BIM技術在智能化系統(tǒng)設計中的應用

張月珍 / 及　昂 / 郝　巖

(中國建筑設計院有限公司， 北京 100089)

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BIM技術在智能化系統(tǒng)設計中的應用

1BIM及智能化系統(tǒng)概述

建筑信息模型(Building Information Modeling，BIM)是近兩年來出現在建筑界中的一個新名詞，其定義為:創(chuàng)建并利用數字化模型對建筑工程項目的設計、建造和運營全過程進行管理和優(yōu)化的過程、方法和技術[1]。它具有可視化、協調性、模擬性、優(yōu)化性和可出圖性五大特點。一個完備的建筑信息模型會在建筑工程的各個階段(即設計、施工、運維)發(fā)揮出前所未有的優(yōu)勢。例如，在方案設計階段，使用相關軟件進行能耗、結構、綠色建筑等分析可以更準確地估算出各項性能指標和造價情況；在擴初及施工圖階段進行碰撞檢測，可以提前檢查出不同專業(yè)之間管線的碰撞問題；在施工階段，通過對BIM模型進行三維深化，可以更精確地把控施工的準確性和可操作性；在運維階段，由于最終的模型中記錄了各個設備的詳細信息(如生產廠家、出廠日期、保修期等)，運維人員可以通過這些信息對設備進行維護與更新[2]。

隨著現代電子信息技術的發(fā)展、項目規(guī)模的擴大，智能化系統(tǒng)包含的子系統(tǒng)越來越多，越來越復雜。如今，在一個大中型項目中，智能化系統(tǒng)涵蓋了中央集成管理、綜合布線、有線電視、信息導引及發(fā)布、視頻安防監(jiān)控、入侵報警、出入口控制、建筑設備管理、智能照明、能耗計量及能源管理、智能會議等子系統(tǒng)。擁有如此多的子系統(tǒng)，且每層線槽數量一般為3個，地下層甚至會達到4～5個，設計人員在排布本專業(yè)的管線時已經較為困難，再考慮到與其他專業(yè)避讓以及施工的合理性，其設計難度可想而知。

傳統(tǒng)的二維圖紙很難將管線的具體排布位置、設備各類信息等直觀地體現出來，很多問題都需要等到施工時再去修改解決，而BIM的三維特性很好地解決了這個問題。憑借其針對機電各專業(yè)建立的三維模型進行管線碰撞檢測，可以在施工前發(fā)現設計隱患，顯著提升施工的可行性與準確性。此外，從二維到三維的轉換過程會暴露大量的設計問題，BIM技術的應用則可大幅降低傳統(tǒng)模式下二維設計圖紙與實際施工的沖突，從而減少施工階段的設計變更、返工[3]。

2設計流程

對于機電專業(yè)，一個BIM項目的一般設計流程如圖1所示。

圖1　設計流程圖

2.1準備工作

本文中所用的建模軟件是Autodesk Revit。如果是首次做BIM設計，需要提前建立好自己的族庫。族是Revit的核心，其概念類似于CAD制圖中的“塊”，但區(qū)別很大。首先，族不僅包含了二維的圖例符號，還是一種三維模型，所以在創(chuàng)建族時需要參考真實的設備尺寸，其次，一個族里除了包含大量設備參數(如設備的功率、材質、類型、編號、使用壽命等)外，還可以自定義添加參數，如果有些參數不定，后期加入也很方便(利用BIM模型獲取工程量數據，確保了數據來源的唯一性、完整性、正確性，同時，對于數據獲取的結果也具有及時性、準確性、可追朔性)。由于智能化系統(tǒng)中設備種類非常多(如監(jiān)控攝像機、門禁設備、各類信息點、控制箱等)，在建立族庫的時候要盡量考慮周全，提前做好準備，方便在設計階段隨時載入。

族庫準備好后就可以開始著手建立模型了。在完成軟件環(huán)境設置后，加載項目樣板，啟動工作集，創(chuàng)建自己的中心文件。需注意的是中心文件的命名，各專業(yè)一定要統(tǒng)一格式，否則在后期鏈接其他專業(yè)中心文件時會出現混亂。在中心文件建好之后，鏈接建筑專業(yè)的中心文件，獲取坐標，復制標高軸網，就可以創(chuàng)建平面視圖了。

2.2前期設計

智能化子系統(tǒng)非常多，所以需要按不同系統(tǒng)創(chuàng)建多個工作集，由團隊內多位設計人員協同作業(yè)。工作集最大的好處是設置的可見性，方便協作。例如，設計人A想查看設計人B繪制的管線，以免沖突，A只需在自己的平面視圖中設置B所擁有工作集的可見性即可，而在平時的設計中，A與B分別在各自所屬的工作集中進行設計，互不干涉，這是BIM設計區(qū)別于傳統(tǒng)CAD制圖的一個設計理念。此外，與CAD相比，Revit還在以下方面具有優(yōu)勢：

1)點位布置：BIM的“快”和“準”的優(yōu)勢

BIM中設備的族基本可以分為兩種，一種是基于面的，一種是自由放置的。基于面的族在點位布置時，需先選擇放置在垂直面(如墻面)、平面(如桌面)還是一個自定義的工作平面(如吊頂)上，然后軟件會根據設計人的選擇自動拾取相應的面來放置圖元。對于自由放置的族，通過設定偏移量(即高度)，可以將族放置在視圖中的任意位置，且設計人員在放置前可對該圖元進行任意旋轉，以方便具有方向性圖元(如監(jiān)控攝像機等)的布點。

2)過濾器

Revit具有一個功能十分強大的過濾器。利用過濾器，可以建立各類不同的線槽及導線(如圖2所示)。對于二維導線，可設置線的顏色及線型；對于線槽，可設置各自的填充圖案，以便區(qū)別出不同類別的線槽。

圖2　過濾器

使用過濾器還可以過濾掉一些在視圖中不想顯示的設備，例如，設計建筑設備管理系統(tǒng)時，在鏈接的其他專業(yè)的模型文件中有很多設備的族同屬一個模型類別，而設計者只想顯示其中的部分設備，這樣便無法在模型類別中關閉相應設備的可見性。此時，可以在過濾器中建立不想顯示的設備族的過濾條件，勾選掉其可見性即可。

3)線槽繪制

設定好線槽的尺寸、偏移量和標識數據后，即可方便地繪制出在過濾器中建好的各類線槽。將兩個斷開的線槽相連接時，系統(tǒng)會自動生成水平彎通、水平三通、異徑接頭等相關線槽配件(如圖3所示)。

圖3　線槽及相關配件

此外，線槽繪制好后可隨意進行拖拽、移動，并且可對連接在一起的線槽統(tǒng)一變更高度，方便后期的調整、修改。

4)標注

由于在過濾器中建立好了各類導線及線槽，可在視圖中對其進行單獨標注或批量標注。此外，對于含有相關信息的各類設備，可以對標注內容進行編輯，選擇想要顯示的設備信息進行標注。

5)剖面

可以在平面視圖中的任意位置創(chuàng)建一個剖面視圖，查看設備高度、吊頂高度等無法在平面視圖中直觀顯示的信息。

6)圖紙更新

Revit采用的是同步機制，即各專業(yè)的中心文件均保存在統(tǒng)一的服務器上，設計時將本地模型文件與中心文件進行同步，便可實現各專業(yè)模型的同步更新。

7)各專業(yè)間協同設計

在用Revit進行設計時，可以采用各專業(yè)互相鏈接中心文件的方式隨時查看其最新的圖紙信息，協同作業(yè)。比如，智能化系統(tǒng)的線槽一般會與強電系統(tǒng)的線槽排布在同一高度空間內，繪制線槽時把強電專業(yè)的中心模型文件鏈接進來，通過對其設置可見性就可以方便地查看強電系統(tǒng)線槽的位置。如果管線間有沖突，需及時與設計人員溝通，將線槽合理地排布開，為后期的模型調整減少不必要的麻煩。在設計建筑設備管理系統(tǒng)時，也可以用這種方法將與暖通專業(yè)、水專業(yè)相關的設備方便地顯示在自己的視圖中。

另外，在前期設計過程中，機電各專業(yè)負責人應盡早確立一個基本的管線排布原則以減少模型碰撞次數，否則后期的設計修改及調整的工作量會非常大。

2.3碰撞檢測

機電各專業(yè)的模型建立好后便可進行碰撞檢測，這時需要用到Navisworks Manage軟件內部的Clash Detective功能，設置碰撞規(guī)則后便可以對各專業(yè)導入進來的模型文件進行碰撞檢測。通過軟件顯示出的三維碰撞結果(如圖4～5所示)可以直觀地看出管線碰撞位置及碰撞原因。

圖4　高亮顯示的碰撞結果

圖5　碰撞結果

2.4深化設計

完成各專業(yè)間模型碰撞檢測之后，尋找模型或圖紙的設計問題，生成碰撞報告。碰撞一般分為硬碰撞和軟碰撞。硬碰撞指的是兩物體在空間中有所重迭而發(fā)生碰撞，而軟碰撞則是指兩物體在空間中雖未因重迭而發(fā)生碰撞，但考慮到維修需求或施工上的合理性，必須要保持的空間距離卻未能滿足要求[4]。各專業(yè)負責人結合三維模型及碰撞報告協商確定出準確的管線綜合調整原則，指導進一步深化設計。在此階段，各專業(yè)設計人員需密切配合，對模型中出現的問題進行統(tǒng)一調整，使模型深度及完備性符合相關要求(一般需達到LOD300標準)。對模型進行調整時應注意以下基本原則：1)明確凈高目標及吊頂方式；2)遵循統(tǒng)一的管線間距控制原則；3)明確管線避讓原則(如臨時管線避讓永久管線、小管線合理避讓大管線等)；4)滿足規(guī)范要求，保證各種管線布局的整體合理性。

2.5最終出圖

在最終模型得到業(yè)主確認后，便可以根據該模型出具最終二維圖紙。Revit具有多種輸出方式，可批量導出PDF或各種版本的DWG文件。在前期設計階段由于業(yè)主方要求或審核審定需要，可能已經出過幾版圖紙，但經過碰撞檢測后進行的模型調整使很多線槽的位置和高度發(fā)生變化，所以需要結合最終的三維模型調整平面圖紙，標注線槽翻彎節(jié)點的位置和高度，重新連接偏移的管線。以上的做法能保證圖紙的準確性，對現場施工起到一定的指導作用。

3未來展望

在過去的20年中，隨著CAD技術的發(fā)展和應用，建筑師、工程師們從手工繪圖走向電子繪圖，設計效率提高了十幾倍到幾十倍，大大縮短了設計周期，提高了設計質量。BIM技術作為繼CAD后出現的又一重要的計算機應用技術，憑借其全新的設計理念、高度的信息化、強大的三維特性，勢必會帶來一場建筑行業(yè)的信息革命。

在我國BIM發(fā)展至今仍存在不少問題，如在實際施工當中與BIM模型的契合度不高。原因在于：一方面受交叉施工工序影響，沒有完整的工作面來實現模型；另一方面受其他專業(yè)變更影響，如土建二次墻體更改會影響機電管線路由走向等。此外，還有諸如規(guī)范不健全、相關設計軟件本土化不理想等問題。但BIM越來越受到國家的重視，相信BIM技術的應用在我國會越來越成熟，充分發(fā)揮BIM技術在智能化系統(tǒng)設計中的優(yōu)勢，擺脫以往管線排布僅停留在二維圖紙上且多以示意為主的表達方式，使智能化系統(tǒng)設計達到一個新層次，為后續(xù)施工帶來極大便利。

參考文獻

[1]北京市規(guī)劃委員會，北京市質量技術監(jiān)督局.DB 11/T 1069-2014 民用建筑信息模型設計標準[S].北京：北京市城鄉(xiāng)規(guī)劃標準辦公室，2014.

[2]ChinaBIM網. BIM技術應用全解析以及BIM如何與綠色建筑合體[EB/OL]. 中國BIM網國內BIM新聞.2015-10-08.

[3]ChinaBIM網. 圖紙真的PK不過BIM嗎[EB/OL]. 中國BIM網國內BIM新聞.2015-10-10.

[4]ChinaBIM網. BIM模型可以做哪些模擬與分析[EB/OL]. 中國BIM網國內BIM新聞.2015-10-16.

Application of BIM Technology in the Design of Intelligent System

Zhang Yuezhen / Ji Ang / Hao Yan

張月珍 / 及昂 / 郝巖

(中國建筑設計院有限公司， 北京 100089)

摘要以建模軟件Autodesk Revit在實際工程項目中的應用為基礎，介紹了將BIM技術應用在智能化系統(tǒng)設計中的必要性、流程及優(yōu)勢。

關鍵詞BIM智能化系統(tǒng)Revit設計

AbstractBased on the application of modeling software Autodesk Revit in practical engineering projects, the necessity, process and the advantages of applying BIM technology in the design of intelligent system are introduced.

KeywordsBIM, intelligent system, Revit, design