BIM技術(shù)在牧場設計中的應用

楊東寧，丁 亮，丁一明，宋 爽

（中國建筑東北設計研究院有限公司綠建所，沈陽 110006）

BIM技術(shù)在牧場設計中的應用

楊東寧，丁 亮，丁一明，宋 爽

（中國建筑東北設計研究院有限公司綠建所，沈陽 110006）

隨著人們對建筑品質(zhì)的不斷追求，新產(chǎn)品、新技術(shù)被廣泛應用于地產(chǎn)開發(fā)的各個領域，對于工程項目來說：質(zhì)量、工期、造價、運維成本等都是項目利潤實現(xiàn)的重要因素。而BIM技術(shù)正是針對以上應運而生的時代產(chǎn)物。BIM技術(shù)在牧場設計中的應用，是筆者及團隊做的初次嘗試，在國內(nèi)也應該是先例。針對牧場設計領域，牧場主對工程建設的陌生，BIM技術(shù)將會發(fā)揮其優(yōu)勢特點，使采購、成本、質(zhì)量、時間、運維等一切變得可控。筆者以某牛舍的工程為例，來剖析BIM技術(shù)在牧場設計中的應用。

BIM；建筑信息模型；全生命周期；可視化；協(xié)調(diào)性；模擬性；優(yōu)化性；可出圖性

0 引言

隨著國內(nèi)建筑設計市場的需求，各個工程項目復雜程度的千變?nèi)f化，國際建筑設計行業(yè)的快速步伐，BIM正在悄然地覆蓋著整個建筑設計行業(yè)，BIM設計取代傳統(tǒng)的二維CAD設計僅僅是個時間問題。BIM（Building Information Modeling），國內(nèi)較為一致的中文翻譯為：建筑信息模型。它是以建筑工程項目的各項相關信息數(shù)據(jù)作為模型的基礎，進行建筑模型的建立，通過數(shù)字信息仿真模擬建筑物所具有的真實信息。它具有可視化、協(xié)調(diào)性、模擬性、優(yōu)化性和可出圖性五大特點。

BIM技術(shù)是時代產(chǎn)物，為工程項目的概念設計、施工圖設計、分析與模擬、出圖、材料預制、施工、運營維護、改建翻修甚至拆除的全生命周期中的所有決策提供可靠依據(jù)保障。在項目的各個階段，各利益相關方通過在BIM模型中插入、提取、修改和更新信息，以支持和反映其各自職責的協(xié)同作業(yè)。

1 BIM技術(shù)為什么要應用于牧場設計中

在北上廣深等一線大城市，廣有BIM技術(shù)的實際應用，普遍為超高、超大、異型或管線錯綜等復雜的工程項目。而BIM技術(shù)在牧場設計中的應用，是筆者及團隊做的初次嘗試，在國內(nèi)也應該是先例。牧場設計作為建筑設計的一個分支，也正以其驚人的速度在國內(nèi)發(fā)展，目前較為成熟的牧場設計國家有美國、加拿大等，他們在牧場設計領域積累了豐富的經(jīng)驗。國內(nèi)的牧場設計市場較為不規(guī)范，由于牧場主并沒有房地產(chǎn)開發(fā)商那樣系統(tǒng)、正規(guī)的機構(gòu)部門，他們更希望直接交給他們使用的是一個設施齊全、質(zhì)量過硬的現(xiàn)代化牧場。這樣以設備廠家為龍頭，組織一批設計人員，同時聘請國外專家團隊來指導，最終以“交鑰匙工程”的牧場設計模式適應國內(nèi)市場需求。筆者針對這種“交鑰匙工程”模式，提出幾點疑問：第一，以設備廠家為首成立的牧業(yè)設計公司，能按照牧場主的要求來選購優(yōu)質(zhì)的設備而不推薦自己的東西嗎——采購不可控；第二，設計施工過程中用鋼量的多與少及浪費情況，牧場主能面面俱到地了解嗎——成本不可控；第三，對于設計或加工或施工過程中的錯漏碰缺造成的后果，甚至工程質(zhì)量問題，牧場主又能清楚地看到多少呢——質(zhì)量不可控；第四，任何的理由乃至天氣的因素都是拖延工期的借口——時間不可控；第五，一切完成交鑰匙給牧場主，后期維護、設備更換、擴大翻建等是否還需要找到之前的承建方呢——運維不可控。BIM技術(shù)在牧場設計中應用，將會讓一切變得可控。

2 BIM的特點及在牧場設計中的應用

筆者及團隊結(jié)合BIM的特點，充分發(fā)揮BIM的優(yōu)勢，以某牧場的牛舍為例實際建造出BIM模型。本項目應用軟件是Revit和Navisworks，這兩款軟件均為Autodesk公司旗下的產(chǎn)品，所以其兼容性非?？煽俊evit軟件主要實現(xiàn)建筑信息模型的建立，Navisworks軟件主要整合、模擬和審閱三維設計模型，從而優(yōu)化從規(guī)劃設計、方案決策、建筑施工、性能預測直至設施管理和運營等各個環(huán)節(jié)。

在整個設計過程中，團隊也遇到一些問題及瓶頸，通過與兄弟部門建立交流平臺，并積極向已取得實戰(zhàn)經(jīng)驗的同仁學習，攻克了大部分的問題，突破了自身的瓶頸，實現(xiàn)81.5%的出圖率，但仍遺留一些問題，現(xiàn)將其闡述出來，供大家交流討論。

2.1 可視化

可視化即“所見所得”（圖1、2），傳統(tǒng)二維CAD設計出來的施工圖紙，只是各個構(gòu)件信息在平面圖紙上的線條繪制式表達，其真實的構(gòu)件樣式就需要自行想象了。形式簡單的構(gòu)件通過想象可以實現(xiàn)施工，但隨著社會發(fā)展，各個工程項目復雜程度的千變?nèi)f化，復雜造型的不斷推出，再通過人的大腦想象來實現(xiàn)施工就有點困難了。BIM的可視化，讓我們將傳統(tǒng)二維線條繪制式的構(gòu)件以三維立體形式的圖形展現(xiàn)出來，這種BIM模型區(qū)別于通過3Dmax、SketchUp等軟件設計制作出的線條式的三維效果圖，它是通過建筑構(gòu)件的信息數(shù)據(jù)自動生成的三維模型，同時具有同構(gòu)件之間的互動性和反饋性。可視化的結(jié)果不僅可以用來效果圖的展示及信息數(shù)據(jù)報表的生成，更重要的是，工程項目設計、建造、運營過程中的溝通、討論、決策都在可視化的狀態(tài)下進行。

在此項目中，BIM三維設計大大地優(yōu)于傳統(tǒng)的二維CAD設計，使我們與業(yè)主交流討論更為直觀，牧場主對工程建設的陌生。

2.2 協(xié)調(diào)性

在工程項目中，無論是業(yè)主、施工方還是設計方，無不在做著協(xié)調(diào)及配合的工作。傳統(tǒng)工程項目建設過程中遇到了問題，必將組織相關人員開會協(xié)調(diào)，找原因，想辦法，最后出變更單，做相應補救措施來解決問題。BIM的協(xié)調(diào)性服務可以避免這種“亡羊補牢”的事后補救方式，即BIM建筑信息模型可在建筑物建造前期對各專業(yè)的碰撞問題進行協(xié)調(diào)，生成協(xié)調(diào)數(shù)據(jù)。

圖1 BIM信息模型

圖2 現(xiàn)場實際照片

根據(jù)本項目的工程特性，筆者及團隊前期利用Revit軟件強大協(xié)同設計功能，建立了工作集（圖3），使建筑、結(jié)構(gòu)、設備各個專業(yè)同時在中心文件上協(xié)同設計，實時更新中心文件，這樣大大降低了錯漏碰缺情況的發(fā)生概率，摒棄了以往在施工階段發(fā)現(xiàn)問題以修改單的形式彌補，避免了返工浪費，節(jié)約成本及時間。工作集的建立十分重要，根據(jù)項目的實際情況可建立一個或多個中心文件，任何一個中心文件的大小不宜大于120 M，中心文件過大會影響協(xié)同設計的速度。

在此項目中管線并不復雜（圖4），因此BIM的優(yōu)勢也未全面體現(xiàn)，但是在鋼結(jié)構(gòu)設計過程中，BIM還是發(fā)揮自身的特點，使得一些不必要的碰撞在設計前期就已消化掉，這也為牧場主節(jié)省了用鋼量，在成本控制方面是可以量化出來的（圖5、6）。

2.3 模擬性

利用BIM模型可以模擬真實世界中的一些狀況，例如日照模擬、噪聲模擬、風環(huán)境模擬、熱島效應模擬、節(jié)能模擬、火災疏散模擬等，這樣便可在設計階段把控方向，將不合理的項目方案扼殺在前期概念設計中。在工程項目招標和施工階段還可以進行4D模擬（BIM模型+工程項目的發(fā)展時間），即根據(jù)施工方案及工期進度模擬實際施工，從而確定合理的方案指導施工。同時還可以進行5D模擬（基于BIM模型的造價控制），從而實現(xiàn)成本控制。

圖3 工作集模型

圖4 管線綜合圖

圖5 隅撐與梁柱端板碰撞示意圖

圖6 墻檁與梁柱端板碰撞示意圖

由于牛舍內(nèi)部環(huán)境對牛生長及產(chǎn)奶量影響十分巨大，尤其是風環(huán)境及溫濕度的控制，直接關系到牧場主的盈利。為此筆者針對牛舍虛擬了幾種工況進行了風環(huán)境模擬（圖7），最終得出較適宜北方地區(qū)奶牛生長的牛舍模式，解決夏季通風及冬季保溫。

圖7 牛舍風環(huán)境模擬圖

同時筆者也根據(jù)業(yè)主要求，基于施工單位的施工方案及工期進度，做了一個4D施工模擬（圖8），經(jīng)過幾輪的協(xié)調(diào)及修改，讓業(yè)主與施工單位達成一致。

圖8 施工模擬進程圖

4D施工模擬是利用Navisworks軟件，導入建筑信息模型，輸入工期進度即可，比較順利。但是風環(huán)境模擬是通過清華斯維爾軟件來實現(xiàn)的，目前與Revit之間的接口并不完善，直接導入會丟失模型數(shù)據(jù)，筆者先將Revit導出dwg格式，然后再二次導入斯維爾軟件，進行模型處理。最后進行風模擬計算，比較復雜，希望相應的軟件公司可盡快解決軟件接口問題，使用戶操作方便。

5D模擬是對BIM模型的造價控制，在此筆者對BIM模型的造價結(jié)果也有疑問。目前國內(nèi)市場普遍認可的造價軟件是廣聯(lián)達和魯班，Revit軟件應該更加符合美國的造價計算規(guī)則，針對該項目的造價結(jié)果有一定誤差，但是僅項目自身縱向比較還是比較直觀的。還有一個影響造價的因素，就是本項目屬于門式鋼架結(jié)構(gòu)，整體柱、梁、檁條等用鋼量的結(jié)果可以按材質(zhì)分類直接得出；但對于基礎的用鋼量，由于結(jié)構(gòu)專業(yè)設計人員未將鋼筋植入基礎，此項目無法計算出來，設計未植入鋼筋的原因是因為植入鋼筋的基礎平均一個大小約1.3 M，對整個模型的大小影響十分巨大，協(xié)同設計時制約制圖速度。這個問題在土建項目（梁、柱、板等均為鋼筋混凝土）中更為突出。

2.4 優(yōu)化性

工程項目的整個設計、建造、運營過程就是一個不斷優(yōu)化的過程，優(yōu)化受信息、復雜程度和時間的制約。BIM可以把項目設計和投資回報分析結(jié)合起來，任何設計變化都可以實時在投資收益方面顯現(xiàn)出來，這樣業(yè)主不僅僅從建筑形狀，還可以從投資收益方面或者更多元化的因素對設計方案進行選擇，確定哪種項目設計方案更有利于自身的需求。

我們通過該項目的BIM模型，縱向比較成本造價，調(diào)整設計方案，實時得出結(jié)論，系統(tǒng)直觀地進行多元化分析比較，因地制宜的為業(yè)主量身打造適于自身需求的現(xiàn)代化牧場。

2.5 可出圖性

BIM并不僅為建筑信息模型，它除了可以出正常的建筑施工圖紙及構(gòu)件加工圖紙外，通過對建筑進行可視化、協(xié)調(diào)、模擬、優(yōu)化后，還可以出以下圖紙：管線綜合圖、結(jié)構(gòu)留洞圖、碰撞檢查偵錯報告和改進方案建議。

本項目通過Revit直接出圖率達到81.5%，建筑專業(yè)的節(jié)點圖未用Revit出，出圖率為：95%；結(jié)構(gòu)專業(yè)的節(jié)點圖及配筋圖未用Revit出，出圖率為：75%；設備專業(yè)的系統(tǒng)圖未用Revit出，水道專業(yè)出圖率為：75%，暖通專業(yè)出圖率為：81%，電氣專業(yè)出圖率為：81%。隨著BIM技術(shù)普及，Revit軟件的熟練應用，100%的出圖率相信指日可待。

最終我們將該BIM模型成果交給業(yè)主，指導構(gòu)件加工、現(xiàn)場施工以及后期運營維護，與同期通過CAD設計的牛舍相比，各方面優(yōu)勢十分顯著。

3 結(jié)語

本項目建立以BIM技術(shù)應用為載體的項目管理信息化，提升項目生產(chǎn)效率、提高建筑質(zhì)量、縮短工期、降低建造成本。為牧場主對建設項目全方位的可控性提供了可靠依據(jù)保障。

BIM在一些發(fā)達國家已有比較成熟的標準或制度，國內(nèi)《建筑信息模型應用統(tǒng)一標準》還在編制階段。BIM在中國建筑市場要順利發(fā)展，必須結(jié)合中國建筑市場特色，才能夠滿足國內(nèi)建筑市場的需求，BIM將會給國內(nèi)建筑業(yè)帶來一次巨大變革。

TU201.4

A

1673-1093（2015）03-0069-04

楊東寧（1979），現(xiàn)就職于中國建筑東北設計研究院有限公司綠建所。

10.3969/j.issn.1673-1093.2015.03.016

2014-12-28；

2015-01-06