淺析深化設計中BIM技術(shù)的應用研究

陳鵬 吳渝玲

［摘 要］本文對比分析BIM技術(shù)與傳統(tǒng)CAD以及基于BIM技術(shù)的深化設計與傳統(tǒng)深化設計的區(qū)別，從而體現(xiàn)BIM技術(shù)在深化設計中的應用價值。同時，通過實際工程案例，展現(xiàn)基于BIM技術(shù)的深化設計應用情況，創(chuàng)建應用分析模型和制訂深化設計的流程。利用基于BIM技術(shù)的深化設計模式通過Revit，Bimmake等軟件平臺實現(xiàn)工程建設項目深化設計的應用，查找施工圖紙的錯誤并標注具體位置，整理為設計圖紙問題報告。本文的研究旨在為建筑領(lǐng)域BIM技術(shù)深化設計提供可供借鑒的實踐依據(jù)。

［關(guān)鍵詞］BIM技術(shù)；建筑信息模型；深化設計

［中圖分類號］TU文獻標志碼：A

1 BIM技術(shù)及深化設計的概念

BIM技術(shù)的概念最早是由美國的Autodesk公司在2002年提出的。BIM技術(shù)打破了傳統(tǒng)的建筑技術(shù)利用3D模型來展示項目的全過程，并且現(xiàn)實信息和參數(shù)的變化跟模型是同步進行的，避免了因為信息漏傳與傳達誤差帶來的設計矛盾。新加坡的BIM指南指出了這一點：BIM的意義在于，當模型建立時，由于各個參與方在同一個交流平臺，高質(zhì)量的信息共享可以解決參數(shù)變化的問題以及管道中的碰撞檢查，等等。在美國的NBIMS對BIM標準設定中明確指出，BIM是一種呈現(xiàn)建筑物理和作用的數(shù)字方式；確保建筑物獲得循環(huán)內(nèi)容共享，為此類工程決策準備好的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)；項目的所有參與者都可以根據(jù)此模型開展活動；確保數(shù)據(jù)選擇，更新和更正順利進行。

BIM的概念可以用三句話來概況：建筑工程中各種設施的功能性特點和物理性特點的數(shù)字化體現(xiàn)；在模型的基礎(chǔ)上，動態(tài)應用模型幫助設計、建造、運營、造價等階段提升工作效率，降低成本；在模型化基礎(chǔ)上，多維度、多參與信息的協(xié)同管理。

深化設計主要指的是，以原理圖和條件圖為基礎(chǔ)，結(jié)合建筑工程施工生產(chǎn)、現(xiàn)場實際情況，來對設計圖紙進行調(diào)整、完善、細化、補充的設計過程。經(jīng)過深化的設計圖紙，可以滿足設計師的要求，并且在相關(guān)的產(chǎn)品設計規(guī)范、生產(chǎn)以及其他方面的審查方面，都具有更加直觀性的指導意義，為現(xiàn)場安裝施工奠定良好的基礎(chǔ)。

深化設計是工程項目或產(chǎn)品設計的中、后期細化工作，在概念設計方案確認后，就進入深化設計階段。在進行項目深化設計的過程中，需要對設計圖紙進行深化完善，以更好的指導具體的施工，滿足施工中對各種細節(jié)的要求。

2 基于BIM技術(shù)的深化設計與傳統(tǒng)深化設計的區(qū)別

2.1 傳統(tǒng)深化設計無法實現(xiàn)可視化

在以往對設計圖紙進行深化的過程中，通常是借助2D圖紙來開展的，不同專業(yè)的技術(shù)人員和設計人員要發(fā)揮出各自的技能和專業(yè)優(yōu)勢，也就是各個專業(yè)的工作人員在分析相關(guān)信息后，形成了統(tǒng)一的深化意見。即便如此，在實踐中也常常會出現(xiàn)一些預料之外的情況，如果工程在施工完畢之后無法達到業(yè)主的要求，仍然需要進行返工處理和深化處理。

2.2 傳統(tǒng)深化設計無法進行管綜碰撞檢查

在對一些大型工程進行設計的過程中，需要對各種設備管線進行設置，由于這些管線量多、繁瑣、冗雜，從而導致在不知管線時，各個管線和管線的結(jié)構(gòu)出現(xiàn)碰撞混亂的問題，給施工進度和質(zhì)量造成非常大的干擾，同時也增加了施工成本，浪費了大量的時間和精力，嚴重的還會造成安全事故[1]。

2.3 深化設計的作用

BIM技術(shù)在進行深化設計的過程中，可以從以下幾個方面實施。

2.3.1 進行三維可視化，從而精確定位

利用BIM三維技術(shù)可以將整個工程各個階段的面貌在模型中準確呈現(xiàn)出來，并且更加直觀、真實，各個管線結(jié)構(gòu)也更加清晰明了，能夠很好地將問題暴露出來，并采取有效的解決方法。

2.3.2 可進行碰撞檢測、便于合理布局

二維圖紙沒有辦法將工程中各個系統(tǒng)之間的關(guān)系進行呈現(xiàn)，因為二維設計圖紙中并不能預見一些可能會發(fā)生的問題，所以，在施工時會導致設計人員無法準確、全面的對一些管線碰撞問題進行解決[2]。但是，通過BIM技術(shù)可以實現(xiàn)管線綜合平衡設計，利用軟件中的碰撞檢測技術(shù)將可能出現(xiàn)的問題進行提前呈現(xiàn)，為設計人員、施工人員、業(yè)主展現(xiàn)更為直觀的問題，便于他們進行溝通交流，找出解決方案，從而減少實際施工中因為管線碰撞而返工的問題，避免施工變更，提高施工效率、質(zhì)量，減少施工成本。

2.3.3 進行設備參數(shù)復核計算，為設備參數(shù)的選型提供正確的依據(jù)

在安裝機電系統(tǒng)時，因為各個管線綜合平衡設計以及精裝修調(diào)整，會對一些管線的布置進行調(diào)整，所以，無法避免出現(xiàn)一些彎頭、長度發(fā)生變化的管線，這就會對原有的系統(tǒng)參數(shù)產(chǎn)生影響。在以往的深化設計中是利用二維設計圖紙來進行參數(shù)復合計算的，平面圖和實際施工完畢的系統(tǒng)會出現(xiàn)非常大的出入，影響到計算結(jié)構(gòu)的準確性。如果出入比較大，勢必會造成浪費資源的問題，如果參數(shù)偏小將會影響到該系統(tǒng)工作的正常運行[3]。但是，借助于BIM技術(shù)，在繪制好機電系統(tǒng)模型之后，只需要在鼠標上點擊幾下，就可以進行各種計算。如果BIM模型發(fā)生了變化，計算結(jié)果也會自動更新，提供準確的最終計算數(shù)據(jù)和結(jié)果。

3 案例應用

3.1 工程概況

善思樓及實訓區(qū)域整個地下車庫總建筑面積31483.08平方米，該建筑樓主要用于學校實訓及辦公，建筑工程等級為一級，基礎(chǔ)形式為獨立基礎(chǔ)和樁基礎(chǔ)，主體結(jié)構(gòu)為框架結(jié)構(gòu)。實訓樓，場地位于校園東部，場地西面是已建成的體育館和室外運動場，南面為擬建科技孵化樓二次報建，北面為緣化和成渝高速公路東面為興龍大道。場地西面有7米寬的已建成的校內(nèi)消防車道路。場地經(jīng)過平基，基本成為平地高差不大己具有良好的建設條件。建筑高度為建筑直通消防撲救道路的出入口的室外設計地面到平屋面的高度。[4]

3.2 BIM技術(shù)在深化設計中的應用

3.2.1 BIM深化設計難點分析

3.2.1.1 建筑地下車庫具有面積大、管線排布復雜、協(xié)調(diào)難度高等特點，傳統(tǒng)設計手段難以應付。因為原設計中的設計階段并沒有對機電管線綜合進行全面的考慮，再加上業(yè)主又提出了很多新的要求和想法，建筑工程的結(jié)構(gòu)經(jīng)過多次修改，所以，也需要對深化后的圖紙進行進一步的修改完善。[5]

3.2.1.2 受到建筑工程精裝凈高和層高的影響，復雜的機電系統(tǒng)管線布置會干擾到后期機電設備的安裝質(zhì)量和效率。

3.2.1.3 局部細節(jié)和構(gòu)件節(jié)點二維深化設計無法實現(xiàn)可視化，不利于施工效率的提升。

3.2.2 解決方案

3.2.2.1 BIM信息模型搭建

BIM技術(shù)團隊在對各個專業(yè)圖紙進行詳細分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合Revit軟件對該工程進行了三維模型構(gòu)建。在建模時要先進行結(jié)構(gòu)模型和建筑模型的建立，然后在此基礎(chǔ)上進行其他設備管線模型的建立，并結(jié)合各個專業(yè)的施工要求來對不合理的地方進行調(diào)整、避讓，最后匯成文檔出圖。設備管線的建模與調(diào)整、避讓其實是無法截然分開的過程，常常是一邊建模一邊調(diào)整避讓。[6]

3.2.2.2 管線碰撞檢查及優(yōu)化設計

3.2.2.2.1 碰撞檢查

在確保工程建筑施工質(zhì)量的同時，按照裝修設計中對吊頂高度的要求，進行了各個模型深化設計，并且還對管線綜合中，按照無壓管優(yōu)先，有壓管之后，大線管優(yōu)先，小線管之后，施工難度大優(yōu)先，施工難度小避讓的方式進行管線的調(diào)整完善。之后，借助于Revit軟件對機電管線碰撞點進行檢測，并生成最終結(jié)果。如果碰撞的結(jié)果比較簡單，即可進行內(nèi)部消化處理；如果需要對公共區(qū)域的凈高進行調(diào)整，則要及時和設計方、業(yè)務、總包等進行商討，在確定方案后，進行模型調(diào)整，確定不再出現(xiàn)碰撞問題后，形成機電管線模型圖。[7]

3.2.2.2.2 優(yōu)化設計

對模型中的機電工程建筑結(jié)構(gòu)和豎井進行碰撞檢測。要先對梁柱結(jié)構(gòu)和管線主體方向進行校驗碰撞，如果走向區(qū)域沒有出現(xiàn)碰撞位置即可。但是，如果出現(xiàn)了碰撞問題，就需要進行全面性調(diào)整；如果墻板構(gòu)建碰撞后發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)區(qū)域有預留洞，需要進行記錄，并形成碰撞結(jié)果。校驗時，如果出現(xiàn)預留孔和管道區(qū)域不相匹配的問題，需要對模型進行調(diào)整修改，同時還要對模型中預留孔口進行修補，以此來滿足管道區(qū)域的需求。在對豎井進行碰撞時，需要對保溫的位置留出保溫材料的防止空間，并且要保持和墻壁緊貼。

3.2.2.2.3 連廊的深化設計

實訓樓的一處連廊設計以鋼結(jié)構(gòu)工字鋼替換了傳統(tǒng)的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，不同類型、截面、尺寸的工字鋼，截面兩個主軸的慣性距差非常大，所以，只能在腹板平面中應用。受力的構(gòu)件或?qū)⑵浣M成結(jié)構(gòu)受力構(gòu)件。軸心受到壓力的構(gòu)建或者是和腹板平面相垂直的構(gòu)件都不能使用，所以，在選擇上的局限性比較大。工字鋼廣泛地應用于建筑或其他金屬結(jié)構(gòu)。普通工字鋼與輕型工字鋼受到自身規(guī)格特點的影響，截面兩個主軸的慣性差距非常大，所以其應用范圍非常小，在選擇時需要結(jié)合設計圖紙來選擇。使用時還要結(jié)合化學性能、力學性能、焊接性能、尺寸需求、結(jié)構(gòu)變化來選擇那些可以解決鋼筋混凝土支重大的工字鋼。[8]

3.2.2.2.4 凈高控制

首先，構(gòu)建標高檢查過濾器，并按照要求設置管線的最低標高，同時對過濾器顯示顏色進行設置，在使用過濾器后，如果比設置的標高管線低，就會通過相應的顏色顯示出來。

其次，構(gòu)建天花板平面，并設置規(guī)范的標高，然后對天花板和相關(guān)機電管線的距離進行碰撞檢測，找出不符合凈高的位置。這一操作減少了人工成本和時間投入，還提高了綜合排布的質(zhì)量和效率。[9]

在地下二層的公共車庫中，要對各個管線進行科學合理的布置，在滿足使用要求的同時提高美觀性，實現(xiàn)空間感。但是，在模型中出現(xiàn)了一車道交叉位置管線復雜交錯的問題，在和設計方、業(yè)務和專業(yè)顧問進行交流協(xié)商后，將車道位置的兩根冷凍水管移到車位的位置，以此來提高車道位置的凈高，橋架繞開冷凍水管的集中位置，風管也利用梁空上翻來讓冷凍水管從其下方的位置傳過去，避開了消防水管和冷凍水管的交叉碰撞，提供了更廣闊的使用空間，實現(xiàn)了布局的美觀合理。

3.2.2.2.5 給排水綜合優(yōu)化

當我們在建模過程中面對風管與橋架、水管同時相交時，當水、風兩個系統(tǒng)交叉時，誰應該在上、誰應該在下、誰應該直行、誰應該跨越這方面問題時，我們的解決措施按照從上到下先為風，再為水的原則。風管的截面比較大，因此，在綜合布置時要對風管的走向和標高考慮進入，并且還要對口徑比較大的水管位置進行分析，避免風管和大口徑出現(xiàn)多次交叉、轉(zhuǎn)彎的問題，既可以減少風、水流動性的阻力問題，也可以減少水、風管道產(chǎn)生氣阻、喘震、水擊等問題。[10]

當在建模過程中遇到管線排布的問題時，我們的解決方案是遵循無壓管優(yōu)先、有壓管后之，大管優(yōu)先、小管后之，風管優(yōu)先、水管后之，橋架在上、水管在下的原則。因為選擇不同的施工材料，也會導致整個施工節(jié)點圖、施工出現(xiàn)問題，所以，在進行深化設計的過程中，要對那些重點的施工位置和環(huán)境進行詳細化的分析調(diào)整，以保障施工圖紙的科學性、完善性，確保施工質(zhì)量和效率。

參考文獻

［1］楊東旭.基于BIM技術(shù)的施工可視化應用研究［D］.廣州：華南理工大學，2013.

［2］劉剛.施工企業(yè)BIM應用的勢、道、術(shù)［J］.建筑，2014（23）：40-41.

［3］程建華，王輝.項目管理中BIM技術(shù)的應用與推廣［J］.商業(yè)經(jīng)濟，2012? ?41（371）：18-60.

［4］王珺.BIM理念及BIM軟件在建設項目中的應用研究［D］.成都：西南交通大學，2011.

［5］張人友，王.BIM核心建模軟件概述［J］.工業(yè)建筑，2012（42）：67-73.

［6］張強，楊楊，劉貴華.BIM在土建應用中的探索［J］.城市建筑，2013（21）：222-223.

［7］]劉保石，賀靈童.建筑企業(yè)如何打造BIM技術(shù)團隊［J］.工程質(zhì)量，2013，31? ?（2）：47-50.

［8］劉保石.打造BIM技術(shù)團隊促進企業(yè)轉(zhuǎn)型升級［N］.建筑時報，2013（3）：1-2.

［9］張旭磊.基于BIM的模板及支撐工程CAD系統(tǒng)的研究［D］.北京：清華大學? ?碩士，2010.

［10］趙民琪，邢磊.BIM技術(shù)在管道預制加工中的應用［J］.安裝，2012，1（5）：55-59.