BIM 技術(shù)在水利工程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用初探

張 超

（江蘇省水利勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，江蘇 揚(yáng)州 225000）

1 BIM 概述

“建筑信息模型（Building Information Modeling，以下簡(jiǎn)稱(chēng)‘BIM’）技術(shù)是在計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）等技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的多維建筑模型信息集成管理技術(shù)，是傳統(tǒng)的二維設(shè)計(jì)建造方式向三維數(shù)字化設(shè)計(jì)建造方式轉(zhuǎn)變的革命性技術(shù)，是促進(jìn)綠色建筑發(fā)展、提高建筑產(chǎn)業(yè)信息化水平、推進(jìn)智慧城市建設(shè)和實(shí)現(xiàn)建筑業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的基礎(chǔ)性技術(shù)。推行BIM 技術(shù)應(yīng)用，發(fā)揮其可視化、虛擬化、協(xié)同管理、成本和進(jìn)度控制等優(yōu)勢(shì)，將極大地提升工程決策、規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)營(yíng)的管理水平，減少返工浪費(fèi)，有效縮短工期，提高工程質(zhì)量和投資效益。同時(shí)，將進(jìn)一步增加建設(shè)工程信息的透明度和可追溯性，對(duì)規(guī)范市場(chǎng)秩序和預(yù)防建設(shè)領(lǐng)域腐敗具有重要作用?！边@是2014年11月，上海市出臺(tái)的《上海市推進(jìn)建筑信息模型技術(shù)應(yīng)用指導(dǎo)意見(jiàn)》的引言部分。

幾年前的國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)領(lǐng)域，大部分設(shè)計(jì)師可能對(duì)BIM 還很陌生，而如今幾乎都在談?wù)揃IM 及應(yīng)用。BIM 已被寫(xiě)進(jìn)了“十二五”規(guī)劃中，對(duì)建筑行業(yè)提出了明確的要求。BIM 起步于建筑行業(yè)，隨著B(niǎo)IM 在建筑行業(yè)的優(yōu)秀表現(xiàn)，正逐步擴(kuò)展到其他行業(yè)。BIM 作為建筑設(shè)計(jì)行業(yè)的一種發(fā)展趨勢(shì)，正在為越來(lái)越多的人們所認(rèn)同和歡迎。

水利工程行業(yè)正處于從傳統(tǒng)水利向現(xiàn)代水利轉(zhuǎn)變階段，水利部提出了以水利信息化促進(jìn)水利現(xiàn)代化的理念。《江蘇省水利信息化發(fā)展“十二五”規(guī)劃》明確指出，到2015年運(yùn)用先進(jìn)的信息技術(shù)改造提升傳統(tǒng)水利行業(yè)，基本構(gòu)建江蘇水利信息化體系。為將BIM 設(shè)計(jì)真正引入到江蘇的水利基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中，江蘇省水利勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司在我省率先啟動(dòng)了三維協(xié)同設(shè)計(jì)的研究工作。常見(jiàn)的三維協(xié)同設(shè)計(jì)基礎(chǔ)平臺(tái)主要有歐特克（Autodesk）、奔特力（Bentley）、達(dá)索（Dassault）3 家，經(jīng)過(guò)慎重比選，最終選擇了歐特克軟件公司的基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)計(jì)套件（IDS），其核心的建模和模型表達(dá)軟件就是Revit。

隨著2013年由清華大學(xué)和北京互聯(lián)立方BIM 課題組聯(lián)合編寫(xiě)的《設(shè)計(jì)企業(yè)BIM 實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)指南》推出，使BIM 應(yīng)用在設(shè)計(jì)單位落地生根有了理論基礎(chǔ)。借鑒其他設(shè)計(jì)企業(yè)BIM 工程應(yīng)用實(shí)際現(xiàn)狀，筆者認(rèn)為現(xiàn)階段選用相對(duì)物美價(jià)廉的歐特克Revit 作為建模和模型表達(dá)的核心平臺(tái)是適當(dāng)?shù)?，Revit 使三維模型和二維圖紙的精確表達(dá)做到了較好的聯(lián)動(dòng)?，F(xiàn)階段模型的主要表達(dá)手段還是二維平面圖紙，所以設(shè)計(jì)還必須從模型過(guò)渡到圖紙來(lái)指導(dǎo)施工，而不能直接通過(guò)精確模型來(lái)指導(dǎo)施工，但用精確模型直接指導(dǎo)施工必定是未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。

為此，基于Revit 平臺(tái)的BIM 設(shè)計(jì)的主要工作內(nèi)容分為建模和對(duì)模型的表達(dá)兩大部分。由于歐特克的Revit 軟件主要支持在建筑工程方面的應(yīng)用，在基礎(chǔ)設(shè)施項(xiàng)目中的應(yīng)用還處在起步階段，在水利工程項(xiàng)目的應(yīng)用實(shí)例更是少之又少，因此，建立企業(yè)的模型庫(kù)、制作各種專(zhuān)業(yè)的項(xiàng)目模板以及適當(dāng)突破現(xiàn)行二維出圖標(biāo)準(zhǔn)，是現(xiàn)階段加快推動(dòng)三維設(shè)計(jì)在水利工程中應(yīng)用的好方法。

2 BIM 設(shè)計(jì)交付內(nèi)容

BIM 技術(shù)的概念和理念是美好的，BIM 是要貫穿建筑項(xiàng)目全生命周期的，但是BIM 實(shí)踐了這么長(zhǎng)時(shí)間以來(lái)，我們并沒(méi)有找到一個(gè)完整的工程項(xiàng)目實(shí)例能夠?qū)崿F(xiàn)全生命周期這個(gè)想法，所以把BIM 技術(shù)完全落實(shí)到項(xiàng)目中去，還需要有一個(gè)漫長(zhǎng)的探索實(shí)踐過(guò)程，BIM 設(shè)計(jì)過(guò)程的實(shí)現(xiàn)將是這個(gè)過(guò)程的先行者。

BIM 設(shè)計(jì)產(chǎn)品的理想交付方法應(yīng)該是模型——指導(dǎo)施工。建筑信息模型所承載的設(shè)計(jì)信息是統(tǒng)一和關(guān)聯(lián)的，模型中的信息包含：結(jié)構(gòu)尺寸、材料材質(zhì)、位置方向、相鄰關(guān)系，以及長(zhǎng)度、面積、體積等統(tǒng)計(jì)計(jì)算，各種結(jié)構(gòu)分析和模擬仿真成果等。我們可以用這些數(shù)字化的成果直接指導(dǎo)施工，以完成建筑物的真實(shí)施工?，F(xiàn)階段，對(duì)于模型信息還沒(méi)有找到一個(gè)很好的表現(xiàn)方式，模型信息暫無(wú)法直接用于指導(dǎo)施工，但隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，這種表現(xiàn)方式可能在不久的將來(lái)就能夠出現(xiàn)，這樣就可實(shí)現(xiàn)將包含大量完整信息的模型直接應(yīng)用于施工建造中。

現(xiàn)階段BIM 設(shè)計(jì)產(chǎn)品較為可行的方法是模型——二維圖紙——指導(dǎo)施工。二維圖紙或者文字圖表在目前來(lái)看暫時(shí)是必需的表達(dá)方式，無(wú)論是三維軸側(cè)圖還是仿真分析的成果都是以二維視圖的形式呈現(xiàn)出來(lái)的，即無(wú)論設(shè)計(jì)出的三維設(shè)計(jì)產(chǎn)品多么優(yōu)秀，最終還是要在二維平面中表達(dá)出來(lái)。

隨著B(niǎo)IM 技術(shù)的普及應(yīng)用，以BIM 模型信息為主并關(guān)聯(lián)生成二維視圖以及相關(guān)信息分析成果后，形成二維圖紙和文字表格的方式是現(xiàn)階段BIM 設(shè)計(jì)交付的主要實(shí)施方法。

現(xiàn)階段，BIM 設(shè)計(jì)的交付產(chǎn)品主要是二維圖紙和文字表格，BIM 設(shè)計(jì)落實(shí)到應(yīng)用中的關(guān)鍵在于模型及模型信息創(chuàng)建、模型及模型信息表達(dá)。

3 模型及信息創(chuàng)建

BIM 模型是指對(duì)項(xiàng)目的建筑實(shí)體和功能特性的數(shù)字化表示。建模是邁向BIM 設(shè)計(jì)的第一步，BIM 設(shè)計(jì)中模型是各種信息的載體。建模方法的高效性、模型精度的可靠性、模型信息的專(zhuān)業(yè)性、模型數(shù)據(jù)的通用性等，是模型及模型信息創(chuàng)建時(shí)的主要考慮因素。

在稍加培訓(xùn)后，將二維圖紙三維化的過(guò)程是很容易的，但實(shí)現(xiàn)高效建模則需要一個(gè)強(qiáng)化學(xué)習(xí)和升華的過(guò)程。適合本行業(yè)的高效建模方法將使BIM 設(shè)計(jì)工作如虎添翼。以歐特克的Revit 軟件為例，如果按照基本建模方法，采用草圖平面放樣建模，所建出來(lái)的模型會(huì)很呆板，不便于修改；而采用嵌套輪廓放樣的方法建模，則能明顯提高模型的可讀行，可添加參數(shù)便于修改，進(jìn)而采用軟件二次開(kāi)發(fā)編程接口AIP 編寫(xiě)交互式模型搭建窗口，實(shí)現(xiàn)以按照設(shè)定好的規(guī)則更加快速地建模。

BIM 設(shè)計(jì)的三維可視化效果常被認(rèn)為是效果圖，這是一個(gè)誤區(qū)，BIM設(shè)計(jì)和效果圖的區(qū)別在于所建模型的精度。BIM 設(shè)計(jì)中所搭建的模型都是有完整尺寸信息的準(zhǔn)確模型，模型擁有完整的面積、體積、坐標(biāo)等數(shù)據(jù)信息。在建模過(guò)程中，選擇合適精度，采用準(zhǔn)確尺寸建模是基本要求。

模型是模型信息的載體，根據(jù)行業(yè)需要建立模型信息的專(zhuān)業(yè)性，會(huì)有助于BIM 設(shè)計(jì)的實(shí)踐。以歐特克Revit 軟件模型信息為例，Revit 軟件的族概念就很好地賦予了模型大量的信息，比如：族參數(shù)中自帶的型號(hào)、制造商、成本等，這些參數(shù)都是給模型加入的信息。此外，Revit 軟件還可以自定義大量與行業(yè)相關(guān)的參數(shù)來(lái)定義模型信息，這為BIM 設(shè)計(jì)拓展了很大的應(yīng)用空間，相關(guān)的行業(yè)和專(zhuān)業(yè)可以自定義出本專(zhuān)業(yè)適用的文件模板，來(lái)促進(jìn)BIM 設(shè)計(jì)的實(shí)踐。

現(xiàn)階段的建模工具很多，主流平臺(tái)有歐特克（Autodesk）、奔特力（Bentley）、達(dá)索（Dassault）3 家，但這3 家的三維模型數(shù)據(jù)并不能通用，因此，選擇一家合適的建模平臺(tái)，保證三維模型數(shù)據(jù)的通用性是一個(gè)重要的基礎(chǔ)，是BIM 設(shè)計(jì)能夠?qū)嵺`的基本保證。

4 模型及信息表達(dá)

怎樣把設(shè)計(jì)師設(shè)計(jì)在模型里的信息呈現(xiàn)和表達(dá)出來(lái)，這是一個(gè)非常重要的過(guò)程。帶有信息的模型就好像一個(gè)滿(mǎn)腹經(jīng)綸的“學(xué)者”，我們需要“學(xué)者”表達(dá)以便從“學(xué)者”那里索取我們需要的內(nèi)容，這就是模型及模型信息表達(dá)。在現(xiàn)階段，模型及模型信息的二維表達(dá)是必須的，如何把模型通過(guò)圖紙或者文字圖表表達(dá)出來(lái)是BIM 設(shè)計(jì)的一個(gè)重要內(nèi)容。

《設(shè)計(jì)企業(yè)BIM 實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)指南》中提出，BIM 設(shè)計(jì)應(yīng)用成果主要體現(xiàn)在BIM 交付可以提供優(yōu)化的設(shè)計(jì)方案、精準(zhǔn)的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)、綜合協(xié)調(diào)成果、豐富的建造分析、可視化的溝通手段、與模型關(guān)聯(lián)的二維視圖，這些都是對(duì)信息模型的相關(guān)表達(dá)方法。

鑒于BIM 信息模型表達(dá)的多樣性，表達(dá)方式的探索將是一個(gè)長(zhǎng)期和漫長(zhǎng)的過(guò)程，這個(gè)過(guò)程需要不斷總結(jié)和積累。要想盡快地實(shí)踐BIM 設(shè)計(jì)，在未找出真正的三維表達(dá)方法之前，沿用如今已經(jīng)成熟的二維圖紙表達(dá)方式不失為一個(gè)好方法。各個(gè)行業(yè)可以嘗試建立自己的模板用于BIM 設(shè)計(jì)的圖紙或文字圖表表達(dá)，形成自己的工作流程，提高工作效率，改進(jìn)設(shè)計(jì)產(chǎn)品質(zhì)量。

5 結(jié)語(yǔ)

從水利行業(yè)的角度考慮，現(xiàn)階段BIM 設(shè)計(jì)主要做的就是創(chuàng)建模型和模型信息，表達(dá)模型和模型信息，為此需要探索出一套高效的建模和模型表達(dá)流程，并將其制作成實(shí)用的模板，真正應(yīng)用到水利工程中去。