BIM技术在建筑工程项目设计阶段应用

李 洋

(中国水利水电第七工程局有限公司, 四川成都 610213)

1 工程概况

该工程项目为实验室建筑东临赣深高铁线路和龙大高速，景观资源得天独厚。建筑用地面积12 021.20 m2，其中轨道13号线北段规划控制区占用418 m2，净用地面积11 603.2 m2，用地呈不规则的梯形，项目总建筑面积为5.3万m2，地上17层，地下2层，总建筑高度94.05 m。

2 研究背景

(1)先进、复杂的技术设计。实验室建筑的发展离不开大量且多功能的技术设备和工程系统，需要各个专业的设备、管道及电力系统支持，技术设计在工程设计阶段占据首要的位置。

(2)人性化的设计。舒适的实验室环境是一种资源，如通风采光良好的工作环境、丰富变化的建筑空间、共享的交流空间等，能有效激发工作人员的创造力。

(3)灵活的建筑空间设计。实验室建筑在设计阶段不仅需要满足当前需求，又要适应未来社会发展，从多角度贯彻建筑物内部的灵活性。

(4)环境可持续的设计。实验室建筑技术不仅需要满足健康及安全的基本要求，还应满足环境可持续设计，如建材的使用、外围护结构节能设计等。

3 研究意义

(1)简约有序，开放多元。实验室之间通过修建共享的交流空间，不仅能满足工作人员正常工作的开展，舒适人性化的交流空间如茶歇区、智能会议室等还能带动工作人员交流讨论的积极性。

(2)经济集约，高效可持续。整个建筑立面幕墙为井然有序的金属结构，使建筑更具雕塑感，增强了美感，金属构件能有效抵挡阳光直射，满足了经济实用的要求。

4 研究问题

(1)如何通过BIM技术解决实验室分区问题，保证各分区合理。

(2)如何保障设备在实验室内合理的位置，满足工艺要求，设备的便捷使用

(3)如何伴随式BIM设计应用，保持每周更新BIM成果，为设计质量提升保驾护航。

(4)如何三维可视化汇报，直观呈现给使用方，提升工作效率。

(5)如何BIM精细化设计提升设计品质，减少设计变更、降低返工、节约成本。

(6)如何标准化、信息化、协同化BIM设计管理，提高项目管理水平。

5 研究方案

三位一体的策略方案对项目进行管控，从信息化、规范化和标准化入手，以BIM技术为核心对设计进行管控。

结合三位一体的策略在前期制定实施方案，明确项目BIM实施目标及主要应用，并制定相应的实施计划和保障措施实现项目设计信息化管理。制定详细的应用标准，包括模型创建深度、应用标准及成果标准，使BIM应用标准化。

从进度、设计优化、专项评审等方面制度约定服务方式及管理，从而实现项目BIM管理的规范化，管理实施环境见图1。

图1 管理实施环境

6 重难点及解决措施

6.1 重难点

(1)重视程度高。对于加快生物医药产业核心引擎，解决医疗器械检测场地和设施不足的短板，填补药物临床前安全性评价(即GLP)实验室的空白，市委及市政府高度重视。

(2)实验室关系复杂。项目内有多种实验室存在，如何协调这些实验室之间的关系，如何在满足正常实验检测工作前提下，提供更多的交流、休息、会议空间是重点问题。

(3)系统庞杂。药检所项目涉及系统庞杂，管理与协调难度大。

(4)空调及废气排风系统。项目的空调为工艺性空调系统，不同类型实验室的标准规范对通风及环境的规定有差异，需要各自的空调系统进行控制，避免出现送排风的交叉污染，协调管线关系要求高。

(5)工艺设备多。该项目实验室范围涉及8大类、1 000余项，为满足各类型实验室要求需配备先进、高效、安全的实验室设施，如实验台、实验柜，各类通风设备、消毒灭菌柜和与建筑相关的特殊实验室设备。保障设备在实验室内合理的位置，满足工艺要求，设备的便捷使用都是重点难点。

6.2 解决措施

6.2.1 规划阶段BIM应用

6.2.1.1 基于BIM模型的方案比选

该项目一共经过3轮的方案设计调整，都借助BIM模型来完成。借助模型来辅助调整，既可以三维的展示各个建筑形体，同时能够实时的给我们反馈不同方案的建筑指标，有助于我们在建筑指标和建筑形体间取舍。

第一轮方案比选，基于7个建筑型体，从工艺角度分析各个方案的合理性，经过多轮与院方沟通，最终敲定3个方案作为主要方案继续深化。

第二轮方案比选，考虑因素：

(1)实验室平面布局形式以双走廊为主，适合温湿度要求高和医学类实验室布置，确定平面布置形式。

(2)建筑柱网选择6.6～8.4 m，以8.1～8.4 m为主。

(3)建筑层高，不设空调净高不少于2.8 m，设空调不少于2.6 m。

(4)考虑室外中草药种植园的布置。

在本轮方案比选中，主推方案二。

第三轮方案比选，基于功能布局的合理性以及型体的可塑性，最终敲定方案一作为最终方案，在方案一的基础上进行下一步的深化工作。

6.2.1.2 外立面方案比选

设计构思A：设计意向来自与“EMC检测电磁波”。

利用弧线的变化形成地磁波动态趋势，赋予建筑流畅和连贯风格，展现建筑独特的建筑形象。

设计构思B：从“色谱条码”的形态着手，提炼演化出相应的建筑元素。

为深化工作，最终选择方案B。

6.2.1.3 规划阶段BIM应用小结

建立不同的方案设计模型以及外立面模型，为初步设计阶段提供对应的模型。以构建或细部调整的方式，产生多个设计方案模型以备选。对模型进行数据分析及优劣比较，用三维仿真场景模拟不同的项目方案，使方案呈现更为直观与高效。

6.2.2 初步设计阶段BIM应用

6.2.2.1 初步设计模型搭建

药检所项目为BIM应用的基础，需进行全专业BIM建模。并在每一次应用优化确认后都对模型进行相应调整。

6.2.2.2 疏散模拟

结合BIM模型与紧急疏散模拟分析软件，设置人员参数(人员数量、行走的速度，人员的位置)，设计逃生路径，再通过软件模拟出逃生的时间，设计不同的方案比较逃生时间，进行疏散场景的模拟，从而选出最优方案。

6.2.2.3 绿建分析

为提升院方使用者的舒适性，结合BIM模型进行了日照、噪声、风环境等方面的模拟分析，并通过调整建筑遮阳造型、外部围护结构和项目内绿化环境保证项目各建筑拥有足够日照时间，降低患者受噪音影响、使通风更加流畅，且无明显无风区或漩涡区。

6.2.2.4 梁下净高分析

借助BIM土建模型分析各重点区域梁下净高条件，通过不同分色识别最不利位置，为后续的管线排布和管线综合工作提供基础。

6.2.2.5 机电管线规划方案

机电管线提前规划方案如下，先梳理出项目主要的各个子项，通过模块来表示，形成预留空间尺寸。再将这些尺寸在现有的土建条件下去进行测试，保证在项目前期解决部分管综问题。基于管线规划方案，共出具20份净高分析图纸，用于配合设计进行管线方案调整。

6.2.2.6 初步设计阶段BIM应用小结

通过BIM技术对人员疏散、风声热等内容进行分析，并出具相关数据，提升整体项目品质。

在初步设计阶段开展前期对梁下净空进行验证分析，并且用不同色块表达净高，协助设备设计师直观地判断出净高情况。而后依据管线规划方案对各楼层进行净高分析，出具相关数据协助设计团队做出合理的判断，以便对建筑平面构造进行优化调整，为施工图设计做好铺垫。

6.2.3 施工图设计阶段BIM应用

6.2.3.1 设计优化

依靠全面具体的施工图设计阶段BIM模型，开展设计优化工作。通过问题报告与设计沟通协调，解决设计图纸中的问题，并且形成记录。设计问题审查依据积累总结出的设计问题子项进行逐条审查。共解决碰撞及设计问题700余项。

6.2.3.2 管线综合方案

在初步设计后，进行精细化的管线综合，通过细部空间分析、管道梳理、排布优化、剖面出图、三维出图来进行管线综合和成果输出，以确保满足设计功能需求和施工安装要求。

6.2.3.3 净高分析

在管综调整完成后，输出相关净高分析示意图及净高较低位置剖面图作为设计优化参考依据，而后各施工图专业明确优化修改方案，确定管综剖面方案后开展后续的管综工作，并将数据提资精装设计作为参考依据。

6.2.3.4 管综出图

在明确管综方案后，基于BIM模型导出关键部位剖面图以及水、暖、电三专业的综合管线平面图共50张，保证BIM管综效果能实施落地。

6.2.3.5 工程量统计

借助BIM模型进行BIM算量，在项目设计过程中做到对不同类型及尺寸的构件的有效统计，保证限额设计的落实，为施工招标工作提供数据基础。

6.2.3.6 施工图设计阶段BIM应用小结

基于BIM模型与专项问题查找分类，开展全专业设计图纸核查。梳理图纸中的各项问题，完善整体施工图质量，尽量避免后续施工阶段的返工现象。

综合考虑横竖向机电管线的排布，优化三维管线。保证各类阀门及附件的安装空间，安装使用的合理操作与检修空间；确保室内高度满足精装要求，提升项目品质。

对BIM模型进行工程量的统计分析，为后续施工招标及相关报建工作提供精准的数据参考。

7 创新性

7.1 基地分析

结合城市人流方向，在基地北侧设置院区主入口，考虑检验检测品量大，建议在东侧设置次入口，避免交叉，基地分析。

7.2 无人机与BIM技术联动辅助决策

使用无人机对项目区域及所在环境进行全方位扫描，并利用GIS技术整合无人机模型与BIM模型，辅助管理人员对项目周边环境及项目建成后的效果产生直观认知，对景观规划、环境状况、施工配套及项目建成后和周边高架、地铁、公厕等地物的影响因素进行分析和评估，并进行合理决策。

通过对无人机倾斜摄影模型进行距离和高差测量，对项目周边设施与红线冲突问题进行论证，辅助管理人员了解公厕对药检所建设的影响，为协商拆除事宜提供信息化数据支持。

同时使用BIM模型分别模拟拆除前后项目周边环境情况，辅助业主直观了解拆除前后对比。

7.3 布局控制

借助BIM模型分析布局所在位置及面积，实验区要根据实验级别不同设定不同受控级别，划分区域。在模型信息中进行受控级别参数添加，通过过滤器对参数进行控制，确保各实验室受控级别差异，保证不出现交叉污染。

7.4 模块化设计

7.4.1 基于BIM模型分析走道形式

从实验室规模考虑，双走道更能体现实验室的规模。但由于存在2条走道，公共面积变大，真正用于实验室的有效面积较单走道模式利用率偏低；中间的实验室自然采光较少，主要靠灯光照明，通过设置大面积的采光窗、玻璃墙体等手段，可适当提高中间实验室的采光度。

7.4.2 基于BIM模型进行房间布局

实验室工艺平面布局设计中重点遵循三区明确和三流清晰的原则。三区明确就是实验区、办公区、公共区(电梯、楼梯间、卫生间)三区区域划分清晰，见图2。

图2 功能分区示意

7.5 工艺模拟

创建精准的家具设备BIM模型，借助Enscape对实验台、实验设备、机电管线等进行模拟布置，通过这种方式与院方、设计方进行沟通协调，调整位置，见图3。从而保障在实验室内合理的位置，满足工艺要求，设备的便捷使用。

图3 工艺模拟示意

8 结束语

随着时代的快速发展，科技的飞速进步，传统的建筑设计已不能满足当前的发展需求，因而引入了BIM技术。BIM技术一改传统的建筑设计方式，将结构建筑设计从二维向三维转变，顺应三维结构设计的时代发展需求。通过引用BIM技术，以用于建筑设计阶段，建筑行业发展更加智能快速。