BIM技术是建筑行业发展的热点方向。本文概要介绍了BIM技术特点，分析了BIM技术在地下车库工程设计过程中碰撞检查、车位优化、通风模拟等的应用，提出了基于三维的BIM建模方法，与传统二维工作方式进行了对比。结果表明：BIM技术应用于地下车库工程，可大幅提高工程项目的施工管理水平，并使其转化为实际的经济效益。 BIM technology is a hotspot of development for building trades. This paper outlines the technical characteristics of BIM, and analyzes the application of BIM technology in the processes of collision check, parking space optimization, ventilation simulation, etc. for the design of underground garage engineering. 3D BIM model construction method is proposed and compared with the traditional 2D work model. Results show that the application of BIM technology in underground garage engineering can obviously improve the management level of construction project, and transform this work into actual economic benefits.
李晓克*，吴泉东，刘世明，何大治
华北水利水电大学，河南 郑州
收稿日期：2017年5月5日；录用日期：2017年5月22日；发布日期：2017年5月26日
BIM技术是建筑行业发展的热点方向。本文概要介绍了BIM技术特点，分析了BIM技术在地下车库工程设计过程中碰撞检查、车位优化、通风模拟等的应用，提出了基于三维的BIM建模方法，与传统二维工作方式进行了对比。结果表明：BIM技术应用于地下车库工程，可大幅提高工程项目的施工管理水平，并使其转化为实际的经济效益。
关键词 :BIM技术，地下车库，设计，碰撞检查，车位优化，通风模拟
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截止到2014年底，我国的机动车保有量已经达到2.64亿辆。在城市建设中发展和利用地下空间、设置地下车库，可充分利用土地资源。在很多高层建筑及公共建筑中，地下车库也属于人防工程。由于地下车库的功能多样，造成了设计、施工条件复杂，建筑、结构、电气、消防等多专业交叉使得施工作业效率难以提高。在过去40年时间里，我国建筑业生产效率下滑10%的主要原因是信息量大、信息沟通困难等因素 [
BIM-Building Information Modeling的简写，意为建筑信息模型，是指一种贯穿于建筑全生命周期的三维空间建筑信息模型。如图1所示，BIM是从工程项目的规划开始，涉及设计、施工、运营、维护到拆除的全部过程，利用该模型可以对项目进行设计、建造和运营管理 [
BIM技术的运作方式，改变了传统的建筑行业设计中各专业人员独立进行本专业二维平面设计的流程，建筑设计由多专业协同完成，结构构件及配套设施的各种空间关系在设计阶段就能够解决，具有可视化、可协调、可模拟、可优化等特点。因此，BIM技术在地下车库工程设计过程中应用，可在碰撞检测，管线综合，工程算量，通风模拟，停车位优化，灾害应急模拟等方面获得预期效益。
但是，目前我国BIM技术应用尚存在一些瓶颈难题：
(1) 相关标准不统一。目前国内很多地区、企业内部都制定了属于自己的BIM标准 [
(2) BIM技术实际应用被过分夸大。目前我国已跻身于全球五大BIM应用增长最快的地区之一 [
图1. 建筑全生命周期中的BIM
(3) 忽略后期运营维护。现阶段，无论是业主还是施工方，对BIM的认识都还局限于设计、施工阶段的便利，而忽略了BIM技术在建筑工程的后期运营维护方面所展现出来的巨大潜能，对应用BIM技术创建成长型模型、根据建筑工程的实际状态不断更新数据库、实现贯穿整个建筑生命周期的应用缺乏认识。
(1) 充分理解设计意图。理解业主的要求与设计师的设计意图，是实现BIM精确建模的前提。在传统的二维设计图纸中，往往会存在某些构件需要几张图纸的拼接才能确切表达出来。构件信息的复杂交叉，使得建立精确的模型变得困难。
(2) 统一项目样板。一个好的项目样板能够为建立模型提供很多便利，例如线型、材质、族库等都会随项目样板传递下去，从而省去了后期设计人员的宝贵时间。但好的项目样板需要时间经验积累，也需要按照客户的要求定制。
(3) 各专业协同、共享。各专业的协同工作是BIM技术的一个特点，各专业的协同共享使得各种碰撞在设计阶段就被解决。以上海中心的地下室项目为例，应用BIM技术协同工作，17万m2的建筑面积，在施工过程中没有发现一处碰撞问题。
(4) 建立相关族库。族文件是指BIM模型中的某些能够重复使用的定制构件，如门、窗、栏杆等，建立完整的族库，能够使得建模效率大大提高，节省了时间精力。
如图2所示，完整的BIM建模流程应包含以下几个步骤：建立统一的项目样板，链接二维CAD图
图2. BIM建模流程
纸，建立标高和轴网，绘制图元，导出各专业文件，进行碰撞检查(优化)，提交碰撞报告及优化建议等。
本工程为某市某小区地下车库项目，地下一层，底板标高 5.800 m，建筑面积为51730.82 m2，其中人防面积26530.40 m2，建筑层高为4.20 m，设计使用年限50年，采用框架剪力墙结构，抗震设防烈度为7度。设计阶段充分考虑了人车分流情况，分别设置了3个机动车入口，2个非机动车坡道，5个楼梯，预计建成后能提供920个机动车位，1050个非机动车位。
由于本工程为地下车库兼人防工程，功能多样及多专业共同工作，使得传统的设计流程进度缓慢，交流沟通困难。并且传统CAD平面设计手段无法全面展示各系统、各专业之间的复杂空间关系，需借助BIM技术的立体建模、专业协同等功能 [
本工程选用Revit2016软件(2016版)进行建模，naviswoks2016 (2016版)软件进行碰撞检查。
建立统一的项目样板是进行建模工作的前提，也是后期优化工作的关键，机电项目样板和建筑结构项目样板必须统一坐标。
根据项目要求，按原有项目样板，分别新建了建筑结构、机电的项目文件，删除原有标高和轴网，按工程实际情况添加族、材质等属性，如图3所示。
本项目初期已经绘制好了二维的CAD图纸，通过链接的方式将其链接到BIM模型中，大大减少了重新绘制定位轴网的时间。采用Revit2016软件进行建模，在链接CAD图纸时，选用从原点到原点的定位方式，单位选择国内通用的毫米。
链接好CAD图纸之后，需要在BIM模型中建立相应标高平面，然后可通过拾取线的方式，拾取CAD图纸中的轴网。另外，针对前期未进行二维图纸设计的情况，也可选择用BIM软件直接进行模型建立，但注意要先建立标高再建立轴网，这样才能保证后建立的轴网能够覆盖到所有标高。
绘制墙柱梁等图元。在绘制构件时，首先要对构件的类型、材质等进行定义，方便后期的渲染、优化等处理工作。如图4~图6所示，本工程按照墙、柱、梁、板的顺序绘制图元。
在完成模型的建立后，需要将各专业的模型文件导出。目的是为了方便深化出图，将模型细分，也为接下来的碰撞检查工作提供了便利。把各专业的模型文件独立导出为nwc格式，独立导出是为了减小模型，使其在碰撞检查时能够尽量少占用计算机资源。
碰撞检查是检验模型合理性的工具。将各专业模型文件导入到BIM碰撞检查软件navisworks2016中，
图3. 机电项目样板设置
图4. 墙柱梁图元
图5. 板图元
图6. 构件整合
进行构件间碰撞检查、漫游模拟，并处理模型与原设计意图不符合的部位，最后形成如图7所示的碰撞检查报告。
车库中的有害气体成份主要有CO、CO2、NO2、HCHO，Pb，SO2等，因此预先进行通风模拟是非常必要的。通过BIM技术的优势，对车库的通风情况进行了模拟，改善了原有通风系统的不足，使之更加有效。
停车位紧张是当下的公众热点。如表1所示，在本工程中，利用BIM技术的实景模拟功能对停车位
图7. 碰撞报告及优化建议
| 原有设计 | BIM技术 | |
|---|---|---|
| 碰撞检测 | 无 | 53处 |
| 工程算量 | 预估混凝土量21000 m3 | 实测混凝土量12882.47 m3 |
| 通风模拟 | 无 | 有 |
| 灾害应急模拟 | 无 | 有 |
| 停车位优化 | 920个机动车位 | 931个机动车位 |
| 1050个非机动车位 | 1063个非机动车位 | |
| 经济效益 | 适当删减某些不合理车位，增加11个机动车位，13个非机动车位，带来经济效益一百三十多万。 | |
表1. BIM技术与原有设计对比
进行了优化，适当删减了某些不合理车位，增加11个机动车位和13个非机动车位。优化后，机动车位达到了931个，非机动车位达到了1063个。与原来相比，均提升了1.2%，也即是说，每一百个车位中大约能优化出1.2个车位。由此可见，在现在停车难，商业停车位供应不足的现状下，对比传统设计，在地下车库项目中合理运用BIM技术能够取得良好的经济效益。
根据navisworks2016软件提供的碰撞检查报告，对碰撞的类型进行归类处理，并向业主提交相应的处理建议，最终形成一份完整的碰撞检查报告。碰撞报告中除优化建议以外，还应包含如图8所示的漫游动画、表2所示的工程算量等文件。
图8. 车库漫游
| 族与类型 | 体积(立方米) |
|---|---|
| 混凝土-矩形梁：车库室内梁200 × 540 mm | 359.52 |
| 混凝土-矩形梁：车库室内梁400 × 500 mm | 2.08 |
| 混凝土-矩形梁：车库室内梁250 × 400 mm | 1.67 |
| 混凝土-矩形梁：车库室内梁250 × 500 mm | 108.47 |
| 混凝土-矩形梁：车库室内梁250 × 1200 mm | 2.79 |
| 混凝土-矩形梁：车库室内梁300 × 500mm | 0.39 |
| 混凝土-矩形梁：车库室内梁300 × 600 mm | 127.90 |
| 混凝土-矩形梁：车库室内梁350 × 600 mm | 12.31 |
| 混凝土-矩形梁：车库室内梁350 × 700 mm | 383.40 |
| 混凝土-矩形梁：车库室内梁350 × 800 mm | 20.81 |
| 混凝土-矩形梁：车库室内梁350 × 1200 mm | 15.21 |
| 混凝土-矩形梁：车库室内梁400 × 1500mm | 37.34 |
| 混凝土-矩形梁：车库室内梁500 × 600 mm | 123.23 |
| 混凝土-矩形梁：车库室内梁500 × 700 mm | 6.08 |
| 混凝土-矩形梁：车库室内梁500 × 850 mm | 768.34 |
| 混凝土-矩形梁：车库室内梁500 × 900 mm | 1221.71 |
| 混凝土-矩形梁：车库室内梁500 × 1000 mm | 47.40 |
| 混凝土-矩形梁：车库室内梁500 × 1200 mm | 332.17 |
| 混凝土-矩形梁：车库室内梁500 × 1650 mm | 95.19 |
| 混凝土-矩形梁：车库室内梁500 × 2000 mm | 27.90 |
| 混凝土-矩形梁：车库室内梁550 × 900 mm | 13.27 |
| 混凝土-矩形梁：车库室内梁550 × 1000 mm | 80.82 |
| 总计：3696 | 3788.11 |
表2. 结构梁明细表
本文将BIM技术应用于地下车库项目，利用BIM模型可视化、可协调、可模拟、可优化等特点，对工程项目进行管理，着力于解决了传统设计中不能有效处理的碰撞检测，工程算量，管线综合，停车位优化，灾害应急模拟，通风、日照模拟等技术问题，提高了工作效率，节约了时间成本，具有良好的经济效益。从技术成果方面，是一个成功在地下车库项目中应用BIM技术的成功范例。
从BIM技术在国内外工程建设中的应用情况看，其技术优势是显而易见的，但BIM技术在我国的推进，仍需要国家政策扶持。
河南省新型城镇建筑技术协同创新中心(教科技[
李晓克,吴泉东,刘世明,何大治. 基于BIM技术的地下车库设计研究Research on Design of Underground Garage by Using BIM Technology[J]. 土木工程, 2017, 06(03): 295-303. http://dx.doi.org/10.12677/HJCE.2017.63034