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标杆!十分钟读懂中南大学湘雅五医院BIM全过程(下)

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发表于 2019-5-23 11:37:01 | 显示全部楼层 |阅读模式
中南大学湘雅五医院建造纪实
BIM专篇(下)
◆ ◆ ◆ ◆
BIM是一种简称,它包含Build Information Model、Build Information Modeling、Build Information Management三层含义,分别代表过程、成果及管理三个维度。
中南大学湘雅五医院采取了从方案开始的全过程BIM介入方式,其中土建专业实现了正向设计的目标。机电、景观、内装及医疗等专业根据专业特点,在不同的时间点进行了不同深度的介入。

HD团队的BIM工作截止2018年7月份,共分成3个阶段,即前期方案配合阶段、初步设计阶段及施工图阶段。
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二、初步设计及施工图阶段
实施阶段
初步设计阶段是2017年7月初至2017年9月13日,此阶段全专业全过程采用了BIM设计,并进行了多项技术应用,极大的丰富了初步设计的成果,为项目的落地和后期实施提供了可靠的保障。
施工图阶段是2017年9月13日开始,2017年12月15日第一版较完整的土建过程图纸诞生,2018年3月15日和6月5日带上机电专业,又分别出了两次较完整的图纸,直到2018年7月,项目顺利的通过了施工图审查。
下面,小编将继续逐一介绍BIM在本项目中的应用。
由于BIM设计是将各专业信息纳入统一的可视化平台,所以,相对于割裂的传统设计,其能解决的问题更多,同时附带的成果也会更多。而且在过程中,可以进行一定的质量管理,无论是针对模型本身还是专业问题的。
3、质量控制
质量控制可以分为模型检查并记录及设计优化两大方面。
模型检查包含了:碰撞检查、净高检查、规范性检查及设计不合理等检查。
由于软件的局限性,我们采用了多种软件检查方式,同时也在过程中通过人力在模型中漫游发现了大量问题。








▲自开发插件是在Revit里完成操作的,会自动记录到服务器上的Excel标高里,并自动截图,其他设计师导入这个文档,可以一一查看问题




▲Solibri model checker及Navisworks检查出来的问题成千上万,需要负责人花时间梳理排除掉不重要的问题,将重要的传达给设计人




▲Revizto平台查找问题可以在Revit平台发起也可以直接在平台内发起,记录下来的问题,可以一直保存,并进行多角色沟通对话,如果模型更新,可以对问题所在位置进行截图更新,来查看问题的解决过程、解决方案
模型检查是最基本的BIM应用之一,由于医院专业众多、空间复杂,专业间构件冲突不可避免,因此此项工作非常具有必要性,其解决问题简单直接,经济效益也十分显著。
传统设计不可能完成如此大规模的工作量。








▲物流系统与结构冲突
而优化设计最最常规实用的就是管线综合。
传统的机电施工图,很多地方是用一种近似的表达方式,因此在现场安装阶段,会出现较多空间不足的问题。
同时,由于五医院地下室层高紧张,而开挖深度对工程造价影响较大,因此,在初步设计甚至方案阶段就进行机电主要管线的优化和论证,确保层高和净高符合要求,势在必行。




▲方案阶段与初步设计阶段分别做了一版地下室的机电模型,不过,在施工图阶段,由于条件变化较多,这两版模型没有继续深化,项目组重建新的模型。前期的两版模型,起到的主要是层高、机房布置等方案论证的作用




▲施工图阶段的管线综合,上图由于夹层及物流通道的限制,原方案中的空调水管与排水管需更改路由方案




▲ 机房的布置优化,尽可能的节省空间




▲负二层存在大量机械车位,但由于降板及荷载变化等原因,到施工图阶段,预计的车位很多无法实现,也是通过精细化的管综,挽救了很多车位,重新梳理了垃圾车车道。红线为垃圾车道,洋红色方框及黄色圆圈分别为无法实现及保留下来的机械车位
在设计阶段的机电管综,就需要考虑现场实际安装时的情况,考虑保护层、支吊架、安装空间和施工习惯,因此对机电设计师提出了更高的要求,带来了更多的工作量,也给结构预留预埋提供了更为可靠的条件。
医疗项目,除了一般的机电系统,还有物流系统。本医院内部采用箱式物流系统(类似机场行李系统),且主要水平运输系统位于管线复杂的地下室夹层。




▲图中箭头所示的绿色系统代表的就是物流系统,由于物流系统确认得较早且条件稳定,因此机电在设计时都需要考虑避让物流通道




▲物流系统设计主要水平段位于负一层,在地上护士站等处均有站点








基于可视化的优化设计,对于一些较为简单的设计子项内容,可以直接跳过无数次试错的阶段,根据齐全的条件,达到准确的设计。
比如,为了控制抗浮水位,节省地下室造价,采取盲沟等降水措施,但地下室周圈坡道较多,场地标高复杂,盲沟的设置就需要通过三维可视化协调。




▲初设时布置的初步盲沟




▲ 施工图阶段带竖井并实现避让优化的盲沟
4、贯穿始终的编程
BIM,说穿了,就是建筑行业的信息化,也就是与互联网和计算机行业的融合领域。
加之国外设计软件与本地需求有差异,因此,项目过程中不可避免的需要通过编程或者说二次开发来解决一些问题。
医院为民生工程,其周边的供水供电供气信息均十分重要,项目运维时随时需要查看信息,且周边坡道及地下空间错综复杂,施工时可能对管网有所破坏,根据市政资料,进行编程二次开发,读取市政提供的管网文档内的信息生成模型,可有效提前规避问题。且对BIM项目具有可复制性。




▲方案配合设计阶段建立的建筑与市政管网模型




▲与方案的顶板模型套在一起,很容易发现,西侧临道路一侧的设计存在问题,下沉镂空广场很多无法实现




▲ 对沿街方案进行调整,以放坡绿地、景观叠水等取代原设计,一方面改善医院与主路的体量关系,一方面最小化影响市政管网,基本无需改变
接下来说说地质模型。
底板所处标高有中风化、强风化及少量粉质粘土层,且中风化下存在较多夹层。地勘报告由于是20米左右一个点,对土层的反映情况有限且不直观,因此有必要建立地质模型以对项目的地下工程设计和施工进行指导。
我们最开始采用的办法是在衡山县体育馆设计过程中使用过的成熟做法:基于Grasshopper的参数化功能。




第一步:将地勘单位提供的CAD柱状图通过代码转换为Excel表格。
(注:有些地勘单位会提供Excel数据,衡山县体育馆当时就有现成的表格。)




第二步:通过Grasshopper读取表格信息,生成分层模型。




▲生成的地质模型与地下室模型组装




▲模型中某孔点信息




▲ 红色即为中风化泥质粉砂层8,通过剖面可以很清晰的知道底板与各个土层之间的关系,以及夹层的分布情况
但这种方式也有弊端,比如:Rhino模型要通过IFC格式来与Revit模型协同,生成的地质模型是不相交的网格面,并非实体,除了剖面不够直观外,也不能与结构地下室模型形成剪切关系,而模拟真实的开挖后的场地情形。
遇到问题就要解决,解决问题才能提升。
项目组再一次发挥主观能动性,在Revit上进行二次开发,顺利的完成该项工作。




▲根据地勘资料生成的原始Revit地质模型,可以看到这已经是个实体了








▲接下来的工作顺理成章,与结构筏板基础模型进行剪切扣减工作,可以很清晰的看到底板所处的土层和剖面中夹层的分布情况,得到比地勘更多的剖面,红色区域代表的粉质粘土层,蓝色的为强风化层,黄色的是8-1强风化夹层。根据这个范围,在计算软件里进行沉降及变形验算,确保结构安全
仔细看,图中布满了密密麻麻的点,那些是抗浮锚杆。




根据这个条件,将计算式写入编程代码中,让锚杆根据所在位置的地质情况,以50mm为极差,自动得到满足要求的长度。一万多根锚杆,一会儿就可以生成完毕。




巧合得很,这项工作完成后不久,施工单位要求设计院提供锚杆长度作为参考依据。




标注长度后直接导出CAD,给施工方归并后用做施工依据。上图右下角两组不同数字代表计算理论值和片区归并后长度。
当然这些都是理论上的参考值,方便进行施工前的准备,地下的情况谁也无法100%准确掌握,实际的锚杆长度需要满足入岩和抗拔的要求,工程经验和试验数据必不可少。
BIM技术在解决问题的同时,并不改变原来各方企业权责利的关系。




▲稍晚才设计的周边坡道用到了桩基础,同时也有抗拔要求,同样的,也可以求得各个桩基从近似准确长度,对于离最小桩长要求较远的位置,直接取消了桩基
除了解决一些从无到有的创建性问题,编程的好处是可以让计算机去处理很多重复性又有规律的工作,从而极大的提高效率,解放人力资源。




▲每一层结构模型,都需要进行大量梁板柱的扣减工作,同时也需要考虑交付时的设计信息表达,此类批量化的工作特别适合利用编程代码去程式化处理








▲像地下室根据片区生成不同颜色面层及区域编号,进行仿真模拟,批量生成梯梁梯柱等,通过编程,原来数十天的工作可以在几天内完成,极大地提高了效率
不仅在模型处理方面作用很大,在出图过程中的一些细节批量处理、文件的管理方面,通过二次开发工作,都达到了提升效率的目的。
五医院的土建设计,考虑到里面有很多刚刚参加工作的新人,投入的人员和时间,其实并不很多,但得到的设计成果,却较传统有了很多的提升。
5、GIS、VR、CLOUD
在项目还没全面启动的时候,与美方对接景观设计时发现了问题,对现场的永久支护及挡墙标高产生了质疑,因此,进行无人机倾斜摄影建模来进行论证和辅助设计工作。




▲2017年3月时项目现场状况,与山体树林相连的即为焦点所在的挡墙




▲论证过现场挡墙的标高与设计的挡墙标高一致后,转而论证美方提供的方案阶段Revit场地模型与Rhino模型的标高哪一个是正确的




▲通过实景模型分别与Revit及Rhino模型结合,发现是Rhino模型整体正负零设计的问题




▲在排除错误之后,这部分景观的标高仍然是不合适的,需要找到相对合理的标高。剖面来说话,后期土体要自然过渡到顶板的景观上,荷载又不至于太大,很自然的,需要将现有标高抬高,根据剖面可以抬高3米左右




▲根据参数化工具去寻找最优的坡面,保证山体连续同时覆土荷载最优




▲同时根据网格划分的方式,算出每一个网格的平均覆土厚度,作为结构计算的荷载依据,避免荷载估算错误的情况发生




▲专业的人做专业的事情,后来景观专业根据我们定好的空腔结构,将景观标高定在了70.20米,比我之前预判的低了1米,但比原来的设计高了2米。这已经是航拍几个月以后的事情了
此部分的全过程设计,充分体现了BIM思维下的设计方式的特点,即可视化协作、有理化推敲、落地化设计,成果逼近最优解,且不会出现因与现状冲突而做的反复修改的状况。
尽管通过无人机倾斜摄影得到的GIS模型的信息还很有限,但在辅助设计方面,已经可以发挥很大的作用,未来也具有较好的发展前景。
作为一个重要的项目,用于建筑表现及沟通的效果图及动画、VR也必不可少。本项目的VR及视频等用到了多种工具,除了核心建模软件,还有Mars、Twinmotion、Unity、Ue4、3Dmax等。








▲ 初设过程中做了多轮的效果,与规划部门沟通西侧与道路衔接的细节问题




▲初始的效果图




▲将实景模型与BIM模型结合所渲染的效果图




▲Ue4及Unity制作的VR,具有一些简单的切换功能




▲运用光辉城市的Mars制作VR、视频及图片也很方便,五医院制作了整个南院大厅三层的场景
五医院的专业多,体量大,模型数据相当庞大,部门没有哪台计算机是可以流程查看和运行全部组装后的模型的,因此轻量化的工具必不可少。
平台不仅需要担负整合、浏览和展示模型的功能,还需要有记录和跟踪问题、保存文档、在线沟通交流、多方协同、权限定义等功能,综合考虑比对之后,HD采购了Revizto(瑞思图)平台。




▲云平台端的模型展示,其汇总了Rhino和SU的景观模型,无人机实景模型,Revit的初设部分与施工图部分的所有模型
即使是轻量化处理之后,数据仍然多达数G,但是一般的BIM电脑都可以比较流畅的运行。




▲模型在前期以本地储存方式进行整合和问题记录,初次建立时间是2017年7月,于2018年2月2日上传至云端,并陆续加入各方成员
模型在过程中不断进行更新,同时问题做永久性保存。




有了云平台,可以一定程度上加快沟通的效率。比如:施工单位无法理解坡道的某处空间,希望提供剖面图,那么我们在云端做一个剖切视图,告知他们就可以,当然如果参与各方都熟悉操作,完全可以自己去理解各个位置的空间关系并积极的提出问题,共同保障项目的质量。




▲问题的原始状态及修改后的状态都清晰可见,有图片对比,有日期和人员信息
试想一下,一个完整的BIM项目,从方案到后期服务,所有的设计过程及问题都有记录,并且对应好了责任人与时间,问题报告随时可以输出,PDF文档也可以上传和批注,整个项目的信息,对所有人员是公开的,不存在信息孤岛和多次传递,项目的过程被完整记录,这是很有意义的事情。不过这种理想化的设计流程,不知道何时能百分百地实现。




▲输出的报告格式清晰明了,可以随时发送到指定的邮箱。这实际对项目管理者十分方便,可以随时掌握项目进度
6、工程量统计








▲ 所有电梯的统计,尺寸、速度、载重、停靠楼层、有无机房等信息,都在对应的电梯族里完整录入,因此统计就变得非常方便
丰富的族信息,也会后期进行运维管理提供了便利。Revit的统计功能比较方便,只要模型中有比较精细的体现,并合理规划好参数,就能实现自动化的统计,比如锚杆、梁板墙柱的混凝土量、门窗等。
工程量统计并不是全方位的,而是依赖于模型的准确性及完备性,与传统统计模式各有利弊,但对一些实体化子项来说,却是非常快捷并且具有联动性修改的优点的。
阶段性总结
五医院的BIM设计贯穿了整个设计过程,后期服务及施工阶段也仍然在发挥作用,未来在运维、知识传递等领域也大有可为。




▲五医院的BIM阶段性数据统计
业主希望得到一个安全、经济、美观、高效的建筑,一个好的设计,设计师则希望在尽可能顺畅沟通的情况下实现自己的创作理念和个人价值,这些在BIM的框架下让人看到一点点希望,但仍然有很多现实问题有待解决。
五医院成绩斐然,暴露的问题也很多,但无论怎样,小编认为,这次尝试都提供了一套相对传统手法更加优质的设计产品,无论从成果数量、质量还是潜在价值来说。
最后,致敬所有参与项目设计的设计师。
海南省BIM中心致力于海南省BIM事业的发展,率先在海南省内开展BIM培训,BIM网站,BIM设计,BIM造价,BIM全过程管理、BIM+GIS\FM\VR\AR\大数据\云计算\智慧城市的探索,为海南省建筑信息化作出自己的贡献。我们的网站是www.xycost.net,公众号“CPPDBIM”,长按下面的图片有惊喜哟>_<~





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