BIM環(huán)境下如何實(shí)現(xiàn)高效的建筑協(xié)同設(shè)計(jì)

張德海 韓進(jìn)宇 趙海南 姚云峰 尹 莉

(1．沈陽建筑大學(xué)BIM工程中心，沈陽 110168;2．沈陽建筑大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院，沈陽 110168;3．沈陽三三牌閥門制造有限公司，沈陽 110168)

在現(xiàn)在的設(shè)計(jì)行業(yè)，“三維數(shù)字化協(xié)同設(shè)計(jì)”已經(jīng)不再是什么新鮮的詞匯，在飛機(jī)、汽車等制造領(lǐng)域，信息化設(shè)計(jì)和制造已經(jīng)是十分普及的事情。然而建筑行業(yè)仍然處于二維設(shè)計(jì)外加效果圖的設(shè)計(jì)流程上，信息化在建筑設(shè)計(jì)中的含量非常小，使得協(xié)同設(shè)計(jì)在建筑中的效果也不明顯。隨著建筑產(chǎn)業(yè)的不斷升級，建筑信息化已經(jīng)悄然出現(xiàn)，目前已經(jīng)逐漸匯集成了一股潮流，席卷全球，BIM技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)成為建筑行業(yè)的一個(gè)熱點(diǎn)。

1 基于BIM的協(xié)同設(shè)計(jì)理論

1．1 BIM 理念

BIM(Building information Modeling)是建筑信息模型的簡稱，最初發(fā)源于上20世紀(jì)70年代的美國，由美國喬治亞理工大學(xué)建筑與計(jì)算機(jī)學(xué)院(Georgia Tech College of Architecture and Computing)的查克伊士曼博士(Chuek Eastman，ph．D．)提出。根據(jù)美國國家BIM標(biāo)準(zhǔn)定義，BIM是建設(shè)項(xiàng)目的兼具物理特性與功能特性的數(shù)字化模型，且是從建設(shè)項(xiàng)目的最初概念設(shè)計(jì)開始的整個(gè)生命周期里做出任何決策的可靠共享信息資源。實(shí)現(xiàn)BIM的前提是:在建設(shè)項(xiàng)目生命周期的各個(gè)階段不同的項(xiàng)目參與方通過在BIM建模過程中插入、提取、更新及修改信息以支持和反應(yīng)出各參與方的職責(zé)。并且強(qiáng)調(diào)BIM是基于公共標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)同作業(yè)的共享數(shù)字化模型。簡單地說，BIM模型是三維建筑模型結(jié)合關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)庫(建筑信息)，信息是BIM的靈魂，建模軟件是BIM的工具。

隨著電力、空調(diào)、通訊、數(shù)據(jù)、安全、智能等技術(shù)在建設(shè)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，建設(shè)項(xiàng)目的復(fù)雜性呈幾何級數(shù)增加，國家“十一五”科技支撐計(jì)劃和“十二五”建筑信息化發(fā)展綱要將BIM技術(shù)列入研究內(nèi)容?，F(xiàn)階段的BIM技術(shù)主要是在設(shè)計(jì)單位和施工單位中局部使用，就廣度和深度而言，BIM在中國的應(yīng)用還是剛起步，但BIM技術(shù)在建設(shè)行業(yè)的推廣應(yīng)用的步伐將會(huì)越來越快。

1．2 協(xié)同設(shè)計(jì)

協(xié)同設(shè)計(jì)是協(xié)調(diào)兩個(gè)或者兩個(gè)以上的不同的個(gè)體或軟件，共同完成某一設(shè)計(jì)目標(biāo)的過程。協(xié)同設(shè)計(jì)的真正含義是:首先在一個(gè)完整的組織機(jī)構(gòu)共同來完成一個(gè)項(xiàng)目，項(xiàng)目的信息和文檔從一開始創(chuàng)建時(shí)起，就放置到共享平臺(tái)上，被項(xiàng)目組的所有成員查看和利用。協(xié)同是共享信息、分析信息、完善信息的過程，包括設(shè)計(jì)各專業(yè)之間的協(xié)同、設(shè)計(jì)和施工等項(xiàng)目上下游企業(yè)之間的協(xié)同，還包括二維設(shè)計(jì)與三維設(shè)計(jì)之間的配合，甚至包括建筑全生命周期內(nèi)的信息傳遞。在伴隨綠色、節(jié)能概念的出現(xiàn)，人們對建筑的要求也在不斷提高，現(xiàn)在一個(gè)項(xiàng)目設(shè)計(jì)不僅包含規(guī)劃、建筑、結(jié)構(gòu)、暖通、給排水、電氣、動(dòng)力專業(yè)，還包含網(wǎng)架、鋼結(jié)構(gòu)、智能化、景觀綠化等。當(dāng)協(xié)同不再是簡單的文件參照，那么利用平面二維設(shè)計(jì)進(jìn)行協(xié)同各專業(yè)越來越困難，只有運(yùn)用三維協(xié)同設(shè)計(jì)才能更合理解決相應(yīng)問題。

1．3 BIM協(xié)同設(shè)計(jì)理念與傳統(tǒng)二維、三維設(shè)計(jì)的區(qū)別

BIM三維建筑設(shè)計(jì)和傳統(tǒng)三維建筑設(shè)計(jì)的區(qū)別(見表1)。一是BIM模型除了進(jìn)行模型空間尺寸等物理特性的表達(dá)之外，還包括材料明細(xì)表自動(dòng)生成、綠色節(jié)能分析、碰撞檢查、深化設(shè)計(jì)和運(yùn)營管理等;二是BIM模型是參數(shù)化的，模型中包含各種信息;三是BIM模型與所生成的二維圖紙之間存在對應(yīng)關(guān)系，可以實(shí)現(xiàn)模型及圖紙之間“一處修改、處處更新”，而傳統(tǒng)三維建筑模型與二維設(shè)計(jì)圖紙之間無對應(yīng)關(guān)系。

表1 BIM三維建筑設(shè)計(jì)和傳統(tǒng)三維建筑設(shè)計(jì)的區(qū)別

傳統(tǒng)二維、三維建筑設(shè)計(jì)流程是:在建筑師初步設(shè)計(jì)圖紙基礎(chǔ)上，結(jié)構(gòu)師、水暖電等設(shè)備設(shè)計(jì)師進(jìn)行結(jié)構(gòu)和設(shè)備施工圖設(shè)計(jì)，各專業(yè)所設(shè)計(jì)的圖紙之間發(fā)生沖突后，通過協(xié)調(diào)會(huì)等形式互相提條件修改，修改后委托效果圖公司將二維模型翻成三維模型，在此基礎(chǔ)上承包方提出修改意見，修改后的施工圖經(jīng)由施工企業(yè)進(jìn)行施工，施工中遇到問題需要施工企業(yè)和設(shè)計(jì)單位進(jìn)行協(xié)調(diào)。傳統(tǒng)設(shè)計(jì)流程的缺點(diǎn):一是各專業(yè)進(jìn)行各自圖紙或模型的設(shè)計(jì)，通過協(xié)調(diào)會(huì)議進(jìn)行協(xié)調(diào)，協(xié)調(diào)效率不高;二是設(shè)計(jì)階段缺少承包方和施工方的參與，增加了變更設(shè)計(jì)的可能;三是二維圖紙之間以及與三維模型之間沒有關(guān)聯(lián)性，需要逐個(gè)進(jìn)行修改，工作量大且容易出現(xiàn)錯(cuò)漏現(xiàn)象。

BIM協(xié)同設(shè)計(jì)環(huán)境下的各專業(yè)在同一個(gè)模型中進(jìn)行設(shè)計(jì)，可以進(jìn)行即時(shí)交流，同時(shí)，承包方和施工方能夠在模型設(shè)計(jì)階段參與，從而避免由于缺少溝通所造成的設(shè)計(jì)變更，提高設(shè)計(jì)效率，降低工程造價(jià)。

1．4 BIM執(zhí)行計(jì)劃書

規(guī)定在一個(gè)具體項(xiàng)目中如何實(shí)施BIM，是項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)的集體決策，且經(jīng)業(yè)主批準(zhǔn)。實(shí)施BIM執(zhí)行計(jì)劃書包括定義BIM目標(biāo)和應(yīng)用、定義BIM設(shè)計(jì)流程、信息交換條件和實(shí)施的支撐條件四部分。

2 BIM協(xié)同設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)方法

本文以沈陽建筑大學(xué)中德節(jié)能示范工程為例，實(shí)施BIM執(zhí)行計(jì)劃書，對BIM環(huán)境下各專業(yè)之間實(shí)現(xiàn)協(xié)同設(shè)計(jì)的過程進(jìn)行分析，給出BIM協(xié)同設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)模式。

2．1 定義BIM目標(biāo)和應(yīng)用

BIM目標(biāo)是項(xiàng)目實(shí)施BIM的核心。BIM目標(biāo)可以分為項(xiàng)目型BIM目標(biāo)和企業(yè)級BIM目標(biāo)，前者是完成特定合同或協(xié)議的BIM要求，關(guān)注于技術(shù)的實(shí)現(xiàn)和突破，后者是依托BIM技術(shù)實(shí)現(xiàn)企業(yè)的長期戰(zhàn)略規(guī)劃，關(guān)注于企業(yè)整體的資源整合、流程再造和價(jià)值提升。本文實(shí)例項(xiàng)目BIM目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)建筑、結(jié)構(gòu)和機(jī)電之間的協(xié)同設(shè)計(jì)(如圖1)，優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，屬于項(xiàng)目型BIM應(yīng)用的目標(biāo)。

圖1 BIM目標(biāo)

BIM應(yīng)用是實(shí)現(xiàn)BIM目標(biāo)的方法，BIM項(xiàng)目實(shí)施計(jì)劃指南將BIM應(yīng)用分為25種。在設(shè)計(jì)階段常用有:設(shè)計(jì)方案論證、設(shè)計(jì)建模、能量分析和3D協(xié)調(diào)。實(shí)例項(xiàng)目中BIM應(yīng)用屬于項(xiàng)目型BIM設(shè)計(jì)建模和3D協(xié)調(diào)應(yīng)用。

2．2 定義BIM設(shè)計(jì)流程

BIM設(shè)計(jì)流程分為總體流程和詳細(xì)流程，前者包括所有的BIM應(yīng)用，后者是對每個(gè)BIM應(yīng)用的詳細(xì)流程圖。實(shí)例中總體設(shè)計(jì)流程(如圖2)分為概念設(shè)計(jì)、初步設(shè)計(jì)、施工圖設(shè)計(jì)、綜合協(xié)調(diào)及審查存檔幾個(gè)階段，之后對每個(gè)階段流程制定BIM詳細(xì)流程圖(如圖3)。

圖2 BIM總體設(shè)計(jì)流程

圖3 施工圖階段詳細(xì)流程

2．2．1 協(xié)同設(shè)計(jì)準(zhǔn)備階段

此階段是協(xié)同設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，需要確定BIM設(shè)計(jì)實(shí)施的支撐條件和信息交換平臺(tái)。首先根據(jù)項(xiàng)目信息和合同等項(xiàng)目參考信息組織人員，確定BIM設(shè)計(jì)模型拆分原則、模型詳細(xì)程度、模型質(zhì)量控制程序和BIM設(shè)計(jì)交付標(biāo)準(zhǔn)，然后確定完成所需BIM應(yīng)用的軟硬件，最后需創(chuàng)建項(xiàng)目樣板、共享坐標(biāo)和共享文件夾等。

圖4 沈陽建筑大學(xué)中德節(jié)能示范工程項(xiàng)目工作集

專業(yè)間BIM協(xié)同設(shè)計(jì)可以采用信息化平臺(tái)或共享文件夾的方式實(shí)現(xiàn)。信息交換是協(xié)同設(shè)計(jì)的核心，因此所有設(shè)計(jì)資料必須定時(shí)保存到共享文件夾或更新到信息平臺(tái)，以便其他專業(yè)的人員根據(jù)自己需要調(diào)取最新模型信息。

實(shí)例中選擇Revit 2013及NavisWorks Manage 2013軟件，軟件之間信息交互傳遞格式為RVT。模型根據(jù)專業(yè)分為建筑、結(jié)構(gòu)和機(jī)電，每專業(yè)根據(jù)構(gòu)件類別分為多個(gè)工作集，使用工作集作為信息交換平臺(tái)(如圖4)。因?yàn)楦鲗I(yè)模型在同一個(gè)模型中創(chuàng)建，所以沒有考慮共享坐標(biāo)。

2．2．2 協(xié)同設(shè)計(jì)方法

協(xié)同設(shè)計(jì)過程包括視覺協(xié)同和綜合協(xié)調(diào)兩部分，前者是在設(shè)計(jì)初期設(shè)計(jì)師在其他專業(yè)模型基礎(chǔ)上的設(shè)計(jì)，后者是在設(shè)計(jì)后期不同專業(yè)間的碰撞。專業(yè)間的協(xié)同設(shè)計(jì)流程是:概念設(shè)計(jì)階段，建筑專業(yè)預(yù)先設(shè)計(jì)模型，驗(yàn)證審批后提供給結(jié)構(gòu)專業(yè)和機(jī)電專業(yè)人員;初步設(shè)計(jì)階段所有專業(yè)人員進(jìn)行設(shè)計(jì)模型(如圖，3，A、B、C)，此時(shí)模型信息沒有進(jìn)行驗(yàn)證及審批，不能作為參考信息，結(jié)構(gòu)專業(yè)和機(jī)電專業(yè)人員基于概念設(shè)計(jì)階段建筑設(shè)計(jì)模型進(jìn)行視覺協(xié)同設(shè)計(jì)，定時(shí)對所有專業(yè)進(jìn)行綜合協(xié)調(diào)，各專業(yè)模型驗(yàn)證后可以生成二維圖紙;施工圖設(shè)計(jì)階段，結(jié)合二維圖紙制圖規(guī)范，對模型生成的二維圖紙進(jìn)行細(xì)節(jié)修改和深化設(shè)計(jì)，并進(jìn)行節(jié)點(diǎn)詳圖設(shè)計(jì)。

圖5 專業(yè)間視覺協(xié)同

實(shí)例項(xiàng)目中采用Revit 2013軟件工作集方法建立的共享中心文件作為信息化平臺(tái)來實(shí)現(xiàn)協(xié)同設(shè)計(jì)。并通過借用圖元方式所有專業(yè)設(shè)計(jì)同一構(gòu)件，實(shí)現(xiàn)建筑、結(jié)構(gòu)和機(jī)電在同一模型中設(shè)計(jì)。如圖5，排水管在建筑墻和結(jié)構(gòu)柱的基礎(chǔ)上進(jìn)行設(shè)計(jì)布置，并在三維視圖中實(shí)時(shí)更新，通過視覺協(xié)同專業(yè)間的位置。

通過RVT格式將設(shè)計(jì)模型導(dǎo)入Naviswroks中對全專業(yè)進(jìn)行綜合檢查?？梢钥焖俚貦z查出管路之間的三處碰撞，如圖6(a)。設(shè)計(jì)人員進(jìn)行溝通后，管路碰撞應(yīng)本著小管讓大管，無壓讓有壓的原則進(jìn)行調(diào)整。協(xié)商結(jié)果是1號(hào)排水水管、2號(hào)噴灑、3號(hào)排水管分別偏移200mm、400mm、100mm，如圖6(b)。

圖6 綜合檢查協(xié)調(diào)

在各專業(yè)設(shè)計(jì)模型的樓層平面視圖中按照二維出圖標(biāo)準(zhǔn)調(diào)整標(biāo)注、字體、線樣式和比例等，然后導(dǎo)出DWG格式圖紙(如圖7)，對不符合標(biāo)準(zhǔn)的地方修改后，審查驗(yàn)證存檔。

3 結(jié)論

(1)BIM協(xié)同設(shè)計(jì)中參數(shù)化設(shè)計(jì)出圖可以與傳統(tǒng)的出圖效率相比節(jié)省時(shí)間接近38%，一定程度上節(jié)省設(shè)計(jì)人員出圖的精力;

(2)BIM協(xié)同設(shè)計(jì)中的視覺協(xié)同和碰撞協(xié)調(diào)比傳統(tǒng)協(xié)同方式減少設(shè)計(jì)變更將近90%，很大程度上提高了設(shè)計(jì)質(zhì)量;

(3)BIM實(shí)施計(jì)劃書的質(zhì)量決定了BIM協(xié)同設(shè)計(jì)的效果。

圖7 二維圖紙

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