苏州太湖新城能源中心的BIM 正向设计实践

王冰

CCDI 悉地国际

近十年，在国家的大力扶持下，BIM技术在工程建设行业的各个领域、各个阶段如雨后春笋般蓬勃发展。从政府主管部门的主导、建设方的主观需求，到设计行业自身的转型升级，一场自上而下的设计革命正在悄然开展。苏州太湖新城能源中心项目的正向设计，正是顺应各方需求、顺势发展而来的。

1 项目源起

苏州太湖新城是苏州市“一核四城”城市发展战略的重要组成部分，也是苏州迈向“太湖时代”的重要契机。太湖新城临湖而建，由吴中、吴江两个片区组成。其中，吴中片区总规划面积30km2，将围绕“绿色、生态、智慧、低碳”的城市发展理念建设；吴江片区的规划范围为10km2，将围绕“一心、一带、两轴、三片五区”的规划理念建设。商业核心区是太湖新城的中心区域，位于核心区北侧的能源中心，肩负着为包含核心区在内的约200万m2新城用户解决供冷、供热及部分电力需求的艰巨任务。同时，能源中心还将作为展览馆、能源教育示范基地接待各界人士，在发挥供电功能的同时，宣传普及绿色建筑理念，为提高人们的节能环保意识做出贡献。

在可研阶段，设计团队秉承的设计原则是：1）安全可靠、切实可行；2）综合利用多种能源；3）工艺先进、节约投资；4）经济适用、布局合理；5）建筑造型优美、独特与和谐。经过对项目资源情况、周边地理环境的研究，能源中心最终采用燃气+冷热电+三联供技术，为核心区提供冷热源，配置板换、电制冷机、发电机、水泵、溴冷机、地源热泵及蓄冷水罐，实现燃气、电力双峰填谷。整个系统综合利用率高，综合排放量小，部分屋面设有光伏板，利用太阳能光伏发电。

能源中心的建设是整个新城“绿色、生态、智慧、低碳”开发理念的缩影，政府对此项目高度重视。彼时2013年，正值BIM技术在中国崭露头角、逐渐兴起的时候，新城管委会前瞻性地要求核心区所有政府开发项目都要采用BIM技术，尤其是能源中心。当时设计团队刚刚与外国事务所合作完成一个度假酒店项目，建筑外形复杂、依山而建，境外设计方直接采用Revit出图，中方为了配合也采用了BIM正向设计出图。有了这个项目的经验，并考虑到能源中心虽然建筑体量小，但专业系统界面众多，能源工艺复杂，涉及建筑、结构、幕墙、机电、能源等各专业，属于大型复杂建筑工程，加之项目需要实时沟通、讨论、决策，汇报其三维可视需求，项目组提出采用BIM正向设计的出图方式，以克服设计难点，保证设计质量，实现项目的协同及管理。这一决定得到管委会领导的大力支持和鼓励，也坚定了项目组的信心。

2 项目概况

1 整体模型

2 Dynamo 日照模拟

3 鸟瞰效果图

能源中心总建筑面积45 400m2，用地面积17 800m2，建筑高度40.5m。主楼为地上8层，地下1层（含夹层），包括低碳能源展示中心、移动通信运营商基站、广电服务中心、综合管廊展示指挥中心等。一层设通高主入口大堂，两侧分别为参观入口及休息厅，北面设核心筒，东侧为通信机房，西侧布置消防控制室，满足交通、安保要求；二层西侧为能源控制中心及展厅配套用房，中间部分为蓄冷罐空间，东侧为通信机房；三层为管理用房；四到八层为信息中心；能源厂房位于地下一层东侧，层高10.2m，包含燃气发电机房、烟气溴冷机房、电制冷机房、蓄能（冷、热）罐、变配电站、换热站、能源调度中心等。辅楼首层为公交首末站，总高度为15.7m；冷却塔设置于公交场站的顶棚上，合理利用空间，并为核心区提供便利交通。

3 正向设计实践

3.1 从方案开始的三维设计

设计方案几经筛选，建筑造型简洁、流畅，立面按照功能形成优美、错落的进退关系，塑造出现代感十足的建筑空间体量。在的室外平台上布置绿化及休闲空间，既实现低碳环保理念，又为建筑提供多类型、情景化的休闲、交流场所。

从方案深化到扩初阶段，BIM技术一直发挥着至关重要的作用。建筑专业在方案深化阶段就搭建了BIM模型，以应对项目深化过程中的三维可视化需求。

3.1.1 立面参数化设计推敲

根据功能需求，立面格栅的疏密不同，百叶的倾斜角度及布置方式采用了Dynamo参数化技术辅助推演并最终定案。通过在项目中载入参数化百叶窗族，运用Dynamo根据当地日照编写计算逻辑，从而计算出满足日照条件的百叶窗开启角度，再按照既定数据对百叶窗的开启效果进行模拟，帮助建筑师进行设计决策。

3.1.2 机房布置方案推敲

设备机房的布置是本项目的重点之一，关系到项目设计、施工、管理的方方面面。从设计时管道的走向、净高到施工时设备的运输、安装，再到最后机房的美观性、设备的检修空间，必须简单、整齐、流畅，而且能兼顾设计、施工、运维的各种需求。

本项目燃气发电机房需要采用钢筋混凝土防爆墙，柱网由建筑功能确定。常用的柱网尺寸在7.6～9.0m之间，尽管从结构受力角度看，梁高取值在柱网的1/15～1/12较为经济，但从全局着眼，尤其是地下结构，考虑到建筑净高、外围护结构、基坑开挖与支护、降水等相关费用，尽可能采用宽扁梁，在层高一定的条件下为使用者提供尽可能高的空间，增加空间的舒适性。

为达到最佳的使用效果，经各方会议，项目组通过BIM三维模型模拟各种布置方案，拓宽了机房的布置思路。方案推敲过程中，各种限制条件一目了然，最终确定了9m×8.4m柱网为最佳解决方案，机房布置简洁、整齐，方便安装、检修和操作。

3.1.3 空间漫游及各类模拟

在设计过程中，设计者可以在模型上进行各类模拟操作，如机房布置模拟、设备吊装模拟等，及时发现图纸和空间问题，加强空间体验感，从而帮助设计师更有效地组织设计方案。

3.2 BIM正向设计实施

3.2.1 实施规划

在正式开始正向设计之前，项目组秉承“不打无准备之仗”的思想，制定了详细的BIM实施规划方案，包括组织架构、协同方式、项目平台、模型规划、出图规划等。

（1）组织架构

与传统二维设计项目组织架构相比，项目组额外设置了BIM经理岗位，负责制定BIM技术标准、BIM实施规划，为整个项目提供BIM技术支持与培训。专业负责人需对本专业所承担BIM设计工作的模型精度、进度和出图质量负责。各专业的设计师除完成本专业的设计工作，也负责BIM建模、BIM设计出图及专业族的制作。

（2）协同方式

正向设计是个多专业协同作业的过程，和传统设计方式类似，建筑专业需率先启动，根据方案建立“初始”模型，规定好标高、轴网、项目基点，以此作为各专业协同作业的基础。项目设计的范围包括建筑、结构、机电（给排水、暖通、电气、智能化）、能源工艺等，随着设计的展开，分专业的BIM模型将作为设计成果的载体，进行各专业相互提资和成果交付。

专业间采用“文件链接（Link）”方式进行BIM设计协同，专业之间的模型只能作为相互参照使用，类似CAD文件之间的外部参照，无法进行跨专业修改，但可以实现专业间的信息沟通与校对。

专业内部的设计采用“工作集（Workset）”方式，各专业负责人先创建本专业中心文件，并根据专业需求在中心文件中划分工作集，专业设计师领取各自的工作集权限后，在工作集中进行设计，其设计内容可以适时地在本地文件与协同平台上同步更新。在本项目中，机电专业和能源工艺专业被分成了两个模型，机电专业模型中给排水、暖通、电气、智能化专业模型分属各自的工作集，专业负责人会根据需要对工作集进行细分。正向设计的优势在于，在设计过程中可实时进行管线综合和专业间的协同与信息共享，当设计进展到一定阶段需要调整时，各专业的设计师会暂时释放自己的模型权限，交给一个人进行集中调整。

（3）项目平台

项目使用CCDI自主研发的CCDP项目协同管理平台，兼顾协同规则、设计标准、人员管理、支持团队、权限管理、模型管理、文档管理、交付管理、安全备份等多种功能，是不可缺少的协同设计工具。

设计师可以从Revit软件界面直接连接CCDP项目平台的文档管理项目树，在线进行设计，通过一定权限设置，其他设计师也可以在平台上便捷读取及操作设计文件，实现了真正意义的项目协同设计。在项目树中可实时显示文件状态，红色文件名表示需获取最新文件，蓝色表示需向平台提交已修改文件，黑色表示本地文件与平台文件一致。当发现链接文件变更时，可在链接管理器中重新加载，以获取最新文件。

（4）模型规划

在BIM正向设计开始前，必须有良好的模型规划及出图规划。模型规划的内容主要包括模型精度、模型信息、软件规划、模型工作拆分、机电样本文件制作等。初设阶段的模型精度为LOD200，施工图阶段的模型精度为LOD300。相较于反向BIM建模通常会约定机电模型精度为DN50以上的管线，正向设计出图的模型精度会远高于反向BIM模型，且模型精度需和施工图纸深度保持一致，所有管道、附件、设备末端都需要在模型中建立，同时模型信息的录入需要符合国家对初步设计及施工图设计出图深度要求；机电专业样本文件需统一配色标准及过滤器设置。

（5）出图规划

本项目使用Revit作为三维设计出图软件，CAD作为二维设计出图软件，Dynamo作为参数化设计软件，Navisworks作为模型整合及整体浏览应用的主要软件。

项目的二维图纸采用传统“施工图表达方法”，出图方式采用Revit与CAD相结合。建筑专业全部采用Revit直接出图；结构专业平面图纸采用Revit出图，文字类和节点详图类采用传统CAD出图；机电专业三维系统图、平面图、机房详图采用Revit出图，二维系统图和文字类图纸采用CAD出图。

3.2.2 设计出图

（1）设计流程

三维设计被分为建模和出图两个流程，图纸的输出基于设计师创建的BIM模型而展开，两个流程在项目设计的全过程中交错推进。与传统CAD设计不同，设计需要在三维形态中去逐步完善直至最终实现，模型的生成也是从主干到细支末节、从单专业的模型到多专业相互参照、协调，最终和谐共生的一个反复修改、完善的过程。例如，项目的管线综合工作与机电设计过程同步进行，通过工作集的方式，各专业之间的管线碰撞无处遁形，可以进行实时调整。

有了基础的模型，出图工作就变得纯粹了。正向设计的目标是导出一套完整的施工图纸，出图前需要进行一系列设置，整理形成一套完整的参数化图框族。各专业根据自身的出图规划，创建并命名、编号不同类型的图纸，图纸目录会在Revit“明细表”中自动生成，并根据图纸新增和删减的情况实时更新。

（2）专业族定制

在正向设计出图过程中，根据二维出图习惯定制专业的出图族和图例，是一项比较庞大而繁琐的工作。设计师编辑或创建设备族文件，通过编辑图元可见性可以使族文件的二维显示与传统二维制图图例相一致。随着正向设计项目的积累、专业出图族库的不断丰富完善，这些困难逐渐被克服。

（3）线型标注式样的设置

在Revit里，线型标注式样可依据公司对CAD的制图标准设置，并力求和CAD出图设置保持一致。Revit软件自带的标注式样与CAD略有不同，可以通过定制标注族或一些出图插件解决。

（4）设置视图样板

“视图样板”的设置在正向设计出图中非常重要，通过设置视图样板的视图比例、可见性、详细程度、图形显示等选项，对每个专业图纸进行规范。视图样板会根据项目要求和专业需求提前预设，在接下来的出图中，仅需通过转换视图样板即可完成各类图纸的输出，无需频繁打开或关闭过滤器，效率远超于CAD开关图层的导图工作。

4 机房布置方案推敲示意图

5 漫游展示

6 吊装模拟

7 组织架构示意图

8 工作协同架构示意图

9 机电专业整合模型

10 机房布置模型

11 出图流程

12 建筑视图样板

13 机电视图样板

14 夜景效果图

（5）图纸输出

待流程中的关键步骤都完成后，出图就变得水到渠成了，随着模型的不断完善和修改，图纸可以实时导出，包括剖面图、大样图。在图纸变更的时效性上，正向设计的出图效率远高于传统二维设计。

4 总结与展望

目前，项目已经接近尾声，即将在2021年8月交付竣工。回顾设计过程，BIM技术的应用给项目带来了极大的价值：1）三维设计方式使设计成果更加真实明确，设计、建造、运营过程中的沟通、讨论、决策都是在可视化状态下进行的，这给复杂的项目提供了便利；2）全专业协同令专业间的相互配合更为高效、便捷，在设计过程中可以提前发现并规避各专业图纸的错落碰缺，保证全专业图纸的准确性、协调性，大大提升了设计质量；3）利用BIM技术将三维设计与二维设计有效结合，统一了暖通、给排水、强弱电专业的二维设计和三维设计制图标准，实践了二维设计和三维设计的无缝对接，为日后二维设计向三维设计的过渡铺路搭桥。

BIM 技术凭借其三维立体、可视性强、信息丰富、便于整合等特点，有效提高了工程项目管理的效率和效果。但BIM作为一种新兴技术，在实施过程中还是遇到了一些不可避免的困难：BIM设计对软件和附属构件库有很大的依赖性，而目前国内在BIM正向出图领域的本土化辅助设计软件尚不完善，产品库的本地化程度也不高，市面上大部分设备附件没有相应的BIM模块，需要BIM团队单独制作，耗费大量时间精力，而且构件的精度也不能完全达到与实际产品相吻合的程度。

然而，直面挑战、解决问题，是当代建筑设计人员应当思索与亟待突破的方向。如何在充分发挥三维正向设计优势的同时又满足二维设计制图与出图标准，通过苏州太湖新城能源中心项目的设计探索，我们又向前迈进了一步。正如90年代初，一场“甩图板”的设计革新让CAD代替了三角板、丁字尺，随着时代发展，我们习惯的二维设计必将逐步被三维设计取代，三维正向设计势必会成为未来设计的主流。