BIM正向設(shè)計(jì)實(shí)踐中若干關(guān)鍵技術(shù)研究

(廣東省建筑設(shè)計(jì)研究院，廣州 510010)

1 前言

BIM技術(shù)已得到建筑工程各參與方的重視。作為建筑工程項(xiàng)目的源頭，設(shè)計(jì)企業(yè)應(yīng)重視BIM技術(shù)和設(shè)計(jì)本身的結(jié)合，既要為上游的設(shè)計(jì)企業(yè)技術(shù)與管理創(chuàng)新服務(wù)，同時(shí)銜接好下游施工企業(yè)的BIM應(yīng)用。目前，翻模的技術(shù)思路占據(jù)著B(niǎo)IM技術(shù)領(lǐng)域的大半江山，除管線綜合有明顯的效益外，BIM技術(shù)在設(shè)計(jì)階段其他方面的應(yīng)用并不突出。應(yīng)從正向的角度去思考BIM技術(shù)與設(shè)計(jì)的結(jié)合，即從BIM正向設(shè)計(jì)去尋求設(shè)計(jì)本身更好的發(fā)展。

BIM正向設(shè)計(jì)通常是指基于BIM技術(shù)“先建模，后出圖”的設(shè)計(jì)方法。BIM正向設(shè)計(jì)是對(duì)傳統(tǒng)項(xiàng)目設(shè)計(jì)流程的再造，各專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)師集中在三維信息化平臺(tái)實(shí)現(xiàn)工程設(shè)計(jì)，有別于以往的設(shè)計(jì)模式。新技術(shù)的應(yīng)用會(huì)對(duì)原有工程設(shè)計(jì)模式產(chǎn)生沖擊，引發(fā)人們對(duì)于BIM正向設(shè)計(jì)方法的思考。本文正是在這樣的大技術(shù)背景下，基于建筑工程項(xiàng)目實(shí)踐，對(duì)BIM正向設(shè)計(jì)分別從項(xiàng)目管理、企業(yè)ISO執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)、BIM技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、三維設(shè)計(jì)方法、BIM軟件應(yīng)用研發(fā)、協(xié)同管理平臺(tái)等方面進(jìn)行研究探討，有針對(duì)性地提出解決方案或建議，如圖1。

圖1 BIM正向設(shè)計(jì)研究關(guān)系圖

2 BIM正向設(shè)計(jì)項(xiàng)目管理

項(xiàng)目管理在建筑工程實(shí)施過(guò)程中始終把控著工程的前進(jìn)方向。項(xiàng)目管理對(duì)質(zhì)量體系、進(jìn)度流程、人員架構(gòu)等多方面進(jìn)行了規(guī)定[1]。因此，本文就這幾方面的內(nèi)容，對(duì)BIM正向設(shè)計(jì)過(guò)程中如何有效管理進(jìn)行了探討。

2.1 設(shè)計(jì)企業(yè)ISO管理標(biāo)準(zhǔn)的衍生

提升工程設(shè)計(jì)管理質(zhì)量，提升企業(yè)服務(wù)信譽(yù)，贏得市場(chǎng)和發(fā)展是國(guó)內(nèi)眾多設(shè)計(jì)企業(yè)引進(jìn)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)的質(zhì)量管理體系的主要目的。現(xiàn)在設(shè)計(jì)企業(yè)引入質(zhì)量管理標(biāo)準(zhǔn)(ISO9001)的版本涉及設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)、安裝和服務(wù)多個(gè)領(lǐng)域。這套標(biāo)準(zhǔn)主要包含八大原則：以顧客為關(guān)注焦點(diǎn)； 領(lǐng)導(dǎo)作用； 全員參與； 過(guò)程方法； 管理的系統(tǒng)方法； 持續(xù)改進(jìn)； 基于事實(shí)的決策方法； 與供方互利關(guān)系[2]。

這些原則足以體現(xiàn)質(zhì)量管理的重要性，引入BIM正向設(shè)計(jì)，將會(huì)從人員架構(gòu)，工作流程，成果文件等方面產(chǎn)生影響，這將意味著質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的管理內(nèi)容需要不斷衍生變化。設(shè)計(jì)企業(yè)ISO管理標(biāo)準(zhǔn)的衍生變化主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面[3]：

1)交付成果：BIM技術(shù)所體現(xiàn)出來(lái)的三維可視化功能，將進(jìn)一步要求各專(zhuān)業(yè)不僅要提交傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)成果，還要提交BIM成果文件。而對(duì)于BIM成果文件，在技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中需要對(duì)各階段的模型精度和模型內(nèi)容進(jìn)行規(guī)定[4]；

2)電子化辦公：交付BIM模型時(shí)，其中重要的一個(gè)環(huán)節(jié)是對(duì)BIM模型的質(zhì)量審核。另外BIM正向設(shè)計(jì)技術(shù)要求的是協(xié)同式辦公，要求質(zhì)量校審文件能在協(xié)同平臺(tái)上與模型進(jìn)行關(guān)聯(lián)，便于實(shí)時(shí)查看相關(guān)審核文件。這將加快推進(jìn)質(zhì)量管理體系的電子化辦公的全面覆蓋；

3)人員配置：BIM技術(shù)工種，BIM技術(shù)協(xié)調(diào)工種，BIM技術(shù)應(yīng)用成果文件審核，協(xié)同管理平臺(tái)工作權(quán)限的設(shè)置等內(nèi)容的新增，這意味著將產(chǎn)生新的職能崗位和職責(zé)；

4)策劃表格優(yōu)化：成果文件、技術(shù)工種以及辦公模式的演變都將要求對(duì)原有的ISO表格進(jìn)行更新和優(yōu)化。比如，根據(jù)BIM正向設(shè)計(jì)需要增加ISO表格：BIM專(zhuān)項(xiàng)評(píng)審表、BIM模型檢測(cè)及校審表、BIM模型交付記錄表等。

2.2 設(shè)計(jì)流程的演變

設(shè)計(jì)流程的演變不僅體現(xiàn)在實(shí)施過(guò)程的變化，還包括工作模式、協(xié)同方法等方面變化。而B(niǎo)IM軟件的功能應(yīng)用、設(shè)計(jì)方法和協(xié)同平臺(tái)的迭代演化流程不同程度上影響著整個(gè)設(shè)計(jì)進(jìn)程。如方案階段，利用多種BIM軟件，在概念設(shè)計(jì)階段建立真實(shí)的地形模型，由于設(shè)計(jì)的方案推敲、計(jì)算土方量、經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)統(tǒng)計(jì)等內(nèi)容，并實(shí)時(shí)導(dǎo)出數(shù)據(jù)。而這些數(shù)據(jù)內(nèi)容將支撐著整個(gè)協(xié)同平臺(tái)運(yùn)行。

不管是SU+CAD模式還是BIM模式，都可以借助渲染軟件如lumion、escape等快速實(shí)現(xiàn)效果圖、分析圖、視頻的可視化效果，更好地幫助設(shè)計(jì)師和業(yè)主評(píng)估項(xiàng)目建成后的效果。整個(gè)過(guò)程都可以在方案協(xié)調(diào)節(jié)點(diǎn)會(huì)議中得到有效把控，方案階段工作流程見(jiàn)表1。

表1 方案階段BIM設(shè)計(jì)工作內(nèi)容及相關(guān)會(huì)議

階段專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)內(nèi)容BIM工作方案設(shè)計(jì)啟動(dòng)會(huì)概念及方案設(shè)計(jì)建筑建筑形體創(chuàng)作體量建筑方案平面及平立面設(shè)計(jì)體量到revit構(gòu)件建筑建筑綠建分析Revit導(dǎo)入綠建軟件方案比選會(huì)概念及方案設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)柱位布置結(jié)構(gòu)柱建筑機(jī)電設(shè)計(jì)指標(biāo)數(shù)據(jù)體量&空間劃分方案深化會(huì)概念及方案設(shè)計(jì)機(jī)電接收建筑提供的機(jī)電指標(biāo)數(shù)據(jù)輸入?yún)?shù)化體塊機(jī)電機(jī)房布置機(jī)房體量模型方案確定會(huì)

初步設(shè)計(jì)階段，借助方案模型和初步設(shè)計(jì)BIM模型，以及VR、視頻和動(dòng)畫(huà)可以準(zhǔn)確評(píng)估各類(lèi)空間關(guān)系，幫助設(shè)計(jì)師更好地優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。初步設(shè)計(jì)階段工作流程見(jiàn)表2。

表2 初步設(shè)計(jì)階段BIM設(shè)計(jì)工作內(nèi)容及相關(guān)會(huì)議

設(shè)計(jì)階段專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)內(nèi)容BIM工作初步設(shè)計(jì)啟動(dòng)會(huì)初步設(shè)計(jì)建筑平面布置墻、門(mén)、窗、立面、板初步設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)豎向及平面布置梁板柱初步設(shè)計(jì)協(xié)調(diào)會(huì)初步設(shè)計(jì)機(jī)電機(jī)房布置三維拉伸模型初步設(shè)計(jì)機(jī)電路由設(shè)計(jì)二維線初步設(shè)計(jì)機(jī)電管井布置拉伸模型初步設(shè)計(jì)階段成果協(xié)調(diào)會(huì)初步設(shè)計(jì)全專(zhuān)業(yè)凈高把控管線路由評(píng)估初步設(shè)計(jì)全專(zhuān)業(yè)管線預(yù)綜合管線路由評(píng)估初步設(shè)計(jì)成果驗(yàn)收

施工圖設(shè)計(jì)階段，基于BIM正向設(shè)計(jì)的項(xiàng)目可以在整體層面提高設(shè)計(jì)效率，減少后期改圖、施工配合出現(xiàn)問(wèn)題的可能。由于模型包含參與設(shè)計(jì)的所有專(zhuān)業(yè)，很多設(shè)計(jì)問(wèn)題都可以及時(shí)被發(fā)現(xiàn)，有效提高了設(shè)計(jì)質(zhì)量。施工圖設(shè)計(jì)協(xié)調(diào)會(huì)將與實(shí)際項(xiàng)目實(shí)施深度和難度相結(jié)合，合理安排協(xié)調(diào)會(huì)次數(shù)。施工圖階段設(shè)計(jì)協(xié)調(diào)第一時(shí)段工作流程見(jiàn)表3。

表3 施工圖階段設(shè)計(jì)協(xié)調(diào)會(huì)第一時(shí)段工作內(nèi)容

專(zhuān)業(yè)配合工作提出專(zhuān)業(yè)接收專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)內(nèi)容BIM工作建筑提第一版提資視圖,防火分區(qū)建筑各專(zhuān)業(yè)作為機(jī)電專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)的參照底圖;結(jié)構(gòu)專(zhuān)業(yè)配合依據(jù)建筑鏈接結(jié)構(gòu)建筑視圖分三層,建模視圖、配合底圖視圖、出圖視圖。其中配合底圖視圖與出圖視圖為關(guān)聯(lián)視圖設(shè)備專(zhuān)業(yè)給各專(zhuān)業(yè)提機(jī)房、管井機(jī)電建筑管井、機(jī)房定位、面積需求請(qǐng)注意在提資視圖結(jié)構(gòu)提資,梁柱資料結(jié)構(gòu)各專(zhuān)業(yè)明確開(kāi)洞情況、梁高,機(jī)電專(zhuān)業(yè)在設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)規(guī)避大梁及時(shí)更新鏈接管線初步綜合設(shè)計(jì)建筑結(jié)構(gòu)機(jī)電建筑根據(jù)初步設(shè)計(jì)對(duì)凈高要求復(fù)核各專(zhuān)業(yè)現(xiàn)有設(shè)計(jì)成果是否滿足需求。同時(shí)對(duì)建筑平面設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化BIM負(fù)責(zé)人協(xié)助建筑專(zhuān)業(yè)解決發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題

2.3 項(xiàng)目崗位與職責(zé)

BIM正向設(shè)計(jì)能夠有效解決設(shè)計(jì)中常見(jiàn)的碰撞、設(shè)計(jì)深度不夠等問(wèn)題，但綜合考慮現(xiàn)有設(shè)計(jì)人員對(duì)BIM軟件的熟悉程度和設(shè)計(jì)效率，可在BIM設(shè)計(jì)中增設(shè)BIM負(fù)責(zé)人。在原設(shè)計(jì)體系的基礎(chǔ)上，對(duì)原有設(shè)計(jì)人、工種負(fù)責(zé)、審核人的工作內(nèi)容進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整。BIM技術(shù)負(fù)責(zé)人的主要工作內(nèi)容如下：

1)總體負(fù)責(zé)項(xiàng)目BIM應(yīng)用的規(guī)劃和實(shí)施；

2)解決項(xiàng)目實(shí)施中可能遇到的各類(lèi)BIM問(wèn)題；

3)組織各專(zhuān)業(yè)劃分工作集，組織各專(zhuān)業(yè)統(tǒng)一各專(zhuān)業(yè)模型深度，組織各專(zhuān)業(yè)BIM視圖樹(shù)，控制各專(zhuān)業(yè)鏈接關(guān)系，統(tǒng)一各專(zhuān)業(yè)視圖樣板；

4)負(fù)責(zé)模型技術(shù)交底、模型維護(hù)及通過(guò)建模對(duì)項(xiàng)目的質(zhì)量、效率提升等問(wèn)題做分析總結(jié)報(bào)告；

5)負(fù)責(zé)模型深度控制，滿足合同或設(shè)計(jì)、施工需求；

6)參與模型碰撞問(wèn)題協(xié)調(diào)會(huì)，匯總具體問(wèn)題，記錄會(huì)議確定的碰撞解決方案并跟進(jìn)核查管線碰撞問(wèn)題的落實(shí)情況；

7)組織并完成各項(xiàng)擴(kuò)展BIM應(yīng)用。

2.4 正向設(shè)計(jì)的進(jìn)階措施

為推進(jìn)BIM正向設(shè)計(jì)技術(shù)在設(shè)計(jì)企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，以及促進(jìn)各專(zhuān)業(yè)工程設(shè)計(jì)人員加快適應(yīng)BIM正向設(shè)計(jì)的工作模式，應(yīng)逐層深入加大對(duì)設(shè)計(jì)人員的培訓(xùn)力度，見(jiàn)圖2。

圖2 BIM正向設(shè)計(jì)技術(shù)門(mén)檻

第一個(gè)層級(jí)是熟悉軟件，要求各專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)人員熟練掌握建模軟件，并將二維圖紙轉(zhuǎn)化為三維模型。第二個(gè)層級(jí)是實(shí)現(xiàn)模型到圖紙，懂得各專(zhuān)業(yè)的三維設(shè)計(jì)方法，以及建模軟件轉(zhuǎn)化為二維CAD圖紙?zhí)幚矸椒?。第三個(gè)層級(jí)是利用模型實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)配合，掌握三維設(shè)計(jì)流程，充分利用三維模型實(shí)現(xiàn)各專(zhuān)業(yè)的設(shè)計(jì)提資。第四個(gè)層級(jí)是掌握各專(zhuān)業(yè)間的協(xié)同處理方法，通過(guò)多次設(shè)計(jì)協(xié)調(diào)實(shí)現(xiàn)組織層面的設(shè)計(jì)效率提升。

針對(duì)各專(zhuān)業(yè)工程設(shè)計(jì)人員的BIM培訓(xùn)內(nèi)容主要包括建模培訓(xùn)和出圖培訓(xùn)。培訓(xùn)計(jì)劃可參考表4。此外，也可以從ISO質(zhì)量管理標(biāo)準(zhǔn)、協(xié)同管理模式等多個(gè)方向展開(kāi)培訓(xùn)。

表4 BIM正向設(shè)計(jì)培訓(xùn)計(jì)劃

培訓(xùn)專(zhuān)項(xiàng)建模培訓(xùn)出圖培訓(xùn)培訓(xùn)內(nèi)容在明確BIM基礎(chǔ)建模軟件平臺(tái)的條件下,懂得各專(zhuān)業(yè)模型的三維設(shè)計(jì)方法。視圖管理器的控制,圖框的制作與修改,模型不同版本的對(duì)比,視圖樣板的制作與選用,出圖管理等。培訓(xùn)教程《BIM正向設(shè)計(jì)項(xiàng)目管理指引》和《BIM正向設(shè)計(jì)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》等企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)?？己藘?nèi)容在規(guī)定時(shí)間內(nèi)根據(jù)圖紙建立Revit模型。能夠在規(guī)定時(shí)時(shí)間內(nèi)完成模型的出圖,能夠正確應(yīng)用和修改視圖樣板。

3 BIM設(shè)計(jì)企業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

本文所介紹的設(shè)計(jì)企業(yè)BIM技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)主要包括模型管理，不同設(shè)計(jì)階段BIM流程管理，以及三維設(shè)計(jì)方法三個(gè)方面的內(nèi)容，希望為設(shè)計(jì)企業(yè)應(yīng)用BIM進(jìn)行正向設(shè)計(jì)提供成套的、可實(shí)踐的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及細(xì)則，以提升在BIM設(shè)計(jì)模式下的工作效率和工作質(zhì)量。

3.1 BIM模型管理

BIM正向設(shè)計(jì)最終的成果文件除了傳統(tǒng)內(nèi)容外，還包括BIM技術(shù)應(yīng)用所得到的成果內(nèi)容。這些成果文件大部分都將通過(guò)BIM技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)，所以有必要對(duì)成果的數(shù)據(jù)來(lái)源，即BIM數(shù)據(jù)模型進(jìn)行管理。模型管理的目的在于為整個(gè)三維設(shè)計(jì)制定統(tǒng)一的模型標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)上下游設(shè)計(jì)階段的模型對(duì)接，避免數(shù)據(jù)在繼承過(guò)程中丟失。在協(xié)同平臺(tái)中傳遞可參照的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

Revit通過(guò)各類(lèi)族來(lái)搭建三維模型，包括設(shè)計(jì)圖面表達(dá)也是需要通過(guò)族來(lái)實(shí)現(xiàn)。工程項(xiàng)目類(lèi)型的千差萬(wàn)別決定了三維模型需要龐大的族來(lái)支撐。BIM模型最為基礎(chǔ)的就是對(duì)族進(jìn)行管理，本文結(jié)合工程設(shè)計(jì)的需求，提出了新型族庫(kù)管理工具的建設(shè)架構(gòu)[5]。主要功能需求見(jiàn)圖3。

圖3 族庫(kù)管理工具功能需求

在Revit平臺(tái)上各專(zhuān)業(yè)工種的協(xié)同方法，主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面，一是通過(guò)中心文件進(jìn)行協(xié)同，主要應(yīng)用于專(zhuān)業(yè)內(nèi)的協(xié)同操作和部分專(zhuān)業(yè)間的協(xié)同操作。另外一個(gè)是通過(guò)鏈接文件進(jìn)行協(xié)同，它與傳統(tǒng)的CAD協(xié)同方式較為接近，可將各專(zhuān)業(yè)模型文件作為獨(dú)立的文件提資。

除了以上內(nèi)容外，BIM模型管理還包括項(xiàng)目樣板管理、命名規(guī)則、色彩規(guī)則、模型內(nèi)容、模型拆分、成果管理和模型深度等級(jí)等內(nèi)容。

3.2 BIM設(shè)計(jì)流程

以項(xiàng)目管理指引所制定的各設(shè)計(jì)階段的流程為基礎(chǔ)，企業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)從工作內(nèi)容、BIM應(yīng)用要點(diǎn)等方面精細(xì)拆分和細(xì)化。與初始、中間和最終模型的劃分方式[6]不同的是，模型將以項(xiàng)目管理中制定的主要協(xié)調(diào)會(huì)為劃分依據(jù)，結(jié)合設(shè)計(jì)進(jìn)度逐步完善設(shè)計(jì)模型和提取設(shè)計(jì)成果。

結(jié)合時(shí)段的劃分概念，在每個(gè)設(shè)計(jì)階段模型深度和表達(dá)方式也將按劃分時(shí)段來(lái)體現(xiàn)。比如，初步設(shè)計(jì)階段主要流程包括：初步設(shè)計(jì)第一時(shí)段模型的建立、初步設(shè)計(jì)第二時(shí)段模型的建立、初步設(shè)計(jì)最終版模型的建立。在此時(shí)間范圍內(nèi)各專(zhuān)業(yè)應(yīng)根據(jù)工程復(fù)雜程度按進(jìn)度計(jì)劃分批次完成該時(shí)段設(shè)計(jì)的工作。時(shí)段模型的劃分以各設(shè)計(jì)階段流程所劃分的設(shè)計(jì)協(xié)調(diào)會(huì)為節(jié)點(diǎn)。如圖4為初步設(shè)計(jì)階段管線預(yù)綜合流程。

圖4 初步設(shè)計(jì)階段管線預(yù)綜合流程

3.3 三維模型的設(shè)計(jì)方法

三維模型是BIM正向設(shè)計(jì)中基本的數(shù)據(jù)載體，通過(guò)分析現(xiàn)階段BIM軟件的使用情況[7]，以及參照協(xié)同設(shè)計(jì)平臺(tái)對(duì)基礎(chǔ)模型數(shù)據(jù)的應(yīng)用需求，對(duì)于搭建基礎(chǔ)數(shù)據(jù)模型的設(shè)計(jì)方法展開(kāi)描述，將對(duì)基于Revit的正向設(shè)計(jì)軟件研發(fā)提供基礎(chǔ)理論方法。本文以Revit為基礎(chǔ)軟件平臺(tái)，結(jié)合對(duì)建筑、結(jié)構(gòu)、機(jī)電專(zhuān)業(yè)BIM正向設(shè)計(jì)需求、流程和方法的研究分析，對(duì)BIM正向設(shè)計(jì)中的Revit模型搭建、非幾何信息添加、施工圖生成提出相應(yīng)的解決方案。

1)建筑三維設(shè)計(jì)

在利用Revit軟件進(jìn)行建筑設(shè)計(jì)時(shí)，流程和設(shè)計(jì)階段的時(shí)間分配將會(huì)與傳統(tǒng)的模式有較大區(qū)別。Revit建筑設(shè)計(jì)是以三維模型為基礎(chǔ)的，圖紙作為設(shè)計(jì)的衍生品。Revit為建筑設(shè)計(jì)提供了部分常見(jiàn)的構(gòu)件。企業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)給出了軸網(wǎng)、標(biāo)高、普通墻、疊合墻、幕墻、屋頂、樓梯等建筑基本構(gòu)件的建模方法。在施工圖繪制方面，可通過(guò)“詳圖線”、“模型線”、“線處理”、“平面區(qū)域”等命令來(lái)深化處理平立剖等圖紙視圖。

2)結(jié)構(gòu)三維設(shè)計(jì)

樁基承臺(tái)、梁、剪力墻、結(jié)構(gòu)柱等作為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本組成構(gòu)件，Revit中提供了對(duì)應(yīng)的構(gòu)件創(chuàng)建命令，可直接調(diào)用。從細(xì)節(jié)處理上來(lái)講，如，剪力墻樓板開(kāi)洞，可通過(guò)無(wú)實(shí)體窗的窗族去表達(dá)，并在該窗族的平面視圖上增加詳圖線，以滿足剪力墻開(kāi)洞的平面表達(dá)[5]，見(jiàn)圖5。

圖5 剪力墻細(xì)節(jié)處理

結(jié)構(gòu)中最為復(fù)雜的要屬鋼筋這一塊，混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件在設(shè)計(jì)過(guò)程中都需要表達(dá)鋼筋。對(duì)此，企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)針對(duì)每一種構(gòu)件的鋼筋模型都提出相應(yīng)的表達(dá)方法，如外立面飾線的結(jié)構(gòu)部分，通過(guò)利用Revit中提供的“輪廓族”，再利用“內(nèi)置模型”搭建實(shí)體建模，并利用剖切視圖建立視圖鋼筋[8-10]，見(jiàn)圖6。

圖6 結(jié)構(gòu)天溝模型和鋼筋表達(dá)

模型搭建后，最終都是要服務(wù)于設(shè)計(jì)出圖。通過(guò)分析CAD出圖和Revit出圖兩者的效益，以及分析BIM軟件的出圖功能，企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)結(jié)構(gòu)專(zhuān)業(yè)各類(lèi)設(shè)計(jì)圖紙?zhí)岢鱿鄳?yīng)的成圖方法，如表5所示，為模板圖組成繪制方法。

表5 模板圖組成繪制方法

項(xiàng)目推薦做法結(jié)構(gòu)構(gòu)件輪廓三維建模后配合可見(jiàn)性設(shè)置進(jìn)行顯示梁截面標(biāo)記采用標(biāo)簽族進(jìn)行注釋梁編號(hào)標(biāo)記采用標(biāo)簽族進(jìn)行注釋板截面標(biāo)記采用標(biāo)簽族進(jìn)行注釋板填充通過(guò)過(guò)濾器設(shè)置相應(yīng)的條件后配合可見(jiàn)性設(shè)置進(jìn)行填充定位標(biāo)注采用“尺寸標(biāo)注”命令進(jìn)行標(biāo)注標(biāo)高標(biāo)注采用“標(biāo)高”命令進(jìn)行標(biāo)注

3)機(jī)電三維設(shè)計(jì)

暖通、電氣、給排水各專(zhuān)業(yè)模型搭建方面，各專(zhuān)業(yè)工作內(nèi)容主要體現(xiàn)在管道類(lèi)型、管材選用和連接、閥門(mén)組件、末端設(shè)計(jì)，機(jī)組設(shè)備等方面。單一的軟件使用并非高效的設(shè)計(jì)方法，可借助第三方設(shè)計(jì)軟件來(lái)完成，如天正、鴻業(yè)等，圖7為天正消防水“布置噴頭”命令窗口，通過(guò)添加相應(yīng)的噴頭布置設(shè)計(jì)參數(shù)，滿足設(shè)計(jì)人員快速建模需求。

圖7 天正消防水“布置噴頭”工具

4 BIM正向設(shè)計(jì)協(xié)同管理平臺(tái)

從應(yīng)用功能方面考慮，BIM正向設(shè)計(jì)協(xié)同管理平臺(tái)的功能應(yīng)包含基于模型的協(xié)同、文件管理、權(quán)限管理、非幾何信息的存儲(chǔ)、一校兩審的需求等方面； 從協(xié)同流程模式方面考慮，BIM正向設(shè)計(jì)協(xié)同管理平臺(tái)應(yīng)能夠在基本業(yè)務(wù)、設(shè)計(jì)迭代及成果輸出、協(xié)同提資、質(zhì)量控制、會(huì)審及碰撞過(guò)程中得到體現(xiàn)； 從現(xiàn)有的CAD協(xié)同管理模式方面考慮，當(dāng)前的工程設(shè)計(jì)協(xié)同管理模式應(yīng)滿足BIM技術(shù)背景下的工程設(shè)計(jì)。這些都是在搭建BIM正向設(shè)計(jì)管理平臺(tái)所需要考慮的方向。

4.1 數(shù)模分離架構(gòu)平臺(tái)

目前主流的BIM設(shè)計(jì)平臺(tái)有Autodesk AutoCAD、Autodesk Revit、Bently Microstation、Trimble Tekla，ArchiCAD等。建模及操作軟件均基于上述5套軟件，并在其基礎(chǔ)上進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)實(shí)現(xiàn)各類(lèi)擴(kuò)展功能。然而，設(shè)計(jì)過(guò)程中的關(guān)鍵流程，如圖紙管理、校對(duì)批注、歸檔、詳細(xì)的權(quán)限控制等功能，均無(wú)法直接在BIM平臺(tái)進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。因此，如何高效契合現(xiàn)有BIM核心軟件、通過(guò)內(nèi)外部數(shù)據(jù)交互使得BIM管理與企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)管理有機(jī)結(jié)合，是推行協(xié)同平臺(tái)的關(guān)鍵。

Revit等BIM基礎(chǔ)建模平臺(tái)中，對(duì)于每一個(gè)幾何模型都分配唯一的ID值。正向設(shè)計(jì)平臺(tái)可充分利用這一數(shù)據(jù)值進(jìn)行跟蹤，并在獨(dú)立的數(shù)據(jù)庫(kù)中，對(duì)版本、狀態(tài)等信息進(jìn)行單獨(dú)存儲(chǔ)，以實(shí)現(xiàn)校對(duì)、審核審定、工作量統(tǒng)計(jì)等功能。因此，當(dāng)僅對(duì)構(gòu)件的非幾何屬性(如批注、狀態(tài)參數(shù)、強(qiáng)度屬性)進(jìn)行編輯時(shí)，僅修改MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)中相應(yīng)鍵值，而不對(duì)具體Revit模型中的參數(shù)進(jìn)行修改，能極大降低Revit運(yùn)算復(fù)雜度，提高BIM模型設(shè)計(jì)效率。這正是“數(shù)模分離”的核心所在。結(jié)合設(shè)計(jì)企業(yè)的設(shè)計(jì)管理工作模式，可建設(shè)如圖8所示的BIM正向設(shè)計(jì)平臺(tái)架構(gòu)。

該架構(gòu)中，數(shù)據(jù)層分別對(duì)二三維模型文件、構(gòu)件非幾何數(shù)據(jù)分別存儲(chǔ)，通過(guò)中間層完成整合后，在應(yīng)用層提供統(tǒng)一的功能，避免工作過(guò)程中反復(fù)調(diào)用不同的軟件、平臺(tái)，而造成數(shù)據(jù)的不一致。

從搭建細(xì)節(jié)上考慮，平臺(tái)數(shù)據(jù)層將參照項(xiàng)目管理規(guī)定中制定的人員崗位職責(zé)，設(shè)置平臺(tái)人員組織角色并劃分角色權(quán)限； 參照技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定中BIM模型管理等內(nèi)容，合理提取模型數(shù)據(jù)，平臺(tái)文件層間參照整體的BIM設(shè)計(jì)流程，劃分整體的圖檔架構(gòu)； 企業(yè)管理對(duì)接層將從設(shè)計(jì)、質(zhì)量、經(jīng)營(yíng)、圖檔等方面實(shí)現(xiàn)對(duì)接。在協(xié)同實(shí)施過(guò)程中將逐步優(yōu)化相關(guān)管理和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容。

4.2 業(yè)務(wù)流程迭代演化

平臺(tái)的建設(shè)開(kāi)發(fā)過(guò)程除了把握“數(shù)模分離”這一關(guān)鍵存儲(chǔ)技術(shù)外，另外一點(diǎn)就是要考慮如何將平臺(tái)功能融入到整個(gè)BIM正向設(shè)計(jì)流程中去，形成高效的設(shè)計(jì)業(yè)務(wù)流程。

項(xiàng)目基本流程，前期階段主要是錄入基本的工程數(shù)據(jù)信息，計(jì)劃進(jìn)度安排； 設(shè)計(jì)階段主要是完成設(shè)計(jì)成果的圖檔管理，進(jìn)度協(xié)調(diào)； 出圖階段主要是將成圖文件、BIM模型，通過(guò)ISO相關(guān)資料進(jìn)行復(fù)核，完成出圖蓋章和圖文歸檔。

圖8 BIM平臺(tái)架構(gòu)

圖9 BIM正向設(shè)計(jì)基本業(yè)務(wù)流程

從圖9迭代業(yè)務(wù)流程可以看出，整個(gè)協(xié)同平臺(tái)的數(shù)據(jù)來(lái)源于質(zhì)量管理、設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)、經(jīng)營(yíng)管理等工程模塊，通過(guò)錄入各模塊數(shù)據(jù)信息至協(xié)同平臺(tái)中，實(shí)時(shí)查看了解工程項(xiàng)目的人員、進(jìn)度、設(shè)計(jì)圖紙模型、ISO質(zhì)量、圖檔歸檔等內(nèi)容。使得平臺(tái)架構(gòu)流程與項(xiàng)目管理、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容更契合。而整個(gè)業(yè)務(wù)流程的迭代演化也將體現(xiàn)在圖檔管理、質(zhì)量管理、提資管理等方面。

協(xié)同平臺(tái)的圖檔歸檔作用就在于，通過(guò)建立相應(yīng)的文件層級(jí)目錄，存儲(chǔ)不同階段的提資單、校審意見(jiàn)等文件，并通過(guò)BIM模型中構(gòu)件ID值一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，在校審單中可直接查閱對(duì)應(yīng)構(gòu)件的局部三維視圖、二維圖紙、查閱構(gòu)件參數(shù)等功能。

在項(xiàng)目質(zhì)量全流程控制環(huán)節(jié)，基于協(xié)同平臺(tái)后，在傳統(tǒng)的一校兩審、施工監(jiān)測(cè)等環(huán)節(jié)，可采用模型校審、模型批注及修改跟蹤。在對(duì)質(zhì)量控制上，也可根據(jù)BIM應(yīng)用深度，對(duì)相關(guān)強(qiáng)條、技術(shù)措施，通過(guò)技術(shù)手段直接寫(xiě)入到BIM模型參數(shù)中，對(duì)出圖成果進(jìn)行強(qiáng)制要求，在出圖校對(duì)時(shí)進(jìn)行相應(yīng)的提醒。

與現(xiàn)有ISO管理中的提資過(guò)程相同，設(shè)計(jì)人員在提資時(shí)，也需要填寫(xiě)提資單并提交相應(yīng)的提資成果至接收人。而在應(yīng)用BIM模型進(jìn)行提資后，設(shè)計(jì)人員可直接勾選相應(yīng)構(gòu)件、模型視圖、模型視圖內(nèi)對(duì)應(yīng)的云線對(duì)象后，直接生成電子版的提資單，并通過(guò)對(duì)模型信息的存儲(chǔ)以滿足提資資料留痕的要求。當(dāng)接收人接收提資單后，可直接定位到對(duì)應(yīng)的模型視圖中進(jìn)行查閱。

5 BIM正向設(shè)計(jì)軟件GSRevit研發(fā)

圖10 板荷載管理界面

分析BIM技術(shù)軟件在民用建筑領(lǐng)域的使用情況，Revit軟件作為基礎(chǔ)建模平臺(tái)的情況占多數(shù)。故以Revit軟件，作為正向設(shè)計(jì)GSRevit系統(tǒng)的基礎(chǔ)平臺(tái)。結(jié)合技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中提及的建筑結(jié)構(gòu)三維設(shè)計(jì)方法，用于支撐基礎(chǔ)功能的研發(fā)。GSRevit系統(tǒng)的研發(fā)過(guò)程主要從三個(gè)方面展開(kāi)需求分析：

1)能夠在Revit直接建模、結(jié)構(gòu)計(jì)算和生成施工圖，包括了模型及荷載輸入、生成有限元計(jì)算模型、自動(dòng)成圖、裝配式設(shè)計(jì)、基礎(chǔ)設(shè)計(jì)等功能。

2)能夠?qū)崿F(xiàn)滾動(dòng)式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：三維結(jié)構(gòu)模型隨著設(shè)計(jì)深度的變化，可不斷添加需要的信息，譬如加偏心、加荷載、加鋼筋信息等。

3)秉承著一個(gè)三維模型往下傳遞延伸的理念，模型中只保存一套墻柱梁板信息，即使施工圖階段修改了模型，仍可進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算。

GSRevit系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了結(jié)構(gòu)快速建模、幾何模型直接用于結(jié)構(gòu)計(jì)算、自動(dòng)成圖及裝配式設(shè)計(jì)等功能，大大降低BIM應(yīng)用門(mén)檻，有力地推動(dòng)了BIM技術(shù)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)用，幫助工程師從AutoCAD走向Revit完成BIM結(jié)構(gòu)正向設(shè)計(jì)[11]。

5.1 幾何模型及荷載輸入

GSRevit軟件在Revit中，對(duì)各類(lèi)結(jié)構(gòu)構(gòu)件獨(dú)立開(kāi)發(fā)出荷載輸入模塊，設(shè)計(jì)師在針對(duì)某一項(xiàng)結(jié)構(gòu)構(gòu)件荷載輸入時(shí)，可通過(guò)對(duì)話框輸入各種類(lèi)型的結(jié)構(gòu)荷載，荷載輸入后程序?qū)⒁怨蚕韰?shù)和擴(kuò)展數(shù)據(jù)形式存于Revit文件中。在墻柱梁板荷載對(duì)話框中可看到，一個(gè)荷載由4項(xiàng)內(nèi)容組成：荷載類(lèi)型、荷載方向、荷載值和所屬工況。

圖11 梁鋼筋圖

荷載類(lèi)型有10種，可選擇的12種工況為：重力恒、重力活、水壓力、土壓力、預(yù)應(yīng)力、雪、升溫、降溫、人防、施工、消防和風(fēng)荷載。如圖10為板荷載管理界面。

5.2 Revit模型計(jì)算分析

利用Revit模型進(jìn)行計(jì)算分析的設(shè)計(jì)思路主要是，將搭建的三維模型通過(guò)構(gòu)件剖分形成有限元模型，并生成相應(yīng)格式標(biāo)準(zhǔn)的計(jì)算數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)于模型文件中。計(jì)算完成后，將有限元模型再次轉(zhuǎn)換為三維模型，整個(gè)過(guò)程不會(huì)對(duì)原有的三維模型產(chǎn)生影響。實(shí)現(xiàn)這一過(guò)程需要先解決計(jì)算模型與施工圖模型的統(tǒng)一問(wèn)題。GSRevit通過(guò)在形成有限元模型時(shí)智能判斷如何分段來(lái)實(shí)現(xiàn)施工圖模型的直接計(jì)算，保證計(jì)算模型和施工圖模型的統(tǒng)一。

5.3 自動(dòng)成圖編制

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是通過(guò)計(jì)算軟件進(jìn)行計(jì)算分析后，再進(jìn)行設(shè)計(jì)圖紙的表達(dá)。利用計(jì)算數(shù)據(jù)自動(dòng)形成設(shè)計(jì)圖的技術(shù)要點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

1)讀取GSSAP、PKPM、YJK等結(jié)構(gòu)計(jì)算軟件的計(jì)算結(jié)果；

2)將構(gòu)件計(jì)算內(nèi)力、配筋信息參數(shù)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到結(jié)構(gòu)構(gòu)件中，并利用Revit標(biāo)簽工具表達(dá)到設(shè)計(jì)圖面中；

3)根據(jù)計(jì)算結(jié)果實(shí)現(xiàn)梁、墻構(gòu)件的自動(dòng)分段，對(duì)屬于同一跨梁或同一墻肢的構(gòu)件自動(dòng)合并；

4)為梁、墻、板、柱各類(lèi)結(jié)構(gòu)構(gòu)件創(chuàng)建鋼筋標(biāo)記族，利用共享參數(shù)功能將鋼筋信息表達(dá)到設(shè)計(jì)圖面中；

收集了全國(guó)各地設(shè)計(jì)企業(yè)的繪圖方法，開(kāi)發(fā)了出圖習(xí)慣設(shè)置和一套施工圖自動(dòng)成圖功能，用于滿足不同地區(qū)的圖面表達(dá)要求。如圖11所示，為軟件自動(dòng)生成梁鋼筋圖的表達(dá)樣例。

6 小結(jié)

本文針對(duì)設(shè)計(jì)企業(yè)開(kāi)展BIM正向設(shè)計(jì)工作存在的困難，結(jié)合現(xiàn)階段BIM軟件發(fā)展現(xiàn)狀、設(shè)計(jì)企業(yè)BIM技術(shù)的應(yīng)用水平、CAD模式下的專(zhuān)業(yè)協(xié)同情況，對(duì)實(shí)現(xiàn)BIM正向設(shè)計(jì)的若干關(guān)鍵技術(shù)展開(kāi)研究。主要工作包括以下幾個(gè)方面：

1)編制設(shè)計(jì)企業(yè)《BIM正向設(shè)計(jì)項(xiàng)目管理指引》，引領(lǐng)工程設(shè)計(jì)管理人員，從BIM設(shè)計(jì)流程、設(shè)計(jì)崗位職責(zé)、質(zhì)量管理體系等多個(gè)層面，在BIM正向設(shè)計(jì)實(shí)施過(guò)程，思考和建設(shè)有效管理機(jī)制。

2)編制設(shè)計(jì)企業(yè)《BIM正向設(shè)計(jì)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》，將從模型管理、設(shè)計(jì)流程內(nèi)容、三維設(shè)計(jì)方法等方面，指導(dǎo)專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)人員快速掌握BIM正向設(shè)計(jì)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)BIM正向設(shè)計(jì)過(guò)程的逐層進(jìn)階。

3)研發(fā)出基于Revit平臺(tái)的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)系統(tǒng)GSRevit。主要用于解決結(jié)構(gòu)快速建模、直接計(jì)算、自動(dòng)成圖及裝配式結(jié)構(gòu)深化設(shè)計(jì)等需求，從而滿足建筑結(jié)構(gòu)BIM正向設(shè)計(jì)需要。

4)提出的基于BIM正向設(shè)計(jì)的新型信息化管理平臺(tái)及業(yè)務(wù)邏輯，以及數(shù)模分離式的存儲(chǔ)架構(gòu)及業(yè)務(wù)信息流轉(zhuǎn)的方法，將為BIM正向設(shè)計(jì)協(xié)調(diào)平臺(tái)的建設(shè)提供理論基礎(chǔ)。