基于BIM市場產(chǎn)品現(xiàn)狀的正向設(shè)計方案探索

王 婧

(中鐵工程設(shè)計咨詢集團(tuán)有限公司，北京 100055)

1 BIM技術(shù)國內(nèi)外發(fā)展情況

1.1 各階段的BIM產(chǎn)品

數(shù)據(jù)信息的創(chuàng)建、傳遞、存儲都離不開軟硬件的支持，軟硬件的進(jìn)步也離不開對數(shù)據(jù)信息的進(jìn)一步探索。目前，具有國際和行業(yè)影響力并應(yīng)用于中國市場的BIM核心建模軟件有Revit Architecture/Structural/MEP、Bentley Architecture/Structural/Mechanical、Archi CAD三種。應(yīng)用于民用建筑的建模軟件主要是Revit及Bentley旗下的系列產(chǎn)品，國內(nèi)一些軟件公司通過二次開發(fā)的方式，正在逐步完善與Revit和Bentley數(shù)據(jù)信息的交互，其中包括方案設(shè)計軟件Sketchup、Rhino；結(jié)構(gòu)計算軟件PKPM、YJK；機(jī)電分析軟件博超和鴻業(yè)；深化設(shè)計軟件探索者；造價管理軟件魯班等。近幾年，一些設(shè)計院聯(lián)合高校、研究機(jī)構(gòu)及軟件開發(fā)商，進(jìn)行符合國內(nèi)設(shè)計習(xí)慣的軟件開發(fā)，并取得了一定的研究成果。

1.2 數(shù)據(jù)交互

IFC[15](Industry Foundation Class)是ISO認(rèn)證的、為建筑業(yè)各種軟件提供數(shù)據(jù)格式及信息交換的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，具有開放性、穩(wěn)定性、完整性等特點，其內(nèi)容主要包括工程信息描述和工程信息獲取。工作方式為：軟件A生成IFC標(biāo)準(zhǔn)模型；軟件B得到軟件A生成的IFC文件后，解析IFC文件的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，生成適用于本身的模型。市面上各個相對獨立的軟件公司多以這種方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞、資源共享。目前，國際上宣稱支持 IFC 標(biāo)準(zhǔn)的軟件高達(dá) 200 多款[3]，但通過Building SMART官方認(rèn)證的只有一部分[4]。因此，需要各大軟件廠商進(jìn)一步加強相關(guān)項目的開發(fā)力度，使得其平臺能夠更好地依附于IFC，以保證BIM全生命周期底層基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的交換得以實現(xiàn)。

1.3 BIM法律法規(guī)

早在2000年左右，美國、英國[5]、日本[6]等就已經(jīng)開始制訂BIM的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。2006年，《General Building Information》率先發(fā)布，相繼又有《Handover Guide》及《BIM Guide Series》出臺[8]。2007年，依據(jù)IFC系列標(biāo)準(zhǔn)，美國發(fā)布了NBIMS第一版標(biāo)準(zhǔn)；2012年，在參考標(biāo)準(zhǔn)、信息交換、應(yīng)用等的基礎(chǔ)上，Building SMART聯(lián)盟對其進(jìn)行了修訂和補充，以此作為第二版NBIMS進(jìn)行發(fā)布；后續(xù)的第三版又在原有版本基礎(chǔ)上增加了模塊內(nèi)容。在IFC標(biāo)準(zhǔn)及NBIMS標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，英國頒布了適用于英國建筑業(yè)的BIM標(biāo)準(zhǔn)，并于2010年出臺了《AEC(UK) BIM Standard for Autodesk Revit》標(biāo)準(zhǔn)，次年9月又發(fā)布了Bentley平臺標(biāo)準(zhǔn)。早在1995年，日本就已經(jīng)開始推動建筑業(yè)的相關(guān)信息化工作，2012年，日本建筑學(xué)會JIA(Japanese Institute Architects)以設(shè)計師視角為出發(fā)點，發(fā)布了JIA BIM，明確了人員組織架構(gòu)及責(zé)任分配，并在此基礎(chǔ)上調(diào)整了原有的設(shè)計流程。

2000年初，中國提出要建立建設(shè)領(lǐng)域的信息化系統(tǒng)，表1展示了我國近幾年編制和出臺的一些相關(guān)法律條文[7]。

表1 國內(nèi)相關(guān)的法律條文

2 基于BIM的鐵路公共建筑正向設(shè)計

2.1 產(chǎn)品選擇

鐵路公共建筑不僅是某建筑物內(nèi)各專業(yè)的面狀承載，還包括地形、地貌等數(shù)據(jù)的寫入。因此，鐵路建筑BIM設(shè)計對軟件的運載需求更大。與此同時，鐵路房屋需要根據(jù)不同使用功能，大批量產(chǎn)出并沿鐵路線進(jìn)行放置，相較于其它的民用或工業(yè)建筑，具有較高的重復(fù)使用率。由于需要配合整條鐵路的運維，對軟件的運行速度有較高的需求。故需要從如下幾個方面對[9]Revit[10]與Bentley系列軟件進(jìn)行比選。

(1)承載能力與運行速度

Autodesk[11]公司旗下二維設(shè)計軟件AutoCAD在二維圖形處理方面能力顯著，隸屬于其旗下的Revit軟件沿用了其二維設(shè)計AutoCAD的存儲方式(也就是為保證其運行速度，如果不執(zhí)行“保存”命令，所有完成的模型都寫在內(nèi)存里，執(zhí)行“保存”命令后，才會把內(nèi)存的文件寫入到硬盤)。而Bentley[12]的做法與其不同，使用者在MicroStation上建立的一些東西，不需要手動“保存”就可以直接將內(nèi)容寫入到硬盤。在三維設(shè)計中，數(shù)據(jù)量顯著增加，采用Revit軟件的大量數(shù)據(jù)被保存在內(nèi)存里，內(nèi)存就會經(jīng)常出現(xiàn)不夠用，從而造成“卡死”的狀況，嚴(yán)重影響軟件的運行及使用效率。而MicroStation直接把已經(jīng)建立好的圖形寫入到硬盤，內(nèi)存被釋放出來做其他的工作，在處理大體積文件時，MicroStation的運行速度就會遠(yuǎn)快于Revit。鐵路行業(yè)信息存載量一般較大，故Bentley系列產(chǎn)品更適用于鐵路公共建筑設(shè)計。

(2)建模方式

Autodesk公司試圖用一款核心軟件覆蓋整個民用建筑的BIM市場，其功能較為單一。而Bentley公司則是在MicroStation的基礎(chǔ)上二次開發(fā)出Open Building Designer(簡稱OBD)。其功能及定位與Revit相似，但與其不同的是，在OBD軟件系列中，還有更細(xì)致的劃分。安裝OBD后，電腦上會出現(xiàn)適用于不同設(shè)計人員的建筑應(yīng)用、結(jié)構(gòu)應(yīng)用、機(jī)電應(yīng)用、電氣應(yīng)用等軟件，并且每一個單獨的軟件都包括了MicroStation本身的基礎(chǔ)功能，不同專業(yè)之間都可以互相調(diào)用，使得設(shè)計工作更加便捷。

(3)模型庫及復(fù)雜界面的應(yīng)用

對于異形構(gòu)建，采用Revit原生軟件建模較為困難，此時需要借助第三方插件—Dynamo。 2017年后，Revit集成了Dynamo，基本解決了復(fù)雜模型的創(chuàng)建問題，且各大設(shè)計網(wǎng)站上也提供了大批量的Revit模型庫，下載、使用都非常方便。另一方面，OBD以MicroStation為基礎(chǔ)，可以針對不同的需求，完成復(fù)雜模型的建立，但其在建筑業(yè)普及度較低，資源相對匱乏。

(4)專業(yè)交互方式

Bentley旗下還有與OBD開發(fā)思路相同的其他專業(yè)軟件，如鐵路的OpenRail、公路的OpenRoad、橋梁的OpenBridge等，其文件格式均為DGN格式，專業(yè)間都可以用MicroStation讀取及編輯，真正做到了平臺及數(shù)據(jù)格式的統(tǒng)一。

綜上所述，京張高速鐵路公共建筑宜以Bentley平臺下的產(chǎn)品為主，并配合Revit族及其它系列軟件，進(jìn)行統(tǒng)一設(shè)計、管理與運營。

2.2 工程實例

根據(jù)Bentley平臺的特點，以及市面上一些基于Bentley軟件進(jìn)行的二次開發(fā)軟件及IFC轉(zhuǎn)換軟件，在京張高鐵項目中，初步擬定一套以Bentley為核心的建模軟件，用于鐵路公共建筑設(shè)計。設(shè)計步驟如下。

(1)建筑專業(yè)：通過OBD，開放建筑軸網(wǎng)、層高、房屋功能及各建筑面層數(shù)據(jù)。

(2)結(jié)構(gòu)及水暖專業(yè)：接到建筑專業(yè)的數(shù)據(jù)后，結(jié)構(gòu)專業(yè)通過PKPM及YJK實現(xiàn)向Bentley平臺模型的轉(zhuǎn)換，部分模型庫可以調(diào)用Revit族庫進(jìn)行快速建模；水、暖、電專業(yè)可利用Revit上二次開發(fā)的插件進(jìn)行錄入，并轉(zhuǎn)換成DGN文件。

(3)各專業(yè)進(jìn)行深化設(shè)計并賦予模型幾何及非幾何屬性信息。

(4)各專業(yè)將模型上傳至Bentley旗下協(xié)同設(shè)計軟件ProjectWise，以便于碰撞檢查及各專業(yè)協(xié)同工作。

(5)總裝專業(yè)：按鐵路標(biāo)段進(jìn)行模型總裝并上傳，在計劃位置放置模型，與鐵路其他專業(yè)進(jìn)行匯合。

通過以上步驟，可完成鐵路公共建筑與鐵路其它專業(yè)在同一平臺上的協(xié)同設(shè)計并實現(xiàn)了數(shù)據(jù)格式的統(tǒng)一，專業(yè)間可以及時相互調(diào)用、相互參考，及時發(fā)現(xiàn)并反饋問題和及時更改。

3 面對困難與展望

3.1 面臨問題

現(xiàn)階段，許多BIM項目只是作為輔助措施，沒有絕對需求，從而造成其成本遠(yuǎn)高于實用價值，不能得到廣泛的認(rèn)可；對BIM的認(rèn)知參差不齊，思路不統(tǒng)一，沒有對BIM進(jìn)行良好的普及；現(xiàn)有的法律法規(guī)尚不能完全支持BIM合同框架的正式建立，責(zé)任追究等功能需進(jìn)一步完善。

3.2 期待展望

隨著各行各業(yè)信息化的快速發(fā)展，鐵路建筑信息化也在與時俱進(jìn)，BIM技術(shù)終將給建設(shè)領(lǐng)域帶來革命性的作用，BIM的管理理念也在慢慢深入人心，鐵路建筑業(yè)與物聯(lián)網(wǎng)的融合也將掀起一股應(yīng)用的大潮。BIM+GIS[16]也是發(fā)展的一個趨勢，大量復(fù)雜的BIM模型需要高效、便捷、標(biāo)準(zhǔn)化的可視化管理，從而提升工程質(zhì)量和投資效益[13-16]。