基于BIM的快速建造技术在设计施工中的应用研究

于学刚

中建八局第四建设有限公司 山东 青岛 266100

随着当今社会的日益发展，人们对环境品质的要求逐步提高，尤其对大型公共建筑环境因素的要求日趋严苛。在快速建造的发展趋势下，对施工单位的技术创新能力提出了新的要求[1-7]。

本文以青岛国际会议中心项目为载体，从设计入手，通过应用BIM技术进行施工过程的仿真模拟和虚拟建造，对建设问题提前预判并进行解决，实现了工程的高质量快速建造。

1 工程概况

青岛国际会议中心是上海合作组织成员国元首理事会（简称上合峰会）主会场，总用地面积31 017 m2，总建筑面积53 924 m2，总造价14.5亿元。由何镜堂院士团队领衔设计，突出“山水一体、海天一色”的场地环境，融入海洋元素塑造地域特色。主要功能区分为会议室、新闻发布厅、工作间、贵宾休息室、多功能厅、同声传译室和设备用房。

青岛国际会议中心作为国际级高标准会议场馆，会场功能及系统极为复杂，声、光、舒适度均需达到国际先进水准；工程从方案设计到竣工验收仅6个月时间，对系统调试的精度与时间要求严苛。

1.1 复杂的光环境

主会场位于建筑3层，室内空间长37 m、宽30 m，天花高9 m，总面积1 315 m2。设置主花灯1盏、功能性照明灯具296盏、装饰性照明灯具124盏。

水平照度要求不低于750 lx，垂直照度要求不低于500 lx。对于圆桌会议区、随从人员座位区、开放活动区，照度递减，用光环境突出整个空间中心圆桌区的主导及领袖地位。

1.2 精确的气流组织

为保障峰会环境水准，彰显大国品质，工程设计阶段确定了24 ℃±0.5 ℃的温控要求与全范围无风感的控制目标，重点关注大范围会议室、小范围会议室、双边会议室、多功能宴会厅和VIP休息室等17个主要接待用房。

1.3 严格的声学标准

基于对峰会声学环境的综合考虑，确定了精度为±0.2 s的混响时间标准与NR35容噪要求，同时需要保证均匀的声场分布和平稳的频率特性。

2 项目技术研发体系

为保证项目在6个月内完成设计，同时实现施工顺利交付，必须在设计阶段提出解决声、光、舒适度的技术措施。

为此，项目组建了以总指挥为组长，17名设计师、32名BIM工程师、9名现场技术管理人员协同交互的技术攻坚团队，合署办公。结合项目情况提出了基于BIM的快速建造技术，研发了BIM＋会场光学模拟施工技术、BIM＋舒适度模拟设计技术、BIM＋声学模拟选型技术[8-11]。

3 技术研发应用

3.1 BIM＋会场光学模拟施工技术

3.1.1 功能照明设计方案

1）中心圆桌区顶部主花灯作为天花板造型的视觉中心，提供空间的视觉感和垂直照度；主花灯节点处及中心造型节点处的筒灯提供水平照度，补充垂直照度（图1）。

图1 主会场天花灯具布置

2）中心向外围过渡区域的成组下照筒灯实现功能照明。

3）点状分布洗墙筒灯与下照筒灯配光叠加，提供立面造型洗墙效果，提高立面垂直照度。

4）灯具标准：光源色温4 000 K，为中性白色温，显色指数＞90。

3.1.2 装饰照明设计方案

1）格栅区：天花椽子最上层弧形槽结构内线性洗墙灯具作为主花灯与外围天花照明的过渡，增加中心区域挺拔感。

2）装饰细节：天花灯槽突出天花椽子造型的叠级关系；装饰性壁灯点缀墙面层次；墙面造型背衬灯槽烘托出木雕的悬浮感。

3.1.3 模型搭建

基于DIALux evo、AGi32软件，搭建会场照明布局，如图2所示。

图2 主会场照明模型

3.1.4 模型分析与优化

通过导入配光曲线进行研究与分析，经过多轮模拟、调整、试验，确定了会场照明整体布局与灯具选型。

3.1.5 模型转化

根据最终照明布局，形成主会场照明模拟报告和灯具点位图，指导施工定位。

3.1.6 灯具第1轮筛选

在灯具采购阶段，根据模拟结果，对样品灯具的色温、显色指数、色容差、峰值光强、半光强光束角、10%光强光束角、灯光频闪和结构尺寸参数进行第1轮筛选。

3.1.7 灯具第2轮复测

对基本参数符合要求的灯具，配合智能灯光控制系统，对最高亮度功率输出、最低亮度功率输出、最低/最高功率百分比、最低/最高光输出百分比、调光过程频闪情况进行调光匹配性测试，确定最终选型。

3.1.8 实施效果

工程实施完成后，经各方检测，现场照度及灯光层次满足要求。

3.2 BIM＋舒适度模拟设计技术

3.2.1 实施方案

为了确保室内环境舒适度达到本次会议要求，项目部采用Ansys Fluent软件和Ansys CFX软件对建筑室内气流组织进行了CFD数值模拟评价。通过室内环境数值模拟技术应用，校核优化通风空调设计，调整空调风口排布及风量，先后对17个重要房间进行方案比对，确保项目一次成优。

3.2.2 VIP休息室模拟案例说明

1）初步模拟。VIP休息室初始设计参数为：送风温度16 ℃、送风风量5 000 m3/h、送风风速1.74 m/s。分别对其中心断面速度场、中心断面温度场、中心断面速度矢量场、流线图、人员活动区水平断面温度场、低温包络区域图等进行了模拟分析。

2）模拟结果分析。模拟结果如图3所示，通过对图3的分析可以得知：在该工况下，可以实现贴附送风的效果，人员在房间不会有吹风感，但低温包络区偏大，整体温度偏低。

图3 VIP休息室初始方案模拟结果

3）方案优化。逐步降低VIP休息室风量，经多轮模拟确定最优参数（图4）：送风温度为16 ℃、送风风量3 500 m3/h、送风风速1.21 m/s。

图4 VIP休息室最终方案模拟结果

3.2.3 大范围会议室模拟案例说明

1）初步模拟。大范围会议室（图5）初始设计参数为：AC侧每侧6个送风口，送风风速4.5 m/s；BD侧每侧4个送风口，送风风速4.5 m/s。对其断面（图6）速度场、断面温度场、风速包络、流线图等进行了模拟分析。

图5 大范围会议室物理模型

图6 大范围会议室断面位置示意

2）模拟结果分析。通过对模拟结果（图7）进行分析，在该工况下，断面1的温度、风速符合要求，断面2、断面3的温度基本满足要求，但高风速区域偏大。

图7 大范围会议室初始方案模拟结果

3）方案优化。优化送风口分布，逐步降低送风风速，经多轮模拟确定最终参数：AC侧每侧8个送风口，送风风速3.4 m/s；BD侧每侧4个送风口，送风风速4.5 m/s。

3.2.4 实施效果

项目通过BIM＋舒适度模拟技术，实现通风空调系统调试一次性合格，空调房间温控精度为24 ℃±0.5 ℃，全范围无风感，第三方检测满足设计及使用要求。

3.3 BIM＋声学模拟选型技术

3.3.1 室内声场模拟

基于装饰吸声材料选型，采用Odeon10.0厅堂音质计算机专业模拟软件，在计算机中建立了相对应的模型，如图8所示；根据区域功能设置声源点与接收点，并取125、250、500、1 000、2 000、4 000 Hz这6个频率进行模拟计算。

图8 大范围会议室声场分布模型

3.3.2 声场模拟结果分析

以大范围会议室模拟结果为例，会场容积9 000 m3，混响时间要求为1.20 s±0.20 s。在建筑模型中设置9个接收点，根据模拟结果，各接收点在各频率的混响时间值均符合设计要求。

根据各频率、各接收点混响时间平均值绘制散点图（图9），发现从125 Hz至4 000 Hz，混响时间数值呈下降趋势，但整体分布均在最佳混响时间范围内，装饰选材合理。

图9 大范围会议室混响时间模拟结果

3.3.3 实施效果

会场经检测单位声学检测，各房间混响时间频率特性曲线均在设计最佳混响时间范围内，背景噪声测试结果曲线均处于NR35曲线以下，符合设计要求。

4 结语

通过应用基于BIM的快速建造技术，合理使用虚拟建造手段，辅助照明点位优化与光源参数选型校核、空调系统设计方案深化、装饰吸声材料选型与校核，实现了材料参数一次性精确深化、末端设备一次性精准安装、机电系统一次性调试到位，会场声、光、舒适度满足上合峰会要求，高质、高效地实现了快速建造，在国内外产生了广泛影响。