中关村国防科技园项目位于北京理工大学中关村校区西区, 西邻西三环北路, 北至校园北路, 东至校园西路, 南邻学生公寓5, 6号楼, 总建设用地面积4.65hm², 总建筑面积23.8万m², 分为A、B、C、D、E、F、G共7个单体建筑, 建筑控制高度60～80m (见图1) 。

面对如此规模的建筑群体, 面临着各种各样的设计难点。比如, 项目地块存在航空限高, 如何在有限的层高内尽可能加大房间的净高;整个项目各类机房众多, 如何才能准确合理地控制机房面积, 减少面积浪费;A座的体型变化较大, 如何进行超限计算以及设计;甲方要求B座单体建筑满足国家绿色建筑三星级标准, 如何实现;这时就需要发挥BIM三维可视化及信息数据强大的优势, 各专业协同设计, 最后既得到了精准的数据, 又节省了大量时间。下面重点介绍如何在施工图设计及工地服务阶段应用BIM。

1) 样板文件本项目是在公司提供的样板文件上进行的修改补充, 重点对标注样式、文字样式、线型线宽线样式等进行修改深化, 使其更加接近二维出图时期的图则规范, 也更加便于今后CAD与Revit软件互相关联。

2) 族除样板文件外, 还需要针对本项目的情况提前或随时定制各种需要的族库文件, 本项目大部分使用的是Revi软件自带及公司族库里的族。针对个别没有的族进行了单独定制, 比如A座、F座、G座立面系统里特有的金属百叶构造。

3) 工作划分由于项目面积巨大, 单体较多, 因此采用中心文件链接中心文件的工作划分方式, 将地下、A座、B～E座、F～G座分成4个中心文件, 每个中心文件再对应链接各专业的中心文件, 最后4个中心文件链接到1个总的中心文件。

BIM下进行施工图设计不再是简单的二维制图, 而是在计算机上通过软件模拟建造一座真实的建筑, 操作对象是通过三维构件以真实的建构关系搭建而成 (见图2) 。整个设计过程不是通过点、线、面等几何画法的方式来表达三维建筑, 而是通过不断修改和确定参数的方式来构建一个数字化模型。建模工作完成后得到了一个拥有梁、板、柱、内外墙体及屋面的模型, 然后结构、机电同时链接的模型开始建立各自专业的模型。

如图3所示, Revit模型与传统CAD二维图纸相比, 设计更加直观。例如, Revit建筑模型中可以通过链接的方式看到设备电气模型, 不仅方便了设计人员, 同时更便于甲方非专业人士了解设计。

在施工图修改方面, Revit模型也有相当明显的优势。施工图设计阶段随时会根据功能对方案进行优化调整, 传统的CAD绘图方式需根据一个图元的变化修改多张图纸, 经常因为考虑不周而有所疏漏, 造成图纸相互矛盾。而修改Revit模型中的一个部位, 不同图纸中的相关构件及标注都会调整, 甚至工程量统计表也会相应修改。以A座为例, 由于Revit软件可以实时观看三维效果, 在设计过程中发现塔楼的轮廓与裙房相交的地方没有对上, 需要对塔楼轮廓进行修改, 这时只需要在平面上对轮廓进行编辑即可, 整个模型都跟着变了, 相关的平面、立剖面、房间面积自动发生变化 (见图4) 。

在施工图阶段, 除了建筑专业自身需根据功能及造型进行调整, 同时还要接收各专业发来的提资, 根据提资确定机房位置及面积, 为将来设备专业布置机房设备预留条件 (见图5) 。

由于BIM模型建模精准且各专业的管线模型全部可视, 因此在管线综合时可以更好地利用空间。以A座首层报告厅为例, A座首层层高5.1m, 报告厅位置上方为多功能厅, 结构需要占用很大的吊顶空间, 同时报告厅还要做升起, 因此高度极其有限。在这个阶段, 通过BIM高度集成的管线综合, 将最高处的净高控制在3.6m, 从而实现了对建筑空间的优化 (见图6) 。

传统设计中, 所有构件都是二维表达, 只能通过人工逐步排查构件的冲突, 经常因为设计人员经验不足或检查不充分导致工地问题重重, 解决问题时费时费力。Revit设计时所有构件都是三维表达, 因此所有冲突的地方都可以通过软件碰撞检查及时发现并报警 (见图7) 。同时, 模型表达方式也可以更方便设计师看出问题并找到解决方式。

绿色建筑已经日益成为建筑设计的新标准, 本项目按照绿建三星的要求进行设计。BIM技术所包含的详细建筑数据与便捷接口可以与分析采光、通风、日照、能耗和材料可持续性的软件互通;通过绿色设计软件的数据分析, 提高建筑对自然通风、采光的利用, 从而降低建筑能耗, 实现绿色节能。项目中采用BIM技术, 通过与绿色建筑咨询公司的配合, 将Revit模型与Ecotect绿色建筑计算软件结合, 进行日照计算、模拟风环境等, 以量化数据为依据反馈回设计之中, 使之能够顺利取得绿建三星的标识 (见图8) 。

工地服务阶段除向客户交付全套施工图纸之外, 还附加了完整的Revit模型, 施工方在此基础上使用Navisworks进行了4D施工模拟, 合理安排施工进度计划。在工地服务阶段我们主要进行的工作是通过模型指导工地施工以及与第三方设计机构配合等工作 (见图9) 。

在传统方式中, 提供给施工单位的设计成果都是二维图纸, 大量的信息都分散在不同图纸中, 很多专业内与专业间的错漏矛盾无法表现。施工单位按照这样的图纸施工, 难免会发生很多不必要的修改和变更。BIM模型具有关联集成的特点, 提供给施工单位的设计成果是一套包含各专业设计信息的完整模型。因为在设计过程中大量的冲突矛盾已经被发现并解决, 所以施工单位得到的是一个整体被优化了的模型 (见图10) 。

在工地服务阶段, BIM应用大大降低了设计方与施工方关于设计变更交流的时间成本。以B座地上标准层平面变更为例, 建筑师将模型通过BIM360上传到云端并在变更处添加标注示意并发送提示信息, 施工现场即可通过360 Glue移动端即时查看变更内容, 与传统2D图纸变更相比更直观、便捷 (见图11) 。

中关村国防科技园项目是该部门第一个BIM工程, 对团队而言, 处于一个由二维设计向三维设计的过渡阶段。团队并没有选择刻板地追求全部Revit模型的工作方法, 而是结合项目特点和传统出图要求, 将Revit、CAD及Sketch Up这几款软件灵活组合应用, 从而实现在规定时间内保质保量完成工作的目标。