BIM模型智能審查技術(shù)研究與城市軌道交通工程應(yīng)用*

高樂財(cái)，王國光，曾派永，曾 敏，趙修艮

（1.中國電建集團(tuán)華東勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司，浙江 杭州 311122；2.浙江華東工程數(shù)字技術(shù)有限公司，浙江 杭州311122；3.浙江省工程數(shù)字化技術(shù)研究中心，浙江 杭州 310014）

隨著BIM技術(shù)在國內(nèi)外的推廣和應(yīng)用，以三維數(shù)字化技術(shù)為基礎(chǔ)，將建筑工程全生命周期的各類信息加以整合并進(jìn)行有效管理已成為一種全新設(shè)計(jì)模式。與此同時(shí)，在全新設(shè)計(jì)模式下，人們對(duì)BIM模型的要求也逐漸從“做出來看的可視化模型”轉(zhuǎn)變?yōu)椤翱梢哉嬲脕碛玫男畔⒛Ｐ汀盵1]。這種全新三維設(shè)計(jì)模式指不完全利用既有成果進(jìn)行導(dǎo)向性設(shè)計(jì)，核心設(shè)計(jì)工作以BIM思維搭建協(xié)同工程框架，所有設(shè)計(jì)信息均搭載在BIM模型的工作模式[2]。這種模式下的工程項(xiàng)目勢必會(huì)產(chǎn)生大量的BIM模型，模型綜合質(zhì)量水平將決定應(yīng)用深度及價(jià)值實(shí)現(xiàn)程度。

基于BIM模型的應(yīng)用，要以BIM模型具有足夠的建模深度、良好的模型質(zhì)量以及符合行業(yè)規(guī)范要求為前提，滿足模型審查方面的功能需求。但與傳統(tǒng)的圖紙成果審查相比，因模型和圖紙的信息表現(xiàn)狀態(tài)不盡相同，按照傳統(tǒng)圖紙審查的流程與方式直接轉(zhuǎn)變的人工BIM模型審查存在效率、全面性、客觀性、一致性等利弊問題，因此研究一種針對(duì)BIM模型完整性、合規(guī)性等質(zhì)量方面進(jìn)行智能審查的方法至關(guān)重要[3]。經(jīng)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，相比國外，我國基于信息技術(shù)的BIM模型智能審查方法還尚處于探索研究階段，針對(duì)BIM模型智能審查的軟件工具也還比較少見。

1 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀

目前國內(nèi)外城市軌道交通行業(yè)BIM應(yīng)用主流軟件平臺(tái)為Autodesk系列和Bentley系列。其中，Navisworks和Navigator兩個(gè)軟件均提供了碰撞檢查、審查批注等模型審查工具，可支持常規(guī)的管線綜合等單項(xiàng)應(yīng)用，但缺乏針對(duì)BIM模型設(shè)計(jì)全過程的審查工具，以下通過分析國內(nèi)外相關(guān)產(chǎn)品，總結(jié)目前數(shù)字化審查產(chǎn)品的邏輯方法及缺陷。

1.1 國外相關(guān)產(chǎn)品現(xiàn)狀

芬蘭Solibri公司的Solibri Model Checker軟件主要用于建筑信息模型的完整性、建筑質(zhì)量協(xié)同化驗(yàn)證、物理安全分析等各方面的檢查和分析[3]。同時(shí)，它已經(jīng)初步實(shí)現(xiàn)基于內(nèi)嵌在程序中的單專業(yè)設(shè)計(jì)合規(guī)性檢查代碼，對(duì)多條消防疏散類規(guī)范進(jìn)行設(shè)計(jì)準(zhǔn)確性檢查[4]。Solibri Model Checker側(cè)重于建筑、結(jié)構(gòu)專業(yè)的檢查，在機(jī)電專業(yè)等方面涉及內(nèi)容有限。

韓國的慶熙大學(xué)、韓國智能建筑以及韓吉爾信息技術(shù)有限責(zé)任公司聯(lián)合21所合作的研究機(jī)構(gòu)正在致力于研究一套基于BIM的設(shè)計(jì)質(zhì)量評(píng)估系統(tǒng)，目前只完成其概念框架的設(shè)計(jì)以及未來目標(biāo)的定位。該系統(tǒng)集質(zhì)量檢查、標(biāo)準(zhǔn)優(yōu)化、信息提取、成果提交以及設(shè)計(jì)協(xié)調(diào)于一體，還融入了節(jié)能設(shè)計(jì)的理念，主要分為簡要評(píng)估、成本、協(xié)作、檢驗(yàn)、邏輯及提交等板塊[5]。

1.2 國內(nèi)相關(guān)產(chǎn)品現(xiàn)狀

廣聯(lián)達(dá)BIM審圖是廣聯(lián)達(dá)公司旗下的一款專業(yè)的BIM審查類軟件。目前支持Revit、Tekla Structure（Xsteel）、MagiCAD等主流BIM建模軟件以及廣聯(lián)達(dá)算量軟件，以國內(nèi)建筑行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)，針對(duì)設(shè)計(jì)和施工準(zhǔn)備的常規(guī)審圖，提供了諸如碰撞檢查結(jié)果分析管理、門窗開啟、空間凈高、樓梯規(guī)范檢查等多種規(guī)則檢查模式。廣聯(lián)達(dá)BIM審圖軟件優(yōu)勢在于本土技術(shù)和適應(yīng)性，但其檢查規(guī)則多為系統(tǒng)內(nèi)置，不利于增加和組合，很難滿足設(shè)計(jì)過程中的多樣需求[5]。

魯班云模型檢查是魯班公司基于云的應(yīng)用產(chǎn)物，通過云端及時(shí)更新知識(shí)規(guī)則庫，保證用戶第一時(shí)間使用最新的功能和規(guī)則，具備屬性合理性、建模遺漏、建模合理性、自定義檢查等大類功能。其優(yōu)勢更偏向于國內(nèi)第三方BIM咨詢單位進(jìn)行建模再進(jìn)行圖模一致性檢查及后續(xù)應(yīng)用的工作模式，在單專業(yè)設(shè)計(jì)合規(guī)性檢查及交付模型數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)檢查方面也有一定涉及。

湖南省BIM審查系統(tǒng)是構(gòu)力科技承擔(dān)研發(fā)的中國首個(gè)省級(jí)BIM數(shù)字化審查系統(tǒng)。其基于BIM智能化審查技術(shù)、結(jié)構(gòu)化自然語言編制了領(lǐng)域規(guī)則庫，研發(fā)了BIM輔助審查工具，目前已具備建筑、結(jié)構(gòu)、水、暖、電、人防、消防、節(jié)能及裝配式等專業(yè)的三維輔助審查和結(jié)構(gòu)、建筑消防專業(yè)部分條款的智能審查功能。

1.3 BIM模型智能審查工具的方法及邏輯

通過對(duì)國內(nèi)外BIM模型智能審查軟件的評(píng)估研究，發(fā)現(xiàn)各軟件工具的基本思路大同小異，基本都分成四個(gè)階段：規(guī)則翻譯階段、模型提取階段、審查計(jì)算階段、審查結(jié)果階段[6]。

因國內(nèi)行業(yè)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的差異性，目前審查工具邏輯中第一階段規(guī)則翻譯會(huì)一定程度受限于行業(yè)規(guī)范的差異及規(guī)范條款的可翻譯性，導(dǎo)致研發(fā)運(yùn)維工作巨大；因國內(nèi)BIM業(yè)務(wù)模式的多樣性，目前審查工具邏輯中第二階段模型提取會(huì)受制于模型深度影響，國內(nèi)特有的第三方BIM單位“翻?！惫ぷ髂Ｊ揭欢ǔ潭壬虾茈y保障模型所包含信息完整程度；而第三階段與第四階段主要受限于規(guī)則與信息之間對(duì)比及分析技術(shù)的影響。

2 BIM模型智能審查工具研發(fā)

2.1 不同階段BIM模型成果要求分析

BIM標(biāo)準(zhǔn)是三維協(xié)同設(shè)計(jì)的綱領(lǐng)性文件，是指導(dǎo)和規(guī)范數(shù)字工程實(shí)施管理的準(zhǔn)繩，也是技術(shù)落地的保障。型參考、標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置及存儲(chǔ)管理、重復(fù)性等檢查，有利于設(shè)計(jì)成果數(shù)字化交付和模型全生命周期管理。

2.2 BIM模型智能審查工具實(shí)施方法

根據(jù)不同階段的BIM模型成果要求的分析，經(jīng)過需求論證、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、demo溝通、開發(fā)交底、編碼測試等環(huán)節(jié)，研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)了BimStation Checker工具，可面向工程項(xiàng)目多個(gè)階段、多個(gè)專業(yè)，對(duì)BIM模型進(jìn)行全面性智能審查，給出BIM模型質(zhì)量方面具體客觀的評(píng)價(jià)，為后續(xù)BIM模型深度應(yīng)用提供工具支持。BimStation Checker工具的方法步驟如圖1所示。城市軌道交通工程專業(yè)覆蓋多，各專業(yè)之間關(guān)系錯(cuò)綜復(fù)雜，構(gòu)建行業(yè)領(lǐng)域的信息模型標(biāo)準(zhǔn)體系，用標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范和解決工程信息模型創(chuàng)建、編碼、交付有關(guān)的技術(shù)問題和三維協(xié)同項(xiàng)目實(shí)施有關(guān)的管理問題，是實(shí)現(xiàn)軌道交通工程三維協(xié)同設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。

圖1 BimStation Checker工具整體研究框架圖

中國電建華東勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司（以下簡稱華東院）作為國內(nèi)領(lǐng)先的三維協(xié)同設(shè)計(jì)解決方案供應(yīng)商，基于近20年的基建領(lǐng)域工程項(xiàng)目三維協(xié)同設(shè)計(jì)技術(shù)和管理標(biāo)準(zhǔn)化經(jīng)驗(yàn)，已在紹興、成都、深圳等城市軌道交通工程項(xiàng)目中建立成套的BIM標(biāo)準(zhǔn)體系，涵蓋應(yīng)用指南、實(shí)施管理、協(xié)同管理、模型成果、數(shù)據(jù)編碼、模型審查、數(shù)字化交付等方面，指導(dǎo)了相關(guān)工程項(xiàng)目三維協(xié)同設(shè)計(jì)的實(shí)施，提高了城市軌道交通工程BIM應(yīng)用成果質(zhì)量和工作實(shí)效，為BIM模型智能審查的研究奠定了重要基礎(chǔ)。

通過分析上述標(biāo)準(zhǔn)中不同階段BIM模型成果要求、BIM模型審查要求，數(shù)字化審查大致可分為以下三大類。

（1）單專業(yè)設(shè)計(jì)合規(guī)性檢查：用于初步設(shè)計(jì)、施工圖設(shè)計(jì)、深化設(shè)計(jì)階段等設(shè)計(jì)階段，旨在對(duì)設(shè)計(jì)模型是否符合相關(guān)國家、行業(yè)及地方設(shè)計(jì)規(guī)范的專業(yè)性審查，含疏散路徑檢驗(yàn)、凈高檢驗(yàn)、無障礙環(huán)境空間驗(yàn)證、門窗正常使用空間驗(yàn)證、空間可視域校驗(yàn)、特殊面積檢查、管線連接有效性檢查等。

（2）多專業(yè)協(xié)同性檢查：用于設(shè)計(jì)及施工階段，基于“碰撞檢查”功能延伸出針對(duì)各專業(yè)間的凈高分析、協(xié)同一致性、協(xié)調(diào)性檢查，含各專業(yè)模型間接口檢查、差異分析、管線綜合、大型設(shè)備運(yùn)輸路徑檢查等涉及空間關(guān)系、施工要素的檢查。

（3）交付模型數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)檢查：用于各階段交付，旨在對(duì)模型進(jìn)行BIM技術(shù)性審查，含對(duì)模型的命名、幾何信息、基本屬性信息、專業(yè)屬性信息、編碼信息、模

（1）分析相關(guān)國家及行業(yè)的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、國家及行業(yè)的BIM標(biāo)準(zhǔn)建立檢查規(guī)則池，按照相關(guān)分類方式形成規(guī)則庫，通過語法分析、語義分析等自然語言處理技術(shù)把規(guī)則轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)語言。

（2）對(duì)軌道交通BIM模型進(jìn)行分析、提出信息，得到適用于模型智能審查的中間格式。

（3）通過檢查規(guī)則代碼與中間格式模型的計(jì)算分析，生成BIM模型智能審查結(jié)果頁面，審查結(jié)果與模型構(gòu)件層聯(lián)動(dòng)，具備及時(shí)反饋定位能力，可支持用戶及時(shí)修訂模型等。

（4）針對(duì)審查結(jié)果，基于行業(yè)或者企業(yè)模板，生成專業(yè)格式的審查報(bào)告。

（5）通過對(duì)大量審查報(bào)告的大數(shù)據(jù)分析、整理等數(shù)據(jù)挖掘，檢查原有規(guī)則庫并不斷迭代規(guī)則庫，完善BIM模型智能審查工具。

2.3 BIM模型智能審查工具介紹

BimStation Checker工具主要包括基礎(chǔ)工具、屬性檢查、合規(guī)性檢查、分析類檢查四大功能模塊。

（1）基礎(chǔ)工具包含快速清理、ID定位元素、顯示構(gòu)件信息設(shè)置、構(gòu)件信息展示框。在設(shè)計(jì)過程中，需要實(shí)時(shí)查看模型構(gòu)件基本信息，例如構(gòu)件的尺寸以及定位。目前在OpenBuildings軟件中，構(gòu)件信息顯示工具將“元素信息”中的部分常用信息提取出來并轉(zhuǎn)換成符合設(shè)計(jì)習(xí)慣的表達(dá)樣式，支持用戶自定義顯示內(nèi)容，置于方便查看的位置，并固定在視圖上，如圖2所示。當(dāng)選中下一個(gè)構(gòu)件時(shí)，工具自動(dòng)更新構(gòu)件屬性信息，同時(shí)計(jì)算構(gòu)件標(biāo)高信息，以提高檢查效率。

圖2 構(gòu)件信息便捷顯示

（2）屬性檢查包含檢查規(guī)則設(shè)定、模型檢查、屬性完善、批量導(dǎo)入屬性。為滿足BIM模型后期工程量計(jì)算、材料查詢、施工管理及移交運(yùn)維等應(yīng)用，模型中構(gòu)件的關(guān)鍵工程屬性必須是完善的。模型檢查工具主要用于對(duì)模型屬性的漏缺檢查以及工程過程中第三方的模型抽查等，比如設(shè)計(jì)人員對(duì)設(shè)計(jì)模型材質(zhì)、設(shè)計(jì)參數(shù)等進(jìn)行檢查，施工人員對(duì)竣工模型中材料供應(yīng)商、實(shí)際材質(zhì)、設(shè)計(jì)參數(shù)檢查等，以及對(duì)構(gòu)件重復(fù)性進(jìn)行檢查，如圖3所示。屬性完善工具則是對(duì)檢查出來有錯(cuò)漏缺的構(gòu)件屬性進(jìn)行單個(gè)或批量補(bǔ)充。

圖3 模型屬性檢查

（3）合規(guī)性檢查包含檢查規(guī)則設(shè)置、模型檢查。通過檢查規(guī)則設(shè)置，內(nèi)置大量標(biāo)準(zhǔn)規(guī)則庫，支持用戶組合相應(yīng)的規(guī)則形成行業(yè)、專業(yè)、階段、應(yīng)用型的規(guī)則組；通過模型檢查完成計(jì)算分析，在結(jié)果頁面會(huì)自動(dòng)根據(jù)模型審查標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行問題等級(jí)分類，支持用戶自行調(diào)整問題等級(jí)，檢查項(xiàng)右鍵可反查、定位問題點(diǎn)。

（4）分析類檢查包括碰撞檢查分析、凈高分析等。碰撞檢查分析區(qū)別于常規(guī)的碰撞檢查，內(nèi)置20多種碰撞規(guī)則模板，支持用戶組合使用，也具備碰撞問題等級(jí)分類及反查功能；凈高分析工具能夠識(shí)別房間或樓板等區(qū)域，計(jì)算分析區(qū)域凈高及最小凈高構(gòu)件并輸出凈高分布圖，以不同顏色表示不同凈高區(qū)間，在施工深化設(shè)計(jì)階段用來進(jìn)行方案討論、優(yōu)化。

3 項(xiàng)目實(shí)踐應(yīng)用

紹興軌道交通1號(hào)線由主線和支線組成，總長34.1km，主要為地下線。工程總投資約240億元，于2017年1月開工，預(yù)計(jì)2021年6月全線完工，總工期約54個(gè)月。華東院受建設(shè)單位委托承擔(dān)紹興城市軌道交通1號(hào)線全線工程數(shù)字化技術(shù)應(yīng)用和總體咨詢管理工作。在項(xiàng)目建設(shè)過程中，華東院通過建設(shè)軌道交通工程數(shù)字化標(biāo)準(zhǔn)體系，搭建三維數(shù)字化協(xié)同設(shè)計(jì)與建設(shè)管理平臺(tái)，創(chuàng)新實(shí)現(xiàn)了建設(shè)單位對(duì)項(xiàng)目前期管理、設(shè)計(jì)管理、施工管理、移交管理等全要素的精細(xì)化管控。其中，工程造價(jià)應(yīng)用指施工單位基于設(shè)計(jì)單位移交的施工圖模型進(jìn)行基于BIM技術(shù)的工程量統(tǒng)計(jì)應(yīng)用，然后輕量化模型發(fā)布至項(xiàng)目建設(shè)管理平臺(tái)，通過與工程進(jìn)度的關(guān)聯(lián)，隨著項(xiàng)目實(shí)施推進(jìn)，系統(tǒng)讀取模型帶有的量價(jià)屬性生成實(shí)時(shí)已完成工程量清單，輔助工程造價(jià)管理。

該項(xiàng)目使用Bentley+華東院自主研發(fā)產(chǎn)品基于模型的工程量統(tǒng)計(jì)軟件解決方案，通過讀取模型中的工程分類屬性，自動(dòng)獲取映射的清單編碼，自動(dòng)編制或根據(jù)需要手動(dòng)編制清單項(xiàng)，批量給同類構(gòu)件掛清單，按照設(shè)定的計(jì)算規(guī)則，可直接由設(shè)計(jì)模型得到工程量清單，同時(shí)支持對(duì)接市面上主流計(jì)價(jià)軟件完成成本計(jì)算。

為保障基于BIM技術(shù)的工程量統(tǒng)計(jì)應(yīng)用及基于web技術(shù)的平臺(tái)BIM計(jì)算支付管理應(yīng)用正常的開展，故通過BimStation Checker工具對(duì)模型進(jìn)行應(yīng)用前的模型審查工作。施工單位進(jìn)場后，由設(shè)計(jì)單位移交施工圖模型及施工圖，施工單位接收資料后，對(duì)資料的完整性進(jìn)行復(fù)核。施工單位通過BimStation Checker工具進(jìn)行模型屬性完整性、模型重合性、構(gòu)件有效性等三個(gè)方面的審查，并反饋意見給設(shè)計(jì)單位。設(shè)計(jì)單位針對(duì)模型屬性缺少問題，通過工具中的模型屬性完善功能進(jìn)行補(bǔ)充；針對(duì)模型重復(fù)性及構(gòu)件有效性問題，通過意見文件導(dǎo)入審查工具快速定位問題點(diǎn)并修訂。在通過工具審查后的模型，施工單位可以基于模型進(jìn)行工程量統(tǒng)計(jì)應(yīng)用，并基于模型輕量化技術(shù)發(fā)布至項(xiàng)目管理平臺(tái)，開展計(jì)量支付等造價(jià)應(yīng)用?；贐imStation Checker工具的模型智能審查如圖4所示，整個(gè)流程如圖5所示。

圖4 基于BimStation Checker工具的模型智能審查

圖5 基于BimStation Checker工具的實(shí)際應(yīng)用全過程流程

4 結(jié)論

文章分析在城市軌道交通工程三維設(shè)計(jì)模式下不同階段的BIM模型成果技術(shù)要求，研究開發(fā)BIM模型智能審查工具（BimStation Checker），并基于項(xiàng)目實(shí)例對(duì)工具進(jìn)行了實(shí)踐應(yīng)用，具體如下：（1）BimStation Checker通過屬性、合規(guī)性、分析類三種維度的檢查，可在一定程度上確保模型應(yīng)用的質(zhì)量。（2）基于BIM標(biāo)準(zhǔn)、國家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)開展BIM模型審查，是帶動(dòng)參建各方參與BIM應(yīng)用的新契機(jī)。（3）后續(xù)可以考慮將設(shè)計(jì)性原則與構(gòu)件進(jìn)行智能匹配，達(dá)到在模型創(chuàng)建或維護(hù)過程中具備相應(yīng)的提醒機(jī)制，類似程序開發(fā)工具中的代碼實(shí)時(shí)翻譯并檢查語法錯(cuò)誤的功能，將大量設(shè)計(jì)問題提前封閉在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中。（4）根據(jù)國內(nèi)項(xiàng)目的現(xiàn)狀及云計(jì)算發(fā)展趨勢，可以考慮建立云端的智能檢查系統(tǒng)，在線進(jìn)行模型審查，有利于模型審查的標(biāo)準(zhǔn)化流程、軟硬件配置、模型版本管控等。（5）可以思考能否引入AI和大數(shù)據(jù)技術(shù)，通過后臺(tái)對(duì)BIM模型智能審查工具使用過程中案例數(shù)據(jù)的挖掘、分析，補(bǔ)充完善規(guī)則庫資源池，進(jìn)一步提高智能審查識(shí)別的精確性。