李 玲1 王曉梅 節(jié)忠偉 劉志斌 王 鵬

(1.成都文理學院，成都 610400； 2.西南交通大學希望學院，成都 610400)

引言

建筑信息模型(Building Information Model)，通過建立三維模型集成各部件信息建立數(shù)字信息化模型，在此基礎上對建筑物進行模擬分析與研究，進一步挖掘數(shù)據(jù)的價值。此外，高層建筑中部分樓層管線錯綜復雜，利用Navisworks軟件進行碰撞檢測，在Revit中綜合調(diào)整，提前發(fā)現(xiàn)并解決管綜各方面問題，在施工過程中盡可能減少變更及返工[1-2]。我國能耗巨大，在綠色建筑的理念下，采用BIM技術優(yōu)化能源使用情況，在空調(diào)的使用過程中分析其冷熱空調(diào)的使用情況，利用Ecotect Analysis等能耗分析軟件找到適合方案，以減少能耗使用； 在建筑使用性質(zhì)發(fā)生變化時應用Pyrosim和Pathfinder仿真模擬軟件對建筑的疏散能力進行驗證并進一步優(yōu)化提升[3-5]。

BIM技術引入我國已有較長時間，目前廣泛應用于建筑、橋梁等工程中，為了提升BIM的應用價值，借助已有項目挖掘探索BIM技術在房建項目施工階段及運營階段的使用價值及潛力[6]。

1 BIM技術的應用

目前我國BIM技術的應用仍處于起步階段，本文將結(jié)合希望未來城項目從施工到運營期間BIM的具體應用為例，分析BIM在技術在建筑行業(yè)中的應用。

1.1 工程概況

本項目為高層公寓建設項目工程，位于四川省成都市金堂縣三星鎮(zhèn)。建筑面積為58 860.32m2，地上28層， 1至5層為商業(yè)裙樓， 6至28層為住宅，住宅部分分為兩個單元，建筑高度為97.3m。地理位置如圖1。

圖1 項目地址

1.2 BIM技術在建設項目全壽命周期的應用流程

本文僅討論BIM技術從建造至運營過程中的應用，在開始施工前組織圖紙會審，深度分析圖紙，找出本項目在施工過程中可能遇到的難點問題，針對本項目編制詳細的BIM技術實施細則，對參與人員詳細交底，確定BIM應用流程[7]。如圖2所示。

圖2 BIM應用流程圖

1.3 BIM技術在建設項目中的應用

1.3.1 構建BIM模型

本項目基于BIM技術使用Revit軟件分專業(yè)快速、準確地搭建BIM模型。在不使用正向設計的情況下、各專業(yè)圖紙存在互相矛盾的問題，使用Navisworks軟件對模型進行軟硬碰撞檢測，檢查出具碰撞報告在檢測過程中僅單層建筑內(nèi)部的碰撞就達到240處之多。各專業(yè)模型如圖3-5所示。

圖3 結(jié)構模型 圖4 機電模型

圖5 建筑模型

1.3.2 碰撞檢測及優(yōu)化

根據(jù)已有的碰撞報告參照各專業(yè)的設計和施工規(guī)范對模型逐一進行調(diào)整，在調(diào)整過程中綜合考慮施工及后期維護便利。在調(diào)整節(jié)點的同時考慮建筑凈高需求，利用軟件進行凈高分析，盡可能提高凈高，最終形成基礎應用模型，并將其作為施工現(xiàn)場的指導文件。既可以避免返工及施工現(xiàn)場各專業(yè)間反復協(xié)調(diào)問題，大大節(jié)省了工期，還可以作為運營過程中的建筑維護和性能優(yōu)化的技術資料。碰撞修改如圖6。

圖6 碰撞修改

1.3.3 建筑施工進度控制

圖7 進度計劃

使用Primavera 6對施工進度進行控制，對項目從施工準備到竣工驗收每個流程進行合理的時間安排，首先對施工場地進行考察，了解施工場地的地理環(huán)境與地質(zhì)情況等，并且依據(jù)設計圖紙現(xiàn)場復核，利用網(wǎng)絡計劃，通過計算，找出網(wǎng)絡計劃的關鍵線路和非關鍵線路； 利用網(wǎng)絡計劃，計算出除關鍵工作之外的其他工作的機動時間，合理利用機動時間，優(yōu)化資源強度，調(diào)整工作進程，降低成本。施工橫道圖如圖7。

1.3.4 BIM三維場布

本項目與西南交通大學希望學院，五月花職業(yè)技術學院以及四川師范大學文理學院僅一條路之隔，位置特殊，既要保證施工的正常進行，又要避免影響學校的正常教學以及學生的日常生活。采用GCB進行三維場地布置，合理規(guī)劃道路、倉庫、堆場位置以及生活區(qū)及辦公區(qū)的排布[8]，例如將施工現(xiàn)場大門、各材料堆場以及材料加工區(qū)設置在遠離學校一側(cè)，將辦公區(qū)以及生活區(qū)設置在靠近學校一側(cè)，通過合理的場地規(guī)劃減少二次搬運及用地浪費等資源浪費現(xiàn)象[9]。見圖8。

圖8 三維場地布置

1.3.5 四維施工模擬

在傳統(tǒng)的組織施工中很難把握組織施工的進度，無法預見施工過程中的進展情況，那么如何在有限的時間內(nèi)組織施工與控制施工進度，成為了眾多施工、監(jiān)理單位等難以解決的問題，所以本次研究將應用四維施工模擬來嘗試解決這一問題。

首先在施工前為本項目編制詳細的施工組織計劃。一，作為常規(guī)資料保存； 二，作為四維施工模擬的基礎文件。利用BIM軟件對施工現(xiàn)場進行詳細的布置。然后在三維模型的基礎上導入施工進度計劃完成施工模擬(四維施工模擬)。顛覆傳統(tǒng)的文本形式的進度管理方案，用四維模擬的方式進行過程管理以及指導施工，在施工前通過施工模擬提前發(fā)現(xiàn)施工過程中可能會存在的問題，并制定相應的應對措施[10]。在施工過程中將細部施工動畫作為施工指導文件，確保施工的過程規(guī)范性及工程質(zhì)量。施工模擬情況如圖9。

圖9 施工模擬

1.3.6 三維可視化協(xié)同漫游

在傳統(tǒng)的形式中圖紙中信息散亂，且平面的圖紙并不能展現(xiàn)出實際安裝完成后的效果，本項目使用漫游軟件來實現(xiàn)將模型實際使用到施工中這一目的，在建模過程中將圖紙中各個構件的信息編輯到對應的構件中，通過三維可視化協(xié)同漫游查看各個構件信息，以及實際安裝狀態(tài)，與Revit軟件實時雙向聯(lián)動修改模型。這樣的模式可以避免傳統(tǒng)模式中在施工時才發(fā)現(xiàn)問題這一現(xiàn)象，避免了施工過程中提出變更，變更審核，等待發(fā)布變更通知的這一過程，能夠大大節(jié)省工期，三維可視化圖如圖10。

圖10 三維協(xié)同漫游

1.3.7 BIM凈高分析

采用Fuzor軟件對模型進行逐層凈高分析[11]，對于凈高不滿足要求的部分進一步分析其過渡的合理性及進一步優(yōu)化的可能性，力求各部分凈高滿足使用需求，見圖11。

圖11 商業(yè)部分凈高分析

2 BIM創(chuàng)新應用研究

2.1 建筑安全性能驗證及優(yōu)化

本建筑設計初衷是普通公寓住宅，但目前作為學生公寓使用，在居住人員數(shù)量上可能超過了設計數(shù)量的4倍至5倍。因此在建筑各方面性能上需要進一步的驗證及優(yōu)化。利用疏散模擬軟件進行疏散模擬，得到目前該樓疏散時長，若疏散時長不滿足規(guī)范要求，再制定相應的應對方案優(yōu)化。借助火災模擬軟件進行火災模擬，將在火災模擬過程中發(fā)現(xiàn)的危險部位作為消防重點防護部位，在規(guī)劃疏散路線時避開這些危險部位。本項目經(jīng)過疏散模擬得出在禁用電梯的情況下目前疏散時長為1 486.8s，大大超過了規(guī)范要求，于是在不改建筑結(jié)構的情況下通過優(yōu)化疏散路線的方式縮短疏散時長。在高層時合理分流，均衡各疏散通道疏散壓力，當人群到達商業(yè)區(qū)時盡量利用商業(yè)區(qū)疏散通道疏散(針對該建筑用途的特殊性，高層部分作為學生公寓使用，在日常通過疏散演練來實現(xiàn))。優(yōu)化后疏散時長為558.8s，路線優(yōu)化能夠有效縮短疏散時間。對于很多建筑而言，設計用途與實際使用間可能會存在一些差別，那么當實際用途與設計不同時，建筑的各方面性能可以使用BIM技術進一步的驗證與優(yōu)化。

2.2 建筑使用性能優(yōu)化

本建筑在使用過程中，發(fā)現(xiàn)由于是作為學生公寓使用，居住人員出行時間相對集中，在每天出行高峰電梯廳異常擁堵，電梯運行壓力極大，損壞頻率極高，這樣的出行狀況既不安全也不方便。于是提出對電梯運行方案進行改進。本棟建筑共兩個單元，每個單元共擁有4臺電梯，其中一臺消防電梯不做修改?，F(xiàn)行電梯運行方案為一號電梯每層?？?，二號電梯單層?？?，三號電梯雙層?？?。改進方案一，三臺電梯每層?？俊８倪M方案二(分區(qū)?？?，一號電梯6-13層?？浚栯娞?4-21層?？浚栯娞?2-28層?？俊榱说玫礁诱鎸嵉哪M數(shù)據(jù)，對公寓居住人員進行抽樣問卷調(diào)查，統(tǒng)計出較為真實的人員出行數(shù)據(jù)，使用疏散模擬軟件為三個出行方案進行模擬得出現(xiàn)行方案完成出行需要1 985.5s。方案一完成疏散需要1 983.3s，方案二完成出行需要1 677.8s。經(jīng)過軟件模擬可以看出方案二能夠有效減少出行時間。因此提出修改電梯運行方案建議，將現(xiàn)行運行方案改為方案二。如圖12。

圖12 各方案模擬時長

2.3 建筑使用燈光優(yōu)化

在建筑的設計與使用當中發(fā)現(xiàn)一些光照強度不合理，在設計師設計的時候或者現(xiàn)場安裝的時候可以根據(jù)實際光照強度的分析來確定補充的光源，使用Ecotect Analysis進行分析，在全陰天空，自然光照為4 500 lux時，房間的自然采光節(jié)點，見圖13。

圖13 光照分析

按要求可設置100-300 lux的燈光，用來增加房間亮度，當然也可以減少不必要的補充燈光。對于大多數(shù)建筑而言，在后期的運營過程中無論是在對業(yè)主的日常生活中還是在物業(yè)公司的日常管理與運營中都能起到節(jié)約能耗的作用。

2.4 宿舍空調(diào)節(jié)能研究

希望未來城項目位于成都市金堂縣，屬于亞熱帶濕潤季風氣候區(qū)，現(xiàn)在校學生1.5萬余人，學生宿舍樓6棟(四棟6層， 2棟28層)，平均每間入住人數(shù)高達8人，人均占有面積較低，人員密度大。夏季使用冷空調(diào)較為頻繁，使用Ecotect Analysis 進行熱工分析，當空調(diào)的的開啟范圍從26℃上升到28℃時，能量消耗將降低12.1MWh，約降低了52%，節(jié)能效果不言而喻，如圖14。

圖14 空調(diào)能耗分析

眾所眾知，現(xiàn)今社會資源匱乏，住宅電氣的節(jié)能使用對于我國的可持續(xù)發(fā)展有著舉足輕重的作用，通過Ecotect Analysis對空調(diào)使用情況的分析，可以做出一些對空調(diào)使用的整改，從而減少能量的消耗。為推進我國建筑節(jié)能工作，國務院和有關部門已先后頒布《民用建筑節(jié)能條例》、《民用建筑節(jié)能管理規(guī)定》《民用建筑節(jié)能設計標準(JGJ26—95)》《公共建筑節(jié)能設計標準(CB50189—2005)》、《夏熱冬冷地區(qū)居住建筑節(jié)能設計標準(JGJ 134-2010)》等法律法規(guī)和標準[12]?？照{(diào)能耗控制在規(guī)定的范圍內(nèi)對高校的大范圍宿舍建筑的節(jié)能改造、有效降低高校建筑能耗具有重要意義[13]。

3 結(jié)論與展望

在上述基于BIM在建設工程全壽命周期的應用的階段性探究中，通過模型的建立， BIM應用與創(chuàng)新性研究，實現(xiàn)了施工組織優(yōu)化、BIM機電的深化管理、BIM建筑性能的驗證和BIM的創(chuàng)新性研究。

從建立三維模型集成建筑各部件信息，基于BIM的技術優(yōu)化施工組織，合理場景布置，模擬火災及管綜漫游，進行能耗分析等各個方面完善了建筑，且深入研究本項目在當?shù)丨h(huán)境下和現(xiàn)代社會對于節(jié)能要求條件下做出的應對政策實現(xiàn)綠色建筑，實現(xiàn)了節(jié)約減排的目的； 挖掘、提升了BIM的價值，進一步推動了BIM技術的全面發(fā)展。