BIM協(xié)同設(shè)計(jì)在建筑工程中的應(yīng)用

沈維龍

南京長(zhǎng)江都市建筑設(shè)計(jì)股份有限公司

BIM協(xié)同設(shè)計(jì)在建筑工程中的應(yīng)用

沈維龍

南京長(zhǎng)江都市建筑設(shè)計(jì)股份有限公司

本文以BIM技術(shù)為基礎(chǔ)，結(jié)合中國(guó)移動(dòng)淮安呼叫轉(zhuǎn)移中心工程實(shí)例，從revit在暖通信息模型構(gòu)建和Navisworks在管道綜合設(shè)計(jì)中的運(yùn)用為出發(fā)點(diǎn)，由點(diǎn)到面全面闡述BIM協(xié)同設(shè)計(jì)的思維在工程項(xiàng)目中的運(yùn)用以及對(duì)BIM后期發(fā)展的展望。

BIM 暖通 管道綜合 協(xié)同

0 引言

建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）是由Autodesk公司創(chuàng)立的，將項(xiàng)目的前期規(guī)劃、中期建設(shè)、后期運(yùn)營(yíng)管理集成于一體，涵蓋項(xiàng)目的所有參數(shù)（包括建筑信息、設(shè)備信息、施工周期規(guī)劃、物業(yè)運(yùn)營(yíng)管理等）的體量模型[1]。它將傳統(tǒng)的二維CAD線性矢量圖形轉(zhuǎn)換為直觀可視化的三維信息模型。依據(jù)此平臺(tái)設(shè)計(jì)師可將設(shè)計(jì)成果進(jìn)行實(shí)時(shí)共享：甲方可根據(jù)建模的進(jìn)度為即將到來(lái)的施工提前辦好各種行政審批手續(xù)以防延誤預(yù)定的施工進(jìn)度；對(duì)一些用Rhino、SketchUp等軟件建立的復(fù)雜異形建筑模型，施工方可依此模型對(duì)這些區(qū)域進(jìn)行三維無(wú)縫對(duì)接模擬檢查，為這些區(qū)域在后期施工實(shí)現(xiàn)無(wú)縫對(duì)接提出可行的方案，防止施工中出現(xiàn)大量返工；業(yè)主方可根據(jù)建筑所處的具體功能對(duì)模型內(nèi)部空間提出實(shí)時(shí)修改意見(jiàn)，在工程動(dòng)工之前就能依虛擬模型完成各方的協(xié)調(diào)部署工作，最終達(dá)到依模而建，無(wú)需返工。BIM的協(xié)同價(jià)值從宏觀方面來(lái)講就是在項(xiàng)目的設(shè)計(jì)、建造、運(yùn)營(yíng)管理整個(gè)流程中各方的協(xié)商決策都在可視化的模型之下完成的，微觀來(lái)說(shuō)是各專業(yè)（包括建筑、結(jié)構(gòu)、暖通、給排水、電氣）在施工之前就可以完成整個(gè)建筑的所有碰撞檢查并且依Navisworks的碰撞報(bào)告對(duì)模型進(jìn)行一一調(diào)整，避免后期施工中的返工現(xiàn)象，在可視化的基礎(chǔ)上真正做到了有模可依，有樣可調(diào)。

1 工程概況

中國(guó)移動(dòng)淮安呼叫轉(zhuǎn)移中心，位于江蘇淮安，總建筑面積56151m2，地上55351m2，地下800m2，在滿足業(yè)主具體建筑功能需要的同時(shí)，從其所處的地理位置出發(fā)以《綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》（LEED認(rèn)證）為基準(zhǔn)進(jìn)行各種方案的被動(dòng)式日照采光節(jié)能分析[2]，以節(jié)能的優(yōu)劣最終將該特殊類型辦公建筑的主體部分設(shè)計(jì)成斜向E造型，餐廳為旋轉(zhuǎn)上升的圓盤。

結(jié)合建筑內(nèi)部使用功能及業(yè)主意見(jiàn)，客服區(qū)、會(huì)議室、辦公室等設(shè)置兩管制風(fēng)機(jī)盤管加新風(fēng)系統(tǒng)，東側(cè)中庭設(shè)置兩管制風(fēng)機(jī)盤管系統(tǒng)。UPS間、強(qiáng)弱電間采用風(fēng)冷型機(jī)房專用空調(diào)，有特殊要求的數(shù)據(jù)機(jī)房采用風(fēng)冷型恒溫恒濕空調(diào)系統(tǒng)，該建筑的變配電機(jī)組較大，因此設(shè)置通風(fēng)及空調(diào)系統(tǒng)，在通風(fēng)系統(tǒng)達(dá)不到要求時(shí)采用空調(diào)系統(tǒng)而且通風(fēng)系統(tǒng)肩負(fù)氣滅排煙的功能，整個(gè)建筑的空調(diào)總冷負(fù)荷為7819kW，單位建筑面積冷負(fù)荷指標(biāo)為139.3W/m2。從節(jié)能和工程投資方面考慮，本工程的空調(diào)冷熱源由位于園區(qū)東南角的能源中心提供，不單獨(dú)為建筑設(shè)置能源站。

本項(xiàng)目中BIM技術(shù)主要應(yīng)用于前期方案認(rèn)證和后期施工階段協(xié)助總承包單位對(duì)地下空間的機(jī)電管線進(jìn)行施工前地校驗(yàn)，達(dá)到減少變更，縮短工期的效果。地上外形復(fù)雜，傳統(tǒng)施工難度大，利用BIM技術(shù)可以有效解決放線、構(gòu)件定位等一系列復(fù)雜空間施工問(wèn)題。

2 建模中的協(xié)同

2.1 統(tǒng)一的邊界參數(shù)

由BIM團(tuán)隊(duì)中的一員依據(jù)項(xiàng)目的CAD圖紙?jiān)趓evit中為該項(xiàng)目建立標(biāo)高軸網(wǎng)，然后通過(guò)360協(xié)同云平臺(tái)將此分享給不同地區(qū)參與設(shè)計(jì)的水暖電（Mechanical Systems Electrical Plumbing，MEP）及建筑結(jié)構(gòu)的BIM工程師確保接下來(lái)的建模在統(tǒng)一的標(biāo)高和軸網(wǎng)之下進(jìn)行，可以有效地保證后期各專業(yè)模型在統(tǒng)一的邊界參數(shù)下進(jìn)行鏈接整合，然后各設(shè)計(jì)師將統(tǒng)一了的軸網(wǎng)鏈接到本專業(yè)的revit建模模版中，利用“復(fù)制/監(jiān)視”功能里的“使用當(dāng)前鏈接”將鏈接軸網(wǎng)轉(zhuǎn)為自己的模型軸網(wǎng)進(jìn)行建模。

2.2 各專業(yè)內(nèi)部的協(xié)調(diào)

將CAD圖紙導(dǎo)入revit軟件進(jìn)行建模，把二維圖紙中錯(cuò)綜復(fù)雜的線條轉(zhuǎn)化為具有參數(shù)化、信息化、可視化特點(diǎn)的三維模型，每個(gè)MEP設(shè)計(jì)師在建本專業(yè)模型時(shí)應(yīng)首先避免本專業(yè)內(nèi)部綜合管線的碰撞，如在同一標(biāo)高同一軸線上出現(xiàn)風(fēng)管、水管及其他管線或者設(shè)備時(shí)宜適當(dāng)翻轉(zhuǎn)避讓，基本的原則是小管讓大管、風(fēng)管讓水管、無(wú)壓管線讓有壓管線、水管不得翻越橋架[3]，同時(shí)水暖電管線應(yīng)避開穿插風(fēng)井和梁柱，建筑建模師應(yīng)當(dāng)為CAD圖紙上有要求的部位預(yù)留孔洞，保證后期管線放樣能順利通過(guò)，減少錯(cuò)漏碰缺和變更發(fā)生，提高后期工程的質(zhì)量和效率（如圖1）。

圖1 水、暖、電、管線與梁柱間的互相避讓

2.3 統(tǒng)一協(xié)調(diào)

將建好的各專業(yè)revit模型導(dǎo)出dwfx格式的文件（此格式可保證原始模型中各組分的材質(zhì)顏色不變，方便后期查找碰撞點(diǎn)的位置及出施工效果圖），用來(lái)對(duì)不同專業(yè)的模型進(jìn)行碰撞檢查。

3 碰撞中的協(xié)同

通過(guò)Navisworks軟件對(duì)管線、墻、梁柱進(jìn)行綜合碰撞檢查，首先將整個(gè)項(xiàng)目的模型（建筑、結(jié)構(gòu)、水暖電）鏈接到一起（圖2），根據(jù)實(shí)際情況做硬碰撞或者間隙碰撞，間隙碰撞又稱軟碰撞可以為兩個(gè)構(gòu)建做定間距碰撞檢查，多用于檢查局部區(qū)域的凈高是否達(dá)到要求，如復(fù)雜能源站機(jī)房?jī)?nèi)部設(shè)備間距是否滿足后期維護(hù)間距的要求、地下車庫(kù)的凈高是否便于往來(lái)車輛自由出入。Navisworks中軟碰撞的功能極大地彌補(bǔ)了revit中碰撞檢查在空間協(xié)同上的不足，利用此功能可以在虛擬三維建筑模型中檢查各項(xiàng)設(shè)計(jì)參數(shù)，這樣，以往CAD圖紙上紛繁復(fù)雜的管線綜合排布在可視化的模型之下就顯得清晰明了，施工方可依此從任意方位查看管線及構(gòu)件的空間排布情況，便于施工。

圖2 各專業(yè)模型綜合后的局部剖切圖

依據(jù)Navisworks導(dǎo)出的碰撞報(bào)告（表1）再重新對(duì)模型進(jìn)行協(xié)調(diào)更改，對(duì)報(bào)告中出現(xiàn)碰撞較多的一些節(jié)點(diǎn)，BIM工程師需要從施工實(shí)際出發(fā)互相協(xié)調(diào)找出問(wèn)題的解決方法。當(dāng)revit模型較復(fù)雜無(wú)法快速定位碰撞點(diǎn)時(shí)可依碰撞報(bào)告中碰撞點(diǎn)的ID號(hào)用“查找/替換”命令進(jìn)行準(zhǔn)確定位，然后修改。修改的基本原則是管線、設(shè)備應(yīng)避開與柱子的碰撞，當(dāng)防火卷簾與機(jī)械設(shè)備相沖突時(shí)在不違反防火規(guī)范的前提下對(duì)其作適當(dāng)?shù)恼{(diào)整避免碰撞，為無(wú)法穿墻的管件重新在模型上打洞使其順利通過(guò)，這樣可以有效地避免土建施工方竣工后安裝風(fēng)管設(shè)備時(shí)出現(xiàn)返工鑿洞的情況，模型的建立修改都應(yīng)為真實(shí)的施工做準(zhǔn)備，盡量多地提前解決施工中可能會(huì)遇到的隱患問(wèn)題。

表1 某碰撞點(diǎn)的詳細(xì)報(bào)告

根據(jù)Navisworks漫游的功能選“真實(shí)效果”中的“第三人”的命令從建筑的底層場(chǎng)地走到樓頂做一個(gè)實(shí)時(shí)的動(dòng)漫模擬視頻，并將其從軟件中導(dǎo)出來(lái)發(fā)給甲方、施工方、業(yè)主方，讓他們體驗(yàn)下即將施工建成的建筑的內(nèi)外體量構(gòu)造、家具擺放、裝潢材質(zhì)渲染的效果，以可視化的模型為依托，這樣便于業(yè)主方根據(jù)需要提出貼近實(shí)際應(yīng)用的修改意見(jiàn)。

4 后期的協(xié)同

4.1 能耗對(duì)比中的協(xié)同

將賦予參數(shù)化了的revit模型導(dǎo)出IFC格式的文件，再通過(guò)轉(zhuǎn)化插件IFCtoIDF將IFC轉(zhuǎn)化為IDF格式的文件導(dǎo)入Energyplus中，Energyplus是集建筑負(fù)荷、空調(diào)選型、設(shè)備性能于一體的能耗模擬內(nèi)核分析軟件[4]，它能自動(dòng)提取IDF格式中revit模型的參數(shù)無(wú)需另外建立體量模型，依據(jù)revit建模時(shí)劃分好的熱區(qū)信息和建筑構(gòu)件信息對(duì)整棟建筑和兩管制風(fēng)機(jī)盤管加新風(fēng)系統(tǒng)及機(jī)房專用風(fēng)冷型空調(diào)進(jìn)行實(shí)時(shí)模擬運(yùn)行能耗分析，根據(jù)實(shí)時(shí)運(yùn)行的數(shù)據(jù)與最初設(shè)計(jì)時(shí)的能耗參數(shù)進(jìn)行比對(duì)分析，然后根據(jù)LEED認(rèn)證的具體標(biāo)準(zhǔn)對(duì)各類因數(shù)（如窗墻體、地板材質(zhì)及室內(nèi)溫濕度、通風(fēng)方式）進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)（圖3）。

圖3 能耗優(yōu)化流程圖

4.2 協(xié)同中的運(yùn)營(yíng)維護(hù)

將BIM建筑信息模型導(dǎo)入archifm.net中根據(jù)開發(fā)商提供的自助云服務(wù)利用CAFM軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑的全生命周期進(jìn)行管理。

根據(jù)與租戶所簽合同的具體要求將模型圖按需進(jìn)行劃分，做到每個(gè)模型空間都能落實(shí)到戶實(shí)現(xiàn)以模式定位的租賃管理；依模型中設(shè)備的內(nèi)置信息參數(shù)生成設(shè)備保養(yǎng)維護(hù)周期表，制定出維護(hù)的工程量清單然后按周期進(jìn)行批量維護(hù)，實(shí)現(xiàn)參數(shù)化的維護(hù)管理；archifm中的財(cái)務(wù)管理可以與Oracle ERP等財(cái)務(wù)系統(tǒng)整合管理CAFM合同，形成以總投入（前期建設(shè)、后期運(yùn)營(yíng)）為核心的預(yù)算造價(jià)圖以此進(jìn)行項(xiàng)目回收期的綜合評(píng)估分析。

5 結(jié)論與展望

BIM可以有效地解決二維CAD圖紙?jiān)诳臻g放樣融合協(xié)調(diào)方面的不足，它的協(xié)同設(shè)計(jì)可以將雜亂的線條圖紙賦予三維立體條理清晰的虛擬模型，給參與項(xiàng)目的各方帶來(lái)真實(shí)的建筑體量信息模型。但也存在著一些不足之處：現(xiàn)有BIM軟件revit中族庫(kù)文件不全，在一些大型項(xiàng)目（比如能源站）的建模中需要耗費(fèi)BIM工程師大量時(shí)間去建不同的族文件來(lái)適應(yīng)項(xiàng)目模型的需要，從而降低了協(xié)同設(shè)計(jì)的整體效率，期待軟件廠家不斷更新出適應(yīng)模型需要的本地化族庫(kù)[5]；設(shè)計(jì)院建模的最終目的是用來(lái)指導(dǎo)施工單位施工，這對(duì)施工方項(xiàng)目負(fù)責(zé)人的BIM軟件操作水平以及施工現(xiàn)場(chǎng)電腦軟硬件要求都比較高，一時(shí)還難以普及推廣；建筑行業(yè)內(nèi)關(guān)于BIM的規(guī)范性條文較少，有待進(jìn)一步完善。

[1]董大綱,蔡悠笛,張杰.BIM技術(shù)在暖通空調(diào)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用初探[J].暖通空調(diào),2013,43(12):104-109

[2]綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)(GB/T50378-2006)[S].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2006

[3]汽車庫(kù)建筑設(shè)計(jì)規(guī)范(JGJ100-98)[S].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2006

[4]Fumo N,Mago P,Luck R.Methodology to estimate building ener gy consumption using EnergyPlus Benchmark Models[J].Energy and Buildings,2010,42(12):2331-2337

[5]吳吉明.建筑信息模型系統(tǒng)（BIM）的本土化策略研究[D].北京:清華大學(xué),2011

Applie d Colla bora tive De s ign in the Cons truc tion Proje c t

SHEN Wei-long
Nanjing Yangtze River Urban Architectural Design Co.,Ltd.

Based on BIM technology,the application of revit in HVAC information model built and Navisworks in pipeline integrated design of China Mobile Huaian Call Transfer Center project was introduced,including the application of collaborative design BIM thinking in engineering project.Finally,the development of BIM was introduced too.

BIM HVAC,ductinter integration,collaborative

1003-0344（2015）05-077-3

2014-6-1

沈維龍（1989～），男，碩士，助工；江蘇省南京市秦淮區(qū)洪武路328號(hào)南京長(zhǎng)江都市建筑設(shè)計(jì)股份有限公司（210000）；E-mail:434358575@qq.com