韓彥彪 曹 樂 郝學(xué)潮 張 凱 梁希克 曹 帥

(中國建筑科學(xué)研究院有限公司，北京 100013)

引言

學(xué)校建設(shè)事關(guān)百年大計(jì)，事關(guān)民生民心，是城鄉(xiāng)發(fā)展的重要基礎(chǔ)工程。學(xué)校建設(shè)項(xiàng)目有著工程質(zhì)量要求高、結(jié)構(gòu)不規(guī)則、工期要求緊、建設(shè)周期長、功能組成多樣復(fù)雜等的特點(diǎn)，且現(xiàn)代教育基礎(chǔ)建設(shè)提出了以自然為依托生態(tài)建設(shè)的理念，由此便形成了多重地表、錯(cuò)動(dòng)層疊、三維立體的動(dòng)態(tài)平臺(tái)，以傳統(tǒng)設(shè)計(jì)階段和施工階段的思維路線已無法達(dá)到高效性、多維性的建設(shè)要求，因此需要BIM技術(shù)來予以支持。

通過BIM技術(shù)支持設(shè)計(jì)階段，能夠產(chǎn)生比人為更精確的控制和分析，設(shè)計(jì)完成后，其模型和數(shù)據(jù)又可以支持施工階段，促進(jìn)設(shè)計(jì)和施工過程的整體性，降低成本，縮短工期，獲得更好的建造品質(zhì)[1]。本文以三亞南繁科技城小學(xué)幼兒園項(xiàng)目為載體，研究BIM技術(shù)在學(xué)校建設(shè)項(xiàng)目設(shè)計(jì)階段和施工階段中的應(yīng)用，探討B(tài)IM技術(shù)如何在學(xué)校項(xiàng)目管理中構(gòu)建起信息的橋梁，旨在為同類型項(xiàng)目提供參考。

1 項(xiàng)目簡介

三亞南繁科技城小學(xué)幼兒園項(xiàng)目位于海南省三亞市崖州區(qū)崖州灣科技城南繁片區(qū)YK05-03-01/02兩個(gè)地塊，甘蔗路和甘農(nóng)北路交叉處西側(cè)。

該學(xué)校項(xiàng)目總用地面積為27 866m2，總建筑面積317 16.5m2，地下室建筑面積為4 121.68m2。項(xiàng)目要建成1棟地上3層幼兒園(1號(hào)樓)、1棟地上6層綜合樓(2號(hào)樓)、1棟地上4層綜合教學(xué)樓(3號(hào)樓)及1個(gè)地下一層地下室。

基于生態(tài)建設(shè)的理念，校園內(nèi)部有多處綠坪，在天井區(qū)域存在大面積降板區(qū)域?qū)е碌叵聦咏Y(jié)構(gòu)存在多處錯(cuò)層，施工難度大，成本較高。同時(shí)，項(xiàng)目施工面積相對(duì)較大，施工部署繁雜，且機(jī)電系統(tǒng)相對(duì)較多，尤其地下車庫中設(shè)備機(jī)房及管線較為集中，降板區(qū)域給管線的優(yōu)化和調(diào)整造成了一定的難度。

結(jié)合以上特點(diǎn)，項(xiàng)目在設(shè)計(jì)施工階段融入BIM技術(shù)貫穿于校園建設(shè)整體主線中，提供更高效的保障,如圖1所示。

圖1 項(xiàng)目效果圖

2 BIM標(biāo)準(zhǔn)方案及工作流程

2.1 實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)與方案

現(xiàn)階段，關(guān)于學(xué)校項(xiàng)目工程的國家地方BIM標(biāo)準(zhǔn)仍有不完善之處，多數(shù)項(xiàng)目在各項(xiàng)工作環(huán)節(jié)上沒有一個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。

為了項(xiàng)目參與各方能保證BIM模型的統(tǒng)一性、項(xiàng)目信息的一致性，項(xiàng)目依據(jù)現(xiàn)行國家及行業(yè)建設(shè)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)《建筑信息模型應(yīng)用統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)[附條文說明]GB/T 51212-2016》等，從文件與構(gòu)件命名格式、建模精度、專業(yè)拆分、系統(tǒng)顏色、模型創(chuàng)建原則、模型交付等方面，統(tǒng)一編制了項(xiàng)目BIM實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)[2]。同時(shí)，項(xiàng)目基于問題預(yù)警、信息橋梁構(gòu)建、生態(tài)建設(shè)等目標(biāo)及經(jīng)驗(yàn)，編制出一套嚴(yán)謹(jǐn)、完善的BIM實(shí)施方案,如圖2所示。

圖2 BIM實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)與方案

2.2 BIM工作流程

項(xiàng)目結(jié)合矩陣式項(xiàng)目管理的組織形式，強(qiáng)化了在準(zhǔn)備階段、設(shè)計(jì)階段、實(shí)施階段的BIM工作流程，便于項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)精細(xì)化管理以及各參與方能夠在協(xié)同平臺(tái)的基礎(chǔ)上進(jìn)行信息呼喚與工作協(xié)調(diào),如圖3所示。

圖3 BIM工作流程

3 設(shè)計(jì)階段BIM技術(shù)應(yīng)用

3.1 BIM模型創(chuàng)建

依據(jù)制定好的BIM實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)，項(xiàng)目創(chuàng)建了建筑、結(jié)構(gòu)、機(jī)電等各專業(yè)模型，通過排查預(yù)警，針對(duì)隱蔽工程處及復(fù)雜施工節(jié)點(diǎn)處，提前交底于設(shè)計(jì)方和施工方，并通過施工模擬交底的形式，加強(qiáng)作業(yè)人員對(duì)施工復(fù)雜節(jié)點(diǎn)的把控，輔助項(xiàng)目管理人員提升項(xiàng)目安全質(zhì)量的管理能力，減少錯(cuò)誤，提高效率[3],如圖4～6所示。

圖4 建筑模型展示

圖5 結(jié)構(gòu)模型展示

圖6 機(jī)電模型展示

3.2 日照分析

學(xué)校建筑日照標(biāo)準(zhǔn)是影響教學(xué)室內(nèi)外區(qū)域環(huán)境舒適性的重要因素之一。建筑布局和太陽方位角的有效結(jié)合，既能保證空間環(huán)境，又能提升日照質(zhì)量。利用日照分析相關(guān)軟件，建立數(shù)學(xué)模型，從幾何和光學(xué)角度，解決建筑方位與造型形成陰影占比不合適的問題，并準(zhǔn)確分析出不同時(shí)間下的建筑的光照情況，從而更加科學(xué)地創(chuàng)造出舒適的校園環(huán)境。

項(xiàng)目使用Ecotect Analysis軟件進(jìn)行日照分析，將優(yōu)化后的方案體量模型導(dǎo)入進(jìn)Ecotect，分析體量的全年光照輻射數(shù)據(jù)及日平均光照輻射數(shù)據(jù)，并以此輔助設(shè)計(jì)建筑方位、布局及門窗尺寸?；诜治鼋Y(jié)果，使自然采光得到最大化利用，不僅為學(xué)生創(chuàng)造良好舒適的學(xué)習(xí)環(huán)境，而且能夠有效地節(jié)約能源,如圖7(a)～7(b)所示。

(a)日照分析整體圖

3.3 空間視野分析

學(xué)校項(xiàng)目中各功能區(qū)域在設(shè)計(jì)之初需綜合考慮多方因素，一方面需要提高建筑的利用率，另一方面要邀保證各功能區(qū)域之間能夠滿足校園觀感和人員充分的流動(dòng)性。從設(shè)計(jì)上考量了功能人性化、交互多樣性及藝術(shù)美觀化的需求，使校園室內(nèi)空間與室外空間既能有效地進(jìn)行功能性劃分，又能融洽地達(dá)到聚合的效果[4]。

因此，需要利用BIM技術(shù)在項(xiàng)目落地之前，針對(duì)校園中的各空間點(diǎn)進(jìn)行視野分析； 利用完成的三維模型，進(jìn)行景觀視點(diǎn)分析，模擬人物在建筑的不同位置，查看校園內(nèi)對(duì)景，可對(duì)園林景觀方案進(jìn)行驗(yàn)證，提前完善不足位置，達(dá)到最優(yōu)設(shè)計(jì)效果,如圖8所示。

圖8 視野分析效果圖

3.4 綜合協(xié)調(diào)

綜合協(xié)調(diào)也是學(xué)校項(xiàng)目中不可或缺的一項(xiàng)步驟，需要針對(duì)二維設(shè)計(jì)中不能全面反映的空間關(guān)系、圖紙?jiān)O(shè)計(jì)、各專業(yè)交叉點(diǎn)、各專業(yè)碰撞點(diǎn)等問題，經(jīng)過圖紙審核、碰撞檢查、管綜優(yōu)化、凈高分析、模型復(fù)核一一解決并提供可行性方案[5]。項(xiàng)目BIM咨詢通過BIM模型，對(duì)圖紙進(jìn)行審核，提交圖紙問題報(bào)告；然后通過Revit軟件將建筑結(jié)構(gòu)模型鏈接入機(jī)電模型，進(jìn)行模型整合后再進(jìn)行碰撞檢查，分階段向各專業(yè)提交碰撞報(bào)告；最后根據(jù)排布原則，對(duì)各專業(yè)模型進(jìn)行管線綜合優(yōu)化及凈高分析，并組織各專業(yè)經(jīng)過會(huì)議協(xié)調(diào)來追蹤解決問題，有效地減少設(shè)計(jì)變更和施工返工，從而達(dá)到由細(xì)部到全局、再由全局反推細(xì)部綜合協(xié)調(diào)的效果,如圖9所示。

圖9 綜合協(xié)調(diào)流程

3.4.1 圖紙審核與碰撞檢查

項(xiàng)目通過BIM模型的創(chuàng)建及可視化特性，在設(shè)計(jì)階段能夠及時(shí)地對(duì)各版圖紙進(jìn)行圖紙問題審核檢查(圖紙缺失、圖紙信息缺失、構(gòu)件碰撞沖突、設(shè)計(jì)不合理等問題)，然后提出問題報(bào)告；設(shè)計(jì)單位依據(jù)報(bào)告在BIM模型中進(jìn)行校核，在極大程度上減少了施工階段中因碰撞、返工及設(shè)備材料未選定而造成人、材、機(jī)的浪費(fèi)和工期延誤等問題，整體上減少后續(xù)的設(shè)計(jì)變更，提高圖紙審核質(zhì)量和效率。

主要從圖紙缺失、圖紙信息缺失、圖紙繪制錯(cuò)誤、圖紙不對(duì)應(yīng)、洞口問題、構(gòu)件碰撞沖突、設(shè)計(jì)不合理位置這七個(gè)方面進(jìn)行問題檢查，如表1、圖10所示。

表1 圖紙問題統(tǒng)計(jì)

圖10 圖紙問題統(tǒng)計(jì)柱狀圖

3.4.2 管線綜合優(yōu)化

項(xiàng)目BIM咨詢依據(jù)創(chuàng)建好的整體模型，通過進(jìn)行軟件與人工對(duì)管線碰撞檢測，形成碰撞檢測報(bào)告，根據(jù)報(bào)告找出存在問題的部位。通過BIM技術(shù)形成管線綜合排布的平面圖、三維軸測圖、剖面圖等，根據(jù)實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)中的排布原則及功能分析，進(jìn)行便于施工、功能使用維修的管線綜合優(yōu)化，減少現(xiàn)場返工,如圖11所示。

圖11 管線綜合優(yōu)化漫游展示

3.4.3 空間凈高計(jì)算分析

作為校園建筑項(xiàng)目，管線相對(duì)集中于地庫及管井走廊區(qū)域。而凈高分析是在設(shè)計(jì)階段中通過BIM模擬，對(duì)這些區(qū)域進(jìn)行凈高分析，提前發(fā)現(xiàn)不滿足凈高要求功能和美觀需求的部位，減少后期設(shè)計(jì)變更，從而縮短工期、節(jié)約成本。整體流程主要是重點(diǎn)驗(yàn)證受結(jié)構(gòu)影響空間較窄或者較低的區(qū)域以及管線密集交叉等凈高不滿足情況的區(qū)域； 輸出凈高分布圖，用不同顏色表示不同區(qū)域的凈高值，展示不利點(diǎn)并及時(shí)作出調(diào)整； 輸出凈高分析報(bào)告，具體標(biāo)明不利點(diǎn)問題，便于設(shè)計(jì)人員進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整[6],如圖12所示。

圖12 幼兒園1F凈高分布圖

4 施工階段BIM技術(shù)應(yīng)用

4.1 BIM深化設(shè)計(jì)應(yīng)用

深化設(shè)計(jì)是學(xué)校項(xiàng)目施工階段中重要的一項(xiàng)環(huán)節(jié)，但傳統(tǒng)的二維深化設(shè)計(jì)相對(duì)于幕墻、錯(cuò)層區(qū)、機(jī)房區(qū)等節(jié)點(diǎn)復(fù)雜的區(qū)域存在一定的缺陷和難度。 BIM技術(shù)的應(yīng)用對(duì)于幕墻的深化設(shè)計(jì)、錯(cuò)層區(qū)域的管線綜合設(shè)計(jì)以及機(jī)房內(nèi)設(shè)備與大管徑管線的深化設(shè)計(jì)都起到了重要的作用，可實(shí)現(xiàn)三維可視、精準(zhǔn)定位與合理布局[7]，針對(duì)學(xué)校重要的機(jī)房設(shè)備參數(shù)及時(shí)進(jìn)行復(fù)核計(jì)算，為設(shè)備參數(shù)、管件選型提供準(zhǔn)確的依據(jù)。

(1)幕墻模型深化設(shè)計(jì)

通過建立鋁合金立柱、橫梁、不銹鋼連接件、可開啟窗扇等構(gòu)件來模擬各細(xì)節(jié)構(gòu)件的連接關(guān)系，提前避免了構(gòu)件碰撞、二次測量及二次提料； 模型同時(shí)用于輔助加工廠進(jìn)行構(gòu)件加工生產(chǎn),如圖13～14所示。

圖13 幕墻節(jié)點(diǎn)深化

圖14 幕墻深化后的工藝模擬

(2)降板錯(cuò)層區(qū)域管線的深化設(shè)計(jì)

地庫中各專業(yè)管線縱橫交錯(cuò)，且管線復(fù)雜，強(qiáng)弱電橋架、給排水消防、噴淋及大管徑排煙管道存在交叉點(diǎn)。根據(jù)各管線的使用功能不同，使其安裝位置協(xié)調(diào)合理，順利完成管線的安裝工作，并保證足夠空間完成管道的檢修和更換工作。利用軟件Revit首先梳理管線平面路由，再結(jié)合剖面視圖進(jìn)行統(tǒng)一綜合排布，考慮到地下車庫凈高空間的限制，將各專業(yè)管線置于同一層排布，在降板區(qū)域時(shí)貼梁下輻射。這樣可以大幅提升后期施工質(zhì)量及效率，減少變更與修改，從而達(dá)到降低成本的效果,如圖15所示。

圖15 降板區(qū)域管線深化模型圖

(3)泵房區(qū)域的深化設(shè)計(jì)

該水泵房分別由消防給水系統(tǒng)、生活給水系統(tǒng)、游泳池水處理系統(tǒng)等組成，管徑較大，系統(tǒng)較為冗雜。于是針對(duì)水泵房模型進(jìn)行深化設(shè)計(jì)，在滿足施工及運(yùn)維期檢修空間要求的前提下，采用BIM技術(shù)對(duì)水泵房管線、水泵、閥門附件、水箱、壓力罐等設(shè)備進(jìn)行綜合排布，達(dá)到既能符合現(xiàn)場施工又能合理美觀的效果,如圖16所示。

圖16 機(jī)房設(shè)備管線模型效果圖

4.2 BIM出圖

傳統(tǒng)出圖即單專業(yè)圖紙僅僅能體現(xiàn)出當(dāng)前系統(tǒng)的表現(xiàn)形式，卻無法展示與其它專業(yè)發(fā)生沖突以及標(biāo)準(zhǔn)性的做法。而BIM出圖是將各單專業(yè)的設(shè)計(jì)以信息模型的形式整合在一起，經(jīng)過綜合協(xié)調(diào)，使其中的設(shè)計(jì)沖突和錯(cuò)誤得以修正，再導(dǎo)出能夠輔助現(xiàn)場管理人員與作業(yè)人員查看和作業(yè)的平面圖紙[8]。

項(xiàng)目正是利用這一特性，依據(jù)設(shè)計(jì)與施工規(guī)范，結(jié)合項(xiàng)目現(xiàn)場施工經(jīng)驗(yàn)，通過Revit軟件導(dǎo)出各專業(yè)平面圖、剖面圖、詳圖，輔助用于現(xiàn)場的施工與安裝，能極大地提升作業(yè)效率和準(zhǔn)確率，減少返工拆改的情況，節(jié)約項(xiàng)目成本,如圖17～18所示。

圖17 項(xiàng)目BIM出圖標(biāo)準(zhǔn)

圖18 BIM導(dǎo)出圖紙展示

5 BIM集成管理

為了高效地實(shí)現(xiàn)協(xié)調(diào)工作，各方能夠通過信息共享的數(shù)據(jù)庫形成溝通協(xié)調(diào)的信息橋梁，項(xiàng)目建立了BIM協(xié)同管理平臺(tái)。

模型管理是將各個(gè)階段的模型及時(shí)上傳平臺(tái)進(jìn)行維護(hù)管理，便于項(xiàng)目參與各方能夠?qū)崟r(shí)更新模型最新動(dòng)態(tài)，也利于現(xiàn)場管理人員利用更新后的模型對(duì)現(xiàn)場進(jìn)行有序地管理。

資料管理是將每次例會(huì)的會(huì)議紀(jì)要及時(shí)整理并上傳至平臺(tái)，與各方共享，將從設(shè)計(jì)階段到施工階段的圖紙問題審核報(bào)告、碰撞檢查報(bào)告、管綜優(yōu)化凈高分析等資料文件上傳共享，方便參與各方人員查看搜索各時(shí)間段的問題和記錄，提升工作效率。

質(zhì)量安全管理是通過BIM管理平臺(tái)提供項(xiàng)目安全及質(zhì)量信息，督促項(xiàng)目現(xiàn)場每日通過BIM手機(jī)端軟件拍攝安全問題、質(zhì)量問題、質(zhì)量與安全問題整改前后的狀態(tài)等相關(guān)照片，并進(jìn)行描述上傳至平臺(tái)管理系統(tǒng)[9]。通過手機(jī)端系統(tǒng)自動(dòng)發(fā)送相關(guān)問題至責(zé)任人，在責(zé)任人整改后閉合問題，從而達(dá)到高效的項(xiàng)目管理效果。項(xiàng)目管理人員也可隨時(shí)查看問題起因、過程及處理結(jié)果，自動(dòng)生成日志記錄[10]。

項(xiàng)目通過BIM管理平臺(tái)的形式，實(shí)現(xiàn)了對(duì)項(xiàng)目各參與方的統(tǒng)籌協(xié)調(diào)、構(gòu)建模型的實(shí)時(shí)更新、資料和質(zhì)量安全方面的及時(shí)反饋與處理，構(gòu)建信息橋梁，推進(jìn)項(xiàng)目高效穩(wěn)定地實(shí)施進(jìn)程。

6 結(jié)語

本文通過以三亞南繁科技城小學(xué)幼兒園項(xiàng)目為依托，實(shí)現(xiàn)了BIM技術(shù)在學(xué)校項(xiàng)目設(shè)計(jì)和施工階段中仿真建模、協(xié)同設(shè)計(jì)、功能分析、模擬施工等取得的一系列效果。以BIM技術(shù)為基礎(chǔ)，簡化了整個(gè)項(xiàng)目管理過程中的復(fù)雜關(guān)系，將全生命期的理念緊緊融合于項(xiàng)目中，更容易高效實(shí)施各項(xiàng)工作。

經(jīng)過實(shí)踐研究可知，BIM技術(shù)將學(xué)校項(xiàng)目過程中的所有信息集中整合，實(shí)現(xiàn)了項(xiàng)目設(shè)計(jì)與施工階段的信息交流及共享。同時(shí)，BIM模型使用統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)和樣板，使得設(shè)計(jì)、施工BIM模型可以無縫對(duì)接，利用BIM技術(shù)及協(xié)同平臺(tái)可有效提高解決項(xiàng)目參與各方在項(xiàng)目過程中解決信息溝通的能力，使得各方能共擔(dān)風(fēng)險(xiǎn)，共享利益，為學(xué)校項(xiàng)目舒適、友好的教學(xué)環(huán)境的建設(shè)提供幫助。