摘要：对于大型综合体建筑，其体量及复杂的空间结构使传统方式已渐难满足日益提高的设计及施工技术需求。本文以常州市文化宫站综合配套工程为例，利用BIM三维可视化技术，探索其在设计、施工方面的改革应用。通过实践发现，采用建筑模型信息化技术降低了设计及协同难度，提高了图纸精度，丰富并扩展了设计阶段成果的在造价、施工等方面的工程应用。
关键词：BIM 地下空间 协同设计 碰撞检查 逃生模拟
前言
随着我国城市建设的快速发展以及经济、文化、生活需求的日益提高，越来越多集商业、交通、休闲多功能大型综合体建筑在城市中开枝散叶。这类建筑往往空间功能布交错复杂且体量庞大，传统的设计及图纸表达方式越来越难满足其设计及施工需求。
BIM（建筑信息化模型）技术的引入一改传统设计方式，具有直观的三维设计展现，施工图级精度的建模方式，并且将建筑信息与模型相结合，具有传统设计方式缺失的后期维护及拓展应用等功能的特点，大大简化了设计难度，提高了设计及施工精度。采用BIM技术为大型综合体建筑这类建筑结构提供了极大便利。
本文以常州市文化宫站地下广场综合配套工程为例，探索BIM技术在大型综合体建筑中应用及发展方向。
1工程概况
本工程位于常州市老城核心区，周边聚集了大量公共文化与商业设施及历史文化街区，是现代城市形象与历史文化底蕴交织的城市中心区域。
图1.1 工程俯瞰图
常州市文化宫站综合配套工程为地铁一号及二号线换线枢纽工程，主要包括地下三层空间，地上一层广场。其中，地下一、二层主要功能为商业，与邻近商业体相连，地下三层主要功能为机动车库。总用地面积1.8公顷，地下总建筑面积48167平方米。
通过文化宫地下商业的设计，形成地下精品休闲廊串接轨道1、2号线站厅层,同时梳理地下人流交通，以完整的休闲购物环串接南侧6万平米的购物中心商业，中联地块，苏宁电器，新城万博百货，文化宫地块内3万平米的地下商城，形成“一廊一环，花瓣状”五位一体的地下商业片区。
2.工程BIM应用分析
对于地下综合体建筑，主要的难度取决于空间结构及专业工艺等的复杂性。鉴于本工程交通枢纽及老城商业及文化中心的区位特点，其空间和平面功能布局、流线组织设计需充分考虑其交通、商业、文化、休闲等多维一体的功能要求。这使得本工程建筑体量大、空间复杂，设计中采用了大落深下沉式广场、错层、不规则曲线平面等空间结构，同时还要考虑与现存建筑、轨道交通的衔接，大大增加了施工图设计难度，同时也对多专业协同设计提出了更高的要求。
与传统的设计方式依靠人力绘制及检查校对的方式不同，采用BIM技术可以很好的解决设计过程中空间关系表达不清晰，专业协同难度大等难题。通过从二维平面设计到三维立体可视化设计转变，可使设计过程更加清晰直观，减小专业间交流，及实现各专业间的实时协同，不仅有效降低设计难度，同时也进一步提高了设计质量及设计精度，减小设计过程中的修改及后期变更的难度。
同时，BIM作为一种能够服务于建筑工程全生命周期的技术，即便在设计后期仍具有多方面的的应用场景。三维模型漫游，逃生模拟，日照分析，施工进度模拟，施工生产指导等等。这些为设计后期设计单位，建设单位，施工单位等各方提供了极大的便利，降低了交流及运营管理成本，提高了生产效率。
3设计阶段BIM应用
3.1BIM标准化
为便于工程项目从立项、方案、交底、施工交付到运营管理等过程的成果管理、展示及交流，形成统一标准化格式是重要前提。尤其对于设计行业，设计方式、数据成果交付等的规范化无论是对各专业的协同、三维模型建模的准确性还是设计交底成果交付及查看等均具有重要的意义。
3.2协同设计
协同设计是BIM在设计阶段的核心应用之一。本工程以Autodesk公司Revit作为主要BIM设计平台为例，其协同方式主要有两种：
1）结果协同：各专业设计人员建立独立的专业模型，通过Revit模型链接功能实现模型整合及协同，是一种结果的协同。
各专业独立建模，减少了相互间的干扰，对于协同要求不高的工程各自专业设计效率较高。同时由于不依赖网络，各专业模型数据文件较小，因而对网络环境及硬件配置要求低，是BIM硬件条件不足时的一种较好的选择。但缺点是协同不及时，在设计过程中的交互不足，往往会导致最后整合后才能够找出问题，由于修改不及时容易导致更多返工。
2）过程协同：设计人员在同一设计模型（中心模型）地各个专业“工作集”中，进行各专业内容的设计。
模型“工作集”相互独立，仅有所有者才能对该“工作集”中的内容进行操作，保证了各专业之间不被干扰。而个专业工作集位于同一个模型，通过“同步操作”可以实时查看其它专业的设计进程，当自身专业设计内容修改涉及到其它专业时会实时提醒。因而这种接近于实时协同的模式使得相互协同操作更为及时便捷。采用这种方式模型文件体量大，且对网络及硬件配置要求较高。但随着计算机信息技术的提升，硬件配套的升级，对于企业来说这种模式将是一种更好的选择。
基于设计平台特点，并结合企业自身条件，本工程采用工作集协同方式，利用现有企业网络，快速实现院内各专业设计人员间协同设计。对模型的任何修改，都可以同步在各专业关联位置反映出来。
BIM技术这种协同设计方式极大利用了计算机高效的辅助设计能力，摆脱了传统设计方式需花费大量人力进行专业间协调的窘境，尤其是对于大型综合体建筑的设计提供了极大的便利。经分析，采用协同设计方式，使本工程在设计阶段降低80%的交流协调成本（时间、人力）。
3.3三维可视化设计
BIM采用三维可视化的设计方式可使建筑实际空间结构完整展现，可帮助设计人员更好的抓住自己的设计内容，从三维到二维仅仅几下操作便可完成，平、立、剖几乎是瞬间完成（见图3.1）。通过BIM技术手段使整个过程可视化：模型三维的立体实物图形可视，项目设计、建造、运营等整个建设过程可视，另外能方便进行更好的沟通、讨论与决策。
值得一提的是，BIM技术大大提高了设计后期出图的工作难度，将主要的工作量放在前期的设计建模阶段。因此，该技术的主要工作量在前期的建模设计阶段。设计地变更工作仅需对模型进行调整，相关平面及图纸便可同步修改而无需人工校对。
图3.1 模型分层图
3.4碰撞检查
在模型绘制过程及绘制完结够，可随时进行阶段性的碰撞检查。当各专业设计模型信息出现“不兼容”现象，如绘制的管道与电气上的桥架冲突，利用BIM协调流程进行协调综合，调整管道的位置或者标高，在设计过程中便能减少不合理变更方案。
在项目过程中，尤其是对于本次文化宫项目，管线布置错综复杂，我们利用BIM的三维技术在管线布置完成后进行碰撞检查，导出碰撞检测报告，调整有冲突的地方，优化管线排布方案，减少在建筑施工阶段可能存在的错误损失和返工的可能性。本工程通过出图前进行最终模型专业内及专业间构件碰撞检查，在设计阶段便避免三十多处可能由于设计过程中的问题引起的变更及施工返工。极大地提高了设计效率，降低了设计风险。
此次文化宫项目通过建立BIM模型，实现：三维可视化，设计查错优化，碰撞检查，自动检查各专业管道的碰撞问题，并出具碰撞报告。解决传统的二维图纸会审耗时长、效率低、发现问题难的问题，BIM的应用将成为将来绘图方式的重要趋势。
4设计后期BIM应用
4.1三维仿真
BIM是一种可视化的应用技术，对于建筑行业来说，可视化的真正运用在建筑业的作用是非常大的，例如经常拿到的施工图纸，只是各个构件的信息在图纸上的采用线条绘制表达，但是其真正的构造形式就需要建筑业参与人员去自行想象了。对于一般简单的东西来说，这种想象也未尝不可，但是现在建筑业的建筑形式各异，复杂造型在不断的推出，那么这种光靠人脑去想象的东西就未免有点不太现实了。所以BIM提供了可视化的思路，让人们将以往的线条式的构件形成一种三维的立体实物图形展示在人们的面前；由于整个过程都是可视化的，所以，可视化的结果不仅可以用来效果图的展示及报表的生成，更重要的是，项目设计、建造、运营过程中的沟通、讨论、决策都在可视化的状态下进行。
图4.1 三维仿真及动画
4.2施工模拟（4D可视化施工技术）
利用BIM技术可以对施工进行三维模拟，并可对照实际的施工进度计划进行模拟展示，本项目中采用Navisworks施工模拟技术——TimeLiner。利用施工单位提供的进度计划表Project文件并导入软件，稍作设置便可以完整展现三维的施工过程，见图 4.3。通过不同角度及场景的切换，可以查看建筑各个位置完整的建设过程，不仅可使得工程施工得以直观地展现，对施工组织也具有一定的指导意义。
5.BIM技术扩展应用
BIM是以一种可服务建筑全生命周期中的应用技术。利用该技术可一改传统设计方式中重复建模且协调不足的问题，仅利用现有的模型，稍作处理即可应用于诸多方面，如日照分析，风动分析，能量仿真等。如对于一些大型综合体，进行逃生模拟等，具有重要的参考意义。
此外BIM信息化模型，具有准确全面的材料信息，将这些信息准确无误的反应到模型中去可对材料统计、造价算量等工作产生积极的作用。
5.1逃生模拟
本项目由于属于交通枢纽建筑，人流疏散属于重点考虑的因素，所以利用BIM来进行火灾模拟逃生有着一定意义上的参考价值。项目采用已有模型数据，利用第三方软件进行了逃生模拟测试，见图 5.1。
图5.1 疏散及逃生模拟
5.2工程统计及造价
明细表统计是BIM相对于传统CAD绘图的一大优势，通过BIM自动统计出来的明细表，可以大大节省了计算分析的工作量，对建造采购和施工管理提供了很大的方便。图 5.2为部分明细表展示。
利用Revit MEP还可以生成设备材料明细表，其中包括管道的种类、长度、流量、数量等，可以为后期的工程预算，施工管理提供依据。
6总结与展望
在作为一种新生的革命性技术，BIM具有着强大的优势，尤其是在设计、造价、施工等方面大大提高了效率及精度，相信随着计算机技术的发展，该技术仍会给建筑行业带来了更多的可能性。然而现在BIM仍然存在着诸多问题和限制，在本工程的设计应用中，尤其是在设计阶段，结构专业的设计及绘图仍然部分采用了传统的设计方式，如何更快实现国外技术在国内的本土化、如何真正形成BIM技术的生态闭环等问题有待解决。只有这些问题能够解决才能使一个工程项目从立项到施工交付运营全生命周期真正高效的形成，才能真正发挥BIM的优势。
论文作者:倪伟伟,庞飞,金林飞
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第28期
论文发表时间:2018/3/1
标签：模型论文; 技术论文; 方式论文; 工程论文; 建筑论文; 综合体论文; 各专业论文; 《建筑学研究前沿》2017年第28期论文;