王冰

CCDI 悉地國際

近十年，在國家的大力扶持下，BIM技術(shù)在工程建設(shè)行業(yè)的各個領(lǐng)域、各個階段如雨后春筍般蓬勃發(fā)展。從政府主管部門的主導、建設(shè)方的主觀需求，到設(shè)計行業(yè)自身的轉(zhuǎn)型升級，一場自上而下的設(shè)計革命正在悄然開展。蘇州太湖新城能源中心項目的正向設(shè)計，正是順應各方需求、順勢發(fā)展而來的。

1 項目源起

蘇州太湖新城是蘇州市“一核四城”城市發(fā)展戰(zhàn)略的重要組成部分，也是蘇州邁向“太湖時代”的重要契機。太湖新城臨湖而建，由吳中、吳江兩個片區(qū)組成。其中，吳中片區(qū)總規(guī)劃面積30km2，將圍繞“綠色、生態(tài)、智慧、低碳”的城市發(fā)展理念建設(shè)；吳江片區(qū)的規(guī)劃范圍為10km2，將圍繞“一心、一帶、兩軸、三片五區(qū)”的規(guī)劃理念建設(shè)。商業(yè)核心區(qū)是太湖新城的中心區(qū)域，位于核心區(qū)北側(cè)的能源中心，肩負著為包含核心區(qū)在內(nèi)的約200萬m2新城用戶解決供冷、供熱及部分電力需求的艱巨任務(wù)。同時，能源中心還將作為展覽館、能源教育示范基地接待各界人士，在發(fā)揮供電功能的同時，宣傳普及綠色建筑理念，為提高人們的節(jié)能環(huán)保意識做出貢獻。

在可研階段，設(shè)計團隊秉承的設(shè)計原則是：1）安全可靠、切實可行；2）綜合利用多種能源；3）工藝先進、節(jié)約投資；4）經(jīng)濟適用、布局合理；5）建筑造型優(yōu)美、獨特與和諧。經(jīng)過對項目資源情況、周邊地理環(huán)境的研究，能源中心最終采用燃氣+冷熱電+三聯(lián)供技術(shù)，為核心區(qū)提供冷熱源，配置板換、電制冷機、發(fā)電機、水泵、溴冷機、地源熱泵及蓄冷水罐，實現(xiàn)燃氣、電力雙峰填谷。整個系統(tǒng)綜合利用率高，綜合排放量小，部分屋面設(shè)有光伏板，利用太陽能光伏發(fā)電。

能源中心的建設(shè)是整個新城“綠色、生態(tài)、智慧、低碳”開發(fā)理念的縮影，政府對此項目高度重視。彼時2013年，正值BIM技術(shù)在中國嶄露頭角、逐漸興起的時候，新城管委會前瞻性地要求核心區(qū)所有政府開發(fā)項目都要采用BIM技術(shù)，尤其是能源中心。當時設(shè)計團隊剛剛與外國事務(wù)所合作完成一個度假酒店項目，建筑外形復雜、依山而建，境外設(shè)計方直接采用Revit出圖，中方為了配合也采用了BIM正向設(shè)計出圖。有了這個項目的經(jīng)驗，并考慮到能源中心雖然建筑體量小，但專業(yè)系統(tǒng)界面眾多，能源工藝復雜，涉及建筑、結(jié)構(gòu)、幕墻、機電、能源等各專業(yè)，屬于大型復雜建筑工程，加之項目需要實時溝通、討論、決策，匯報其三維可視需求，項目組提出采用BIM正向設(shè)計的出圖方式，以克服設(shè)計難點，保證設(shè)計質(zhì)量，實現(xiàn)項目的協(xié)同及管理。這一決定得到管委會領(lǐng)導的大力支持和鼓勵，也堅定了項目組的信心。

2 項目概況

1 整體模型

2 Dynamo 日照模擬

3 鳥瞰效果圖

能源中心總建筑面積45 400m2，用地面積17 800m2，建筑高度40.5m。主樓為地上8層，地下1層（含夾層），包括低碳能源展示中心、移動通信運營商基站、廣電服務(wù)中心、綜合管廊展示指揮中心等。一層設(shè)通高主入口大堂，兩側(cè)分別為參觀入口及休息廳，北面設(shè)核心筒，東側(cè)為通信機房，西側(cè)布置消防控制室，滿足交通、安保要求；二層西側(cè)為能源控制中心及展廳配套用房，中間部分為蓄冷罐空間，東側(cè)為通信機房；三層為管理用房；四到八層為信息中心；能源廠房位于地下一層東側(cè)，層高10.2m，包含燃氣發(fā)電機房、煙氣溴冷機房、電制冷機房、蓄能（冷、熱）罐、變配電站、換熱站、能源調(diào)度中心等。輔樓首層為公交首末站，總高度為15.7m；冷卻塔設(shè)置于公交場站的頂棚上，合理利用空間，并為核心區(qū)提供便利交通。

3 正向設(shè)計實踐

3.1 從方案開始的三維設(shè)計

設(shè)計方案幾經(jīng)篩選，建筑造型簡潔、流暢，立面按照功能形成優(yōu)美、錯落的進退關(guān)系，塑造出現(xiàn)代感十足的建筑空間體量。在的室外平臺上布置綠化及休閑空間，既實現(xiàn)低碳環(huán)保理念，又為建筑提供多類型、情景化的休閑、交流場所。

從方案深化到擴初階段，BIM技術(shù)一直發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。建筑專業(yè)在方案深化階段就搭建了BIM模型，以應對項目深化過程中的三維可視化需求。

3.1.1 立面參數(shù)化設(shè)計推敲

根據(jù)功能需求，立面格柵的疏密不同，百葉的傾斜角度及布置方式采用了Dynamo參數(shù)化技術(shù)輔助推演并最終定案。通過在項目中載入?yún)?shù)化百葉窗族，運用Dynamo根據(jù)當?shù)厝照站帉懹嬎氵壿?，從而計算出滿足日照條件的百葉窗開啟角度，再按照既定數(shù)據(jù)對百葉窗的開啟效果進行模擬，幫助建筑師進行設(shè)計決策。

3.1.2 機房布置方案推敲

設(shè)備機房的布置是本項目的重點之一，關(guān)系到項目設(shè)計、施工、管理的方方面面。從設(shè)計時管道的走向、凈高到施工時設(shè)備的運輸、安裝，再到最后機房的美觀性、設(shè)備的檢修空間，必須簡單、整齊、流暢，而且能兼顧設(shè)計、施工、運維的各種需求。

本項目燃氣發(fā)電機房需要采用鋼筋混凝土防爆墻，柱網(wǎng)由建筑功能確定。常用的柱網(wǎng)尺寸在7.6～9.0m之間，盡管從結(jié)構(gòu)受力角度看，梁高取值在柱網(wǎng)的1/15～1/12較為經(jīng)濟，但從全局著眼，尤其是地下結(jié)構(gòu)，考慮到建筑凈高、外圍護結(jié)構(gòu)、基坑開挖與支護、降水等相關(guān)費用，盡可能采用寬扁梁，在層高一定的條件下為使用者提供盡可能高的空間，增加空間的舒適性。

為達到最佳的使用效果，經(jīng)各方會議，項目組通過BIM三維模型模擬各種布置方案，拓寬了機房的布置思路。方案推敲過程中，各種限制條件一目了然，最終確定了9m×8.4m柱網(wǎng)為最佳解決方案，機房布置簡潔、整齊，方便安裝、檢修和操作。

3.1.3 空間漫游及各類模擬

在設(shè)計過程中，設(shè)計者可以在模型上進行各類模擬操作，如機房布置模擬、設(shè)備吊裝模擬等，及時發(fā)現(xiàn)圖紙和空間問題，加強空間體驗感，從而幫助設(shè)計師更有效地組織設(shè)計方案。

3.2 BIM正向設(shè)計實施

3.2.1 實施規(guī)劃

在正式開始正向設(shè)計之前，項目組秉承“不打無準備之仗”的思想，制定了詳細的BIM實施規(guī)劃方案，包括組織架構(gòu)、協(xié)同方式、項目平臺、模型規(guī)劃、出圖規(guī)劃等。

（1）組織架構(gòu)

與傳統(tǒng)二維設(shè)計項目組織架構(gòu)相比，項目組額外設(shè)置了BIM經(jīng)理崗位，負責制定BIM技術(shù)標準、BIM實施規(guī)劃，為整個項目提供BIM技術(shù)支持與培訓。專業(yè)負責人需對本專業(yè)所承擔BIM設(shè)計工作的模型精度、進度和出圖質(zhì)量負責。各專業(yè)的設(shè)計師除完成本專業(yè)的設(shè)計工作，也負責BIM建模、BIM設(shè)計出圖及專業(yè)族的制作。

（2）協(xié)同方式

正向設(shè)計是個多專業(yè)協(xié)同作業(yè)的過程，和傳統(tǒng)設(shè)計方式類似，建筑專業(yè)需率先啟動，根據(jù)方案建立“初始”模型，規(guī)定好標高、軸網(wǎng)、項目基點，以此作為各專業(yè)協(xié)同作業(yè)的基礎(chǔ)。項目設(shè)計的范圍包括建筑、結(jié)構(gòu)、機電（給排水、暖通、電氣、智能化）、能源工藝等，隨著設(shè)計的展開，分專業(yè)的BIM模型將作為設(shè)計成果的載體，進行各專業(yè)相互提資和成果交付。

專業(yè)間采用“文件鏈接（Link）”方式進行BIM設(shè)計協(xié)同，專業(yè)之間的模型只能作為相互參照使用，類似CAD文件之間的外部參照，無法進行跨專業(yè)修改，但可以實現(xiàn)專業(yè)間的信息溝通與校對。

專業(yè)內(nèi)部的設(shè)計采用“工作集（Workset）”方式，各專業(yè)負責人先創(chuàng)建本專業(yè)中心文件，并根據(jù)專業(yè)需求在中心文件中劃分工作集，專業(yè)設(shè)計師領(lǐng)取各自的工作集權(quán)限后，在工作集中進行設(shè)計，其設(shè)計內(nèi)容可以適時地在本地文件與協(xié)同平臺上同步更新。在本項目中，機電專業(yè)和能源工藝專業(yè)被分成了兩個模型，機電專業(yè)模型中給排水、暖通、電氣、智能化專業(yè)模型分屬各自的工作集，專業(yè)負責人會根據(jù)需要對工作集進行細分。正向設(shè)計的優(yōu)勢在于，在設(shè)計過程中可實時進行管線綜合和專業(yè)間的協(xié)同與信息共享，當設(shè)計進展到一定階段需要調(diào)整時，各專業(yè)的設(shè)計師會暫時釋放自己的模型權(quán)限，交給一個人進行集中調(diào)整。

（3）項目平臺

項目使用CCDI自主研發(fā)的CCDP項目協(xié)同管理平臺，兼顧協(xié)同規(guī)則、設(shè)計標準、人員管理、支持團隊、權(quán)限管理、模型管理、文檔管理、交付管理、安全備份等多種功能，是不可缺少的協(xié)同設(shè)計工具。

設(shè)計師可以從Revit軟件界面直接連接CCDP項目平臺的文檔管理項目樹，在線進行設(shè)計，通過一定權(quán)限設(shè)置，其他設(shè)計師也可以在平臺上便捷讀取及操作設(shè)計文件，實現(xiàn)了真正意義的項目協(xié)同設(shè)計。在項目樹中可實時顯示文件狀態(tài)，紅色文件名表示需獲取最新文件，藍色表示需向平臺提交已修改文件，黑色表示本地文件與平臺文件一致。當發(fā)現(xiàn)鏈接文件變更時，可在鏈接管理器中重新加載，以獲取最新文件。

（4）模型規(guī)劃

在BIM正向設(shè)計開始前，必須有良好的模型規(guī)劃及出圖規(guī)劃。模型規(guī)劃的內(nèi)容主要包括模型精度、模型信息、軟件規(guī)劃、模型工作拆分、機電樣本文件制作等。初設(shè)階段的模型精度為LOD200，施工圖階段的模型精度為LOD300。相較于反向BIM建模通常會約定機電模型精度為DN50以上的管線，正向設(shè)計出圖的模型精度會遠高于反向BIM模型，且模型精度需和施工圖紙深度保持一致，所有管道、附件、設(shè)備末端都需要在模型中建立，同時模型信息的錄入需要符合國家對初步設(shè)計及施工圖設(shè)計出圖深度要求；機電專業(yè)樣本文件需統(tǒng)一配色標準及過濾器設(shè)置。

（5）出圖規(guī)劃

本項目使用Revit作為三維設(shè)計出圖軟件，CAD作為二維設(shè)計出圖軟件，Dynamo作為參數(shù)化設(shè)計軟件，Navisworks作為模型整合及整體瀏覽應用的主要軟件。

項目的二維圖紙采用傳統(tǒng)“施工圖表達方法”，出圖方式采用Revit與CAD相結(jié)合。建筑專業(yè)全部采用Revit直接出圖；結(jié)構(gòu)專業(yè)平面圖紙采用Revit出圖，文字類和節(jié)點詳圖類采用傳統(tǒng)CAD出圖；機電專業(yè)三維系統(tǒng)圖、平面圖、機房詳圖采用Revit出圖，二維系統(tǒng)圖和文字類圖紙采用CAD出圖。

3.2.2 設(shè)計出圖

（1）設(shè)計流程

三維設(shè)計被分為建模和出圖兩個流程，圖紙的輸出基于設(shè)計師創(chuàng)建的BIM模型而展開，兩個流程在項目設(shè)計的全過程中交錯推進。與傳統(tǒng)CAD設(shè)計不同，設(shè)計需要在三維形態(tài)中去逐步完善直至最終實現(xiàn)，模型的生成也是從主干到細支末節(jié)、從單專業(yè)的模型到多專業(yè)相互參照、協(xié)調(diào)，最終和諧共生的一個反復修改、完善的過程。例如，項目的管線綜合工作與機電設(shè)計過程同步進行，通過工作集的方式，各專業(yè)之間的管線碰撞無處遁形，可以進行實時調(diào)整。

有了基礎(chǔ)的模型，出圖工作就變得純粹了。正向設(shè)計的目標是導出一套完整的施工圖紙，出圖前需要進行一系列設(shè)置，整理形成一套完整的參數(shù)化圖框族。各專業(yè)根據(jù)自身的出圖規(guī)劃，創(chuàng)建并命名、編號不同類型的圖紙，圖紙目錄會在Revit“明細表”中自動生成，并根據(jù)圖紙新增和刪減的情況實時更新。

（2）專業(yè)族定制

在正向設(shè)計出圖過程中，根據(jù)二維出圖習慣定制專業(yè)的出圖族和圖例，是一項比較龐大而繁瑣的工作。設(shè)計師編輯或創(chuàng)建設(shè)備族文件，通過編輯圖元可見性可以使族文件的二維顯示與傳統(tǒng)二維制圖圖例相一致。隨著正向設(shè)計項目的積累、專業(yè)出圖族庫的不斷豐富完善，這些困難逐漸被克服。

（3）線型標注式樣的設(shè)置

在Revit里，線型標注式樣可依據(jù)公司對CAD的制圖標準設(shè)置，并力求和CAD出圖設(shè)置保持一致。Revit軟件自帶的標注式樣與CAD略有不同，可以通過定制標注族或一些出圖插件解決。

（4）設(shè)置視圖樣板

“視圖樣板”的設(shè)置在正向設(shè)計出圖中非常重要，通過設(shè)置視圖樣板的視圖比例、可見性、詳細程度、圖形顯示等選項，對每個專業(yè)圖紙進行規(guī)范。視圖樣板會根據(jù)項目要求和專業(yè)需求提前預設(shè)，在接下來的出圖中，僅需通過轉(zhuǎn)換視圖樣板即可完成各類圖紙的輸出，無需頻繁打開或關(guān)閉過濾器，效率遠超于CAD開關(guān)圖層的導圖工作。

4 機房布置方案推敲示意圖

5 漫游展示

6 吊裝模擬

7 組織架構(gòu)示意圖

8 工作協(xié)同架構(gòu)示意圖

9 機電專業(yè)整合模型

10 機房布置模型

11 出圖流程

12 建筑視圖樣板

13 機電視圖樣板

14 夜景效果圖

（5）圖紙輸出

待流程中的關(guān)鍵步驟都完成后，出圖就變得水到渠成了，隨著模型的不斷完善和修改，圖紙可以實時導出，包括剖面圖、大樣圖。在圖紙變更的時效性上，正向設(shè)計的出圖效率遠高于傳統(tǒng)二維設(shè)計。

4 總結(jié)與展望

目前，項目已經(jīng)接近尾聲，即將在2021年8月交付竣工?；仡櫾O(shè)計過程，BIM技術(shù)的應用給項目帶來了極大的價值：1）三維設(shè)計方式使設(shè)計成果更加真實明確，設(shè)計、建造、運營過程中的溝通、討論、決策都是在可視化狀態(tài)下進行的，這給復雜的項目提供了便利；2）全專業(yè)協(xié)同令專業(yè)間的相互配合更為高效、便捷，在設(shè)計過程中可以提前發(fā)現(xiàn)并規(guī)避各專業(yè)圖紙的錯落碰缺，保證全專業(yè)圖紙的準確性、協(xié)調(diào)性，大大提升了設(shè)計質(zhì)量；3）利用BIM技術(shù)將三維設(shè)計與二維設(shè)計有效結(jié)合，統(tǒng)一了暖通、給排水、強弱電專業(yè)的二維設(shè)計和三維設(shè)計制圖標準，實踐了二維設(shè)計和三維設(shè)計的無縫對接，為日后二維設(shè)計向三維設(shè)計的過渡鋪路搭橋。

BIM 技術(shù)憑借其三維立體、可視性強、信息豐富、便于整合等特點，有效提高了工程項目管理的效率和效果。但BIM作為一種新興技術(shù)，在實施過程中還是遇到了一些不可避免的困難：BIM設(shè)計對軟件和附屬構(gòu)件庫有很大的依賴性，而目前國內(nèi)在BIM正向出圖領(lǐng)域的本土化輔助設(shè)計軟件尚不完善，產(chǎn)品庫的本地化程度也不高，市面上大部分設(shè)備附件沒有相應的BIM模塊，需要BIM團隊單獨制作，耗費大量時間精力，而且構(gòu)件的精度也不能完全達到與實際產(chǎn)品相吻合的程度。

然而，直面挑戰(zhàn)、解決問題，是當代建筑設(shè)計人員應當思索與亟待突破的方向。如何在充分發(fā)揮三維正向設(shè)計優(yōu)勢的同時又滿足二維設(shè)計制圖與出圖標準，通過蘇州太湖新城能源中心項目的設(shè)計探索，我們又向前邁進了一步。正如90年代初，一場“甩圖板”的設(shè)計革新讓CAD代替了三角板、丁字尺，隨著時代發(fā)展，我們習慣的二維設(shè)計必將逐步被三維設(shè)計取代，三維正向設(shè)計勢必會成為未來設(shè)計的主流。