金 戈
(上海拓寧機(jī)電工程技術(shù)有限公司,上海 200063)
日本早在上世紀(jì)的90年代,已經(jīng)開發(fā)了一系列的BIM軟件。當(dāng)然,當(dāng)時還沒有BIM這個術(shù)語。但是做的事情,現(xiàn)在可以歸類到BIM系列中來。圖1可以看到,從規(guī)劃開始,到各類分析,到算量,到最后的施工,日本已經(jīng)有了一套完善的BIM軟件?;ハ嘀g都有了成熟的接口。其中有代表性的BIM軟件都在圖1中有所羅列。因為筆者從事的是其中的設(shè)備專業(yè)設(shè)計。也就是國內(nèi)的機(jī)電設(shè)計(MEP)。在學(xué)習(xí)了日本的若干個BIM軟件,以及將其應(yīng)用到日本和國內(nèi)項目中后,發(fā)現(xiàn),確實對設(shè)計和施工都有很大的幫助。本文將主要討論這幾個日本的BIM軟件。
圖1 日本BIM解決方案軟件聯(lián)盟
日本的軟件行業(yè)應(yīng)該說非常發(fā)達(dá),在很多方面領(lǐng)先中國。所以他們的機(jī)電設(shè)計軟件也很多。主要的有三個,分別是:REBRO,REAL和TFAS。
REBRO由NYK公司開發(fā)。這是一個新興的公司,2007年才成立。所以REBRO的使用群體和影響范圍遠(yuǎn)遠(yuǎn)不如其他兩個軟件,而且REBRO的功能也和后兩者類似,這里不多做介紹了。
其次是REAL。這個軟件由富士通公司開發(fā),歷史很悠久。在上世紀(jì)八,九十年代左右,就有了DOS版,叫 CADEWA,后來發(fā)展為 WINDOWS的CADEWA,再發(fā)展到CADEWA EVOLUTION,目前發(fā)展為 CADEWA REAL 2011。一般簡稱為 REAL。REAL的一些基本功能,放在后面和TFAS一起講。前面說過,三個軟件類似。
圖2 日本BIM軟件REBRO
圖3 日本BIM軟件REAL
這里說下REAL的幾個特點。首先,市場占有率不高,遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后TFAS。因為開發(fā)公司有日本大氣社的參與,所以除了大氣社的項目會使用以外,其他公司很少使用。其次,過于追求完美,功能超級強大,但是使用便捷性不高。
如果僅就軟件的功能而言,REAL應(yīng)該是日本所有機(jī)電軟件里最全面的,軟件開發(fā)商充分考慮了設(shè)計和施工的實際需要,做到了一個真正的工程軟件,而不是制圖軟件。舉例來說,REAL里整合了日本機(jī)電設(shè)計的幾乎所有需要的要素,包括各種管材的管子,各種彎頭三通四通,各種廠家機(jī)器樣本等等。這些過于完美的追求,導(dǎo)致對電腦配置的要求比其他軟件高很多,制圖的效率又低很多。主要是效率的低下導(dǎo)致越來越多的人放棄REAL,選擇TFAS。
圖6 REAL中畫彎頭的界面
從圖4、5、6中,我們可以看到,無論是畫設(shè)備還是畫水管或者彎頭,REAL都提供了很多選擇。而這些選擇都是和實際運用相結(jié)合的。只要是真正施工需要用的元素,REAL幾乎都能滿足。如果沒有的,還可以自己添加。想要畫機(jī)器,鍋爐、冷凍機(jī)、風(fēng)機(jī)等可以選擇三洋、三菱、大金、荏原等眾多廠家的機(jī)器樣本。想要畫管子,單單鋼管就有幾十種選擇。彎頭也有無數(shù)種型號。大量工程元素的整合,使得REAL在功能上無比強大,但是也造成了運行速度和制圖效率上的滯后,嚴(yán)重影響了REAL的使用和推廣。
圖7 日本BIM軟件TFAS
圖8 日本BIM軟件TFAS
最后來介紹下TFAS。TFAS是DAITEC公司研發(fā)的軟件。DAITEC成立于1969年。在上世紀(jì)90年代發(fā)行CAPE軟件,然后在2006年發(fā)行CAPE的升級版 TFAS。在這一點上,DAITEC和富士通不同。富士通是發(fā)行了REAL,就停止了低版本的EVOLUTION。而DAITEC公司是 CAPE和 TFAS同時發(fā)行。兩套軟件的區(qū)別是,TFAS多了一個3D的功能,其他功能和CAPE幾乎一致。
在BIM風(fēng)生水起的今天,TFAS也順應(yīng)時代的潮流,冠上了BIM軟件的帽子。在沒有BIM這個概念時,TFAS叫做施工圖軟件。有別于國內(nèi)設(shè)計院出施工圖,施工單位二次深化,日本的設(shè)計院只出初步設(shè)計,然后就有第三方來做施工圖,直接出圖給施工單位施工用的。TFAS做的事,有點類似國內(nèi)的以前的管線綜合,但遠(yuǎn)比管線綜合要復(fù)雜的多。而現(xiàn)在,一般歸類為BIM行列。
TFAS在日本的市場占有率很高。圖9是圖1的截取過來,可以看到在設(shè)備設(shè)計上,日本的BIM軟件聯(lián)盟選用就是TFAS。
圖9 設(shè)備設(shè)計選用TFAS
圖10 TFAS若干功能
與市場上的工程軟件幾乎都是在AUTOCAD的基礎(chǔ)上二次開發(fā)不同,TFAS完全跳出了AU的圈子,另起爐灶,采用了自己的一套引擎。這樣做的優(yōu)勢和劣勢都很明顯。優(yōu)勢是:軟件小,運行速度快,對硬件要求低。劣勢是:三維模型和其他非日系軟件,兼容性差,目前只有IFC一個接口。
在DAITEC公司開始研發(fā)軟件時,主流的還只是二維的AUTOCAD。所以TFAS和AUTOCAD的對接做的非常完美。二維圖紙導(dǎo)出DWG文件時,線種、線副、顏色、層等等都可以通過轉(zhuǎn)換文件實現(xiàn)對接。而且可以導(dǎo)出3D的DWG文件。但是在三維的模型轉(zhuǎn)換時,還不夠成熟。只能在日系軟件中可以幾乎無損對接。在對非日系軟件時,IFC作為接口,3D模型能識別,但是模型中的信息流失嚴(yán)重。
圖11 與其它軟件對接
從功能上說,TFAS能做到的,外面很多BIM軟件都能做到。唯一值得說的是,TFAS的這些功能在10多年前就開始用了,到現(xiàn)在已經(jīng)經(jīng)歷了實踐的檢驗。真正做到了能用,好用。TFAS也秉承了日本商品的一貫風(fēng)格:傻瓜。這個傻瓜指,軟件的使用非常傻瓜,容易上手。而且制圖快速,出圖效率高。這也是TFAS在日本占領(lǐng)主要市場的一個原因。
TFAS的制圖方式,在先畫二維的圖,但是輸入的信息是三維的,可以直接切出斷面和3D模型。當(dāng)我們畫好平面,各個角度的斷面就自動生成了,3D模型也自動生成了。而在這三者之間,不論修改哪個,其他兩個都會做相應(yīng)的修改。簡單來說,TFAS的制圖方式是,以平面為主,斷面立體為輔。做好的圖,直接可以出圖給設(shè)計或施工方。例如圖13一個機(jī)房的風(fēng)管配置。
如果更確切點說,SHEET的功能不能說發(fā)明,只能說引進(jìn)。因為在EXCEL已經(jīng)有了類似的功能。在EXCEL里,SHEET的功能是頁,而且每頁是獨立的。在TFAS里,正是因為有了SHEET的功能,才使得TFAS有別于其他軟件,且使TFAS成為這行的佼佼者??磮D15,在界面的最下方,有一欄,分別是梁,建筑,機(jī)器等等,這個就是SHEET,和EXCEL很像。右擊,可以看到,每個SHEET可以表示、非表示、編輯、新建、移動、復(fù)制、刪除等功能。接下來說說SHEET和層的區(qū)別。層就像一維,而SHEET就像是二維。每個SHEET里,自動新建了無數(shù)個層。我們一般會新建建筑、梁、風(fēng)管、水管等幾個SHEET,然后在風(fēng)管的SHEET里新建送風(fēng)管,排風(fēng)管等各類管子時,軟件會自動分配到對應(yīng)的層里。見圖16。有了SHEET功能,TFAS可以方便的把所有專業(yè)都放在一張圖里。需要出某個專業(yè)的時候,就把其他專業(yè)的隱掉。需要管綜時,就把所有的專業(yè)開開。
圖16 軟件操作界面
可以同時在平面和三維下進(jìn)行,也可以出碰撞報告。見圖17。
圖17 碰撞檢測
在畫設(shè)計圖時,可以用單線畫,到施工圖時,可以直接轉(zhuǎn)化為復(fù)線,到后期的竣工圖時,復(fù)線的施工圖又可以直接轉(zhuǎn)化為單線,直接出圖。單復(fù)線自動轉(zhuǎn)換的功能應(yīng)該很適合設(shè)計院使用。見圖18。
這個功能在做空調(diào)冷凝水和衛(wèi)生排水管時,非常有用,TFAS可以根據(jù)需要設(shè)定任意坡度,然后管子自動按坡度傾斜。不需要時,可以還原到水平管子。見圖19。
這個功能比較適合衛(wèi)生設(shè)計圖。在BIM里使用比較少。見圖20。
圖20 平面圖自動轉(zhuǎn)為軸側(cè)圖
這個功能適用在施工時。但是前提是管線都是按圖施工的。我們在做好施工圖時,可以直接在平面圖里生成在預(yù)埋吊架。否則會出現(xiàn)浪費。見圖21。
圖21 吊架自動生成
這個功能應(yīng)該說非常好。一般日本的機(jī)器供應(yīng)商,都會自己做好二維的機(jī)器樣本,從俯視圖,到左視,右視,前視,后視都有,然后TFAS可以很方便的合成三維機(jī)器。見圖22。
圖22 設(shè)備三維合成
TFAS雖然是一個機(jī)電軟件,但是基本的建筑和梁的功能還是有的??梢援媺Γ?,門,樓板,吊頂?shù)龋灰浜蠙C(jī)電需要的,基本都有。見圖23。
圖23 TFAS的結(jié)構(gòu)繪圖功能
這個功能適用在施工前期。可以把所有的管線材料和機(jī)器做個完整的統(tǒng)計,包括部件的個數(shù),管子的長度等等。方便采購。見圖24。
圖24 軟件的統(tǒng)計功能
這個功能是配合BIM新最追加的。可以把一個項目的所有樓層疊在一張圖上表現(xiàn)。這個主要得益于TFAS數(shù)據(jù)庫小巧。可以很完美的實現(xiàn)。見圖25。
圖25 樓層合成示意
以上,對TFAS的主要功能做了個簡單的介紹。作為一個成熟而又成功的工程軟件,TFAS還是非常值得國內(nèi)各個軟件商學(xué)習(xí)的。
說到日本BIM軟件的應(yīng)用,就要從日本做工程項目的不同體制開始。
日本的項目流程是:設(shè)計方做到初步設(shè)計的深度,然后交與施工方,施工方自己組建團(tuán)隊或者外包給第三方,做施工設(shè)計。做好的施工設(shè)計再用到現(xiàn)場做施工圖用。而這個施工設(shè)計,就是現(xiàn)在的BIM軟件發(fā)揮作用的階段,并且一直跟到施工結(jié)束。
1.設(shè)計方在做設(shè)計時,只考慮設(shè)計的問題。
2.設(shè)計方是總包,負(fù)責(zé)整個項目。
3.國內(nèi)的設(shè)計方的施工設(shè)計和施工方的深化設(shè)計,在日本結(jié)合在一起,叫做施工圖設(shè)計或者現(xiàn)在也可以叫BIM設(shè)計,一般由第三方做。
4.第三方不僅做BIM設(shè)計,并且跟到項目竣工。
5.BIM設(shè)計由施工方負(fù)責(zé)找人做,施工方出錢,但是出的圖必須要設(shè)計方蓋章確認(rèn)。這樣就避免了設(shè)計和施工之間扯皮的問題。因為設(shè)計是總包,如果在做BIM設(shè)計時,設(shè)計和施工有矛盾,聽設(shè)計的。
1.找第三方。
當(dāng)施工方拿到設(shè)計圖紙時,即使有自己的BIM團(tuán)隊,一般都會找第三方的BIM團(tuán)隊。除非項目很小。找多個團(tuán)隊一起做的好處就是可以把BIM設(shè)計的工期壓縮到最短。每個團(tuán)隊負(fù)責(zé)幾個樓層??赡艹霈F(xiàn)的問題是,各個團(tuán)隊之間的銜接。日本的項目經(jīng)理叫所長,負(fù)責(zé)項目的一切事務(wù)。所長要協(xié)調(diào)所有BIM團(tuán)隊。
2.BIM團(tuán)隊使用相同的BIM軟件,一般TFAS為主,開始利用設(shè)計圖,做第一遍的BIM設(shè)計。先是將建筑和結(jié)構(gòu)的三維模型搭建好,再把所有機(jī)電管線輸入進(jìn)去。在這個過程中,主要是檢查設(shè)計的問題。例如機(jī)電和建筑是否有沖突,機(jī)電風(fēng)管大小計算是否有誤,系統(tǒng)走向是否合理等等,管綜只是其中很小的一部分。簡單來說,這個第一遍的BIM設(shè)計,主要是驗證設(shè)計的合理性和糾錯。如果說設(shè)計只是紙上談兵,那么BIM軟件做的事就是演習(xí)。再就是把BIM設(shè)計中發(fā)現(xiàn)的問題,反饋給設(shè)計。這個問題是一定會有的。沒有一個設(shè)計說是十全十美的。然后設(shè)計根據(jù)BIM設(shè)計中提供的演習(xí)結(jié)果,做調(diào)整。這個調(diào)整,最嚴(yán)重的,可能是整個設(shè)計推翻,重新來過。不過大部分是做細(xì)節(jié)調(diào)整,優(yōu)化整個設(shè)計。
3.第三步比較繁瑣。就是BIM團(tuán)隊和設(shè)計方不停的溝通和調(diào)整。BIM團(tuán)隊把BIM設(shè)計的結(jié)果提交給設(shè)計,設(shè)計做調(diào)整,BIM團(tuán)隊再修改,如此反復(fù)。這個周期有時會很長,幾個月到幾年都有。不像國內(nèi)的項目,一般最好一個月就能做好所有的BIM設(shè)計。
4.在設(shè)計和BIM團(tuán)隊優(yōu)化設(shè)計的過程中,施工方是一直參與的。前面說過了,BIM團(tuán)隊是施工方出錢請來的,所有的BIM設(shè)計在滿足設(shè)計的要求時,同時要符合施工的需要。所以日本的BIM設(shè)計最終是為施工服務(wù)的。
5.當(dāng)施工正式開始后,BIM團(tuán)隊一般都是派人在現(xiàn)場,繼續(xù)跟進(jìn),為項目上出現(xiàn)的施工問題提供技術(shù)支持。直到竣工。
稍微總結(jié)下,日本的項目流程,就是從設(shè)計—BIM—施工,BIM是由施工方管理和出錢,但是BIM的最后的方案,由設(shè)計方蓋章確認(rèn)。這樣,BIM不是走形式了。BIM的成果,既滿足了設(shè)計的要求,也符合施工的需要。把整個項目的設(shè)計和施工完美的銜接起來。
先說下BIM在中國的現(xiàn)狀。BIM從大的來說,就是圍繞項目從規(guī)劃到設(shè)計到施工最后到運維的一個全生命周期的一種新的建設(shè)輔助方式。沒有它,樓也能造。有了它,樓可以造的更快更省力,也更便宜。但是,因為種種原因,BIM在中國,目前很難真的完成一個全生命周期。只能在某幾個階段使用BIM。其中,從純技術(shù)角度說,還沒有一個完美的接口連接BIM的各個階段。就算是IFC,也還不夠成熟。
那么,我們就來研究下,哪些階段最值得用BIM,或者說最體現(xiàn)BIM的價值。
我們把項目簡單的分為方案、設(shè)計、招投標(biāo)、施工、運維5個大塊。結(jié)合中國的實際情況,應(yīng)該是在招投標(biāo)之前,設(shè)計之后,開始做BIM,對項目,對業(yè)主是最有利益的。因為我們把招標(biāo)開始以前的階段叫紙上談兵的階段,那個階段業(yè)主的投入相對比較少,當(dāng)施工開始的時候業(yè)主的投入是比較大的。所有業(yè)主在招投標(biāo)完成以后產(chǎn)生的錯誤都是由業(yè)主來承擔(dān)的。所以我們在招標(biāo)開始以前,把設(shè)計院提供的設(shè)計圖紙,通過BIM來協(xié)調(diào)、管線綜合,通過它的四維模擬,能夠讓招標(biāo)圖紙的錯誤消滅在招標(biāo)以前。這個工作做完以后,就保證這個招標(biāo)圖是沒有問題的,或者主要的問題都已經(jīng)解決了。這個時候再往下做,由于設(shè)計施工圖所帶來的設(shè)計變更,施工造價的增加,甚至項目質(zhì)量的下降,這些問題基本上都可以避免。
從BIM的運用階段來看。對比日本的BIM,我們會發(fā)現(xiàn),兩者是一致的。簡單來說,大家都認(rèn)可,施工前做BIM,是個比較好的時機(jī)。而在實際中,不論是日本的項目還是中國的項目,來找筆者所在公司進(jìn)行BIM設(shè)計的,也都確實是在施工前的那個時間段。所以,將日本BIM軟件搬到中國項目來用,從宏觀上來說,是成立的。
那么從微觀角度來看,日本的BIM軟件是否適用中國項目呢?BIM的具體實施,主要應(yīng)該包括4項:軟件、設(shè)計規(guī)范、施工要求和人。對于日本項目,就是懂日本規(guī)范和要求的人,用BIM軟件做BIM。對于中國項目,就是懂中國規(guī)范和要求的人,用BIM軟件做BIM。那就歸結(jié)到一句話,日本的BIM軟件是否適用中國項目。這個從兩個方面來講:優(yōu)勢和不足。日本BIM軟件的優(yōu)勢,在前面已經(jīng)說了很多了,稍微概括下就是:電腦配置低,符合工程實際需要,效率高等。不足的地方就是,有些圖例和符號和中國的有不同。兩者相比較,優(yōu)勢遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于不足。而且不足的地方,是可以彌補的。
而事實也告訴我們。日本的BIM軟件是完全可以在中國生存的。因為已經(jīng)有了許許多多成功的案例。上海的金茂大廈,環(huán)球金融中心,上海中心,梅賽德斯奔馳文化中心等等,都在建造的過程中,運用了日本的BIM軟件。而且都給項目帶來了不同程度的幫助。
舉例來說,筆者親身經(jīng)歷的梅賽德斯奔馳文化中心項目。當(dāng)時還未改名,叫世博演藝中心。由上海華東院設(shè)計,業(yè)主要求做BIM。華東院找到筆者所在公司進(jìn)行合作。演藝中心,地上面積4.5萬平,地下面積2萬平。整體呈現(xiàn)“飛碟”外形。如果運用傳統(tǒng)的二維設(shè)計來施工,難度很大。因為建筑頂部是弧形,平面是橢圓形,而柱子是傾斜形。這些在二維里都很難表示。筆者帶領(lǐng)一個團(tuán)隊,利用日本的BIM軟件,先是對建筑進(jìn)行建模,然后機(jī)電建模,做各種調(diào)整,在滿足設(shè)計的同時,滿足施工的需要。擔(dān)任設(shè)計和施工的橋梁。把施工的問題反饋給設(shè)計,又要把解決的方案在BIM里體現(xiàn)出來,回饋到施工方。
對這個項目,舉3個例子來說明下BIM的作用。1.因為平面是橢圓形,柱子是斜的,所以幾乎每個節(jié)點都很難表示,都需要有剖面輔助。當(dāng)時36根軸線,需要切36個剖面,而這36個剖面是需要不停調(diào)整的。如果傳統(tǒng)的做法,工作量非常大。而筆者采用的日本BIM技術(shù),因為平面剖面一體,所以在平面調(diào)整的同時,剖面也自動調(diào)整好了,節(jié)省了很多時間。2.因為頂是弧形的。很多管子在弧形面下看不出是否有碰撞。用平剖結(jié)合的方法,都解決了。3.項目很趕,在修改設(shè)計的同時,施工已經(jīng)開始了。所以BIM也是很趕。BIM模型不是搭一次就能一直用,也是要隨著設(shè)計的變更不停修改的。不過,幸好筆者使用的BIM軟件效率很高,可以在最短的時間里,將設(shè)計的想法反應(yīng)在BIM里,提交給施工方使用,到后期,出現(xiàn)施工方跳過設(shè)計直接找BIM要圖的情況。
在做過多個國內(nèi)項目后,對國內(nèi)BIM運作體會比較深的一點就是:BIM軟件的調(diào)整速度一定要快。對于國內(nèi)項目,施工會很趕,設(shè)計變更會很多。所以BIM調(diào)整一定要快,否則會來不及。在筆者接觸下來,日本BIM軟件的建模不一定是最快的,但是修改的速度一定是最快的一種。
最后,根據(jù)日本BIM軟件發(fā)展的經(jīng)驗,為了更好的發(fā)展中國的BIM,提幾條建議:
1.業(yè)主如果確定了項目需要BIM介入,那么一定要和施工方簽好合同,需要按圖施工。因為國內(nèi)施工方強大的經(jīng)驗和多年的習(xí)慣,經(jīng)常自由發(fā)揮。而這恰恰是BIM最大的敵人。國內(nèi)很多項目,說是用BIM,但是施工不按圖。BIM做了也白做。導(dǎo)致業(yè)主對BIM持否定態(tài)度,覺得沒用。
2.業(yè)主如果確定了項目需要BIM,應(yīng)該早點讓BIM介入。筆者碰到過的諸多國內(nèi)項目,都是快開工了,才找BIM公司介入。時間通常都很短。而這么短的時間里,做出來的BIM成果,往往是打折的,不能體現(xiàn)BIM的價值。
3.國內(nèi)業(yè)主習(xí)慣找設(shè)計來做BIM。這個是不合適的。筆者在前面已經(jīng)提到過了,BIM的一大作用,就是論證設(shè)計,檢查設(shè)計。如果讓設(shè)計自己做BIM,就等于讓會計自己做審計,開餐飲的自己做衛(wèi)生檢查一樣。而基于中國的國情,中國的BIM適合有業(yè)主或者總包領(lǐng)導(dǎo)的第三方來做BIM。不偏向設(shè)計或施工,但是又銜接好設(shè)計和施工的一座橋梁。
4.鑒于日本施工做BIM,設(shè)計來把關(guān)的方式,可以避免設(shè)計施工的扯皮的方法。國內(nèi)如果想把BIM做好,一定要把施工和設(shè)計結(jié)合起來。如果是業(yè)主和總包來做,那么一定要設(shè)計施工兩方簽字認(rèn)可。如果是其中一方來做,另一方一定也要簽字。只有把設(shè)計和施工綁在一起,BIM才會有價值。否者又是紙上談兵。
5.目前國內(nèi)做BIM的一個方式是業(yè)主找第三方來做。這個方式本身沒有問題。問題在第三方。中國的BIM起步較晚,能做好BIM的第三方很少。很多咨詢公司有幾個會軟件的人,就號稱會做BIM。純粹的損人不利己。根據(jù)日本做BIM的經(jīng)驗,一個合格的BIM從業(yè)者要符合至少三個條件:懂設(shè)計,懂施工,懂軟件。實際上還有個附加的條件,基本上沒有4、5年以上的工作經(jīng)驗,是做不好BIM的。就算一個有7、8年經(jīng)驗的人,還會碰到很多問題。因為在現(xiàn)場,各類問題是層出不窮的。
6.日本的BIM軟件,因為配合日本的國情,主要為了優(yōu)化設(shè)計,方便施工。對前期的規(guī)范和后期的運維幫助不大。對國內(nèi)項目來說,如果是要全生命周期的BIM,是不適合用日本BIM軟件做的。因為無法和其他軟件完美對接。例如和RV的接口還沒做好。如果只是為了滿足施工的需要,做點三維管綜什么的,那么日本的 BIM軟件是個很好的選擇。
綜上所述,日本的BIM軟件在發(fā)展了這么多年后,已經(jīng)形成了一套成熟的體系。而中國在BIM剛剛起步的階段,完全可以取其精華去其糟粕。再發(fā)展出真正適合中國自己的BIM軟件。
[1]何關(guān)培.那個叫BIM的東西究竟是什么2,中國建筑工業(yè)出版社:2012.