文｜本刊記者 汪莉莉

圖1 天津市建筑設(shè)計(jì)院科研綜合樓效果圖

科研綜合樓是一幢集研發(fā)、接待、會(huì)議、辦公和設(shè)備用房于一體的綜合科研樓，總的來(lái)看，科研綜合樓的設(shè)計(jì)要求比較高，既是舒適、綠色、低碳的辦公建筑，又要具有一定的前瞻性，同時(shí)要保證系統(tǒng)設(shè)備在運(yùn)行過(guò)程中便于管理。時(shí)間方面，建筑設(shè)計(jì)和施工組織精細(xì)、工期緊。如果沒(méi)有BIM技術(shù)的保駕護(hù)航，科研綜合樓難以如此順利地落成。

“綠色建筑目標(biāo)高；工期要求緊張，協(xié)同標(biāo)準(zhǔn)高；場(chǎng)地局限性大，周邊環(huán)境限制多；建設(shè)全過(guò)程要求保證不影響生活、生產(chǎn)，建設(shè)難度大”，這些項(xiàng)目難點(diǎn)都集中在天津市建筑設(shè)計(jì)院科研綜合樓工程中。當(dāng)該工程項(xiàng)目最終華麗地如期亮相在人們面前時(shí)，信息技術(shù)的巧妙運(yùn)用成為了讓科研綜合樓工程能夠完美收官的關(guān)鍵因素。

據(jù)天津市建筑設(shè)計(jì)院技術(shù)發(fā)展部副部長(zhǎng)盧琬玫介紹，“科研綜合樓是一幢集研發(fā)、接待、會(huì)議、辦公和設(shè)備用房于一體的綜合科研樓，主要目的是提升單位科研辦公條件，為研發(fā)人員提供一個(gè)舒適、便捷的辦公環(huán)境。使其成為一個(gè)舒適、低碳環(huán)保的綠色建筑，并改善目前雜亂無(wú)章的停車環(huán)境，減少地面停車面積，提升辦公環(huán)境質(zhì)量?！?/p>

總的來(lái)看，科研綜合樓的設(shè)計(jì)要求比較高，既是舒適、綠色、低碳的辦公建筑，又要具有一定的前瞻性，同時(shí)要保證系統(tǒng)設(shè)備在運(yùn)行過(guò)程中便于管理。時(shí)間方面，建筑設(shè)計(jì)和施工組織精細(xì)、工期緊。協(xié)同方面，設(shè)計(jì)施工全過(guò)程要求一體化。如果沒(méi)有BIM技術(shù)的保駕護(hù)航，科研綜合樓難以如此順利地落成。

巧用綠色分析 為工程設(shè)計(jì)“添翼”

對(duì)BIM技術(shù)的應(yīng)用，首先體現(xiàn)在規(guī)劃設(shè)計(jì)階段。通過(guò)對(duì)場(chǎng)地環(huán)境的分析，天津市建筑設(shè)計(jì)院得出這樣的結(jié)論：場(chǎng)地受周圍建筑遮擋嚴(yán)重，太陽(yáng)輻射量呈南北梯度分布（南部遮擋嚴(yán)重，北部受遮擋較少），冬季尤其明顯。場(chǎng)地風(fēng)環(huán)境滿足綠建要求，但場(chǎng)地風(fēng)速過(guò)低，不利于建筑過(guò)渡季的自然通風(fēng)。

基于以上場(chǎng)地信息，以及綜合項(xiàng)目的諸多限制條件，天津市建筑設(shè)計(jì)院借助BIM技術(shù)，對(duì)日照、環(huán)境融合等方面進(jìn)行了規(guī)劃設(shè)計(jì)分析。譬如，在環(huán)境融入方面，導(dǎo)入場(chǎng)地周邊建筑模型，并對(duì)方案進(jìn)行直觀的環(huán)境融合比對(duì)?；诖饲暗姆治觯岢鏊姆N不同建筑設(shè)計(jì)方案。天津院通過(guò)建筑立面方案分析，結(jié)合體塊方案及功能布局對(duì)建筑外觀風(fēng)格進(jìn)行推敲，并快速提取窗洞數(shù)據(jù)，計(jì)算窗墻比，指導(dǎo)方案優(yōu)化。

經(jīng)過(guò)一番方案的分析權(quán)衡，最終論定方案三具有綜合優(yōu)勢(shì)。具體而言，方案三在設(shè)計(jì)中充分考慮通過(guò)空腔墻體整合室內(nèi)氣流組織、利用太陽(yáng)能、拆改建筑材料回收利用等綠色建筑理念。

天津市建筑設(shè)計(jì)院網(wǎng)管中心副主任工程師聶智勇認(rèn)為，BIM技術(shù)的妙用還體現(xiàn)在優(yōu)化設(shè)計(jì)方面。具體而言，首先在空間利用優(yōu)化時(shí)，通過(guò)三維設(shè)計(jì)環(huán)境，對(duì)空間利用進(jìn)行優(yōu)化、提高設(shè)計(jì)質(zhì)量。

在專業(yè)協(xié)同優(yōu)化方面，在設(shè)計(jì)階段初期對(duì)走廊等管線密集位置進(jìn)行管線綜合，預(yù)估及分配吊頂空間。能清楚地比較出傳統(tǒng)繪圖與BIM方式的區(qū)別。如果采用傳統(tǒng)繪圖模式，各設(shè)備專業(yè)分開設(shè)計(jì)，會(huì)審難以發(fā)現(xiàn)全部碰撞點(diǎn)，將遺留大量問(wèn)題到施工階段。采用BIM方式，各專業(yè)協(xié)同設(shè)計(jì)，改變傳統(tǒng)設(shè)計(jì)流程，提前進(jìn)行管線綜合，設(shè)計(jì)過(guò)程中及時(shí)發(fā)現(xiàn)并避免交叉碰撞，減少后期工作量。

在綠建措施優(yōu)化方面，充分利用Ecotect進(jìn)行分析，優(yōu)化氣流組織。室內(nèi)墻增加墻上通風(fēng)口，使東、西朝向房間都具有自然通風(fēng)的通道，實(shí)現(xiàn)不同朝向房間的通透。

通過(guò)優(yōu)化,室內(nèi)溫度場(chǎng)分布比較均勻，小開間在23 ℃—25℃之間，大開間在23.5 ℃—26.6℃之間。室內(nèi)大部分區(qū)域內(nèi)風(fēng)速在0.1m/s—2.1m/s之間，基本滿足自然通風(fēng)對(duì)風(fēng)速的要求。此外，可再生能源利用。通過(guò)建立太陽(yáng)能集熱器的族指導(dǎo)在平面的排布并將數(shù)據(jù)加入模型中進(jìn)行太陽(yáng)能計(jì)算。運(yùn)維概念優(yōu)化。根據(jù)運(yùn)維要求，在設(shè)計(jì)階段對(duì)模型進(jìn)行提前的深化。例如，人體感應(yīng)控制。根據(jù)人的進(jìn)入和離開自動(dòng)地控制照明的ON/OFF，或降低亮度，防止忘記關(guān)燈。自動(dòng)探測(cè)房間的亮度，進(jìn)行照明的ON/OFF或降低亮度等節(jié)能控制。集中監(jiān)視和控制，一個(gè)系統(tǒng)集中監(jiān)控256個(gè)回路的照明燈具，可防止忘記關(guān)燈的現(xiàn)象。模式控制，按下開關(guān)即可簡(jiǎn)單的依照時(shí)間和用途進(jìn)行照明的場(chǎng)景切換。

圖2 科研綜合樓俯瞰圖

施工實(shí)施駕輕就熟 BIM技術(shù)顯神通

磨刀不誤砍柴工。在盧琬玫看來(lái)，先對(duì)設(shè)計(jì)階段的BIM信息進(jìn)行梳理，對(duì)指導(dǎo)施工實(shí)施有著很大裨益。

第一步是設(shè)計(jì)模型的調(diào)用。繼承設(shè)計(jì)階段BIM模型數(shù)據(jù)，按照施工建設(shè)的需求對(duì)模型進(jìn)行整理、拆分、深化，梳理施工所需的模型資源；緊接著，再進(jìn)行施工模型輸入。為滿足建設(shè)過(guò)程的精確模擬需求，在BIM模型中補(bǔ)充施工建設(shè)所需的附屬構(gòu)件。最后，建立應(yīng)用編碼體系也十分必要。針對(duì)設(shè)計(jì)模型進(jìn)行編碼體系的梳理，進(jìn)一步拆分模型，使其滿足算量、排期等需求。

梳理完BIM信息，規(guī)劃施工階段的難點(diǎn)隨之出現(xiàn)。質(zhì)量上，施工變更與碰撞問(wèn)題，鋼筋混凝土工程施工強(qiáng)度大；安全上，施工現(xiàn)場(chǎng)與生產(chǎn)生活交叉，施工場(chǎng)地空間有限，項(xiàng)目周圍人流量大，需保證行人安全；成本上，外部預(yù)制構(gòu)件種類多，不易控制數(shù)量，合理控制項(xiàng)目投資及成本的要求高。這時(shí)，基于BIM的多維度施工過(guò)程模擬顯得十分必要。

3D可視化模擬。BIM的可視化及虛擬特征可以對(duì)照?qǐng)D紙進(jìn)行形象化的認(rèn)知，從而有效地指導(dǎo)施工作業(yè)，保障施工質(zhì)量與施工安全。譬如，各類3D場(chǎng)地實(shí)體模型均可以顯示、隱藏及改變顏色，直觀逼真地體現(xiàn)了實(shí)際施工現(xiàn)場(chǎng)布置，實(shí)現(xiàn)3D可視化效果。

4D進(jìn)度計(jì)劃?rùn)z驗(yàn)。把BIM模型與進(jìn)度計(jì)劃集成，可以按月、周、天形象的模擬施工進(jìn)程，能夠使設(shè)備材料進(jìn)場(chǎng)、勞動(dòng)力配置等各項(xiàng)工作的安排變得更有序。與傳統(tǒng)施工平面布置圖相比，基于BIM的4D管理使用戶可以快捷查詢每個(gè)設(shè)施、設(shè)備的詳細(xì)信息，實(shí)時(shí)修改其布置狀況和相關(guān)信息，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了整個(gè)施工場(chǎng)地的3D動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)和可視化模擬。

5D工程量統(tǒng)計(jì)，基于BIM模型，建立或提取各種工程量信息，快速做出成本核算，達(dá)到有效控制成本的目的。此外，在本項(xiàng)目施工階段，還運(yùn)用了激光掃描、GPS、移動(dòng)通訊、RFID和互聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)，并與本項(xiàng)目的BIM模型進(jìn)行整合，指導(dǎo)、記錄、跟蹤、分析作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的各類活動(dòng)。除了保證施工期間不產(chǎn)生重大失誤以外，也為項(xiàng)目運(yùn)營(yíng)維護(hù)預(yù)先準(zhǔn)備了準(zhǔn)確、直觀的BIM數(shù)據(jù)庫(kù)。

概括地說(shuō)，在科研綜合樓工程中，天津院充分利用BIM模型模擬不同的施工進(jìn)度方案，并結(jié)合成本控制進(jìn)行對(duì)比。最終，尋找到最佳的施工進(jìn)度計(jì)劃，從而更嚴(yán)密地組織施工、縮短施工周期，降低資金成本、節(jié)約造價(jià)。

BIM技術(shù)貫穿項(xiàng)目始終

科研綜合樓工程中，天津院將BIM技術(shù)應(yīng)用在建筑設(shè)計(jì)、施工實(shí)施、運(yùn)營(yíng)維護(hù)這三個(gè)階段中，讓BIM技術(shù)貫穿項(xiàng)目始終，并從中總結(jié)出了不少寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

通過(guò)本次項(xiàng)目實(shí)踐，使得天津院探索研究出符合所屬地區(qū)的BIM全生命周期工作流程與方法，并在原先基礎(chǔ)上加強(qiáng)了各參與方之間的數(shù)據(jù)交互，促進(jìn)各方協(xié)作。對(duì)于本項(xiàng)目中BIM在全生命周期應(yīng)用的關(guān)鍵環(huán)節(jié)、需要分析的內(nèi)容、數(shù)據(jù)交互格式、多方協(xié)作模式進(jìn)行了深入的探索，確定了目前技術(shù)條件下基于BIM技術(shù)的項(xiàng)目全生命周期管理的方法和步驟。全生命周期管理需要更進(jìn)一步明確各方協(xié)作的流程，細(xì)化團(tuán)隊(duì)間的職責(zé)，設(shè)計(jì)階段、施工階段與運(yùn)營(yíng)維護(hù)階段的BIM模型深度及其功能還需要深化。

BIM的技術(shù)優(yōu)勢(shì)在工程建設(shè)行業(yè)日益凸顯，越來(lái)越多的企業(yè)不斷加強(qiáng)BIM技術(shù)的應(yīng)用深度和廣度，以期提高工程建設(shè)的 效率、提升工程建設(shè)的品質(zhì)。實(shí)際上，BIM帶來(lái)的設(shè)計(jì)模式變革正在方方面面地影響工程建設(shè)行業(yè)。盧琬玫表示，科研綜合樓項(xiàng)目有效使用基于BIM軟件構(gòu)建BIM模型，并將各種項(xiàng)目信息輸入到BIM模型中，借助BIM與其他數(shù)字化技術(shù)的集合，實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目全生命周期的管理，并且達(dá)到提高項(xiàng)目整體設(shè)計(jì)、建造與運(yùn)營(yíng)的效率的目的。

天津市建筑設(shè)計(jì)院

天津市建筑設(shè)計(jì)院（簡(jiǎn)稱“天津院”）創(chuàng)立于1952年，經(jīng)歷五十多年歷史滄桑，現(xiàn)已發(fā)展成為技術(shù)實(shí)力雄厚、人才濟(jì)濟(jì)的天津地區(qū)最大的綜合建筑設(shè)計(jì)院。天津院擁有工程建筑設(shè)計(jì)、城鄉(xiāng)規(guī)劃編制、風(fēng)景園林、工程監(jiān)理、招標(biāo)代理、造價(jià)咨詢六項(xiàng)甲級(jí)資質(zhì)，并經(jīng)國(guó)家外經(jīng)貿(mào)部批準(zhǔn)，具有對(duì)外經(jīng)營(yíng)權(quán)，是國(guó)際建筑工程咨詢協(xié)會(huì)（Fidic）會(huì)員單位。全院設(shè)有7個(gè)職能管理部門，2個(gè)技術(shù)研發(fā)中心，10個(gè)土建設(shè)計(jì)所，4個(gè)機(jī)電設(shè)計(jì)所，8個(gè)專項(xiàng)設(shè)計(jì)所和投資公司下屬的45家多經(jīng)公司（其中包括15家聯(lián)合設(shè)計(jì)公司）。