建筑工程智能设计项目案例：白云机场三期清㘵安置项目

白云机场三期清㘵安置项目项目概况白云机场三期扩建工程是落实《粤港澳大湾区发展规划纲要》建设世界级机场群要求的重点工程，该项目的推进不仅加速了白云机场国际航空枢纽建设，促进了大湾区世界级机场群的发展，而且是大湾区世界级城市群建设的重要支撑工程，对于大湾区经济建设和发展具有重大的战略意义。白云机场三期清㘵安置项目位于花都区广州白云国际机场西侧广州市清㘵地块。项目占地面积约565180㎡，总建筑面积约为1050651㎡，本地块需要解决主体工程1921户安置房需求。其中住宅面积为661620㎡，公共服务设施面积为74663㎡，地下室面积为314368㎡。该项目共划分为15个地块，建筑类型多样，主要包括83栋住宅、商业配套、幼儿园、中小学、老年福利院、文化服务中心以及地下室等建筑。图：白云机场三期清㘵安置项目鸟瞰图智能设计应用策划1）项目重难点：白云机场三期清㘵安置项目作为重点民生工程，项目质量是重中之重。为更好优化城市用地资源，提高城市规划和建设的水平，提升项目整体品质。经过对项目的策划和分析，有以下几方面的重难点：a.项目体量大。项目占地面积约56万㎡，总建筑面积约为105万㎡。超大型项目的建筑规划和设计、出图工作量庞大，接口繁多，设计管理难度极大。b.多样化的建筑类型和功能需求。项目建筑类型和功能非常多样化，如普通住宅、老年公寓、儿童活动中心、医疗卫生室等。如何在有限的用地和建筑面积内实现多种功能的协调布局和设计，是设计的一个难点。c.成本控制严格，工期紧张。安置房项目由政府承担，需要在有限的预算内完成设计和建设工作，同时涉及到居民回迁工期非常紧张，需要设计团队有高效的组织和协调能力，同时还需要具备相应的项目管理经验。d.设计团队规模大，协同设计难度大。由于项目体量大，参与人数达上百人。庞大的设计团队如何进行高效的沟通，准确的完成设计信息的传递，确保设计的顺利推进，是一个复杂而又具有挑战性的任务。e.项目地下室面积大，层高控制要求严格。地下室面积大，造价影响较大。为控制造价成本，地下室净高在符合设计要求的前提下，尽量压低层高。因此地下室合理的布局设计显得尤为重要。f.住宅楼栋模块化设计，项目住宅楼栋多，难度大。项目采用了模块化设计的技术路线，将住宅设计的户型划分为多个标准化的模块，通过组合多个模块来完成单体住宅设计。由于项目涉及到83栋住宅，精细化、模块化的设计显得尤为重要。为了应对安置房项目在设计过程中的众多重难点和挑战，团队决定采用BIM正向设计的模式进行设计工作，以提高设计效率和质量。通过这种设计模式，团队成员可以更好地协作，及时解决设计中出现的问题，同时还可以优化整个设计过程，以确保项目能够保证质量按时完成。智能设计应用亮点1)数字化协同平台CAD设计中各承包方采用单线交底与协同的工作模式，对于复杂项目的协同效率明显滞后，准确性较差，且项目的整体管控难度较大，为改善此现象，本项目通过搭建数字化管理平台，实现多方协同交互，从而解决传统协同交互的痛点。项目管理三维协同平台，是基于BIM技术的项目管理共享平台，项目的各参与方及专业通过平台的集成协同环境，进行人员、文档、模型、业务的四大协同管理，以辅助业主及多参与方顺利推进项目。图：数字化协同平台结合项目协同管理平台，以BIM三维模型为载体进行本项目的参建方协同管理，开展三维设计、三维提问、三维决策及问题闭环，实现业主与各参建方实时监控、联动项目进度与质量，解决参建方多的问题。在施工准备阶段全面交付BIM设计模型，对关键节点、工艺、工序进行BIM三维可视化模拟如架空层、悬挑外楼梯、退台空间等，通过三维施工交底确保设计要求准确传达，并且施工过程中采用平台中的BIM轻量化模型巡场进行三维可视化比对，实现施工质量的精细化管控，保证项目的“图、模、实”全面一致，为业主实现控本、增效与提质。图：模型轻量化操作界面2)总图BIM应用项目的总图BIM应用主要包括以下两个方面：首先是场地建模，根据地形和道路数据进行建模后可用于土方算量对比多个不同场地开挖方案，辅助业主决策。图：道路场地模型其次是市政建模辅助设计，通过模拟道路、市政、地下室空间关系，小市政管线避让抬板区域，保证覆土满足小市政需求，同时对出入户排水，大市政驳接位置进行精细化设计。为市政建设提供辅助设计和决策支持。图：市政管线、地下室、道路的空间关系模拟3)BIM标准化应用本项目中的住宅设计采用了BIM标准化设计，将住宅拆分为两个基本核心筒和六种标准户型，作为基本单位。这些核心筒模块和标准户型模块组合成四种标准楼栋，以满足全部安置房模型的需要。图：住宅标准化模块项目还使用参数化的标准构件族，统一各地块的立面构造，实现首层外立面的标准化设计。不但可以缩短设计及建模周期，提高设计质量，还能够保证设计的灵活性和可拓展性。图：标准构件族此外项目通过教室的标准化设计，创建标准化教室模块，实现中小学教室统一标准，提升设置质量，缩短设计周期图：教室标准模块通过完成标准层建模制图，可以将视图应用于相同户型的标准层，一次标注多次使用，不仅可以节省时间，还能随模型联动更新标准层图纸，减少错漏，提升设计质量。3)基于BIM的装配式设计在考虑模块设计外，我们也考虑了装配式设计建模的需求，并对模型进行了装配式深化设计，装配率均达到50%以上。此外，通过自研插件，模型可一键输出装配式图纸，实现了一模多用。这些创新技术和工具提高了设计效率，为装配式建筑设计和施工带来了便利。图：住宅装配式模型3)BIM算量工程量计算已逐渐从传统的手工计算和CAD软件计算，向BIM工程量计算转变。但BIM工程量计算在实践中仍然面临着许多挑战。首先，模型的准确性对BIM工程量计算的结果至关重要。BIM模型中的数据需要准确、完整和规范化，以便于BIM设计软件导出明细表。本项目采用正向设计出图解决了模型数据的准确性问题，避免二次建模引起的人为失误。其次BIM工程量计算需要在建模和设计阶段就考虑好，由于工程量涉及到材料、设备和施工工艺等多个方面，建模的不规范，命名的不规范会导致工程量统计时不能进行精确的分类。为此，本项目设计单位与造价咨询单位一起牵头组织了BIM设计与造价算量标准的制定，联合编制了《白云机场三期安置区BIM设计与造价算量联动建模标准》，确保了设计与算量的紧密配合。该算量标准不仅仅是为了此项目的需要，也同时也作为机场安置区其他标段的设计BIM建模和算量的依据，为整个机场安置区项目的BIM算量建模规则提供了统一标准。图：《BIM设计与造价算量联动建模标准》及参考模型按此标准文件进行建模的模型文件符合BIM设计造价算量联动的需求，模型分类、拆分、连接等方式符合工程量计算的需求，辅以适当的插件工具可实现BIM设计模型输出跟清单工程量匹配的BIM工程量。图：分项模型算量明细（节选）土建BIM算量的主要内容包括各类构件，如砌体墙、剪力墙、外墙装饰、门窗、栏杆、屋面构件、防水保温等。同时需考虑各个构件的做法、材料等因素，并将其按BIM设计与造价算量联动建模标准进行分类建模。经过总结，土建算量的难点主要体现在以下几个方面：①模型的精细度要求较高，需要对所有需要算量的内容进行建模，确保模型的准确性和完整性。②建模内容的分类比较复杂，需要根据清单工程量的内容进行区分，对不同的构件进行精准建模。③模型的扣减精度要求也很高，扣减结果直接影响到工程量的计算结果，需要对模型进行精细化的扣减处理，确保工程量的准确性和完整性。根据BIM设计与造价算量联动建模标准，机电BIM可算量的内容主要有：给排水专业，包括管道、阀门附件、卫生器具、套管、地漏等；电气专业，包括电箱、桥架、各钟末端；暖通专业，主要涵盖管道、风机设备、风口、阀门等。通过BIM设计与造价算量联动建模标准的归纳分析，使得机电工程的计量更加准确、高效。图：机电BIM模型算量分项在机电算量中，管线长度是计算投影长度的重要参数，而阀门附件的投影长度在模型内无法直接统计。为解决这一问题，设计单位自主研发了插件，支持一键导出明细表，使得机电管线的投影长度可以被计算。导出的工程量与清单工程量进行相互的校准，最大程度上确保工程量计算规则的一致性。图：自研插件生成机电模型工程量明细表经总结，机电算量的难点主要包括以下三个方面：①模型精细度要求高，机房大样、卫生间大样和电气管线等都需要进行建模。②命名的规范性非常重要，所有构建的命名都必须与设计说明一致。③统计规则的不一致性。例如，清单工程量与BIM模型计算规则不一致，BIM模型中挡烟垂壁按“个数”计算，而清单工程量按“平方米”计算。当前的BIM工程量计算大多数仍然需要人工干预，如添加计算规则、调整构件参数等，这对工作效率和准确性都有一定的影响。因此，如何实现BIM工程量计算的自动化，提高计算效率和准确性，是未来发展的方向。虽然BIM工程量计算面临着许多挑战，但随着技术的不断发展和完善，这些挑战将逐渐被克服，BIM工程量计算也将逐步实现自动化和标准化。4)BIM动态管控①防火分区参数化设计通过“面积平面”创建防火分区面积，生成面积明细表，经过条件格式筛选检查指标是否有超过设计极限值，实时监控防火分区指标。面积大于设计极限值自动红色显示。图：防火分区动态管控示例②停车指标管控在设计过程中，地下室进行多次车位方案的排布对比，选出最优方案。通过明细表计算得出车均面积。明细表随着车位方案的修改而自动更新，实现数模联动的效果。图：停车位指标动态管控示例③疏散距离实时监控通过创建BIM设计软件的自适应族，模拟疏散路径，用于地下室疏散分析并生成明细表，实现直观判断疏散距离是否满足规范要求。提升设计效率与准确性，避免颠覆性设计修改。图：疏散距离实时监控5)BIM精细化设计①地下室层高控制在地下室的BIM应用中，需要关注的主要是层高、净高控制和管线综合，在满足设计净高要求的条件下，通过优化地下室层高来降低土建成本控制。BIM模型提供了多维度的信息，使得各专业可以通过模型进行快速沟通和协作，及时发现和解决潜在的问题，最后根据会议沟通的结果，指导设计模型优化修改，确保地下室净高空间满足车道2400mm、车位2200mm和塔楼侯梯厅为3200mm的净高要求。图：地下室净高控制图②BIM成本优化在基于BIM的设计过程中，可通过精细化建模实现成本的有效优化。例如，结合现场实际条件，对地下室降板范围进行合理优化，在确保满足地下室净高要求的基础上，尽可能减少土方开挖量，从而降低工程成本。同时，依托BIM三维可视化的技术优势，能够为机电专业提供直观的协同设计平台，实现管线综合布局的精准协调，有效缩短桥架、风管及水管等管线的敷设长度，进一步提升建造阶段的经济性。本项目通过对地下室周长系数、地下室埋深降板范围、地下室人防门以及管线路由的优化：实现了地下室整体面积优化约12%；人防门优化10%；管线路由优化15%；成本优化3%。③BIM协同设计BIM全专业协同设计基于统一的中心模型开展工作，确保了设计数据源的唯一性与提资信息的即时同步。借助三维模型，各专业可实时进行碰撞检测与空间协调，有效规避施工阶段的颠覆性修改。所有专业间的信息交互均通过模型完成，任一专业的方案调整均可实时反馈至共享的提资视图，从而保障了全流程设计的协同性与一致性。图：中心模型链接示意图图：中心模型提资流程图④碰撞检测BIM碰撞检测工作遵循标准化的管理流程：首先，基于各专业所创建的三维模型，利用BIM软件进行系统性的专业内与专业间碰撞检测，并完整记录所发现的冲突问题；随后，以统一制定的表格形式对问题类型、责任专业、位置信息及优化建议等关键属性进行归档管理；最终，在生成的碰撞检测报告中，综合采用二维图纸截图、三维模型视图乃至现场实景照片进行多维度对照与标识，以清晰、直观地呈现问题背景与解决方案。该工作模式的优势在于，通过流程化与可视化的管理机制，不仅确保了问题识别与追溯的精确性，有效减少了因信息错漏导致的施工返工，更显著提升了各专业间的协同解决效率与设计成果的整体质量。图：BIM设计碰撞检测分析报告示例全周期BIM可视化技术应用基于BIM技术，在BIM模型中以第三人称视角对项目实际场景进行漫游模拟，如建筑空间布局检查模拟、行车宽度高度模拟、项目景观环境等，通过三维可视化提前发现设计存在不合理的地方，并对设计不足的地方进行调整。项目全周期可视化设计与表达模式，可以有效为设计表达提效，实现与业主即时的三维表达与沟通。图：全周期BIM可视化漫游示例BIM施工模拟本项目通过对模型的施工模拟，提前发现并解决潜在的施工问题。优化施工方案，降低施工风险并协助施工方制定施工计划。BIM可视化施工模拟为项目管理和沟通提供了便利，促进不同角色间的协作和交流。图：施工模拟示例正向设计出图本项目全面实现了各单体建筑的全专业BIM正向设计出图。在出图过程中，遵循以模型为核心的原则，所有与实体构件相关的图纸均直接由BIM模型生成，在保障出图质量的同时，兼顾出图效率的整体优化。在各专业图纸的输出方面，项目实现了从BIM设计软件直接生成符合制图标准的二维图纸。针对图纸中的坐标标注、符号注释、线型表达以及DWG文件输出设置等要素，均依据行业通用制图习惯进行了专项适配。此外，设计院基于BIM设计平台自主研发了正向设计出图插件，支持按院内标准对导出图层进行自定义配置，实现了多环节集成处理，能够一键批量生成符合传统制图规范的DWG文件，显著提升出图效率与标准化水平。图：正向设计出图软件图纸导出界面应用总结白云机场三期清㘵安置项目通过正向设计给整体项目带来了多方面的综合效益，其中包括：全专业三维协同设计，在同一平台通过三维模型让参与方之间的设计进行数据交换，实现全专业交互式设计，项目设计信息都集中体现在三维模型上