BIM技術(shù)在商業(yè)燃?xì)夤艿拦こ淘O(shè)計(jì)應(yīng)用中的探索

上海燃?xì)夤こ淘O(shè)計(jì)研究有限公司 肖詩凡 王 健

隨著科技的發(fā)展，工程數(shù)字化的不斷進(jìn)步，各個(gè)行業(yè)得到了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，建筑工程造型多樣化和管線管道的錯(cuò)綜復(fù)雜化使得 BIM 技術(shù)在三維設(shè)計(jì)、可視化、多專業(yè)之間的協(xié)同應(yīng)用顯得更有優(yōu)勢。目前BIM技術(shù)項(xiàng)目的應(yīng)用情況主要體現(xiàn)在方案策劃、設(shè)計(jì)和施工等階段，尤其是應(yīng)用在建筑、結(jié)構(gòu)、暖通、電氣和給排水等專業(yè)。而作為市政配套的燃?xì)鈱I(yè)，BIM技術(shù)在其中的應(yīng)用較少。筆者作為燃?xì)夤艿涝O(shè)計(jì)行業(yè)的一線工作人員，通過對(duì)BIM技術(shù)的理論學(xué)習(xí)、特點(diǎn)學(xué)習(xí)和技術(shù)學(xué)習(xí)，在對(duì)燃?xì)夤艿廊S設(shè)計(jì)做進(jìn)一步探討和研究的基礎(chǔ)上，結(jié)合具體工程案例對(duì) BIM 技術(shù)在燃?xì)庠O(shè)計(jì)階段的應(yīng)用進(jìn)行了一些研究和探索。本文的研究結(jié)論可以作為燃?xì)夤艿涝O(shè)計(jì)、施工和運(yùn)維等相關(guān)工作中引入BIM技術(shù)的依據(jù)。

1 BIM技術(shù)特點(diǎn)

建筑信息模型 BIM(Building Information Modeling)，是利用數(shù)字模型對(duì)建設(shè)項(xiàng)目進(jìn)行設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營和管理的過程，BIM具有以下幾個(gè)主要特點(diǎn)[1]：

1.1 模型信息化

模型的信息化主要體現(xiàn)在三方面：

(1) 整個(gè)模型除了有三維信息外，還包括各種工程信息、設(shè)計(jì)信息、施工信息、造價(jià)信息、維護(hù)信息等，整個(gè)模型信息具有完備性。

(2) 信息模型中的對(duì)象可以識(shí)別且相互關(guān)聯(lián)。如果模型中某個(gè)對(duì)象發(fā)生變化，與之關(guān)聯(lián)的所有對(duì)象都會(huì)隨之更新，以保持模型信息的一致性。

(3) 在整個(gè)建筑生命期的不同階段，模型對(duì)象可以修改和擴(kuò)展，無需重新創(chuàng)建，同一信息無需重復(fù)輸入，模型信息是一致的，保證了信息的一致性。

1.2 可視化

BIM提供了可視化的思路，“所見即所得”。原來的設(shè)計(jì)是 CAD二維設(shè)計(jì)模式，平面圖和系統(tǒng)圖無法實(shí)時(shí)聯(lián)動(dòng)，而BIM設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了平面圖、立面圖、剖面圖的三維聯(lián)動(dòng)，真實(shí)并且形象。BIM設(shè)計(jì)更具應(yīng)用價(jià)值的是項(xiàng)目設(shè)計(jì)、建造、運(yùn)營過程中的溝通、討論和決策都能在可視化的狀態(tài)下進(jìn)行。

1.3 參數(shù)化

BIM技術(shù)是創(chuàng)建模型和分析模型，核心就是建立參數(shù)變量。通過改變模型中的參數(shù)值，驅(qū)動(dòng)模型的改變和更新，大大提高模型的生成和修改速度。

1.4 協(xié)調(diào)性

協(xié)調(diào)性一直是建筑業(yè)工作中的重點(diǎn)內(nèi)容。在設(shè)計(jì)時(shí)，BIM建筑信息模型可在建筑物建造前期將各專業(yè)模型匯集在一個(gè)整體中，進(jìn)行碰撞檢查并生成碰撞檢測報(bào)告及協(xié)調(diào)數(shù)據(jù)。

1.5 模擬性

BIM不僅可以模擬設(shè)計(jì)出建筑物模型，還可以模擬實(shí)際操作。

1.6 優(yōu)化性

項(xiàng)目設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營的整個(gè)過程其實(shí)就是一個(gè)不斷優(yōu)化的過程?；贐IM模型所提供的準(zhǔn)確信息，配合與其配套的各種優(yōu)化工具，可以把項(xiàng)目設(shè)計(jì)和投資回報(bào)分析結(jié)合起來，計(jì)算出設(shè)計(jì)方案對(duì)投資回報(bào)的影響，方便業(yè)主知道項(xiàng)目的哪個(gè)設(shè)計(jì)方案更有利于自身的需求，同時(shí)可以提前對(duì)設(shè)計(jì)的施工方案進(jìn)行優(yōu)化，大大縮短了工期，降低了造價(jià)。

1.7 可出圖性

運(yùn)用 BIM 技術(shù)可以自動(dòng)生成建筑各專業(yè)的二維設(shè)計(jì)圖紙，而且這些圖紙中的構(gòu)件與模型實(shí)體始終保持關(guān)聯(lián)。模型發(fā)生變化，圖紙也隨之變化，從而保證圖紙的正確性。

1.8 三維聯(lián)動(dòng)性

BIM技術(shù)有強(qiáng)大的三維表示功能。BIM除了可以在設(shè)計(jì)階段實(shí)時(shí)查看和拆分模型外，還可以轉(zhuǎn)換為輕量化模型的形式，在設(shè)計(jì)交底階段快速生成所需要的三維視圖，可視化的結(jié)果提高了工作效率。在施工階段，BIM也可以快速生成局部平面視圖、局部三維視圖和施工大樣圖，方便相關(guān)施工工作人員快速理解設(shè)計(jì)意圖，減少錯(cuò)漏，從而提高了溝通效率。

2 BIM設(shè)計(jì)探索

BIM設(shè)計(jì)的建設(shè)路徑，主要從以下5個(gè)方面進(jìn)行考慮并開展相應(yīng)的培訓(xùn)工作。

2.1 BIM概念學(xué)習(xí)

基于 BIM 基本概念的學(xué)習(xí)，包括國內(nèi)外先進(jìn)的BIM技術(shù)理論知識(shí)，國家數(shù)字化總體建設(shè)政策和地方城市數(shù)字化轉(zhuǎn)型政策。

2.2 BIM標(biāo)準(zhǔn)制定

目前國內(nèi)缺乏BIM正向設(shè)計(jì)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，即該設(shè)計(jì)缺乏相關(guān)依據(jù)。為了保證正向設(shè)計(jì)成果質(zhì)量，建立企業(yè)級(jí)BIM正向設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)體系必不可少，包括《燃?xì)釨IM建模標(biāo)準(zhǔn)》《燃?xì)釨IM出圖標(biāo)準(zhǔn)》和《燃?xì)釨IM審查標(biāo)準(zhǔn)》。

2.3 BIM族庫建設(shè)

BIM族庫建設(shè)主要包括用氣設(shè)備、燃?xì)獗?、各類閥門、各類材質(zhì)等定制化族庫的制作，綜合后形成總的BIM族庫管理平臺(tái)。

2.4 BIM族軟件和模塊設(shè)計(jì)

現(xiàn)有主流BIM軟件、Revit軟件等不能完全符合現(xiàn)有階段燃?xì)庠O(shè)計(jì)的出圖要求，如統(tǒng)計(jì)材料生成格式、出圖等都需要進(jìn)行二次開發(fā)工作后才能符合目前出圖要求。根據(jù)現(xiàn)有工作模式，可以開發(fā)一套電子審圖工具，并通過搭建基于BIM的設(shè)計(jì)協(xié)同管理平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)在線瀏覽BIM模型、數(shù)據(jù)交互、質(zhì)量管理、變更管理、成果歸檔等功能模塊。其中各功能模塊應(yīng)達(dá)到以下要求：

(1) 在線瀏覽BIM模型模塊。模型經(jīng)過輕量化后上傳至設(shè)計(jì)協(xié)同管理平臺(tái)，各權(quán)限方可以隨時(shí)隨地在線瀏覽模型，實(shí)時(shí)了解BIM設(shè)計(jì)相關(guān)情況。

(2) 數(shù)據(jù)交互模塊。將建筑、燃?xì)?、燃?xì)鈭?bào)警等多個(gè)專業(yè)在平臺(tái)中進(jìn)行數(shù)據(jù)交互整合，快速發(fā)現(xiàn)不同專業(yè)間的沖突和碰撞。

(3) 質(zhì)量管理(在線審查)模塊。在 BIM 評(píng)審過程中，可直接在平臺(tái)上發(fā)現(xiàn)BIM模型標(biāo)注的問題，并自動(dòng)記錄標(biāo)注的位置和視角，推送給相關(guān)責(zé)任人進(jìn)行修改。

(4) 變更管理模塊?？梢暬瘜?duì)比不同版本模型的變更記錄，使模型版本變化歷史一目了然。

(5) 成果歸檔模塊。建立以項(xiàng)目為單元，權(quán)限清晰的設(shè)計(jì)文檔管理系統(tǒng)，形成完善的BIM設(shè)計(jì)成果資源庫。

2.5 BIM試點(diǎn)項(xiàng)目

具備工作條件后，尋找試點(diǎn)項(xiàng)目或者試點(diǎn)團(tuán)隊(duì)，一方面磨合設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)，另一方面逐漸引導(dǎo)市場的需求、引導(dǎo)市場對(duì)于數(shù)字化的適應(yīng)能力，讓市場體驗(yàn)到數(shù)字化帶來的便捷性。逐步增加各階段的應(yīng)用場景，實(shí)現(xiàn)從特殊項(xiàng)目到一般項(xiàng)目的應(yīng)用。

3 項(xiàng)目實(shí)例

3.1 項(xiàng)目概況

位于上海市中心的某大型商業(yè)綜合體項(xiàng)目，占地面積約20萬m3，地下2層，地上8層。其中中壓燃?xì)忮仩t位于地下1層，低壓燃?xì)夤艿烙?個(gè)立管系統(tǒng)，總長度約4.28 km。該項(xiàng)目應(yīng)用BIM設(shè)計(jì)，期望在設(shè)計(jì)階段應(yīng)用 BIM 技術(shù)減少與其他管線的碰撞，并應(yīng)用可視化性指導(dǎo)施工應(yīng)用，同時(shí)快速出圖以及統(tǒng)計(jì)燃?xì)夤艿赖墓こ塘?，提高設(shè)計(jì)人員的效率和準(zhǔn)確性。

3.2 模型創(chuàng)建

該項(xiàng)目BIM技術(shù)采用Revit這款專業(yè)的三維設(shè)計(jì)軟件，設(shè)計(jì)人員可以根據(jù)自己的經(jīng)驗(yàn)和習(xí)慣快速創(chuàng)建三維可視化設(shè)計(jì)成果，生成剖面圖、平面圖、系統(tǒng)圖、設(shè)備材料表等。相比二維圖設(shè)計(jì)階段提高了設(shè)計(jì)效率。模型創(chuàng)建分為三部分，建筑模型、燃?xì)夤艿滥Ｐ?、燃?xì)庠O(shè)備模型。其中建筑模型至少應(yīng)包括墻、梁、板、柱、門窗、樓梯等構(gòu)件，管道模型至少應(yīng)包括燃?xì)夤艿?、管道附件、管道閥門、燃?xì)獗?、燃?xì)庠O(shè)備等。

3.3 BIM出圖

Revit軟件的特點(diǎn)是可以從任何角度剖切模型，得到所需要的剖面視圖和平面視圖。設(shè)計(jì)人員在平面圖添加所需要的標(biāo)注、尺寸等關(guān)鍵信息，滿足出圖的標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)局部三維視圖滿足可視化的表達(dá)。

3.4 材料統(tǒng)計(jì)

Revit軟件可以提取模型中的材料信息，包括管道長度、管件數(shù)量、閥門數(shù)量等主要材料。通過具體的清單設(shè)置，可以自定義顯示所需要的模型構(gòu)件數(shù)量，還可以將生成的材料表格導(dǎo)出生成Excel的形式。燃?xì)鉄o縫鋼管管道材料表見表1。

表1 燃?xì)鉄o縫鋼管管道材料

3.5 BIM設(shè)計(jì)表達(dá)及施工提升

將 BIM 三維設(shè)計(jì)引入到燃?xì)夤艿涝O(shè)計(jì)的應(yīng)用中，能在設(shè)計(jì)階段減少燃?xì)夤艿赖呐鲎矄栴}，提高工作效率，提升設(shè)計(jì)質(zhì)量。三維模型可視化的圖紙表達(dá)方式，顯示出復(fù)雜的空間結(jié)構(gòu)和燃?xì)夤艿琅挪挤绞?，有利于提升施工人員的理解。同時(shí)，應(yīng)用BIM技術(shù)進(jìn)行施工進(jìn)度模擬，與實(shí)際進(jìn)度進(jìn)行對(duì)比后幫助施工管理人員管理施工進(jìn)度。施工階段中把相關(guān)造價(jià)信息添加到模型屬性中，便于工程造價(jià)人員進(jìn)行價(jià)格的計(jì)算。

4 BIM設(shè)計(jì)存在的問題

通過對(duì)燃?xì)夤艿廊S設(shè)計(jì)的探討，筆者總結(jié)出目前BIM設(shè)計(jì)中存在的幾點(diǎn)問題[2]。

(1) 軟件接口不完善。目前設(shè)計(jì)院實(shí)際工作中，一般建筑模塊采用天正、結(jié)構(gòu)模塊采用盈建科、機(jī)電模塊采用MagiCAD和Revit等多種軟件。單個(gè)軟件不能滿足設(shè)計(jì)需求，而多個(gè)軟件之間如何進(jìn)行數(shù)據(jù)交互就成了解決問題的關(guān)鍵點(diǎn)。統(tǒng)一數(shù)據(jù)格式是目前BIM設(shè)計(jì)的一大難題。

(2) BIM 三維設(shè)計(jì)軟件相對(duì)于二維設(shè)計(jì)軟件，需要更多的底層數(shù)據(jù)，更細(xì)致的圖像表達(dá)，更精確的分析處理，這就意味著需要性能更強(qiáng)的電腦硬件。同時(shí)，正向設(shè)計(jì)是一個(gè)協(xié)作的過程，各專業(yè)間需要流暢的協(xié)同平臺(tái)。

(3) 軟件協(xié)同性不夠。目前軟件繁多而雜亂且不能滿足目前的出圖需求，需要一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一的平臺(tái)限定族類型，從而提高圖紙質(zhì)量。

(4) 國內(nèi)BIM標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范不夠完善。近年來，全國各地相繼推出地方性的BIM標(biāo)準(zhǔn)，缺乏統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。直至2017年7月1日，GB/T 51212－2016《建筑信息模型應(yīng)用統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》才正式實(shí)施。

(5) 管理體系不完善。BIM 正向設(shè)計(jì)改變了設(shè)計(jì)協(xié)同的過程，改變了設(shè)計(jì)交付的格式，但其管理體系目前還不夠完善，缺乏實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

(6) 出圖審圖規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)不完善。二維與三維表達(dá)存在差異，導(dǎo)致三維出圖的精度、表達(dá)形式不確定。沒有出圖審圖標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，審圖人員無法直接從三維中判斷是否符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，只能通過二維的標(biāo)注來審核。

5 結(jié)語

在燃?xì)獍l(fā)展歷程中，燃?xì)鈶?yīng)用已得到了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，但傳統(tǒng)燃?xì)庠O(shè)計(jì)的特點(diǎn)和作業(yè)方式限制了燃?xì)馐┕ぬ嵘实牟椒?。?duì)于設(shè)計(jì)院來說，BIM設(shè)計(jì)除了能提升設(shè)計(jì)質(zhì)量外，還可以增加可觀的設(shè)計(jì)附加價(jià)值，從而提升自己在整個(gè)項(xiàng)目運(yùn)作過程中的地位及設(shè)計(jì)項(xiàng)目的利潤率。同時(shí)，還可以加強(qiáng)設(shè)計(jì)單位與施工單位的深度合作，加強(qiáng)項(xiàng)目的深化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目精細(xì)化運(yùn)作。BIM設(shè)計(jì)工作的建設(shè)，可以培養(yǎng)一批數(shù)字化交付設(shè)計(jì)人才，為企業(yè)全面實(shí)現(xiàn)數(shù)字化轉(zhuǎn)型做充足的準(zhǔn)備。同時(shí)，通過企業(yè)BIM建設(shè)的不斷完善，相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)可以轉(zhuǎn)化為行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)而形成地方標(biāo)準(zhǔn)，甚至國家級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的建設(shè)工作。