模型。通过二次开发的插件，基于结构计算模型的信息，生成细部节点构造（图7）。

图7 BIM结构设计

2.BIM的机电设计

给排水、电气、暖通专业通过链接的方式实现机电专业间可视化协同设计，将机电专业管线设置材质与颜色，通过专业间协同，考虑管线交叉往复、检修、支架等空间需求，优化管线排布以提升层高净高，使空间得到充分合理利用，既满足设备需求如设备房（图8），也能兼顾美观并给用户以更高的空间体验如出勤楼走道（图9）。

图8 地下室设备房典型剖面

图9 出勤楼走道典型剖面

利用BIM的强大统计功能，我们可以生成详尽的机电材料明细表，在成本估算中追踪造价的变化。BIM的材料统计功能方便、准确、清晰，能有力地提高成本管理质量，与传统算量方式进行对比，预算成本差别可控制在2%以内。

3.出图应用

Revit软件出施工图即BIM模型的二维化表达，模型与图纸一致，各专业出图率为：建筑95%，机电70%，结构65%。

四、绿色建筑与拓展应用

1.绿色建筑

将BIM模型导入绿建软件，进行室内外风环境模拟优化分析（图10），保证建筑室内空气新鲜度及其周围风环境的舒适性。进行自然采光模拟分析，选择最优的遮阳构件布置形式和玻璃幕墙的选型，减少直射光影响，使室内照明效果最优。对场区进行噪声模拟分析，在建筑场地周围设置了绿化及构造物等声学屏障，使建筑满足一类声学标准要求。同时采用太阳能供热和太阳能光伏的可再生能源措施，有效降低了建筑的总能耗。本项目可达到绿色建筑三星级设计标准。

图10 室外风环境效果

2.海绵城市

在场地生态设计方面通过屋顶绿化、透水铺装、生态停车场、下凹式绿地等措施来整合各类植物，进行引导、收集、过滤和渗透雨水径流，形成系统性的海绵型建筑场地雨水组织形式（图11）。

图11 海绵城市

通过海绵设施的作用，使场地开发后的水文特征接近开发前，年径流总量控制率达到75%。有效缓解城市内涝，面源污染能消减70%，雨水资源化利用率达到65%。

3.疏散模拟

利用Pathfinder软件对9层大会议室疏散模拟计算，验证人员疏散至安全出口的时间能够满足规范要求。

五、结语

在南航武汉机场南工作区综合保障楼项目中，通过BIM技术，进行各专业的协作，将主体设计、幕墙、景观、室内装饰、灯光等统筹到一起，形成一个紧密的合作团队，实现全专业BIM正向设计。我们以“建造”的方式搭建和组织模型，而非以现行通用的“出图”的方式建模，使BIM模型从设计及深化设计阶段顺利延续至施工阶段。

BIM技术的精细化设计提前发现设计中的问题，优化设计、错漏检查，同时降低施工阶段可能存在的返工风险，最终实现提升项目整体品质、节约成本、控制工期的目标。