浅析大商业BIM结构设计要点

王英

安徽省建筑设计研究总院股份有限公司 安徽 合肥 230002

引言

BIM（Building Information Modeling，建筑信息模型）技术是一种应用于工程设计建造管理的数据化工具，在BIM模型中可以归纳整理与项目相关的各类信息，在各类项目筹划、工程施工，乃至后期使用维护的全生命周期过程中进行信息共享及信息传递的重要工作，充分帮助各类工程技术人员对所关注的建筑信息作出正确研判、有效处理、高效应对，为参与项目的各个主体提供协同工作的平台和基础，在提高项目推进效率、有效节约工程成本及缩短工程项目工期等方面发挥着至关重要的作用。

大商业建筑规模同常规建筑相比相对更大，建筑的空间布局及使用功能较为复杂，工程人员在设计中遭遇较大挑战及困难，因此更需要BIM技术进行配合。近年来，BIM技术发展势头迅猛，大商业建筑中BIM技术占据的作用日益凸显，若能合理有效地利用BIM技术，一方面可以在二维施工图阶段对设计方案进行优化，减少施工图变更量；另一方面也会大大便于现场施工，加快工程项目推进速度，节约投资成本。

1 大型商业建筑概况

大商业建筑底部多为大型商铺、儿童游乐、连锁超市等，中间楼层常为商铺、餐饮、游乐、影厅、影城办公、健身房等功能，顶层多为商业管理用房、员工餐厅、健身房及各类机房等，建筑平面尺寸常为约100～200m左右，单层面积约20000m2左右，空间布局及使用功能较为复杂[1]。

2 BIM结构设计特点

业态需求繁多、建筑规模较大，结构布置较为复杂。该类大商业使用需求较为复杂，为应对各类不同建筑空间功能及使用需求，结构布置需逐块、逐区域进行考虑，因此也给BIM结构建模及复核带来较多困难，且因为招商条件的更迭，各区域业态及相应的建筑结构设计也随之频繁变更，更是给BIM模型更新及调整带来诸多挑战。

上部结构连成一体，体型超长，因此BIM建模量大面广，内容较多，单层工作量较大，就笔者亲历的几个大型商业综合体来看，此类结构通常长宽尺寸为100～200m左右，单层面积10000～20000m2，需要BIM设计师极为耐心地按轴线分块分段进行BIM三维设计，确保建模准确无误。

大开洞及大悬挑较多。该类大商业内部多设中庭，平面布置上为条带状、圆环状分布，将整个建筑分割为中间孤岛商业和外圈商业，此类大开洞及因开洞引起的大跨度、大悬挑的结构布置给BIM建模带来较大工作量，建模难度极大，十分考验BIM设计师的操作技能。

一根柱头搭设多根梁。由上条所述的大商业结构布置特点，在较大洞口及悬挑较大的受力复杂结构部位，通常会存在多根梁搭设至一根柱头上的情况，针对此类情况BIM建模更应求真求准，妥善处理好多梁搭接处的构件扣减关系，做好局部柱头柱托的处理工作。

局部大跨度梁及梁上立柱等。该类情况常出现在大商业结构的顶层，因多功能会议室、放映厅等大空间工程需求，需取消下部部分柱子以在屋面形成大空间房间，导致大跨度结构出现，此类跨度常为20～30m左右；部分出屋面机房等，无法续用下部柱网，需单独设置出屋面柱，导致梁上立柱结构出现，因此BIM结构设计时，需要对此类部位重点关注、重点设计，确保BIM建模准确无误。

屋面排水找坡建模。建筑屋面排水找坡做法通长有两种方式，在排水距离较短时，一般采用建筑找坡，做出排水坡度，结构板为平板，此种做法结构附加荷载在常规范围内，施工支模较为方便简单，与传统的标准层楼面做法相似。在排水距离较大时，因建筑找坡距离较长，建筑找坡引起的结构屋面板附加恒载较大，此时建筑找坡已不再合理，一般会采用结构板找坡，利用结构板自身坡度实现建筑排水坡度，减小屋面附加恒载，节约成本，确保屋面排水合理畅通，但为施工支模增加较大难度。在大型商业结构中，因结构体型尺寸较大，建筑坡面排水距离较长（单边排水距离8～10m），故而一般均会采用结构找坡的形式保障屋面排水，根据建筑的排水路线布置，整个大商业屋面通常会被分割成多个坡度方向不一、坡度大小不同的斜屋面结构板，且找坡距离大、坡度大，最高处结构板高差300～500mm，势必引起多处上翻下挂，且斜屋面板与屋面管井、出屋面房间、虹吸雨水口、设备基础、采光顶反沿等出屋面构筑物的交接处理均需要格外关注，这就要求BIM设计师，在处理大型商业结构屋面建模设计时，额外注意此类因斜屋面板引起的结构高差处理、复杂节点构造等问题，方可完整并精确地实现大型商业结构屋面BIM建模工作。

考虑到该类地下室顶板及底板结构布置复杂、标高变化多样、结构与设备管线碰撞较多，BIM建模工作中在地下室建模时需格外注意建模的精准度，并且设计过程中随着上部业态频繁调整，地下室也相应调整，大大增加地下室BIM建模工作量，特别是基础部分，比如常见的独立基础加筏板的形式，基础标高变化大，设计过程中基础修改较多，同时影响垫层和垫层防水联改量大。另外，地下室工程中需额外注意结构与设备的管线碰撞，BIM结构建模应注意与设备水、暖、电等专业管线的融合，及时发现碰撞点及不合理处，提请其他专业及二维施工图人员核查校验，确保地下室功能正常运行，实现地下室功能完整合理[2]。

3 BIM技术应用要点

3.1 BIM模型构建

大型商业BIM结构设计建模主要包括地下四大块、基础部分、主体部分、详图部分等。其中梁和基础底板建模工作量最大。梁建模需要分跨建模并且要求录入材质、编号、跨数、截面尺寸、标高、定位、砼等级以及抗震等级。基础底板形式多样，建模子项多，包括独立基础、筏板基础、桩基、承台、防水板、集水坑、电梯坑、排水沟、设备基础、垫层、垫层防水层、后浇带等，并且要录入基础的材质、尺寸、标高、定位、砼等级、抗渗等级。而一旦设计有修改，BIM需要重复劳动，并且由于模型太大，导致录入缓慢。

3.2 设计优化

BIM结构设计过程中，提前发现二维设计问题，提出优化方案，并在三维模型中进行专业综合。其中重点核查区域包括中庭、楼电梯间、基础底板、坡道。其中，中庭区域重点核查弧形不规则梁，梁梁交接以及梁板交接关系、扶梯梁缺口范围及标高、变截面梁与封口梁的关系等。楼电梯间区域重点核查净高、梯梁梯柱与建筑门之间碰撞关系以及设备开洞的预留。底板区域重点核查基坑和集水坑构造以及坑底标高、降板区域高差关系、底板板厚不同是否区分。坡道重点核查坡道入口处净高以及坡道各段坡度、坡道顶底排水沟设置。

3.3 三维管线综合

该部分工作的主要任务是在各专业模型基础上，利用BIM三维技术核查二维施工图设计中土建专业内、土建与设备专业间的各类碰撞，优化并减少硬碰撞，避免各类土建及设备的空间冲突问题，避免设计错误传递到施工阶段。根据碰撞报告对全专业模型进行管综优化，在满足施工条件的情况下尽可能提高净空，提升建筑物的使用体验，对优化后仍无法满足净高要求的区域进行整理和统计，并出具报告。同时也让施工方提前介入到项目设计生产中，对项目生产成果了解前置，重点区域管综方案进行签字确认，将施工问题提前到设计阶段解决，不仅节约了项目成本，同时为项目质量的保证夯实了基础。

3.4 三维可视化

利用可视化软件对项目重点区域和设计方案在三维仿真场景下提供更直观、更有效的比选依据，对方案的美观性、合理性进行分析和优化，协助选择最优的设计方案。

3.5 一键算量

直接利用BIM模型，根据BIM的构件分类标准，把工程中的构件按族类别、族名称、族类型等进行分类，根据族的这些属性，BIM算量软件提供一套默认的智能映射方案（构件库），把设计的族构件转换为算量模型的构件类型，同时完成构件的清单挂接，再执行成本智能式的一键算量，最终实现100%挂接。

3.6 施工模拟

大型商业综合体规模大，施工难度高，很多施工问题都很难在施工前被发现，大多数都是在一个施工阶段完成后才被发现。通过基于BIM技术应用的施工模拟，以三维模拟的方式直观地展示。提前发现施工问题，及时反馈给各参与方，及时调整，减少返工和整改的频率，提升项目施工质量。

3.7 插件研发

模型精细度要求高，如垫层和垫层防水必须按构造层分层建模，墙梁板柱必须按照算量规则完成扣减，这些工作都需要人工全程处理，耗时耗工。因此在模型构建阶段开发“拾面生成墙板命令”支持链接模型的垫层生成，并且该命令适用于其余倾斜构件的面层生成。同时也针对一键扣减功能，开发基于BIM建模软件的一键扣减插件，既节省了工时，又节省了人力[3]。

4 大型商业BIM技术应用的重要性

在该类大商业项目中，BIM技术凭借其集成化和数字化的优势，避免施工过程中返工、窝工问题，在提升建筑品质、有效控制造价投资等方面带来了巨大的收获。不仅如此，BIM在改善大型商业综合体技术结构、改善并提高工作协同能力、累计汇总项目实时数据、提高维护参与方管理协调能力水平、降低后期运行维护等工作的投资、实现建筑全生命期管理方面都将是一个关键因素。其应用重要性具体表现在以下几个方面。

4.1 提升项目品质

利用BIM技术进行三维可视化分析、三维碰撞核查、各类施工模拟等工作，可以从中挖掘相应设计问题，改善并提高结构设计水平及质量，减少施工过程中的拆改，优化室内净高和观感，提升项目工程质量 。

4.2 提高工程收益

利用BIM技术模拟功能，均可以在施工前就能挖掘图纸及施工过程中可能遇到的设计缺陷及施工问题。基于此，总包及施工单位可以据此对施工流水段合理排布，有效降低因施工组织排布及物料使用的不合理而引起项目成本的增加。同时，利用BIM一键算量技术，可以有效提高施工过程中工作量、用料量的精确统计工作，极大节约了项目成本。

4.3 提高沟通效率

通过BIM总发包项目管理平台，打造现场协同、资料管理、物料跟踪、二维码应用、 BIM模型管理、质安管理、计划管理、成本管理一体化集成的智慧建造体系，可以有效解决传统方式填报统计模式信息系统落地性差、周期长、成本高、实时性差等难题[4]。

5 结束语

综上，大型商业类的建筑结构，因体型复杂，设计施工难度大，在此类项目设计过程中需要格外重视BIM结构设计。综合考虑上述此类建筑的设计重点及难点，需要从事BIM结构设计的同行们系统地、完善地考虑各个设计节点的质量把控和精度把控，确保项目顺利推进。笔者仅以亲自主持完成的几个大型商业综合体BIM结构设计为例，总结并给出了相应的BIM设计经验与建议，以期给同样进行此类项目的同行提供一定价值的参考和借鉴，为共同推进BIM技术的进步踔厉奋进。