基于BIM技术的高校建筑数字化建造

文/朱红坤

（华东建筑设计研究院有限公司，上海，200040）

1.BIM技术在建筑设计中的应用及优势分析

BIM设计模型中需表达二维图中所有内容，创建BIM模型并进行深化、更新和维护，通过BIM模型直观展示设计效果，BIM信息模型及可视化模型浏览可协助不同替代方案的比较；对空间设计、指标把控等问题在设计时间初期能确实地进行方案的比较很重要。因此在设计前期对设计过程中的潜在问题进行发现处理，能够直接的避免成本与质量的损失。

1.1 BIM技术在设计阶段的应用

BIM三维设计范围包括工程项目内所有的建筑工程、结构工程、机电（给排水、暖通、电气、智能化）工程、室外小市政综合管线、幕墙、景观、标识标牌、装修工程及其它与本项目相关之建设工程。相对传统二维设计，BIM三维设计主要包含以下应用：

（1）BIM三维信息模型搭建的基本要求

基于工程图纸及相关设计意图后，首先配合各专业、甲方确定模型标准，配合实施计划的进度表、按要求的范围搭建全专业BIM模型（模型等级达到标准深度），模型将包括建筑、结构、机电、内装、幕墙等相关专业；并进行图纸内容分析，提供有效解决方案。

（2）可建造性分析及优化

通过BIM技术手段将所有专业图纸于BIM三维平台中进行模拟复核，复核设计中的错误问题；复核图纸信息表述不全问题；所有专业的可建性分析；复核所有专业内部不匹配问题；复核所有专业之间的冲突问题；提供所有专业之间的整合性分析。提前预见设计图纸的可行性和建造中出现的问题，并提供有效解决方案。

（3）提升项目品质

业主、设计方、施工方各方均能通过BIM模型进行可视化审阅和比较，辅助各方准确理解项目情况和特点，整合各个专业信息，优化相关设计，在同一个平台上协作，增进沟通理解，减少交流障碍。

1.2 BIM技术在建筑设计中的优势分析

（1）提升管理效率

能提供实时或当前版本设计资料的协调报告，提高设计质量，降低因错漏碰缺等造成的施工返工，缩减施工周期。BIM技术分析模式是在二维图纸设计中进行各专业BIM模型的创建。结合BIM模型，进行三维碰撞分析与可视化的审阅，校核二维图纸中存在的各专业信息不匹配、信息缺失与不复核规范要求等问题。各专业设计师根据BIM模型发现的相关问题，对设计图纸的修改补充。

（2）提供数据支撑

基于BIM模型对主控材料进行工程量统计不在局限于设计经济技术指标，将业主管控中所需要的数据想办法提取出来高效利用，辅助现场成本管控。并结合工程进度计划基于模型出具静态和动态工程量清单，指导材料需求计划的编制，以实现对材料计划的精细化管理，提供与当前版本设计资料对应的数量明细表，对各专业的工程量数据统计，对设计数据的复核、经济数据的比较决策以及为算量统计提供补充确切的参考依据。

（3）辅助设计优化

数字化应用为建筑设计提供更全面的考虑因素，从多维度对建筑进行综合分析，从而使得设计方案更加合理及高效。此外，建筑信息建模作为多学科流程中的信息沟通手段有助于对建筑性能及可持续问题进行全方位的分析。在设计阶段有必要使用BIM确保建筑物的功能性，准确性，可持续性及可维护性。

（4）附加衍生价值

通过BIM集成化模式，过程中的工程数据源会被完整的给予保留，对于日后项目的检修，改建以及和周边地块的衔接能够提供准确的数据，而不用翻阅大量不同版本的图纸进行比对复核，大大节约成本。通过完整的数据保留以及BIM管理平台的数据截留，使得各方数据能够有效整合，归纳。通过对这些数据的再细致的规划整理，能够为其他区域同类型建筑提供建设性意见和后期对项目的运维管理起到便捷性的作用。

2.案例分析

BIM三维设计注重对项目精细化设计的运用，通过对各个重要区域及空间的比对，使得项目感官及使用效果提高，更重要的是通过BIM的运用，高校控制项目中潜在风险，将BIM设计的应用价值高度发挥。

2.1 项目概况及背景意义

本项目为框架结构，建筑高度25.25米，地上6层地下1层，复合材料是21世纪科学的重要发展方向，为实现中国制造业的转型升级，东华大学在复合材料领域加大研究力度。东华大学复合材料协同创新中心大楼，将围绕我国大飞机制造实际需求的整个流程，形成高性能纤维中心、树脂和预浸料中心等八个中心。多类型的实验室聚集在同一栋建筑对建设要求非常高，并且相关实验特性对设备稳定使用和及时维护都提出了更高标准。

2.2 .协同设计及信息整合

项目整个过程全部采用BIM技术进行指导，整个模型由建筑、混凝土结构、钢结构、机电系统、室内装饰、景观以及部分幕墙构成。通过BIM模型三维信息整合各专业、各系统。

（1）场地布置及优化

在项目前期应用BIM技术做出现场的三维模型布置，可以更直观的表现出项目的实际布局，道路划分、绿化布置、市政管网等情况，然后更全面更直观根据相关要求进行实际调整，做到总体的立体布置和全景研究。如图1所示。

（2）地下室埋深与净高优化

地下功能的防火要求相应较高，防火分区的面积也较小，同时管线的安装敷设要求又相应较高，因此需要处理这部分管线的合理布置，需要合理的排布管线，优化梁高，使得在满足地下空间功能及高度的情况下不过多的加大地下室埋深，减少投资成本。以上均可以通过BIM技术直观的表达和分析，实现在合理有限空间内争取最大的净高。

（3）管线综合及设备机房合理深化布置

由于建筑内部不同的使用功能和使用时间，设备分类将会较多、合理组织管线集成能够产生很大的经济效益，合理布置相应的管井能够使得使用面积增大、建筑净高提升、缩短管线长度，降低能耗，大大提高建筑能效。

（4）空间及净高效果把控

入口及流线是整个项目极其重要部分，其内部区域的空间感受、便捷引导都是建筑形象的体现，因此需要仔细的将公共部位处理好，既包括隐蔽工程的管线布置；也包含室内空间的完美展示也同时考虑安装维修的便利度。结合BIM模型的直观感受，能够将公共空间处理得更好。

（5）细节策划比较

科研建筑往往综合管线复杂、设备较多，而许多空间尤其是实验室空间更需要足够的高度,通过BIM可以合理利用高度，力图在不增加层高的情况下提升净高和在施工前及时调整不符合要求的层高。同时不同功能的实验室的要求不同，保持效果真实体现，项目实验室属于不同的学科的教授，BIM融合室内装饰、幕墙及景观这些专业的表现，还原整个建筑的真实性，使得不同使用者对项目日后的效果在建造前达成高度统一，避免日后的改造和调整。

（6）设计协调管理

基于BIM模型进行建筑的可建造行分析，在模型创建的过程中，在BIM模型里会对当前版本图纸进行校核检验，如有设计漏洞及时沟通业主协调各专业进行三维审阅，对构造是否合理进行校核。经过BIM快速对修改方案推敲验证，落实修改方案，缩短设计周期，提升设计质量。使得设计问题一致处于极低的可控位置。同时针对设计图纸上无法反映的问题：例如坡道边的集水井原本各方都认为没有问题，根据模型发现管线和阀门的设置，影响了转弯的通行距离，也造成了设备管道易损坏的几率。诸如此类问题都被逐一排查，组织协调实施追溯，极大保证设计质量。

（7）施工配合

通过BIM集成化模式，提交给施工单位的资料从单纯的二维图纸变成二维图纸与三维模型共同提资的方式，使得图纸传达的信息更为完善和直观。通过BIM模型直接出图，指导施工，高效解决净高控制的特点并结合施工的安装特点，充分考虑安装和维修要求，从而达到建造成本有效降低，施工组织便利的目的。同时在有疑义的部分能够基于模型进行讨论，处理起来较为方便。实现精准节点把控，在控制上实现精细把控，精准定位，重要空间的可视化展现，复杂细节功能分析比较，使设计美观度、完整度较常规做法有了巨大提升，本项目的钢结构模型的精准性使得常规的钢结构深化设计环节得以省略，大大提高工作效率。如图3、图4所示。

2.3 BIM技术在本项目的创新应用

依据实验室工作的特性，考虑温度、湿度等因素，办公区域与实验区域分离，理化生试验室建设要求高，室内小气候精确控制；功能特殊，设备复杂，空间层次变化多，维修便利度要求高，质量安全控制严，施工精度要求高等特点并在设计阶段结合BIM模型对建筑能耗进行模拟分析。

（1）地理气候及采光模拟分析

搭建准确建筑空间模型，导入BIM应用于建构自然工法的信息模型建材料真实情况，根据当地逐时气象数据，结合实际建筑使用时间表，通过无人机对基地现状进行航拍，航拍模型与BIM模型结合进行日照模拟，分析展现、核实检查，传统设计的预期性能，做好风险管控，提高设计决策。

（2）运维管理平台建设

数字化建筑模型在设计及施工阶段运用已经十分广泛，但运维阶段仍处于发展初期。传统运维管理会出现资料错误及遗失等问题，而使用统一的数字化档案可以最大程度地避免问题的发生。运维阶段使用回溯过程高效一致，对于项目的模型使用，结合现场施工的各种特殊性，在模型构件中创立了相关超链接，把图纸版本、图纸变更、问题报告、现场图片与项目模型相关联，增强用户实用性、便利性，更好的服务于项目实施。使得模型在使用过程中对应图图纸、报告、调整结果以及现场照片都可以随时实现追溯，将BIM技术过程可追溯的特点完全发挥出来。经过自主研发对建筑模型进行全景式VR互动及展示，设计师在设计阶段对设计感知度的提升，施工方对模型直接读取指导施工，业主在全过程对进度效果的把控更强。

3.总结

针对于全过程BIM数字化建造，整个项目目前处于实施过程中，土建施工阶段工期已提前43天，为项目顺利完成铺下良好的基础，也为高校一贯传统的基建管理提供了信息化管控的方式。对数据分析模拟、总结以及积累，为品质把控、项目管理、成本节约以及项目管控等精细化决策提供了依据，为低成本，严管控，高品质，短周期目标提供有力支撑。通过此次东华大学松江校区复合材料协同创新中心大楼项目BIM模型的实际应用，充分体现了BIM应用在信息整合、专业协调、协同设计、碰撞检测，管线综合深化，施工模拟，运营管理上的优势，为项目运作打下坚实基础。