濱江學(xué)院建筑設(shè)計(jì)深化中的BIM技術(shù)應(yīng)用

楊翔昆 朱 蓉

（江南大學(xué) 江蘇無(wú)錫 214122）

1 建筑信息模型及其相關(guān)軟件

1.1 建筑信息模型（BIM）

近幾年來(lái)，BIM技術(shù)在國(guó)家政策的推行下，已經(jīng)在建筑行業(yè)中得到了快速的發(fā)展。一方面BIM技術(shù)是信息技術(shù)在建筑工程中的直接應(yīng)用，設(shè)計(jì)人員和工程技術(shù)人員能根據(jù)各種建筑信息對(duì)問(wèn)題做出更為準(zhǔn)確的判斷，并為協(xié)同工作提供堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)；另一方面，它又是一種應(yīng)用于設(shè)計(jì)、建造、管理的信息化方法，這種方法能夠?qū)崿F(xiàn)建筑工程的集成管理環(huán)境，可以使建筑工程在其整個(gè)過(guò)程中顯著提高效率和大量減少風(fēng)險(xiǎn)。建筑信息模型的全面應(yīng)用，將為建筑業(yè)界的科技進(jìn)步產(chǎn)生巨大的影響，大大提高建筑工程的集成化和信息化程度。

1.2 軟件類型及應(yīng)用概況

現(xiàn)階段基于建筑信息模型的應(yīng)用軟件有很多，國(guó)內(nèi)主要應(yīng)用的BIM核心建模軟件有以下四類：

（1）REVIT系列，Revit是集3D建模、方案和施工圖于一體的三維建筑設(shè)計(jì)軟件，操作上相對(duì)便捷，借助AutoCAD在國(guó)內(nèi)的普及和長(zhǎng)久以來(lái)形成的工作習(xí)慣，在民用建筑市場(chǎng)得到了廣泛的認(rèn)可和應(yīng)用。但在復(fù)雜建模及參數(shù)化建模方面仍存在較大的問(wèn)題，且由于國(guó)內(nèi)建筑標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范與國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的不同，在結(jié)構(gòu)、算量及導(dǎo)出施工圖方面還難以深入應(yīng)用。全面應(yīng)用還需要一個(gè)更深入的本土化過(guò)程

（2）Bentley系列，Bentley產(chǎn)品是最早進(jìn)入中國(guó)市場(chǎng)的BIM建模軟件，但應(yīng)用面存在局限性，現(xiàn)階段主要應(yīng)用于工廠設(shè)計(jì)（石油、化工、電力、醫(yī)藥等）和基礎(chǔ)設(shè)施（道路、橋梁、市政、水利等）領(lǐng)域。

（3）ArchiCAD系列，歐洲應(yīng)用較廣的三維建筑設(shè)計(jì)軟件，集3D建模展示、方案和施工圖于一體，但由于對(duì)中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的支持問(wèn)題以及由于其專業(yè)配套僅限于建筑專業(yè)，與國(guó)內(nèi)多專業(yè)一體的設(shè)計(jì)院體制不匹配，在結(jié)構(gòu)、專業(yè)計(jì)算和施工圖方面還難以應(yīng)用起來(lái)。

（4）CATIA系列，起源于飛機(jī)設(shè)計(jì)等機(jī)械設(shè)計(jì)行業(yè)，在航空、航天、汽車等領(lǐng)域具有接近壟斷的地位，為進(jìn)入建筑市場(chǎng)也專門推出了V6版本，增加了土木工程包，且自身能夠?qū)崿F(xiàn)模型與預(yù)制件生產(chǎn)廠之間信息的關(guān)聯(lián)與匹配。使得其在裝配式建筑領(lǐng)域的發(fā)展更具有競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，強(qiáng)大的曲面建模能力也使其成為現(xiàn)階段最強(qiáng)大的三維設(shè)計(jì)軟件，能夠應(yīng)用于最復(fù)雜、最異型的三維建筑設(shè)計(jì)，但操作難度較大，往往需要較長(zhǎng)的學(xué)習(xí)與適應(yīng)過(guò)程。

2 設(shè)計(jì)深化中BIM技術(shù)的應(yīng)用點(diǎn)

2.1 多專業(yè)可視化協(xié)同設(shè)計(jì)

BIM技術(shù)能夠?yàn)榭梢暬?、協(xié)同設(shè)計(jì)提供底層支撐。通過(guò)組建全專業(yè)BIM設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)，建立相應(yīng)項(xiàng)目的中心文件，各專業(yè)的設(shè)計(jì)人員在自己建立的專屬工作集內(nèi)開(kāi)展設(shè)計(jì)，完成后進(jìn)行各專業(yè)模型的合并，檢測(cè)碰撞并進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化。利用BIM技術(shù)，搭建具備唯一性的建筑、結(jié)構(gòu)、機(jī)電等全專業(yè)三維建筑信息模型，各專業(yè)設(shè)計(jì)成果完全可視化并且各專業(yè)間及專業(yè)內(nèi)部設(shè)計(jì)能夠?qū)崟r(shí)共享三維模型數(shù)據(jù)，無(wú)需過(guò)多的人為干預(yù)，即可達(dá)到協(xié)同設(shè)計(jì)的需求。

2.2 優(yōu)化設(shè)計(jì)

在設(shè)計(jì)深化階段，碰撞檢測(cè)是BIM應(yīng)用的一個(gè)重要應(yīng)用點(diǎn)。不僅是在這一階段，在實(shí)際建設(shè)階段也有十分重要的指導(dǎo)作用。傳統(tǒng)的交付物通常包含二維的施工圖紙和一些輕量的3D模型，一方面這種交付方式無(wú)法進(jìn)行碰撞檢測(cè)；另一方面二維的施工圖缺乏直觀性，這也是造成二維施工圖經(jīng)常出現(xiàn)一些紕漏的一個(gè)重要原因；此外，傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)階段的三維模型交付是一些用sketchup、3Dmax等繪制出來(lái)的，這些模型往往是為了推敲方案和出效果圖而建立的，由于這些軟件的開(kāi)發(fā)就是為了配合方案的使用的，繪制出來(lái)的3D模型也往往缺乏精確性，也沒(méi)有相應(yīng)的功能模塊，所以無(wú)法用來(lái)進(jìn)行碰撞檢測(cè)。而在BIM軟件中，BIM人員基于施工圖模型內(nèi)的所有內(nèi)容進(jìn)行碰撞檢測(cè)，通過(guò)直觀的三維方式發(fā)現(xiàn)圖紙中的錯(cuò)漏碰缺與專業(yè)間的沖突，便于各專業(yè)設(shè)計(jì)人員之間的溝通和沖突問(wèn)題的整改。

深化設(shè)計(jì)階段的另一個(gè)重要應(yīng)用點(diǎn)是空間凈高的優(yōu)化?？臻g凈高的分析工作是在主設(shè)計(jì)人員出好各版施工圖的同時(shí)BIM人員利用BIM技術(shù)，根據(jù)建筑空間的基本使用凈高要求以及業(yè)主對(duì)項(xiàng)目特定使用空間的凈高要求，對(duì)施工圖進(jìn)行復(fù)核檢測(cè)。通過(guò)復(fù)核檢測(cè)，對(duì)施工圖中不滿足凈高要求的部位，提出影響專業(yè)或不合理情況的說(shuō)明，最終提交各專業(yè)進(jìn)行整改。

2.3 仿真模擬

BIM在漫游仿真方面的優(yōu)勢(shì)在于與工程仿真軟件以及虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)（VR）的可集成性，建筑的深化設(shè)計(jì)階段的仿真重點(diǎn)在于模擬真實(shí)的施工過(guò)程，以便于減少實(shí)際施工時(shí)可能出現(xiàn)的問(wèn)題，再者設(shè)計(jì)的深化階段是多專業(yè)協(xié)同工作的一個(gè)階段，在這一階段當(dāng)各專業(yè)的模型在整合和碰撞檢測(cè)的過(guò)程中，VR技術(shù)可以更好的將BIM模擬碰撞檢測(cè)等應(yīng)用的具體操作可視化，實(shí)現(xiàn)BIM可視化的升華體驗(yàn)，并且使不同專業(yè)的設(shè)計(jì)集中到一個(gè)協(xié)同顯示與設(shè)計(jì)平臺(tái)，使設(shè)計(jì)師和甲方都可以更明晰地看到問(wèn)題所在。此外，用戶可以身臨其境地在建筑中任意漫游，感受具體的空間尺度，獲取如材料與特性等基于BIM的數(shù)據(jù)信息，對(duì)任何不滿意的地方進(jìn)行標(biāo)注，隨即進(jìn)行反饋，指導(dǎo)進(jìn)一步的修改，大大的便利的設(shè)計(jì)方與甲方之間的溝通效率。

3 BIM技術(shù)在設(shè)計(jì)深化階段應(yīng)用實(shí)例

項(xiàng)目背景：本項(xiàng)目的設(shè)計(jì)內(nèi)容為無(wú)錫濱江學(xué)院建筑設(shè)計(jì)一期二標(biāo)段建筑設(shè)計(jì)，包括院系教學(xué)樓 D1、D2、D3、D4、D5、D7，會(huì)堂 F、行政樓 E、研發(fā)樓G，共計(jì)總建筑面積為82555.07m2，其中計(jì)容面積為72379.82m2，地下建筑面積10175.25m2。本次設(shè)計(jì)范圍為完成一期建設(shè)的二標(biāo)段建筑單體包括建筑、結(jié)構(gòu)、給水排水、建筑電氣、采暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)的BIM設(shè)計(jì)內(nèi)容。

3.1 建立模型

通過(guò)對(duì)建筑方案的復(fù)雜程度以及對(duì)模型深度的要求分析，本項(xiàng)目最終選取了Revit作為核心建模軟件。首先由建筑設(shè)計(jì)師創(chuàng)建工作集，并在自己的工作集內(nèi)將初步方案圖紙以DWG的文件格式導(dǎo)入至Revit建筑模塊中，根據(jù)圖紙進(jìn)行建筑模型的創(chuàng)建。這些建筑構(gòu)件都有自己的參數(shù)，我們可以使用參數(shù)來(lái)精確調(diào)整和控制構(gòu)件的形狀、大小、材質(zhì)、構(gòu)造層等，只需要編輯一個(gè)數(shù)字即可，這是Revit和其他三維建模軟件的根本區(qū)別。

然后再由結(jié)構(gòu)工程師進(jìn)入工作集，通過(guò)建筑師搭建的BIM平臺(tái)，用Revit的結(jié)構(gòu)模塊進(jìn)行梁、柱、板、屋面及樓梯等相關(guān)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的布置和完善。

最后在此基礎(chǔ)之上，由設(shè)備工程師將完成的建筑和結(jié)構(gòu)BIM采用鏈接的形式引入RevitMEP模塊中，根據(jù)設(shè)備的型號(hào)、外觀及各種參數(shù)，提供出完整的給排水、消防、電氣信息模型，管道平立剖面圖、材料統(tǒng)計(jì)表。

3.2 交叉碰撞檢測(cè)

本項(xiàng)目設(shè)計(jì)過(guò)程中，9棟建筑共計(jì)檢測(cè)出2000余處碰撞，通過(guò)梳理可以發(fā)現(xiàn)問(wèn)題多集中在管線于管線間、管線與梁柱之間，究其原因是傳統(tǒng)二維管線綜合將各專業(yè)平面疊加，結(jié)合局部剖面圖來(lái)檢測(cè)的方式存在表達(dá)上的不足，在管線較多、空間較為復(fù)雜的情況下，難以進(jìn)行準(zhǔn)確的檢測(cè)，另外在二維圖紙中，管線是以線性的方式來(lái)表述的，極難把控因管線翻高而造成的避讓空間預(yù)留問(wèn)題。而利用BIM技術(shù)可以通過(guò)計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)檢測(cè)管線碰撞，精確度也高。機(jī)電專業(yè)人員用REVIT MEP自帶的碰撞檢測(cè)功能自行查錯(cuò)并實(shí)時(shí)調(diào)整，保證專業(yè)內(nèi)部無(wú)碰撞。各專業(yè)初步建模完成后，再利用Navisoworks軟件進(jìn)行專業(yè)間的碰撞檢測(cè)，依據(jù)生成的報(bào)告進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，并通過(guò)反復(fù)的調(diào)整檢測(cè)來(lái)確保所有硬碰撞問(wèn)題的解決。

3.3 室內(nèi)凈高優(yōu)化

本項(xiàng)目應(yīng)用BIM技術(shù)進(jìn)行2.9m的凈高控制要求。首先，通過(guò)建立一個(gè)標(biāo)高檢查過(guò)濾器，依據(jù)要求設(shè)置好相應(yīng)管線的最低標(biāo)高要求，設(shè)置過(guò)濾器所顯示的顏色，應(yīng)用過(guò)濾器后低于設(shè)置標(biāo)高的管線即會(huì)通過(guò)相應(yīng)的顏色顯示出來(lái)；然后，建立一個(gè)天花板平面，按要求設(shè)置好天花板標(biāo)高，通過(guò)碰撞檢測(cè)功能檢測(cè)天花板跟相關(guān)機(jī)電管線之間的碰撞結(jié)果，即可查找到不滿足凈高要求的位置；再者對(duì)于一些較難抉擇修改的地方，組織各專業(yè)負(fù)責(zé)人共同商定解決方案。通過(guò)這些環(huán)節(jié)，大量的節(jié)省了人工排查的時(shí)間，提高了綜合排布的效率。

3.4 虛擬漫游

在最終的成果展示階段，本項(xiàng)目嘗試著將BIM技術(shù)與VR（虛擬現(xiàn)實(shí)）技術(shù)相結(jié)合，關(guān)于虛擬漫游，除了Revit自身的漫游功能外，還可以使用與之相兼容的Navisoworks或是Fuzor等相關(guān)軟件。由于本項(xiàng)目的展示重點(diǎn)在于漫游的視覺(jué)效果，因此最終選擇了Fuzor作為漫游展示平臺(tái)，此外還配套使用了虛擬現(xiàn)實(shí)的頭盔以及手柄，給予了體驗(yàn)者身歷其境的沉浸式漫游瀏覽。無(wú)論是在展示階段，還是在各專業(yè)的溝通和協(xié)同工作中，其三維空間的直觀性以及屬性信息的可查詢都顯示出了BIM技術(shù)的優(yōu)勢(shì)。

4 總結(jié)與展望

BIM的發(fā)展帶來(lái)的是建筑行業(yè)的技術(shù)革新，為我國(guó)建筑信息化的發(fā)展提供了不可或缺的技術(shù)支撐。并通過(guò)不斷的創(chuàng)新發(fā)展，技術(shù)越來(lái)越成熟，BIM能夠大力提升當(dāng)代建筑設(shè)計(jì)施工的總體水平，確保設(shè)計(jì)施工的質(zhì)量，在實(shí)際工程項(xiàng)目中有重大的應(yīng)用意義。但在使用操作的過(guò)程中，我們也發(fā)現(xiàn)Revit軟件在建筑規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)、算量等等方面尚存在不盡人意之處。但相信這些不足將會(huì)在BIM的推廣應(yīng)用中，逐步得到解決。因此，BIM工程師要不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，在原有的基礎(chǔ)上，不斷完善相關(guān)的不足之處，推進(jìn)BIM技術(shù)使其在我國(guó)的建筑領(lǐng)域得到更廣泛的應(yīng)用。

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