大型智慧社区腾讯双创装配式项目——设计阶段BIM技术应用

张 平 高逸豪 卿 楠 聂 强 李海洲

(湖南省建筑科学研究院有限责任公司,长沙 410011)

引言

近年来，随着中国经济的快速发展，我国正在进行着世界上最大规模的工程建设。传统工程承包模式存在管理粗放、资源利用率低下等特点，由于国内建筑业发展需要，工程项目集成化和精细化管理逐渐受到重视。在此背景下我国建筑市场引入了工程总承包模式， 2016年6月，住房和城乡建设部发布《关于进一步推进工程总承包发展的若干意见》，提出优先采用EPC工程总承包模式[1-2]。2018年3月，国务院常务会议审议通过《关于大力发展装配式建筑的指导意见》，提出要不断提高装配式建筑在新建建筑中的比例，坚持标准化设计、工厂化生产、装配化施工、一体化装修、信息化管理、智能化应用，提高技术水平和工程质量，促进建筑产业转型升级[3]。

BIM是利用数字化的方式表达工程项目功能特性，通过工程项目信息共享，为工程项目全生命周期内各种决策提供有力支持，是一种在三维数字技术基础上，对项目相关信息进行集成的数据模型，具有设计表达数字化、数据信息协调化、信息传递连续化、数据功能多样化、信息调用便捷化可控化等特点。相关研究表明，应用BIM技术是实现EPC项目管理、发展装配式建筑的有效解决方案[4]。

本项目是重庆地区首个EPC+装配式项目，在国内率先提出“创业综合体”概念，本文拟以该项目为对象开展BIM技术应用，具有很好的理论和实际意义。

1 项目概况

1.1 项目简介

腾讯双创社区(重庆)由重庆市九龙坡区政府、腾讯众创空间、英诺创新空间、歌斐资产联合筹建。腾讯开放平台投放核心资源，英诺创新空间负责运营管理。

项目一期建筑面积12.6万m2、用地面积约25 961m2，位于重庆市高新技术产业开发区东部的九龙坡区华福大道66号，成渝高速以南，迎宾大道以西。交通便利，人流汇集，是重庆市发展高新技术产业和改造提升传统产业的重要基地，推进跨越式发展的新起点。

图1 项目效果图

1.2 项目难点

(1)本项目为EPC总承包模式，且有多个运营方参与，如何协调项目参建各方进行项目协同，保证信息在各参与方之间的准确传递，是本项目的重点研究对象。

(2)本项目为国内首个“创业综合体”，建筑功能复杂：需满足创新创业联合办公、创业孵化、产业升级消费、国际化交流、新业态交互体验、商务社交、城市休闲等多元复合功能。设计工作繁重，设计各专业间的协同设计十分重要。

(3)本项目项目成本控制严格、工期紧，采用装配式建筑，对设计的精细化程度要求很高，需要最小化设计成果交付后的变更次数。

1.3 项目BIM应用目标

本项目目标主要如下：

(1)将“前策划、后评估”的管理理念贯彻落实到整个EPC项目中；

(2)开展“全过程、全优、全产业链”的BIM设计工作，以满足业主要求；

(3)基于BIM技术统计项目的数量明细表，辅助项目的算量统计；

(4)缩短设计周期，提升沟通效率，提升设计质量；

(5)减少专业冲突及设计变更，优化管线排布，确保竖向净空；

(6)基于BIM技术进行装配式模型拆分；

(7)通过BIM技术应用规避传统设计的图纸错漏；

(8)BIM相关领域新技术的探索(VR、倾斜摄影、3D打印)。

2 项目策划

2.1 团队组织

本项目成立项目BIM工作组，在项目领导的统筹管理下进行BIM技术应用。BIM工作组由设计师团队及BIM团队组成，涉及专业包括：建筑、结构、暖通、给排水、电气、装饰装修、后期制作、设计概算。

图2 项目团队组织架构

2.2 软硬件配置

本项目使用软件按功能主要分为模型创建类、建筑性能分析类、后期动画制作类，主要使用软件共计15项，如图3所示。

硬件方面除了拥有一部机架式服务器、十余台高性能台式电脑、三台高性能移动工作站外，还配备了高端VR设备、3D打印机、无人机等高新技术设备，如图4所示。

2.3 项目实施策划

一个项目的BIM工作需要建筑、结构、水、暖、电等专业协同工作，本项目搭建了BIM实施标准体系用于指导BIM实施工作的标准化、规范化。主要有技术要求、行为规范、分析报告、成果验收标准几大类。

同时，还根据BIM应用的目标，对工作流程进行了策划和设计。对各阶段的应用成果进行了规划。例如：输出问题报告、设计优化意见、管线综合优化、装配式设计深化等。

图3 项目使用软件

图4 项目硬件配备

图5 项目实施技术流程

3 基于BIM的EPC项目管理

3.1 基于BIM的EPC项目管理理念

EPC(Engineering Procurement Construction)即工程总承包，是指企业按照合同约定，承担工程建设项目的设计、采购、施工、试运行服务等工作，并对承包工程的质量、安全、工期、造价全面负责。

本项目通过贯彻“前策划，后评估”管理理念，如图6。项目前期，参建各方积极介入，加深策划和沟通； 项目的每一个阶段结束后都要对当前阶段的工作成果及时进行评价和反馈。

图6 “前策划，后评估”管理理念

在方案设计阶段，区政府、业主、设计、施工建立了有效的协同工作机制。定期召开会议，通过BIM数据进行问题查找和解决方案的讨论，保证各部门间信息沟通的流畅性，也是保证“前策划”这一设计理念在本项目中得以执行，如图7。

图7 项目前期可视化方案沟通会议

3.2 基于BIM的EPC项目管理案例

(1)项目红线退让及方案修改

本项目为异地设计、限额设计。在项目前期，针对项目的方案、红线等问题做了大量的讨论及汇报，设计人员也多次去项目现场开展设计工作，融合各方意见，最终确定了修改方案，如图8。

图8 项目红线退让及方案修改

(2)地铁接口确定

为了本项目商业的发展，业主方提出地下一层需要和北边的地铁进行搭接，引导人流； 设计方前往地铁项目部进行考察，和轻轨公司进行对接，准备了多个方案比选，如图9。

图9 地铁项目高差分析及现场考察

(3)智能车位方案研讨

考虑到地下室的空间利用问题，为提高利用率，最大化停车数量，项目前期进行了智能车位分析，如图10。

3.3 基于BIM的EPC管理成果

通过BIM设计人员的现场建模，辅助前期的多次沟通及汇报，甲方提出的需求得到了相应的解决办法，如图11：

(1)内缩了项目的体量，为施工场地的布置预留了足够的空间；

(2)方案由原先的船形—重庆特有的山区形体；

(3)外立面的通透性，由原先的小洞口变成现在24m四层高的大跨度洞口；

(4)地铁不做接口，直接做风雨连廊到地铁站，以节约造价；

(5)取消智能停车位设计，保留传统的停车方式，节约造价。

图10 智能车位分析

图11 基于BIM的EPC管理成果

4 BIM技术应用

本项目在模型建立初期，进行了模型标准化、参数化构建搭建等工作，加快了项目的设计进度，统一了构件的外形，保障了项目的标准化及协同，同样也保证了项目的设计质量。

4.1 BIM方案比选

在项目初期，通过软件(Revit+Lumion)搭建出不同方案模型，推敲研究设计建筑的外观效果、功能布局、能见度，确保其合理性、可行性，以辅助确定最终建筑方案(图12)。

图12 建筑方案比选

4.2 建筑可行性分析

(1)场地分析

采用Civil 3D建立项目场地模型，进行场地的高程分析、跌水分析、汇流分析及地下室开挖土方计算，为项目的方案确定提供参考(图13)。

图13 场地分析

(2)可视角度分析

通过Revit软件搭建出建筑方案三维模型，通过模拟建筑内部不同位置可视角度，合理优化建筑(图14)。

图14 可视角度分析

(3)风环境分析

通过查阅《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范(GB50736-2012)》，确定相关参数，利用Autodesk CFD Simulation软件对设计模型进行了风环境的模拟与分析[5-6](图15)。

(4)停车位分析

本项目还对地下车位进行了停车模拟，分析车位是否能满足停车要求，及地下车库停满时，是否会影响车门的开启(图16)。

(5)日照分析

应用Ecotect Analysis分析软件模拟建筑的采光环境及日照分析，调整出合理的建筑体量和间距，保证冬季充足的日照和建筑互遮阳，营造出舒适的热工环境[7](图17)。

图15 风环境模拟

图16 停车位分析

图17 日照分析

(6)疏散分析

将建筑模型分层导入疏散分析软件Pathfinder中，根据建筑的功能分区对建筑进行房间划分和门的设置； 并根据《建筑设计防火规范》GB50016-2014中对于公共建筑疏散人数的规定[8-9]，在商场的1～3层分别布置3 500、3 000、2 500人进行疏散分析； 在上部办公区域共布置7 000余人，本次计算中禁止使用垂直电梯逃生(图18)。

经计算，疏散时间为395.3s，满足一、二级耐火等级的民用与高层建筑的安全疏散时间要求(5～7分钟)。

4.3 模型可视化展示

通过将BIM装饰装修模型导入到3dmax中，进行360°视角的全景渲染，生成二维码，项目各参建方通过手机就可以审阅室内设计的功能和外观效果(图19)。

图18 疏散分析

图19 BIM模型可视化展示

4.4 管线综合

本项目是装配式项目，采用管线分离，分离比例不少于50%，考虑机电管线及设备的安装空间及检修空间，对管线、设备综合排布，使管线、设备整体布局有序、合理、美观，最大程度地提高和满足建筑使用空间。

通过模型的碰撞检查，发现不同专业图纸之间的协调问题，各专业协同修改，减少了近80%图纸问题，同时提高了图纸会审的效率近60%(图20)。

管综优化完成后，对于需要穿墙打洞的区域管线预留设计，洞口完成以后，使用Navisworks将机电管综模型及土建开洞模型进行碰撞检查，避免出现错留、多留、少留(图21)。

4.5 设计成果审查及优化

传统的二维设计难以直观地体现设计成果中存在的问题，利用BIM模型的可视化优势，对设计过程中难以发现的一些问题提出意见及优化方案，提升设计质量，减少设计变更(图22)。

图20 实时管线碰撞检查

图21 模型洞口预留

图22 设计成果优化

4.6 基于BIM的装配式应用

本项目采用装配式建筑，从方案设计初期就把装配理念贯穿项目全专业设计。通过综合装配率和工程造价的因素考虑，确定了竖向构件和主梁采用高精模板的方案，装配率为55%。

根据装配式设计方案，搭建项目整体模型，对结构模型中预制构件进行预制属性指定，开展整体结构计算、分析及优化，并根据计算结果对预制构件进行配筋。完成配筋后，通过BIM平台，对预制构件的钢筋、预制构件、机电模型进行冲突检测及避让调整。采用PKPM-PC进行预留孔洞设计，生产图纸绘制，构件清单统计，以指导后期生产及施工[10]。

图23 装配式结构模型

图24 装配式局部模型

4.7 基于BIM的精装修设计

通过与项目使用方进行深化沟通和协调，使得设计成果达到了精装修设计深度(包括有地板、吊顶、墙面、管线等内容)，后期不需要再进行二次装修的深化设计工作(图25)。

4.8 基于BIM的景观设计

本项目使用Twinmotion软件进行外部商业景观、建筑中庭景观、建筑立面垂直景观等设计，并出三维可视化效果图及漫游动画，辅助景观设计决策，使景观设计更为合理(图26)。

4.9 BIM出施工图

本项目形体复杂，立面形体起伏比较大，外立面体现的构件比较多，并且包含内外共八个立面，采用BIM技术的模型—图纸能快速生成所需的建筑立面及建筑剖面，并能保证其正确率(图27)。

图25 室内装修设计成果

图26 BIM景观设计

图27 BIM施工图出图

4.10 基于BIM的工程量统计

为了更加准确地统计各专业的工程量，项目前期各专业都定制了严格的建模规则。结构专业主要遵循：柱剪切梁、梁剪切板、剪力墙剪切所有构件； 建筑专业：建筑墙横向遇柱子必断开，竖向遇楼板及梁必断。最终以明细表的方式提交概算，为项目的工程材料计划，工程造价提供了数据支持(图28)。

图28 BIM工程算量

4.11 基于BIM的协同平台

数据协同方面主要采用CBIM的设计协同管理平台进行数据的上传、下载和审阅批复。同时通过应用该平台的设计工具，提高了模型的设计效率和质量。

4.12 基于BIM的新技术应用

(1)BIM+VR

通过VR进行设计创作和项目汇报，降低信息衰减，减少汇报次数，节约建筑表现成本约80%(图29)。

图29 BIM结合VR的应用

(2)BIM+倾斜摄影

采用倾斜摄影技术，利用无人机对项目场地及周边环境进行数据采集，并导入软件进行三维实景建模，推敲设计和现场环境的契合情况(图30)。

图30 倾斜摄影场地+BIM模型

(3)BIM+3D打印

使用3D打印技术可以提高沟通效率，帮助设计师对三维模型进行推敲(图31)。

图31 项目3D打印模型

5 总结

5.1 项目总结

本项目将“前策划、后评估”思想贯彻落实到项目管理中，从方案阶段开始装配式设计，基于BIM技术的数据流通及交互优势，项目参建各方提前介入项目前期沟通。避免了后期设计阶段的重大设计变更，甚至避免了后期施工中可能产生的变更，节约了造价； 采用BIM技术进行全专业可视化协同设计、BIM可视化交流，加强了各专业间的数据传递，大大减少错漏碰缺等设计缺陷，加强了设计协作，缩短了设计周期，减少了设计变更，提高了设计质量，为今后项目创优打下了坚实基础。

5.2 项目展望

(1)后续工作计划

继续校核设计问题，进行设计优化，减少设计变更，提升设计质量； 并加强和构件生产单位、施工单位间的配合，为构件加工生产和后续施工提供指导。

进一步完善模型，使模型精度达到LOD500，与物联网技术进行深度融合，打造“智慧园区”。

(2)人才培养

通过本项目培养一批懂BIM、懂设计、且具备一部分融资、技术开发方面知识的，能进行EPC项目管理的复合型人才。