BIM技术在某大型地下车库 建设中的应用研究

王 会

连云港职业技术学院 江苏 连云港 222000

随着城市化进程的加快，近年来许多新建的住宅和商场项目配套建设大型地下车库，通过开发利用地下空间，从而拓展地下的商业空间品质，缓解城市地上停车的空间问题。

由于地下车库项目中建筑、结构、设备管线较多，且管线平、立面走向纵横交错，各专业的交叉现象较为严重，给地下车库的设计与施工带来了巨大的挑战。目前大部分地下车库的建设还是以传统的二维CAD设计为主，然而平面图纸对复杂的项目和节点难以表述清楚，已很难满足日趋复杂的工程项目的需要。

为了提高设计和施工效率，借助建筑信息模型（BIM）技术，把建筑的相关信息加入三维模型中，能使项目信息在全生命周期充分共享、有效传递。近年来，BIM技术作为建设领域信息应用和研究的热点，其价值得到政府和业界的广泛认可和高度关注[1]，在2016年8月住建部印发《2016—2020 年建筑业信息化发展纲要》，提出着力推进BIM技术在项目规划、设计、施工和运维全过程的集成与推广应用，促进建筑业提质增效。鉴于BIM技术在地下车库建设中应用较少，本文以济宁市某大型地下车库建设为例，运用BIM技术优化管控，提高生产效率、节约成本和缩短工期，推动工程建造向更加精益、可持续的方向发展[2]。

1 项目概况

本项目为大三角（八铺）片区棚户区改造地下车库项目，项目位于山东省济宁市任城区，本车库部分工程主体为地下1层，主要功能为地下停车，停车方式为单层停车。地下车库内设有消防水泵房、变配电室、风机房等功能用房。本车库为Ⅰ类车库，车库地下面积为36 066.43 m2，总计可停车数量为962辆，其中小型停车位946个，微型车位16个。车库设计1个双车道汽车出入口，宽度均大于7 m，2处单车道汽车坡道，均满足规范要求；地下车库停车区域层高为4 m，共划分13个防火分区。

本工程按民用建筑工程设计等级一级设计，建筑耐久年限50 a，耐火等级一级。工程结构形式为梁板结构，采用现浇梁板屋面，基础采用筏板形式。地下室车库项目平面及三维效果如图1所示。

图1 地下车库平面及三维效果图

2 BIM应用项目的基本技术路线

济宁大三角片区棚户区改造地下车库项目层高为4 m，地下室综合管线系统较多，管线交叉布置复杂，主要分布有风管系统、强弱电桥架系统、给排水以及消防喷淋和采暖系统等众多管线，设计部门提交的水、暖、电图纸深化设计程度较低，且较多管线没有具体标高。

因此在管线排布时，我们根据相关施工规范以及以往施工经验，采用“小管让大管、有压管让无压管、水让电、电让风”等基本原则，进行了初步的二维CAD 平台管线综合设计。先确定各管线初步标高，采用Revit软件对建筑、结构、机电等进行分专业建模，BIM模型创建完毕后导出各专业的NWC格式文件，再将各文件导入Navisworks软件进行全专业模型整合，进行各专业间和专业内碰撞检测并出具碰撞报告，最后通过Fuzor软件进行净高分析、沉浸式漫游，三维可视化安全技术交底。根据碰撞检测结果，返回各专业模型文件进行优化调整，使各专业管线进行合理排布，满足建筑规范对于地下车库净空高度要求，同时也最大化提高有效净高，达到美观实用的效果，从而极大地减少了后期由于碰撞问题带来的返工、窝工现象，也进一步提高了施工工效。BIM应用项目具体的实施技术路线如图2所示。

图2 地下车库BIM应用路线示意

3 BIM技术在地下车库建设中的具体应用

3.1 三维信息模型的创建

在进行模型创建之前，先建立各专业统一的项目样板文件，不同项目样板根据不同专业内容要求，在模型的线形、单位、符号等细节显示方面存在较大的区别。样板中主要设置项目的基本信息、视图比例、管道系统和注释符号，保证各专业模型信息化数据的一致性，减少工作量以及出错的可能[3]。

由于本地下车库项目体量较大，建筑、结构以及机电模型由各专业设计师分工创建，通过链接管理的协同方式进行模型整合。机电模型由于涉及水、暖、电专业，系统繁多，为了更好地进行模型创建，专业间采用中心文件工作集的任务划分模式，实现专业间的协同工作管理。通过采用中心文件和链接方式的混合式协同方式，提高了模型创建的效率。项目任务分工、样板文件和协同模式确定后，建筑、结构建模师根据二维平面图纸，利用Revit建模软件根据标准项目样板文件创建建筑、结构模型（图3）。BIM机电工程师依据水、暖、电施工平面图、机电样板文件，采用中心文件协同的方式创建机电BIM模型（图4）。

图3 地下车库建筑结构三维模型

图4 地下车库机电三维模型

3.2 水、暖、电方案排布设计

根据完成的水、暖、电二维图纸创建三维模型，由 BIM 机电工程师、项目安装负责人、项目总工和项目土建负责人共同沟通管线排布方案。地下室层高4 m，框架结构主梁高最大为1 000 mm，梁下净高为3 m；给排水、采暖、消火栓和喷淋干管最大管径为DN150 mm；桥架高度有200 mm和100 mm共2种，主要有充电桩路由、消防控制、照明、电力干线以及通信弱电桥架等5类。风管系统主要有新风、送风以及防排烟系统，风管大部分高为300 mm，局部风管高为250、320 mm。

地下车库项目根据水、暖、电施工排布原则提出最优的管综布置方案：喷淋管道支管上翻贴梁底安装，中心标高2 900 mm，电缆桥架安在同一层，桥架中心标高2 900 mm，采暖管道及其他给排水管道，中心标高2 900 mm，风管中心标高2 700 mm，管线净高2 400 mm（支吊架按照100 mm考虑，安装支吊架后净高为 2 300 mm）。翻弯原则：弱电桥架避让强电桥架、给排水管道有压让无压管道，有压管道优先翻弯、尽量减少采暖管道的翻弯，管线排布的原则是尽可能提高净高，减少施工难度[4]。具体排布方案如图5所示。

图5 水、暖、电排布设计方案

3.3 多专业碰撞检查和模型优化调整

现阶段，设计院交付给建设方的设计成果主要以CAD绘制的二维平面图纸为主，建筑、结构、水、暖、电等各专业分开交付，使得专业间的协调很难达到无缝拼合。施工过程中，专业间和专业内碰撞问题或净空高度问题经常出现，有些问题甚至无法现场协调解决，严重影响施工进度[5]。基于BIM模型的碰撞检测功能，能把设计中问题提前暴露出来，在施工开始前提前规避和解决，减少了施工成本，提高了工程质量。

具体实施流程：通过链接文件和工作集的方式在BIM核心建模软件Revit中把多专业的模型叠加整合后，导出Navisworks NWC格式文件，导入Navisworks软件后利用Clash Detective模块进行碰撞检测[6]。以给排水管道和风管系统碰撞检测为例，在选择A中选择模型中所有的管道系统，在选择B中选择所有的风管系统，设置硬碰撞类型和公差，运行检测后，在结果列表中显示碰撞点的状态、名称，以及轴网的交点，同时还可以生成带有碰撞名称、碰撞类型、碰撞点坐标和ID编号的详细html格式文件的检测报告。

地下车库暖通和管道碰撞检测报告如图6所示，通过碰撞检测报告，设计人员能够依据构件ID号和坐标准确定位到原模型碰撞的位置，进行模型优化调整。Navisworks冲突检测模块，除了用于检测实体之间交叉的硬碰撞外，还可以用于检测构件的软碰撞，比如管道、暖通以及电缆桥架之间的距离是否满足安装、维修的施工间距和空间要求。此外，还可以进行重复项检测，主要用于检测设计人员重复建模，用于后期准确算量。本项目在实施碰撞检查前，列出各专业间的碰撞检查构件类型，有针对性地进行本专业内和专业间的碰撞检查。

3.4 沉浸式漫游和可视化交底

复杂节点可视化三维模型可以直观表达构件的详细信息，让施工人员更好地理解设计方的需求，提高施工效率。本项目运用Navisworks软件，对三维BIM模型进行实时虚拟漫游[7]，如图7所示，从地下车库的整体到局部、关键复杂节点以及工序进行展示，加强施工技术人员的认知，并予以技术指导，避免盲目施工引起返工，同时对发现的问题，进行审核与标注，及时反馈给设计方，予以跟进完善设计。在施工前，运用BIM模型不仅可以较好地与施工作业人员进行技术交底，还需要对所有参与人员进行安全交底，识别施工过程中危险因素以及危险因素所在的位置，做好防范，确保施工人员生命财产安全。图8所示为三维可视化模型。

图6 地下车库暖通和管道碰撞检测报告

图7 动画漫游效果图

图8 复杂节点可视化交底

3.5 BIM在车位评估分析中的应用

BIM在车位分析方面的应用主要是针对地下车库停车以及取车的分析。由于地下室停车场结构和管线复杂，使得车主停车难、找车难、高峰期拥堵现象严重，究其原因，除了结构设计师对于柱网布置不合理外，更多的是一些其他因素干扰导致的[8]，例如风机房紧邻车位致使车位净高受到影响、消火栓布置不合理挡住车门开启、防火卷帘的安装占据车位空间、个别车位紧邻墙边、缺少泊车余地等。通过借助停车场BIM三维可视化的地下车库模型，不仅实现了地下室的智能停车找位、反向寻车和路径导航功能，解决了普通导航对GPS过度依赖的缺陷，也有效解决了二维导航不能对楼层进行空间定位的问题，最终精准定位了三维位置信息（图9）。同时采用基于CAD的插件Transoft Solutions Auto TURN Pro 3D进行车辆模拟，通过选定某一适当的车型，模拟车辆在地下车库停车及取车的运行轨迹，优化车库行车路线方案，以及合理布置停车位，减少因转弯半径过小，产生剐蹭的可能性。通过Auto TURN模拟，进行可见视线的分析，识别行经路线中潜在的危险，判别是否存在危险路段，以及是否应该增加交通凸镜等交通设施[9]。

图9 智慧停车BIM应用

3.6 竖向净高分析和安全分析

对大型地下车库而言，不仅要满足停车以及部分商业功能用途，同时最大化提高净高空间和施工安全也是所有参与方的共性需求。而传统的净高和安全分析通常根据设计师经验，以点带面选择一个局部点位，通过绘制剖面图来分析净高，不能准确反映所有区域的真实净高空间情况。而借助BIM模型，通过Fuzor软件中的净高分析和安全分析功能，不仅能分析某些关键点，还能够全面、整体地分析所有区域的净高和安全情况，准确度远高于二维平面上的净高分析[10]。

本项目将Revit创建的模型整合到Fuzor平台中，在净高分析的过程中，设置净高的高度检查为2.4 m，初始间距为0.5 m，每隔0.5 m检测一次，此外还需要设置最小阈值1 m，净高小于1 m的忽略检查，参数设置后，通过运行净高分析，在视图中就会显示检测结果，会显示不满足净高要求的构件ID号构件类别，并在视图中以红色标记显示，同时生成一个文件格式为html的净高分析报告，分析报告中会详细记载构件ID、类别、族名称、尺寸信息以及潜在危险的数量、平均净高和最小净高值。图10为自动喷淋系统的净高分析报告，构件净高优化调整后，可以重置参数，再进行检查。

图10 自动喷淋净高分析报告

除了检测整个车库范围内的高度问题，Fuzor软件还可以检测某个房间局部区域的净高问题，通过创建选择一个房间，并运用编辑工具里的移动、旋转和缩放功能编辑房间的大小，以此来检测局部区域净高问题，提高检测效率。在安全分析中设置障碍高度0.8 m、初始间距0.25 m、工人身高1.7 m，通过运行计算，把建筑物所有不满足障碍高度要求的高度通过显示标记和边线显示出来， 同时也可以生成html安全分析报告，为后期的安全施工提供了一定的指导。

4 结语

针对大三角片区棚户区改造地下车库项目，提出了BIM技术应用于地下车库项目的一般技术路线和应用点，具体分析了BIM技术在水、暖、电方案的排布设计和多专业的碰撞检测管综优化调整、沉浸式漫游和可视化交底、车位分析以及BIM净高和安全分析等方面的具体应用，优化设计方案，减少建设过程的返工及材料浪费，节约成本，缩短工期，产生良好的社会和经济效益。