BIM技术在南京市公共卫生医疗中心项目中的实现及拓展研究 1205Word文件下载.docx

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2.3.13D建筑信息模型的建立3

2.3.2项目施工进度数据的创建11

2.3.3BIM4D建筑信息模型的建立与施工模拟11

3、模型的拓展应用11

3.1碰撞检查11

3.1.1各专业模型的整合12

3.1.2建筑专业碰撞检查分析12

3.1.3机电专业碰撞排查检验14

3.1.4建筑专业与机电专业碰撞检验16

3.2施工模拟17

3.2.14D施工过程模拟17

3.2.2施工现场平面布置模拟18

3.3模拟漫游20

3.4效益分析20

3.4.1管理效益20

3.4.2经济效益21

3.4.3环境效益21

3.5其他成果22

4、小结与展望22

1、BIM技术及项目简介

1.1BIM技术简介

截至目前，关于建筑信息模型（BuildingInformationModeling，BIM）的定义还没有统一的说法。

美国国家BIM标准的定义：

BIM是工程项目物理和功能特性的数字化表达，是工程项目信息可以分享的知识资源，为其全生命期的各种决策构成可靠的基础。

中国BIM应用统一标准的定义（征求意见稿）：

支持项目全生命期内所有相关方完成任务所建立的项目或其组成部分的物理特征、功能特征及管理要素的数字化表达。

建筑信息模型作为一种全新的理念和技术，正受到国内外学者和业界的普遍关注。

自BIM产生以来，与其相关的研究及应用不断发展，BIM的出现正在改变项目参与各方的协作方式。

BIM≠3D，BIM≠Data，BIM≠3D+Data，BIM=建模+更新+存储+管理+应用，应用BIM能提高工程相关工作质量与效率，提高全行业的效益。

现阶段BIM技术主要应用于：

解决当前建筑领域信息化的瓶颈问题；

基于BIM的工程设计；

基于BIM的施工模拟及管理等方面。

1.2项目概况

南京市公共卫生医疗中心项目，建设单位为南京市卫生局。

项目定位为以传染病诊疗为特色的国内一流的现代化大型综合性医院，项目选址以传染病医院选址为主。

项目位于江宁区汤山街道古泉社区与龙尚社区之间，现南京市职业病防治院青龙山住院部范围内。

项目总用地面积113100平方米：

总建筑面积121068平方米，建设期拟定为40个月，即从2012年8月项目前期工作开始，至2015年12月工程全部建成，通过竣工验收并正式投入使用，本项目总投资为59691.4万元，全部为建设投资，由市财政专项资金投资建设。

图1-1南京市医疗中心效果图

项目定位为“小综合、大专科、强防治、应突发”的集综合、消化道与呼吸道、接触性与非接触、暴发性等病种专科特色的精细诊疗为主的，综合诊疗为辅的防治、救援、应急的现代化大型公共卫生医疗防治中心。

项目拟建传染病专科、结核病专科、爆发烈性疾病专科、小综合病种、救援中心、办公和辅助用房、科研和教学用房、员工生活区、地下停车设施等，以绿色生态环境为特色，力求打造成国内先进的医院建筑风格和硬件设施。

项目充分利用了周围生态环境北部以及中部这两条山谷提供的四大优势：

屏障、高差、山形和水体，以及南京当地的风向，日照等自然条件，研究落实了功能共享和高效独立之间的细致关系。

2、建模的目的与步骤

2.1建模的目的

根据业主提供的各专业的设计图纸，按BIM模型的设计规则，借助revit、Navisworks、Lumion、Project等专业软件，建立基本的建筑信息模型，在此基础上，优化施工现场平面布置；

进行各个专业的检验碰撞，查找原设计中的错误；

施工进度模拟控制；

施工成本控制；

施工安全管理。

2.2课题基本设计思路

南京市公共卫生医疗中心建设项目进度管理中引入BIM技术的应用需要Project等相关软件系统的支持。

本课题主要采用了Revit、Navisworks、Project和Lumion等与BIM相关软件，对3D建筑信息模型的建立及施工进度信息的创建进行设计；

然后对4D建筑信息模型理论和实现思路进行系统研究，并以Revit、Navisworks等BIM信息平台，集成现有Project等进度管理系统功能优势，构建基于BIM的4D进度管理系统，实现BIM模型与进度软件的交互应用。

图2-1课题设计思路

2.3模型设计的步骤

2.3.13D建筑信息模型的建立

3D建筑信息模型的建立是进度管理中BIM技术应用的第一步工作。

3D建筑信息模型构建的BIM信息平台是BIM技术在进度管理中一切功能实现和应用的基础。

在设计阶段，应用BIM核心设计软件完成各专业模型的建立，并进行各专业模型的整合。

从而为项目后续管理中BIM相关技术和功能实现提供基础。

（1）建模平台

BIM核心建模软件即是建立三维建筑信息模型的工具。

通过Revit系列软件建立三维建筑信息模型，然后综合利用BIM技术相关专业软件，读取模型信息，进行各种检查和分析，最终得到我们想要的完善的三维信息模型。

作为后面基于BIM技术的工程项目进度管理的基础。

本次设计采用的软件是Autodesk公司的Revit，有RevitArchitecture，RevitStructure和RevitMEP三个系列，这三个系列分别对应于建筑、结构和设备三个专业，其工作机制基本相同。

该软件能够如实地表现实际的建筑，反映建筑设计思想。

其设计界面如图2-2所示。

图2-2Autodesk公司的Revit设计界面

为了实现南京市公共卫生医疗中心建设项目建筑、给排水、暖通等方面的专业人员共同参与协助完成设计，本次设计是在局域网内采用工作集的方式完成各专业间以及专业内的协同工作，如图2-3所示。

在本次设计课题中，有四位同学参与设计，通过指定不同的工作集来划分项目中各图元的编辑权限。

这种工作集的方式是Revit中最高形式的团队协作模式，也是建筑工程设计中协同工作的目标和发展方向。

图2-3医疗中心B楼Revit设计工作集

（2）RevitArchitecture的设计流程

在医疗中心RevitArchitecture设计中，基本设计流程是选择项目样板，创建空白项目，确定项目标高、轴网，创建柱体、梁体、墙体、门窗、楼板、屋顶（柱体、梁体为结构部分，为了便于建筑框架的整体性，在Architecture设计中加入了此部分），为项目创建场地、地坪及其他构件；

完成模型后，再根据模型生成指定视图，对视图进行细节调整，为视图添加尺寸标注和其他注释信息，并渲染。

1）绘制标高

根据医疗中心楼图纸给定的标高信息，在RevitArchitecture绘制标高信息，在后续的模型绘制过程中，很多构件都与标高紧密联系。

详细信息如图2-4所示。

（a）设计时的标高绘制（b）设计完成后的标高视图

图2-4医疗中心标高绘制图

2）绘制轴网

绘制轴网的过程与基于CAD的二维方式并无太大区别，但必须注意RevitArchitecture中的轴网具有三维属性信息，它与标高共同构成了建筑模型的三维网格定位体系，本项目的轴网布置如图2-5所示。

图2-5医疗中心轴网布置图

3）创建柱体和梁体

医疗中心大楼为框架结构，在轴网交汇处布置了2799根柱，梁体结构在后面结构部分作介绍，局部柱体布置如图2-6所示。

图2-6局部柱体布置效果图

4）创建墙体和幕墙

在RevitArchitecture中创建墙体时，需要先定义好墙体的类型——在墙族的类型属性中，定义包括墙厚、做法、材质、功能等，再指定墙体的到达标高等参数，在平面位置中指定的位置绘制生成三维墙体。

医疗中心的墙体都是非承重墙，即装饰墙，在绘制过程中注意墙体与墙体以及墙体与其他构建之间的连接。

幕墙的绘制方法、流程与基本墙类似，但在参数设置上有较大差别。

医疗中心的墙体和幕墙绘制局部效果如图2-7所示。

图2-7医疗中心墙体和幕墙效果图

5）创建门窗

RevitArchitecture提供了门、窗工具，用于在项目中添加门、窗图元。

门、窗必须依附于墙、屋顶等柱体图元才能被建立，同时门、窗可以通过创建自定义门窗族的方式进行自定义。

医疗中心作为公共建筑，涉及到的门窗样式较多，我们按照现有的门窗族进行绘制，不能与实际采用的门窗样式、材质一一对应，在后续的过程中逐步完善。

门的效果图如图2-8所示。

（a）平面绘制的门效果图（b）三维的门效果图

图2-8门的效果图

6）创建楼板、屋顶

RevitArchitecture提供了3种创建楼板的方式：

楼板、结构楼板和面楼板，医疗中心采用的是结构楼板的方式。

RevitArchitecture提供了迹线屋顶、拉伸屋顶和面层顶3种创建屋顶的方式，医疗中心屋顶属于平面屋顶，采用迹线屋顶的创建方式绘制。

7）创建楼梯

使用楼梯工具，在项目中添加各种样式的楼梯。

在RevitArchitecture中，楼梯由楼梯和扶手两部分构成，使用楼梯前，先定义楼梯类型属性中的各种参数。

楼梯穿过楼板时的洞口需要用“洞口”命令进行开洞。

楼梯效果图如图2-9所示。

图2-9楼梯的效果图

8）创建其他构件

除主要构件外，还有如栏杆、坡道、散水、台阶等其他构件。

这些构件在后续的工作中逐步完善。

9）内部装饰

在Revit绘制中，完成了局部沙发、厕所的装饰，如图2-10所示。

图2-10沙发和厕所的装饰图

（3）RevitMEP的设计流程

在Architecture设计的基础上，利用已绘制的轴网和标高，根据系统图和分布图绘制暖通、给排水、电气系统，基本思路与RevitArchitecture的设计思路一致，并将其与建筑模型关联起来，优化建筑设备及管道系统的设计，更好地进行建筑性能分析。

设计完成的给排水管道的效果图如图2-11所示。

图2-11给排水管道效果图

（4）参数化设计

Revit的一大特色是参数化设计方法，主要体现在参数化建筑图元和参数化修改引擎。

Revit提供了立刻启用的建筑构件图元，包括墙、门、窗、柱、楼梯和屋顶等，同一类构件的不同类型通过参数的调整反映出来，例如不同厚度的砖墙、不同宽度的双开门。

在这些构件之间有内在的智能关联。

我们在医疗中心设计的时候，通过自定义族，灵活地适应了建筑的创新和设计要求。

在设计的时候输入一次信息，将建筑中同样构件应用到整个楼层当中并渲染可视化，并能够实时输出工程量、建筑、结构构件等各种明细表以及建筑面积，为后续成本管理提供依据。

医疗中心3D模型元素的数据直接描述了建筑物实体及构件的各种属性和特征，是建设工程项目实施过程中设计、采购、施工、材料设备供应的环节的工作对象。

医疗中心在Revit中产生的局部数据如图2-12所示。

（a）基本墙的编辑类型参数（b）双扇平开门的编辑类型参数

（c）内墙明细表（清单）

（d）结构柱明细表（清单）

图2-12Revit中设计参数和明细表（清单）

（5）Revit数据转换

通过Revit系列软件我们建立了三维建筑信息模型，然后利用Navisworks，读取模型信息，进行各种检查和分析，最终得到我们想要的完善的三维信息模型，这是我们进行基于BIM技术的工程项目进度管理的基础。

2.3.2项目施工进度数据的创建

项目进度数据的创建是实现基于BIM的进度管理的重要准备工作。

施工进度数据的创建应基于3D建筑信息模型平台，应用WBS技术分解项目工作结构的基础上，以Project软件为工具进行。

首先应收集医疗中心项目的基本信息，然后确定项目的任务细节。

制定准确可行并真实反映项目运作情况的进度计划，在Project软件中输入任务工期，确定任务之间的逻辑关系，得到医疗中心项目建设进度计划横道图。

2.3.3BIM4D建筑信息模型的建立与施工模拟

3D建筑信息模型以及施工进度数据的创建是4D建筑信息模型建立的前序工作和实现基础。

4D建筑信息模型的建立是进度管理中BIM技术功能实现的核心工作。

模型核心数据都集中于模型图元，模型图元是3D建筑信息模型数据的最终载体。

4D模型的建立仍使用3D模型的体系结构，在3D建筑信息模型的基础上，通过Navisworks软件将施工进度计划数据与模型图元的3D几何数据及关联数据进行整合，即可建立4D建筑信息模型，实现4D模拟等功能。

3、模型的拓展应用

本章节将展示我们的课题成果，我们使用Navisworks进行碰撞检查，包括建筑专业和机电专业的碰撞检查，模拟漫游，现场施工模拟、施工进度模拟以及效益分析，在后续的工作中我们还将进行5D模型的建设（加入成本控制）及绿色施工模拟，实现精细化管理。

3.1碰撞检查

在进行碰撞检查时，主要分为单专业的碰撞检查和专业之间的碰撞检查。

另外，碰撞的类型主要划分为两种：

硬碰撞和软碰撞。

硬碰撞指的是两个实体之间位置的交叉，硬碰撞在设计时极为常见的，尤其是在各专业的模型之间经常出现个专业之间的碰撞。

软碰撞的定义和硬碰撞不同，它指两个实体之叫的距离小于某个规定的值即称之为软碰撞。

软碰撞主要发生在管道碰撞，因为在安装管道时，如果间距太小，则不利用管道的安装和以后的维修工作。

3.1.1各专业模型的整合

碰撞检查不仅包括建筑结构、管线的自身碰撞，还需要综合几个专业对其进行交叉碰撞的检查。

在建筑物设计过程中，建筑、结构、机电三专业基本都是分开进行设计，那么要进行完整的碰撞分析，就必须使三个专业的模型进行综合，在综合模型之中来寻找自身以及相互的碰撞点。

那么三个专业的融合就是一个必须解决的问题，在Navisworks中这一问题得到了很好的解决，它能将多个专业的模型很好的进行融合，同时在Navisworks中也提供了很好的碰撞分析工具以及漫游、4D施工模拟工具，因此，本文所有的碰撞检测分析、漫游以及4D施工模拟均基于该软件进行实施。

3.1.2建筑专业碰撞检查分析

（1）在项目模型中，选择1楼的墙以及楼板和1楼的结构柱进行碰撞检查，如图3-1所示：

图3-1创建碰撞检查任务

点击运行测试，即可得到碰撞检查结果，如下图所示：

图3-2碰撞检查结果

造成该碰撞的原因是设计师在进行设计时，并未考虑到在这一隔墙中有一结构柱，从而造成了碰撞。

对于此碰撞的解决方法也很简单，只要对隔墙进行相应的调整即可，碰撞解决后的效果图如下图所示：

图3-3碰撞优化结果

在对整个建筑专业进行碰撞检查后，发现了多个类似的单一专业的硬碰撞，单一专业的碰撞一般都叫容易解决。

3.1.3机电专业碰撞排查检验

首先利用BIM设计平台分别构建建筑、结构、暖通、给排水和电气专业的信息化模型，然后将各专业模型整合到一起构成完整的建筑与各工种的综合模型，再将整体模型导入计算机分析工具中检测碰撞冲突的类型及位置并生成报告，但碰撞模拟检测有存在误判的可能，所以需要人为审核后才能得出修改意见。

这种方法可以在设计阶段高效协调设备管线，精准地检测出管线与建筑及管线直接的交叉、碰撞，可极大地降低设计中因管线布局不当造成的施工隐患。

（1）主管与支管的碰撞

主管与支管的碰撞如图3-4所示。

图3-4主管与支管的碰撞

在初步设计中，由于生活供给水管与热回水管道距离较近，当生活供给水管的支管设计时与热回水管道进行碰撞，发生设计错误，此时给予的优化方案为，支管设计时由生活供给水管主管向下开口接支管，绕开热回水管道主管。

（2）主管与主管的碰撞

主管与主管的碰撞如图3-5所示。

图3-5生活供给管道与消防管道的碰撞

在初步设计中，由于消防管道与生活供给管道的标高相差小于两管道半径之和，故发生了管道碰撞问题，此碰撞的优化方案为：

将消防管道的标高由4235mm改为4435mm。

2.管道与桥架的碰撞

（1）消防主管与桥架的碰撞

图3-6消防竖管与桥架的碰撞

在初步设计中，由于消防竖管的偏移量设计时考虑有偏差，消防竖管直接从桥架中穿插而过，发生碰撞。

优化设计的方案为：

将消防竖管的偏移量从300mm改为500mm，可解决此碰撞问题。

（2）管道附件与桥架的碰撞

图3-7管道附件与桥架的碰撞

在初步设计中，由于没有考虑管道附件的尺寸导致管道附件与桥架发生碰撞，此碰撞优化方案为变动管道附件安装位置，将管道附件安装在桥架范围之外。

3.1.4建筑专业与机电专业碰撞检验

同理，我们可以利用Navisworks对建筑专业与机电专业进行碰撞检查，只需在进行碰撞选择时，选择建筑结构与管线进行碰撞检查即可，得到的碰撞检查结果如下图所示：

图3-8电线桥架与隔墙发生碰撞图3-9管线与隔墙发生碰撞

图3-10管线与隔墙发生碰撞图3-11管线与隔墙发生碰撞

对于这一类的碰撞，可以看出主要是由于管线或电线桥架要穿墙而过，但是墙上并未事先预留相应的开口而导致的，解决办法也非常简单，只需进行相应的开口即可。

3.2施工模拟

3.2.14D施工过程模拟

要利用Navisworks进行施工模拟，首先应利用MSProject画出项目的的横道图，之后从数据源中导入project文件到Navisworks中。

最后将模型与进度图关联即可。

在关联的过程中，因为要选定一些列的构建来关联，因此需要建立相应的集合或者选定局部的相同构件，如首先在项目的1楼中查找出墙的构件，搜索出墙体并建立集合，然后在相应的施工过程中选择符着，这样就可使得墙体这一施工步骤和施工进度计划相关联起来。

此过程比较繁杂，需要对每一个构件都分配好相应的集合并与施工进度计划相关联，即可到下图所示的结果。

图3-12project与模型关联

图3-134D模拟施工过程

最终，在设置动画播放的时间及每秒的帧数即可模拟该项目的施工过程。

3.2.2施工现场平面布置模拟

利用Revit三维建模软件进行施工平面布置模拟，可以在施工现场平面图中

布置塔吊、钢筋加工厂、混凝土运输车、混凝土浇筑车、材料堆放区、混凝土搅拌区等施工现场所需的器械、材料等。

典型范例如图所示：

图3-16现场施工平面布置图

图3-17塔吊安全工作平面图

3.3模拟漫游

本文主要介绍对于已经建立好的模型中利用Navisworks软件进行漫游。

在漫游开始前，我们可以设定漫游的主题是形象生动的工人，还是一个物体，其实两者均起到了重要作用，我们可以定义人或物体的高度以及宽度，这样即可检查在建筑物内各项性能指标是否满足要求，例如在入口处入口的宽度或是高度是否满足要求，建筑物内的吊顶是否满足要求，同时由于是实时漫游，我们还可以发现建筑物内是否有碰撞，从而发现在二维施工图中不能发现的碰撞。

漫游过程只需用鼠标按照自己行走的意愿即可在建筑物的任何一处位置进行漫游。

图3-18漫游参数设置图3-19漫游过程

3.4效益分析

现在目前设计的效益分析还停留在理论层面，如下文所述，在后续的工作中会逐渐量化。

3.4.1管理效益

南京市公共医疗中心建设项目运用BIM技术，给项目团队的精细化管理带来质的飞跃。

在设计图纸检查方面，BIM技术发挥着巨大作用，机电安装专业提前发现碰撞点，在施工前由我们提供这些信息，很好地避免了施工后才发现管线碰撞，减少因返工造成的人工、材料和工期的浪费情况。

在项目施工过程中不可避免的存在许多重点、难点及存在各种安全、质量隐患的区域，对这部分区域的班组技术交底也是难上加难，由于工人的自身水平不高，要完全理解项目组的意图还是非常困难的，通过BIM技术的虚拟施工指导，在3D模式下进行交底，即直观又非常便于理解，提高交底效率，减少因交底不明确所产生的返工现象。

3.4.2经济效益

通过引入BIM技术，提升了精细化管理的能力。

南京城建集团的项目管理，之前靠预算员分析计算数据，数据在计算稿上，要花很长时间才能出来一些汇总数，数据粒度、数据及时性、短周期多维度方面都难以满足项目全过程精细化管理的需要。

BIM数据库的创建完全改变了这一现状、通过建立数据库，取得了突破性的进步：

支撑项目各条线及时准确获取管理所需数据，数据粒度达到构件级；

实现各管理部门对各项目基础数据的协同和共享；

对下进行施工班组长材料量的报审，对上PMS提供准确基础数据，提升企业系统价值。

通过施工前的碰撞检查，针对碰撞位置提前优化，节省施工后返工人工约70个工日，节省成本约500多万。

3.4.3环境效益

南京市公共医疗中心建设项目要求达到国家绿色三星的标准。

为了解决绿色技术难题，BIM技术的引入为绿色建造提供了技术支撑。

因工程的复杂性，设计师、施工方工程师都无法对二维的蓝图进行详细理解，也不能将涉及的冲突问题一一查清。

从而因几何关系的矛盾即碰撞而返工，重新设计和重新施工。

返工产生的材料损失、机械台班的损失和窝工引起的资源消耗是巨大的。

利用BIM创建好的模型可自动检查分析碰撞打架情况，甚至是软碰撞情况，提供碰撞报告，从根本上杜绝因碰撞引发的资源浪费、能耗和工期损失。

当前项目的施工计划，由于预算工作的手工作业还相当粗放、精确性低，资源（人、材、机）计划不准确，都将增加运输支出；

早到的设备要等待，晚到的工程现场要等待，这些计划的不精确都导致资源较大的浪费。

BIM技术使这一问题彻底改变，BIM的创建使各条线获得数据的能力大为提升，为消耗控制提供了技术支撑。

利用BIM技术共享的效果可做得很好，向最新的BIM实时获取准确数据的能力大为提升，项目协同能力提高，加快了工期推进，降低了资源消耗。

3.5其他成果

在后续的工作中，我们将进行5D模型的建立（加入成本，下同）、现场施工模拟及绿色施工模拟，实现精细化管理。

为南京市公共医疗中心项目实现基于BIM信息化管理。

从而凸显BIM的优势。

4、小结与展望

BIM技术针对不同专业的信息模型具有极强的整合能力和协调能力，能从整体把握各专业间的协作情况，解决在二维图纸中难以发现的管线交叉问题，更重要的是计算机的参与大大缩短了设计人员在此项工作上投入的时间和精力，提高了工作效率和设计质量。

在参加此次工程竞赛的设计作品中，我们小组在充分熟悉与掌握南京市卫生医疗中心项目概况与图纸的基础上，形象地在软件中用三维模型展现各种管道（如水管、电缆桥架、风管等管网）与建筑结构的空间位置，并且检测出各种管道与建筑物以及管道相互之间的碰撞问题。

设计以南京市公共卫生医疗中心建筑为主体，研究管线布置以及管线碰撞等实际施工过程中遇到的问题，并针对出现的碰撞问题做出正确合理地优化。

同时4D施工过程与模拟漫游的加入，更是使得整个建筑物的建造过程做到了所做即可所见，可大大提高施工的效率并节约成本。

我们小组成员6人，从零做起，历时6个多月，终于完成了总建筑面积达到12万㎡的南京市公共卫生医疗中心建筑与安装项目的建筑信息模型，整个作品设计都是小组成员日夜辛苦与加班亲手绘制完成的。

因自身专业技术水平不够高，加上我们对项目原设计的理解不够，以及项目规模较大，设计作品可能还存在部分瑕疵，希望得到各位专家的指点，我们会及时改正。

请各位专家评委老师批评指正！