大型項目BIM模型組織方法與實踐

何 波

(華中科技大學BIM工程中心，武漢 430074;廣州優(yōu)比建筑咨詢有限公司，廣州 510640)

BIM(建筑信息模型)是集成了建筑三維幾何信息和建筑屬性信息的多維信息模型。首先三維幾何信息就比通常的二維圖形信息量大，再加上其它的工程屬性信息，同樣一個項目，二維 CAD圖與BIM模型相比，BIM模型的信息量要大的多，通常是二維CAD圖的5—10倍以上，隨著BIM模型的應用增多，這個數(shù)量還會增大。

此外，BIM模型在用軟件打開和運行時，所占用的計算機資源還遠大于上述所說的5—10倍的信息靜態(tài)存儲量。因為三維的表現(xiàn)要比二維的表現(xiàn)需要占用的資源也大的多。當BIM還有多維的應用時，對計算機的資源需求就變得非常大了。這也是目前我們在使用BIM軟件時，總感覺計算機反應很慢，即使已經(jīng)升級了電腦，運行CAD軟件比以前快了很多了，但一旦使用BIM軟件，電腦就馬上慢下來。

以下是摘錄自歐特克官方網(wǎng)站的關于Autodesk Revit Architecture的系統(tǒng)需求推薦:

·Microsoft? Windows?7 64位，包括企業(yè)版，旗艦版、專業(yè)版或家庭高級版

·四核英特爾?至強?處理器(2．50 GHz、2X6M L2、1333)或同等的AMD處理器

·8 GB或更大內(nèi)存

·1，280×1，024真彩色顯示屏

·1 GB(或更大)支持DirectX?9與Shader

Model 3的顯卡。

上述這個電腦配置已經(jīng)是目前比較高端的配置了，但從我們目前的實際使用情況看，只能處理大約20萬平方米的2—3個專業(yè)模型協(xié)同，如果面積再大或整合更多專業(yè)模型，計算機的物理內(nèi)存就要溢出，即使不死機，電腦的反應速度也已經(jīng)下降到無法忍受的地步。

增加電腦物理內(nèi)存可以避免內(nèi)存溢出，但受目前電腦CPU的主頻所限，短期內(nèi)想通過硬件升級來大幅提高大型BIM模型下的電腦反應速度是不太可能的。

BIM與CAD的應用還有一個最大的不同是更強調(diào)“協(xié)同”和“團隊”，沒有有序和有效的組織，就難以準確和有效地整合成一個大型的BIM模型。

因此，針對大型BIM項目，如何在現(xiàn)階段有限的軟硬件條件下，有效地完成大型BIM模型的建模、協(xié)調(diào)和多維應用，我們進行了一些研究和實踐。本文以某大型項目(圖1)BIM應用為例，探討大型項目BIM模型組織的方法:

1 項目概況

該項目建筑面積45萬m2，一層為商業(yè)及配套服務區(qū)，二層為展區(qū)，成環(huán)狀造型，分南北兩環(huán)，共21個分區(qū)(圖2)。

圖1 二層(左上)、公交站場(左下)、展廳前廳(右上)、展廳(右下)

圖2 一層(左)、二層(右)建筑BIM模型

2 模型組織

由于該項目建筑面積有45萬m2，對于BIM模型而言是個比較大的規(guī)模了，必須對整個模型進行拆分，否則如此大的模型用目前的軟硬件能力根本無法進行操作，所以，我們按區(qū)域、樓層、專業(yè)或系統(tǒng)拆分成21個區(qū)(圖3)，每個區(qū)大約10個專業(yè)或系統(tǒng)。

經(jīng)過這樣拆分，每個區(qū)域大約面積是2萬m2，即使在進行專業(yè)協(xié)調(diào)時整合該區(qū)域的所有專業(yè)或系統(tǒng)模型，在以下配置的電腦也可以比較暢順地操作:

·Microsoft Windows 7 64位企業(yè)版

·四核英特爾或AMD處理器，主頻3．00 GHz

·8GB

·1GB獨立顯卡

·兩個20吋顯示器

·千兆網(wǎng)絡交換機

圖3 分區(qū)示意

需要特別說明的是必須使用64位操作系統(tǒng)，因為32位操作系統(tǒng)的內(nèi)存尋址空間是2的32次方，也就是4GB，即使電腦配置了4GB以上的內(nèi)存也只是擺設，必須使用64位操作系統(tǒng)和相應的64位BIM軟件才能發(fā)揮4GB以上的內(nèi)存性能。

此外配備2臺大屏幕顯示器是提高工作效率的一個比較關鍵的條件。BIM是多維信息的集成，需要同時顯示的信息量比傳統(tǒng)的二維CAD要多，所以2個顯示屏是強烈推薦的配置。

由于BIM模型都比較大，1萬平方米面積的各專業(yè)模型文件大小合計大約100 MB。而數(shù)據(jù)文件都集中在共享的文件服務器上進行協(xié)同，所以，數(shù)據(jù)讀寫對網(wǎng)絡的要求也比較高，選擇千兆網(wǎng)絡交換機比百兆網(wǎng)絡交換機在數(shù)據(jù)讀寫速度上有明顯的提升。圖4是典型網(wǎng)絡示意圖。

3 文件目錄組織

模型按分區(qū)和專業(yè)進行拆分后，產(chǎn)生的文件個數(shù)多達500多個。BIM與傳統(tǒng)CAD的工作最大的不同是模型之間的關聯(lián)性，該項目這幾百個文件都不是孤立的，在整個工作過程中需要相互利用，所以必須進行有效的文件目錄組織，工作才能有序地進行。

國外的BIM標準在這方面都有相應的要求，圖5是Los Angeles Community College District的BIM標準中關于項目文件的目錄結(jié)構(gòu):

當然，不同的應用其目錄組織會有區(qū)別。從圖5這個目錄結(jié)構(gòu)指引來看，偏向設計階段應用，是以專業(yè)為主線進行目錄組織。而該項目的應用是在施工和運營階段，所以在目錄組織上我們采用了以區(qū)域為主線進行目錄組織，避免各專業(yè)模型整合時要跨目錄鏈接的問題，在一個區(qū)域里存放所有專業(yè)的文件，更容易管理，見圖6:

BIM的應用目標是項目全生命周期管理，BIM模型從設計、施工到竣工后的運維管理都將可以發(fā)揮作用。

結(jié)構(gòu)清晰易于理解的文件目錄結(jié)構(gòu)，不但在模型創(chuàng)建期間易于管理，更重要的是在后續(xù)的使用中可以更繼續(xù)發(fā)揮其作用。

4 文件命名

有了清晰的文件目錄組織，還需要有清晰的文件命名規(guī)則。如前所述，為了拆分大模型，本項目僅模型文件數(shù)量就達500多個，必須嚴格規(guī)定文件的命名方式。香港房屋署(Hong Kong Housing Authority)的BIM標準手冊里，把文件命名分8個字段24個字符進行命名，見圖7:

從文件名就可以很容易地解讀出該文件的來源，例如:

TM18__BLKAA-M-1F________

該文件名的來源解讀見表1。

表1 文件名解讀

圖6 本項目文件目錄組織

圖7 香港房屋署B(yǎng)IM標準手冊文件命名規(guī)則

當然文件名也不宜過長，否則適得其反，上述這個文件命名規(guī)則在描述文件的清晰度和文件名長度的平衡上還是把握得比較好。由于香港特區(qū)政府文件習慣沿用英語，用英文字母做縮寫可以滿足命名要求。但如果文件命名使用中文做縮寫就有些困難，所以，我們在參照這個文件命名規(guī)則的同時，結(jié)合中文的特點，制定了如下規(guī)則:

項目簡稱-區(qū)域-專業(yè)-系統(tǒng)-樓層

與英文縮寫不同，使用中文字段不好控制長度，所以不規(guī)定字段長度，但用“-”區(qū)分，以分隔出字段含義，例如:某項目-1區(qū)-空調(diào)-空調(diào)水-2層。

機電設備專業(yè)涉及到系統(tǒng)，需要在相同專業(yè)下再區(qū)分系統(tǒng)，如空調(diào)專業(yè)可能要區(qū)分:空調(diào)水和風管，有必要的話空調(diào)水還可以細分為空調(diào)供水、空調(diào)回水、冷凝水、熱水供水、熱水回水等等。對于大型項目，模型劃分越細，后續(xù)的模型應用就越靈活。而在建模過程中，劃分系統(tǒng)幾乎不會增加多少工作量，卻為后續(xù)模型管理和應用帶來極大的便利。

系統(tǒng)的區(qū)分還可以不通過文件來區(qū)分而是在模型文件內(nèi)部用設備類型來分系統(tǒng)，這樣可以減少文件數(shù)量而保持細分模型的規(guī)則，本項目考慮到模型文件比較多，為了減少文件數(shù)量，采用了后者。

對于一些小型項目，可能一個模型文件就包括了一個項目的所有內(nèi)容，“項目簡稱”是必須的，但本項目模型都拆分得比較細，文件很多，在嚴格按照文件目錄組織的框架下，文件命名取消了“項目簡稱”字段，以減少文件名長度。

總之，模型文件命名和模型劃分是密不可分，我們需要在清晰度和管理的有效性、便利性上取得平衡。所以，在項目前期需要對項目規(guī)模、專業(yè)組成，尤其是BIM應用目標進行充分的研究，才能確保項目順利進行。

5 協(xié)同方法

該項目模型量比較大，需要按分區(qū)和專業(yè)進行劃分，再分別進行模型的建立。協(xié)同建模通常有兩種工作模式:“工作共享”和“模型鏈接”，或者兩種方式混合。這兩種方式各有優(yōu)缺點，但最根本的區(qū)別是:“工作共享”允許多人同時編輯相同模型，而“模型鏈接”是獨享模型，當某個模型被打開時，其他人只能“讀”而不能“改”。

理論上講“工作共享”是更理想的工作方式，既解決了一個大型模型多人同時分區(qū)域建模的問題，又解決了同一模型可被多人同時編輯的問題。而“模型鏈接”只解決了多人同時分區(qū)域建模的問題，無法實現(xiàn)多人同時編輯同一模型。雖然“工作共享”是理想的工作方式，但由于“工作共享”方式在軟件實現(xiàn)上比較復雜，我們使用的Revit軟件目前在性能穩(wěn)定性和速度上都存在一些問題，而“模型鏈接”技術成熟、性能穩(wěn)定，尤其是對于大型模型在協(xié)同工作時，性能表現(xiàn)優(yōu)異，特別是在軟件的操作響應上。我們做個一個測試，把該項目的2個區(qū)使用“工作共享”的方式模型進行編輯，與打開一個區(qū)，另一個區(qū)則是通過鏈接方式鏈接進來，在性能上鏈接的方式速度要得快的多。

由于“模型鏈接”方式對于鏈接模型只是作為可視化和空間定位參考，不用考慮對其進行編輯，所以在軟件實現(xiàn)上就簡單得多，占有硬件和軟件資源都少，性能相對提高。

為了更進一步測試“模型鏈接”的性能，我們還做了一個測試，就是也不使用“工作共享”方式，純粹就是把該項目的兩個區(qū)合并成一個模型，與“模型鏈接”方式比較，在性能上鏈接的方式速度要快得多。

通過上述的測試和分析，我們在該項目全部采用“模型鏈接”工作方式，從實際的使用情況來看是比較成功的，主要有一下幾點:

·性能穩(wěn)定，沒有出現(xiàn)任何由于模型鏈接產(chǎn)生的問題;

·響應速度快，采用之前提到的軟硬件配置，工作時還是比較流暢;

·數(shù)據(jù)遷移方便，由于工作地點發(fā)生過多次的變化，甚至還到項目地點進行現(xiàn)場建模，共享文件夾通過復制就可以實現(xiàn)了;

·項目成員進出方便，只需要設置成員的訪問服務器權限即可，沒有“工作共享”方式經(jīng)常發(fā)生的權限問題。

6 模型詳細程度

BIM模型的詳細程度，既要滿足項目應用的要求，又要充分評估模型的詳細度對計算機軟硬的承受能力，尤其是大型項目，BIM模型規(guī)模較大時，如果模型詳細程度過細，會帶來計算機負荷過大，反應速度和穩(wěn)定性都會下降，最終可能增加成本，延誤項目交付。所以，在BIM模型創(chuàng)建之前，應根據(jù)項目的應用要求，界定比較明確的模型詳細程度。美國建筑師學會(AIA)定義了5個級別來界定BIM模型的詳細程度——LOD(Level of Detail):

·LOD 100:概念(Conceptual)

·LOD 200:粗模(Approximate geometry)

·LOD 300:精模(Precise geometry)

·LOD 400:加工制造(Fabrication)

·LOD 500:建成竣工(As-built)

模型詳細程度需要根據(jù)實際項目的應用目標而定，表2是在項目各階段的應用所對應使用的模型詳細程度參考:

7 模型質(zhì)量控制

為保障模型的正確性，除了通過常規(guī)的校審制度進行質(zhì)量控制這一必經(jīng)流程外，還需要通過一些建模的方法和原則來保障模型的正確性，以下是一些建模時采用的方法和原則:

·使用高質(zhì)量的元素和組件，控制;

·使用參數(shù)控制;

·不使用無關聯(lián)的2D文件。所有圖紙視圖都從模型中提取。

·使用正確的對象定義建模:例如使用結(jié)構(gòu)柱對象建立柱子 ，而不是要用墻體來代替。雖然它可能看起來造型是對的，但對于與之配合的其它軟件將無法進行正確的分析、統(tǒng)計或交互操作;

·進行準確的建模，例如消除對象重疊，正確地閉合墻體等等。模型需要不論是看上去是對的而且還應該實際就是對的。不準確的模型對象可能導致問題的出現(xiàn);

·建立和執(zhí)行企業(yè)自己內(nèi)部的標準;

·使用業(yè)界公認的命名對象和空間;

·使用適當?shù)暮涂苫ゲ僮鞯囊晥D、檢查和輸出文件格式。

由于BIM模型已經(jīng)具備了比較豐富的屬性信息，還可以通過使用軟件工具來檢測模型的合理性和準確性，例如 Solibri公司的 Model Checker，Autodesk Revit Model Review等。

Solibri公司的Model Checker是目前為數(shù)不多的BIM模型檢查工具，可以通過自定義規(guī)則，對BIM模型進行規(guī)則檢查，例如安全疏散距離(圖8)、疏散寬度、未定義空間(圖9)等。

圖8 安全疏散距離檢查

但BIM應用基本上是群體應用，而且為了數(shù)據(jù)的唯一性，更需要數(shù)據(jù)的集中管理，因此數(shù)據(jù)安全成為BIM應用必須重視的問題，歐美國家的各類BIM標準或指引，都對數(shù)據(jù)安全提出了明確的要求，必須對BIM項目應用的數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)安全保障措施。

8 數(shù)據(jù)安全

數(shù)據(jù)安全是信息化的基本要求，但在CAD應用非常普及的今天，由于CAD可以個體地使用，出現(xiàn)文件數(shù)據(jù)損壞往往也只影響個體，不像數(shù)據(jù)庫的應用那樣會導致大面積的影響，所以對于CAD的數(shù)據(jù)安全不像數(shù)據(jù)庫的應用那樣受到重視。

從IT管理層面考慮，主要是通過專業(yè)的服務器和冗余存儲設備進行數(shù)據(jù)保護，通過以下3個層面保障數(shù)據(jù)安全:

1)冗余存儲

采用由2個以上可熱插拔的硬盤組成的磁盤陣列設備，利用RAID技術保障數(shù)據(jù)的安全。磁盤陣列(RAID)技術主要包含RAID 0～RAID 50等數(shù)種方式，常用的有如下2種:

·RAID 1:兩組以上的N個磁盤相互作鏡像，速度快。Size=min(S1，S2)，見圖10;

·RAID 5:至少需要三塊硬盤，把數(shù)據(jù)和相對應的奇偶校驗信息分別存儲于不同的磁盤上，磁盤空間利用率要比RAID 1高，但速度稍慢。Size=(N －1)x min(S1，S2，…，Sn)。是目前采用較多、性價比較好的技術，見圖11。本項目我們采用了RAID 5方式，使用了3塊每塊1TB容量的硬盤，可用硬盤空間為:Size=(3－1)×1 TB=2 TB。

2)備份

采用了上述冗余存儲技術只解決了數(shù)據(jù)本身的安全，但數(shù)據(jù)的內(nèi)容安全例如數(shù)據(jù)的版本、軟件故障導致數(shù)據(jù)無法打開等非硬件故障問題，則需要通過定期的備份措施來解決，一旦正在使用的數(shù)據(jù)內(nèi)容出現(xiàn)故障，可以通過備份的數(shù)據(jù)得以恢復。

3)異地容災

上述1)和2)解決了本地的數(shù)據(jù)安全。但如果萬一存放服務器和數(shù)據(jù)存儲設備的房間出現(xiàn)意外，諸如火災、水淹、房屋坍塌等情況，數(shù)據(jù)可能就被徹底損壞。所以，異地容災是應該考慮的。數(shù)據(jù)量小可以通過移動存儲設備進行備份后存放到異地，對于大型數(shù)據(jù)可以使用磁帶機進行備份后存放到異地。有條件的話還可以通過異地服務器進行數(shù)據(jù)備份和同步。

9 總結(jié)

通過該大型項目的BIM建模和應用，深刻體會到在BIM模型建立之前的規(guī)劃、組織的重要性，由于前期已經(jīng)充分估計到BIM模型量的巨大，我們參考了歐美及香港地區(qū)BIM標準和指引，對模型的組織進行了仔細的劃分，并結(jié)合中文特點建立了文件命名規(guī)則并嚴格執(zhí)行，最后順利完成了45萬m2的包括建筑、結(jié)構(gòu)、水暖電個專業(yè)BIM模型(圖12)，數(shù)據(jù)總量50GB，其中BIM模型總量30GB，2500多個模型文件。

在建模過程中，多次出現(xiàn)軟件出錯導致文件損壞，也發(fā)生過人為操作失誤導致文件損壞，由于采用了定期備份的機制，文件得以及時恢復，多次化險為夷，因此，數(shù)據(jù)安全必須作為一個重要的環(huán)節(jié)進行管理。

由于模型量大，為確保最終模型能夠進行總裝，在模型詳細程度的控制上，參考AIA的LOD標準，以LOD 300為主，部分采用LOD 200，最終轉(zhuǎn)換成Autodesk NavisWorks模型后總裝，采用上述第2小節(jié)的電腦配置可以比較流暢地任意瀏覽漫游，滿足項目的可視化、查詢、專業(yè)協(xié)調(diào)檢查等應用，最終的BIM模型用于業(yè)主的運維管理，為此，我們還利用該模型進行了運維管理的系統(tǒng)開發(fā)，為項目今后運維管理發(fā)揮長期的作用。

［1］何關培新浪博客，http://blog．sina．com．cn/heguanpei．

［2］何關培主編:《BIM總論》．

［3］Chuck Eastman，Paul Teicholz，Rafael Sacks，Kathleen Liston:《BIM Handbook》．

［4］Los Angeles Community College District:《Building Information Modeling Standards》．

［5］Hong Kong Housing Authority:《Building Information Modelling(BIM)Standards Manual》．