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月亮湾培训中心

查看: 1360| 评论: 0| 发布者: admin |来自: 龙图杯全国BIM大赛

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简介:月亮湾培训中心BIM设计与全生命周期BIM应用研究1 工程概况 月亮湾培训中心项目依山傍海,是一个集旅游、会议、疗养、培训四大功能于一体的综合性度假休闲区,采用现代风格,创意为大海中乘风破浪的帆船,整体造型浑 ...

月亮湾培训中心BIM设计与全生命周期BIM应用研究

1  工程概况
     月亮湾培训中心项目依山傍海,是一个集旅游、会议、疗养、培训四大功能于一体的综合性度假休闲区,采用现代风格,创意为大海中乘风破浪的帆船,整体造型浑然一体,新颖独特,具有海滨建筑特色。规划用地形状不规则,近似三角形,总用地面积23 570 m2,总建筑面积24 945 m2,地上9层、地下1层,由主楼和裙房两部分组成;四层至九层主要为客房,共有客房100套;三层为会议区;一、二层主要设有大堂、康乐用房和餐厅;地下室部分设有游泳池、设备机房、中心厨房。项目具有三个突出特点,也是项目的难点:一是从勘察选址开始,服务贯穿工程整个生命周期;二是设计简约而不失特点,体现建筑、环境、人文三者的统一;三是实现精细化设计、信息化管理。

图1  月亮湾培训中心效果图


2  BIM组织与应用环境
2.1  BIM应用目标
    遵循BIM全生命周期管理理念,规划完整的BIM实施方案,工程整个生命周期实现精细化设计,信息化管理,实现BIM技术全过程综合应用;联合应用多种商业BIM软件平台,深度发掘其特点与价值,并结合自主研发软件和接口,实现工程全生命周期BIM信息的顺畅流转。
2.2  实施方案

(a) 各阶段实施规划 

 (b) 工程信息传递流转
图2  建筑全生命周期BIM实施总图


    从项目实施伊始,BIM思想贯穿工程整个生命周期,分别从勘察阶段、设计阶段、施工阶段、运维阶段四个不同时期,实现BIM技术的研究应用与工程信息的传递流转。

2.3  软硬件环境
    BIM设计团队配置图形工作站,I7六核处理器,32 G内存,Quadro 5000显卡,项目协同设中心服务器采用双至强E5处理器,64 G内存,项目负责人与行政领导采用远程模式进行项目管理,施工现场使用专业显卡笔记本电脑进行数据录入与施工管理。
    软件系统包括:AutoCAD,REVIT,Navisworks,Civil 3D,Infraworks,Ecotect,Vasari,3ds Max,Lumion,Skyline,Abaqus,PKPM,GICD,GCL,GGJ以及清华4D-BIM等。

 

3  BIM应用
3.1  勘察规划阶段
    勘察规划阶段以Civil 3D软件为核心,实现GIS平台、BIM平台数据的流转应用。


图4  勘察阶段数据流转


    备选区域筛选:利用GIS对备选区域的人文、环境、交通进行综合对比,确定项目选址区域。
    备选点位筛选:使用我们自主研发的辅助勘察系统导出目标区域数据,在Infraworks复原地理要素,并对目标区域进行朝向、交通、高程、坡度等因素的综合分析,确定项目选址目标地块。
    拟选场地分析:采用无人机航测技术对目标地块实施测绘,获得高精度地形数据,在航测数据基础上,在Civil 3D中对目标地块进行详细地形、水文分析,为项目规划提供技术支撑。

图5  点位筛选分析

 图6  场地分析

    场地初步设计:在Civil 3D软件中完成数据处理和场地初步设计,并创建地形三维模型,为总图设计、绿建分析、环境设计、施工场地布置等提供基础数据。

图7  场地三维建模


3.2  建筑设计阶段
建筑设计以REVIT软件为核心,配合多款分析、模拟、算量软件实现方案比选、建筑建模、设计优化、出图算量四个阶段的信息流转。

图8  建筑设计信息流转


    根据对当地全年气象数据、焓湿图分析,发现自然通风、遮阳、蓄热性材料以及自然采光是比较有效的被动式措施。根据预测,应用上述被动式措施后,夏季的舒适度范围可增加50%以上,有效地节约了能源的供给,我们在设计中充分贯彻了上述措施。

(a) 风环境分析

   (b) 视角分析
图9  绿色建筑分析


    依据方案创建体量:结合Civil 3D中完成的场地和周边地形三维曲面,生成三维数字地形数据,导入ECOTECT,进行风环境、日照、海景视角、采光等分析;根据分析结果,我们采用白色铝板作为外装修材料,配合周围的青山、碧海,结合建筑造型,力求表现出“青山、碧海、白帆”的美丽画卷。
    建筑建模:依据国家制图标准规范的要求,结合我院实际,制定出REVIT样板文件,规范标高、尺寸标注、文字、线型线宽线、对象等样式;依据方案体量,建立轴网标高体系,利用丰富的族库资源,搭建建筑模型。将PKPM结构计算模型,导入REVIT模型中,完善结构模型信息,并建筑模型相结合,实现建筑结构的协同化设计。在此基础上,将管线模型连接到协同中心文件,进行精细化设计。

 (a) 三维模型

 (b) 精细化设计
图10  建筑信息模型


    设计优化:对三维模型进行平面布局分析,把握设计信息,优化房间布局,电梯数量位置,客房数量,房间尺寸,消防楼梯,房间面积等设计要素,提高设计经济性、合理性。利用BIM模型,针对裙房会议活动区人员密集房间,进行疏散模拟,得出结论,在裙房处增设室外楼梯,既可较大幅度提高疏散效率,又丰富了建筑物立面造型。
    出图算量:依照国家制图标准规范要求,利用BIM模型,统计构件明细,输出工程图纸;利用综合算量软件GCL,导出REVIT数据,完成幕墙、门窗、隔墙等构配件建筑算量。
3.3  结构设计阶段
    结构设计以REVIT软件为平台、GICD软件为枢纽,多款软件配合实现结构计算、结构优化、BIM建模、结构算量四个阶段的信息流转。

图11  结构设计信息流转


    结构计算及优化:使用PKPM软件,进行工程的主体受力构件的三维建模,并进行主体构件的受力模拟,完成工程主体的结构计算;项目设计考虑罕遇强震,将PKPM模型及配筋信息导入ABAQUS软件,建立结构三维有限元模型,并通过质量、三阶模态验证模型的准确性。通过有限元弹塑性分析,发现设置消能连梁能有效降低罕遇地震下原结构剪力墙受压损伤,提高抗震性能。
     出图算量:使用GICD软件在REVIT中直接生成含有配筋信息的结构BIM模型,并与建筑模型合并形成完整的土建BIM模型。利用GICD软件在CAD中完成柱、梁、墙、板的施工图绘制;利用土建算量软件GCL,完成结构土建算量;利用钢筋算量软件GGJ,完成钢筋算量。

(a) 消能连梁优化

 (b) 钢筋算量
图12  结构信息模型

3.4 设备设计阶段
    设备系统设计:项目在REVIT平台上协同完成给排水、暖通、喷淋、消防的协同设计。针对机房、卫生间等设备集中区域实施精细化设计,构建完善的设备体系,为安装施工、设备运行提供技术保障。
设备综合优化:除设计期间即时碰撞检查外,使用Navisworks平台的检查功能,按照专业规则逐一解决碰撞问题。前置施工运维要求,合理布置设备间距,保留适当的施工操作空间。经过优化后的管综设计在实际建设中得到验证。最后,利用REVIT软件的统计功能直接生成设备数据表,完成设备算量。

(a) 设备系统集成 

(b) 管线空间优化
图13  设备信息模型

3.5  设计模型交付阶段
     在REVIT平台上完成设计成果的模型集成交付,为全生命周期BIM应用提供信息基础;在Infraworks平台上完成模型和场景的数字集成交付,为数字化城市建设提供技术支撑;在虚拟现实平台上完成全比例地形与建筑的虚拟集成交付,展示设计成果,验证设计效果。

(a) 模型集成交付

 (b) 数字集成交付 

 (c) 虚拟集成交付
图14  交付模式

3.6  建造施工阶段
    施工阶段BIM应用依托清华4D-BIM系统,继承设计阶段BIM模型,实现施工过程4D模拟及施工期间的信息、场地、进度、资源管理。
    信息管理:通过IFC接口导入BIM模型,结合进度、资源等信息,完成 4D-BIM的WBS分解形成施工BIM模型。施工全过程对土建施工、设备安装进行及时录入和管理,在完工后形成完备的全专业竣工模型。
场地管理:使用系统提供的场地工具进行3D施工场地布置,并定义施工设施的4D属性。
     过程模拟:将WBS节点及其进度信息与相应3D构件实体相链接,通过饼图、甘特图和动态3D图形相结合的方式表现施工进度,实施施工过程的4D可视化动态模拟、可施工性验证和施工过程的复现。施工前,在系统中对拟定的多套施工进度进行对比分析,选择最优方案,作为实际施工方案。
    进度管理:利用系统进行进度追踪、前置任务及后置任务分析,对施工过程进行动态的综合信息进度管理。通过对比计划与实际进度,查找分析制约进度的因素,综合统筹人机械源,保障工程如期完成。

(a) 过程模拟

(b) 进度管理
图15  施工信息模型


    资源管理:系统将施工模型与资源相结合,按工程量清单计价法建立可设置多套定额的资源模板,随时计算任意指定WBS节点或3D流水段及构件的工程量,及其人材机消耗量和相应的预算成本,根据上述结论准确调配施工资源。按施工进度及工序资源模板计算资源和成本的时间分布,动态管理施工资源。
3.7  运行维护阶段
    针对运维期间管理特点和要求,我们开展了基于BIM的项目信息、运营、机电和资料管理系统研究。

图16  综合运营管理系统


    信息管理:通过开发IFC模型转换接口和导入接口,将设计阶段所建立的三维模型和施工过程中所录入的工程属性同时保留下来,并实时录入运营和自控数据,为业主提供较为完整的物业数据,提高信息使效率。基于运维BIM模型,可以衍生出运营管理、机电管理、资料管理等软件系统。结合业主日常运营的实际需求,在运维阶段继续补充数据,最终形成完整的物业信息数据库。
    运营管理:BIM信息与运维数据相关联,实现BIM信息在物业运营过程中的应用。业主方使用的物业管理系统可直接利用物业信息数据库中建筑设计信息,建立物业管理的基础模型和管理信息中的基础构建信息,并将其与使用运维过程中的数据相关联,实现BIM信息在物业运营过程中的应用。系统在集成了自动化控制中相应设备的运行数据后,可根据业主要求定制相关统计功能,为项目管理提供数据支持。

图17  运营管理平台


     机电管理:将机电设备的运行信息与BIM模型相结合,实现机电设备信息的管理功能。利用设计、施工和运维阶段积累的设备信息,建立项目所有设备的逻辑结构,将建筑内的自动化控制设备的信息经过相应处理,与物业信息数据库中的设备信息相结合,在继承设备三维信息和性能数据的同时,建立全体设备的逻辑结构,实现多途径、高效的设备信息智能化管理。通过系统可快速建立故障路由,方便管理者及时有效的处理突发事件。

图18  机电管理平台


    资料管理:系统集成了设备操作文件、培训文档、图纸等资料,建立知识库,为工作人员在操作设备遇到问题时提供资料支持。
4  结  语
    BIM技术改变设计模式,提升设计质量,实现信息共享,提升生产效率,创新管理手段,促进节约环保;BIM设计方式的三维化、过程的协同化、验证的智能化使传统二维设计时代难以克服的一些顽疾得以解决,可视化手段方便了多方交流,推动了工程设计精细化、创新性发展。
BIM全过程信息手段的利用,特别是BIM模型信息的关联、一致和完备特性,为解决工程领域广泛存在的信息分散、工作重复、管理粗放问题,提供了理论和基本技术支撑,工程全生命周期信息的传递和流转是BIM的最大价值所在。
    现阶段BIM工具有待提高,实施环境亟待完善,硬件和软件是BIM实施的基础环境,不无遗憾的是目前在信息传递、实时图形表达等方面还不足以支撑所有任务的顺利完成,同时,建筑行业传统观念、体制机制、利益分配也在一定程度上成为BIM实施和推广的障碍。


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雷人

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