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BIM技术提效大规模装配式住宅观山福邸东苑建筑设计

韦翠梅、钱俊、曾锋、韦智睿、廖绍东、高浚航

柳州建筑设计科学研究院有限公司

一、工程概况

观山福邸东苑项目位于柳州市城中区楼梯山附近的龙船山路以东地块。

本项目净用地面积为71755.12㎡，总建筑面积为220814.0㎡，包含18栋装配式“三板”体系的住宅楼，沿街商住楼，生活配套服务设施，以及两层地下室车库。

本项目为“十四五”广西BIM技术应用示范项目之一，具有作为装配式建筑推广、采用BIM技术支撑、全过程咨询的示范性作用，同时采用工程总承包（EPC）建设模式。

结构体系为：框架—剪力墙结构。

图1 观山福邸东苑项目鸟瞰图

二、项目重难点分析

本地下室属于特大型地下室，地下室规划为机动车停车库、非机动车停车库，同时兼有战时人防功能，共计两层，其中负一层建筑面积为60703.53㎡，划分为十九个防火分区；负二层建筑面积为15160.47㎡，划分为四个防火分区，其中人防地下室位于地下室负二层，设三个防护单元，人防地下室建筑面积为5750㎡。地上为18栋住宅楼及首层沿街商业及生活配套设施，其地上住宅核心筒结构框架落到地下室，核心筒区域剪力墙及梁柱复杂。地下车库的车道和停车位、设备机房进出口、公共走道、设备机房区域等区域为管线综合的重难点区域，此区域管线繁多，核心筒落下来的剪力墙多，需要充分考虑管线的分层和走管的优先级。

本项目规模大，地下室管线体量大且复杂，是由设计单位牵头的EPC项目，也是柳州市较早一批“三板”式装配式建筑，更是“十四五”广西BIM技术应用示范项目之一，对设计质量和成本控制都有非常高的要求。

图2 地下室管线综合示意图

三、BIM技术应用流程

本项目BIM技术应用穿插在设计各阶段中，具体应用流程如图所示：

图3  BIM在大规模装配式住宅应用流程图

利用协同平台可使实时协同能力提升，设计成果可视化提高沟通效率，信息传递具有优越性，同时减少冗余的提资步骤，设计流程具有优越性。本项目采用BIM协同设计的模式进行，有效的保证了设计成果的质量。

使用BIM协同设计的优势：

1.实时协同能力的提升。

本项目户型分为4类，总计18栋楼，导致楼栋间的信息壁垒多，方案稍有调整工作量大，沟通效率低。通过这种信息的实时协同，可以让设计师间的交流合作更直接与直观，专业间的问题能够直接反应在设计模型中，对寻求解决办法会有很大帮助。

2.平面二维信息的三维可视化。

BIM设计模型成果可直观展示模型的构成，三维模型中的方案变动都可以以模型的形式呈现，节约大量的图纸分析时间。各专业的信息都可以集成在同一个模型之中，在模型中进行标注可以从三维模型中导出二维图纸，可以解决传统二维图纸设计中存在的常规问题。各专业设计师都可以基于同一个模型对其他专业的要求有直观的认识，提升成果质量。

3.信息传递具有优越性。

使用三维模型进行设计，方案模型给业主呈现得更加直观，且后续分析算量时，本项目18栋模型可直接导入造价软件中，无需重复建模。同时也为后续装配式设计提供强有力的保障。

4.设计流程具有优越性。

专业配合前置，管线综合工作由后期转移至设计之中，在各阶段都有程度不同管线综合工作或碰撞检查工作的融入，减少因专业冲突导致的设计调整变更。

四、BIM技术基础应用

1.倾斜摄影。利用无人机倾斜摄影分析场地，计算土方，平衡场地的填挖方量，最大限度利用场地内土壤和空间，优化土方工程。

2.流线、日照、疏散模拟

使用BIM模型做流线、消防及日照分析，得到满足要求的人流车流、消防流线及日照间距。

使用疏散模拟软件分析262名住户同时撤离，计算结果显示疏散时间仅需259秒。根据规范要求，一、二级耐火等级的一般民用建筑，疏散时间为6分钟，火场上出现浓烟、高热缺氧等致人伤亡情况的时间最早为5—6分钟。可见人员撤离时间满足消防疏散需求。

3.绿建、节能分析

将Revit模型导入至PKPM绿建分析软件中进行采光模拟分析，优化建筑的采光效果，减少眩光；对室外风环境进行模拟，优化场地布局；对室外声环境进行模拟，设置声屏障，让居住更舒适。

4.装配式构件族库

建立标准化装配式构件族库，方便构件族的管理和调用，不断完善构件族库，为后续装配式项目的工作打下基础。通过对项目所有楼栋的构件进行归并优化，减少构件种类，有效降低工程造价，切实降低装配式建筑推广难度。单块叠合板平均重量降低9.7%、项目叠合板数量减少约10.3%。

图4 装配式构件族库示意图

5.管线综合、碰撞检查、模拟漫游、问题报告

本项目地下室面积达75864㎡，管线综合调整是重点内容。利用插件进行碰撞检查和漫游模拟，可直接观察管线高度和碰撞问题，及时调整优化。各专业合模过程中发现的问题均整理成问题报告，方便专业间进行确认和调整。

6.净高分色图、复杂节点的出图

管线综合后进行出图，通过地下室净高分析，绘制净高分色图，各区域净高一目了然；同时对于管线的复杂节点部位，生成剖面图和局部三维视图，方便施工。

7.一键开洞

各专业模型组装后，土建和设备管线走向有冲突时，使用软件功能对管道穿墙部位开洞，一键快速优化模型，帮助施工方确定洞口位置和大小。

8.全景制作

采用720云在工程的重点难点部位制作全景模型，导出的二维码可在移动端识别观察轻量化的三维模型，方便各方沟通交底。

9.室外景观漫游效果

将Revit与Lumion软件结合使用，搭建景观模型，输出三维可视化效果图及漫游动画，帮助推敲建筑立面效果，辅助景观设计决策；直观体现设计方案的整体效果。

五、BIM技术创新应用

1.二次开发

因本项目住宅楼栋数多，为提高方案分析阶段的建模效率，开发了户型组装功能，插件读取户型模型和数据文件，一键组装模型，生成18栋模型只需数分钟，而且实现了数据驱动模型，单个户型模型和整个模型的联动，极大减少了建模时间。

图5  二次开发辅助户型组装示意图

本项目户型重复率高，为在各专业模型汇总阶段高效管理模型，开发了楼层组装功能，插件通过读取楼层数据和楼层模型标准件，一键组装出集成各专业图纸的汇总模型，需要修改模型时通过调整模型标准件，实现多栋楼模型同步修改，极大提高工作效率。

为解决地下室放坡造成的建模困难，针对性地开发了板齐面、梁齐面、柱齐面和机电管线旋转等批量调整功能，共计30余项，在模型调整速度上，比以往项目提升了30余倍。

根据需求，开发了高大模板查询功能，可实现一键查找高大模板，输出汇总表，点选列表中的构件时，快速显示其对应位置，减少了查找危大工程部位的工作量。

2.地形分析

通过无人机倾斜摄影采集影像，与点云技术结合生成场地模型。真实地反映场地情况，高精度地获取场地纹理信息，并对场地内各区域进行高程分析。

将场地模型与建筑总平面图结合，根据实际地貌模拟开挖并进行土方平衡，通过对比多种标高方案确定经济合理的地下室标高。

3.灾害模拟

根据历史同期水文、气象资料和实时信息，结合场地及基坑模型，预测汛期及山洪灾害等不利气候条件对施工现场的影响，及时发出预警，减少损失。

4.虚拟现实应用

利用虚拟现实技术，在施工现场与二维图纸相结合，进行1:1建筑展示、AR技术交底、 VR漫游，优化工程项目各方之间的交流方式，更好的进行工程设计技术交底。

图6 虚拟现实技术在设计交底的应用

5.管综方案分析及BIM三维管综出图

通过两组管综方案——净高最大化和施工便利化进行对比分析，得出方案二在满足净高要求下，可大大节约造价并提高安装效率。

为减少施工过程中的返工、错漏，对地下室进行彩色管综出图，通过颜色区分各系统管道，图面清晰明了。

6.设计对接算量

在BIM项目中进行工程设置，依次进行楼层转化、构件转化和构件归属。智能检查土建模型中的搭接错误，修复后得到完好模型，导出的模型构件无丢失，将中间文件导入至算量软件中，通过设计BIM模型生成算量模型，能大幅度减少工作量。

设计人员使用BIM模型可直接计算工程量并用于后续造价工作，从而实现一模多用，使得设计、造价阶段一体化。

图7 设计对接算量流程图

7.协同平台

在协同平台中创建项目团队、项目云存储及云协同；通过平台实现多终端实时浏览轻量化模型；实现高效沟通。

8.场地布置

利用BIM可视化功能，快速确定合理布置；通过AI技术对塔吊布置合理性进行审查。

9.施工动画

应用BIM技术，对装配式结构进行预拼装仿真研究，确保在施工吊装与构件生产前，通过模拟施工发现问题并修正，加强BIM在设计阶段对生产施工的指导作用，保证装配式建筑全生命周期的高效性精细化管理。

六、应用总结

1.户型组合

根据业主提供的户型配比要求，设计户型方案，通过二次开发技术进行户型组装，快速生成满足业主要求的建筑模型，提高了建模效率。

2.管线综合

通过两种管综调整方案——净高最大化和施工便利化进行对比分析，得出在满足净高要求的条件，大大节约造价并提高安装效率。

3.BIM全周期应用

作为EPC项目的牵头单位，将BIM技术在方案、设计、造价、施工等各阶段进行了应用，有效缩短了建设周期，降低了工程造价及参建各方的沟通成本，真正发挥EPC项目的纵向产业链优势。

4.示范作用

本项目作为“十四五”广西BIM技术应用示范项目之一，具有装配式建筑推广、BIM技术支撑、全过程咨询的示范性作用。

同时作为柳州市较早一批装配式建筑，项目的建设将能推动本地建筑产业化发展，提高本地装配式构件生产商投资的积极性，能丰富柳州市装配式构件生产商的产品库，将会推动行业培养更多的BIM及装配式人才。