淺析深化設(shè)計(jì)中BIM技術(shù)的應(yīng)用研究

陳鵬 吳渝玲

［摘 要］本文對(duì)比分析BIM技術(shù)與傳統(tǒng)CAD以及基于BIM技術(shù)的深化設(shè)計(jì)與傳統(tǒng)深化設(shè)計(jì)的區(qū)別，從而體現(xiàn)BIM技術(shù)在深化設(shè)計(jì)中的應(yīng)用價(jià)值。同時(shí)，通過實(shí)際工程案例，展現(xiàn)基于BIM技術(shù)的深化設(shè)計(jì)應(yīng)用情況，創(chuàng)建應(yīng)用分析模型和制訂深化設(shè)計(jì)的流程。利用基于BIM技術(shù)的深化設(shè)計(jì)模式通過Revit，Bimmake等軟件平臺(tái)實(shí)現(xiàn)工程建設(shè)項(xiàng)目深化設(shè)計(jì)的應(yīng)用，查找施工圖紙的錯(cuò)誤并標(biāo)注具體位置，整理為設(shè)計(jì)圖紙問題報(bào)告。本文的研究旨在為建筑領(lǐng)域BIM技術(shù)深化設(shè)計(jì)提供可供借鑒的實(shí)踐依據(jù)。

［關(guān)鍵詞］BIM技術(shù)；建筑信息模型；深化設(shè)計(jì)

［中圖分類號(hào)］TU文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

1 BIM技術(shù)及深化設(shè)計(jì)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(xiàng)目的全過程，并且現(xiàn)實(shí)信息和參數(shù)的變化跟模型是同步進(jìn)行的，避免了因?yàn)樾畔⒙﹤髋c傳達(dá)誤差帶來的設(shè)計(jì)矛盾。新加坡的BIM指南指出了這一點(diǎn)：BIM的意義在于，當(dāng)模型建立時(shí)，由于各個(gè)參與方在同一個(gè)交流平臺(tái)，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(duì)BIM標(biāo)準(zhǔn)設(shè)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(zhǔn)備好的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)；項(xiàng)目的所有參與者都可以根據(jù)此模型開展活動(dòng)；確保數(shù)據(jù)選擇，更新和更正順利進(jìn)行。

BIM的概念可以用三句話來概況：建筑工程中各種設(shè)施的功能性特點(diǎn)和物理性特點(diǎn)的數(shù)字化體現(xiàn)；在模型的基礎(chǔ)上，動(dòng)態(tài)應(yīng)用模型幫助設(shè)計(jì)、建造、運(yùn)營、造價(jià)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(shè)計(jì)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(chǎng)實(shí)際情況，來對(duì)設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行調(diào)整、完善、細(xì)化、補(bǔ)充的設(shè)計(jì)過程。經(jīng)過深化的設(shè)計(jì)圖紙，可以滿足設(shè)計(jì)師的要求，并且在相關(guān)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)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(dǎo)意義，為現(xiàn)場(chǎng)安裝施工奠定良好的基礎(chǔ)。

深化設(shè)計(jì)是工程項(xiàng)目或產(chǎn)品設(shè)計(jì)的中、后期細(xì)化工作，在概念設(shè)計(jì)方案確認(rèn)后，就進(jìn)入深化設(shè)計(jì)階段。在進(jìn)行項(xiàng)目深化設(shè)計(jì)的過程中，需要對(duì)設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行深化完善，以更好的指導(dǎo)具體的施工，滿足施工中對(duì)各種細(xì)節(jié)的要求。

2 基于BIM技術(shù)的深化設(shè)計(jì)與傳統(tǒng)深化設(shè)計(jì)的區(qū)別

2.1 傳統(tǒng)深化設(shè)計(jì)無法實(shí)現(xiàn)可視化

在以往對(duì)設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)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(shè)計(jì)人員要發(fā)揮出各自的技能和專業(yè)優(yōu)勢(shì)，也就是各個(gè)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(shí)踐中也常常會(huì)出現(xiàn)一些預(yù)料之外的情況，如果工程在施工完畢之后無法達(dá)到業(yè)主的要求，仍然需要進(jìn)行返工處理和深化處理。

2.2 傳統(tǒng)深化設(shè)計(jì)無法進(jìn)行管綜碰撞檢查

在對(duì)一些大型工程進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中，需要對(duì)各種設(shè)備管線進(jìn)行設(shè)置，由于這些管線量多、繁瑣、冗雜，從而導(dǎo)致在不知管線時(shí)，各個(gè)管線和管線的結(jié)構(gòu)出現(xiàn)碰撞混亂的問題，給施工進(jìn)度和質(zhì)量造成非常大的干擾，同時(shí)也增加了施工成本，浪費(fèi)了大量的時(shí)間和精力，嚴(yán)重的還會(huì)造成安全事故[1]。

2.3 深化設(shè)計(jì)的作用

BIM技術(shù)在進(jìn)行深化設(shè)計(jì)的過程中，可以從以下幾個(gè)方面實(shí)施。

2.3.1 進(jìn)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(gè)工程各個(gè)階段的面貌在模型中準(zhǔn)確呈現(xiàn)出來，并且更加直觀、真實(shí)，各個(gè)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(jìn)行碰撞檢測(cè)、便于合理布局

二維圖紙沒有辦法將工程中各個(gè)系統(tǒng)之間的關(guān)系進(jìn)行呈現(xiàn)，因?yàn)槎S設(shè)計(jì)圖紙中并不能預(yù)見一些可能會(huì)發(fā)生的問題，所以，在施工時(shí)會(huì)導(dǎo)致設(shè)計(jì)人員無法準(zhǔn)確、全面的對(duì)一些管線碰撞問題進(jìn)行解決[2]。但是，通過BIM技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)管線綜合平衡設(shè)計(jì)，利用軟件中的碰撞檢測(cè)技術(shù)將可能出現(xiàn)的問題進(jìn)行提前呈現(xiàn)，為設(shè)計(jì)人員、施工人員、業(yè)主展現(xiàn)更為直觀的問題，便于他們進(jìn)行溝通交流，找出解決方案，從而減少實(shí)際施工中因?yàn)楣芫€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(jìn)行設(shè)備參數(shù)復(fù)核計(jì)算，為設(shè)備參數(shù)的選型提供正確的依據(jù)

在安裝機(jī)電系統(tǒng)時(shí)，因?yàn)楦鱾€(gè)管線綜合平衡設(shè)計(jì)以及精裝修調(diào)整，會(huì)對(duì)一些管線的布置進(jìn)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(huì)對(duì)原有的系統(tǒng)參數(shù)產(chǎn)生影響。在以往的深化設(shè)計(jì)中是利用二維設(shè)計(jì)圖紙來進(jìn)行參數(shù)復(fù)合計(jì)算的，平面圖和實(shí)際施工完畢的系統(tǒng)會(huì)出現(xiàn)非常大的出入，影響到計(jì)算結(jié)構(gòu)的準(zhǔn)確性。如果出入比較大，勢(shì)必會(huì)造成浪費(fèi)資源的問題，如果參數(shù)偏小將會(huì)影響到該系統(tǒng)工作的正常運(yùn)行[3]。但是，借助于BIM技術(shù)，在繪制好機(jī)電系統(tǒng)模型之后，只需要在鼠標(biāo)上點(diǎn)擊幾下，就可以進(jìn)行各種計(jì)算。如果BIM模型發(fā)生了變化，計(jì)算結(jié)果也會(huì)自動(dòng)更新，提供準(zhǔn)確的最終計(jì)算數(shù)據(jù)和結(jié)果。

3 案例應(yīng)用

3.1 工程概況

善思樓及實(shí)訓(xùn)區(qū)域整個(gè)地下車庫總建筑面積31483.08平方米，該建筑樓主要用于學(xué)校實(shí)訓(xùn)及辦公，建筑工程等級(jí)為一級(jí)，基礎(chǔ)形式為獨(dú)立基礎(chǔ)和樁基礎(chǔ)，主體結(jié)構(gòu)為框架結(jié)構(gòu)。實(shí)訓(xùn)樓，場(chǎng)地位于校園東部，場(chǎng)地西面是已建成的體育館和室外運(yùn)動(dòng)場(chǎng)，南面為擬建科技孵化樓二次報(bào)建，北面為緣化和成渝高速公路東面為興龍大道。場(chǎng)地西面有7米寬的已建成的校內(nèi)消防車道路。場(chǎng)地經(jīng)過平基，基本成為平地高差不大己具有良好的建設(shè)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(shè)計(jì)地面到平屋面的高度。[4]

3.2 BIM技術(shù)在深化設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

3.2.1 BIM深化設(shè)計(jì)難點(diǎn)分析

3.2.1.1 建筑地下車庫具有面積大、管線排布復(fù)雜、協(xié)調(diào)難度高等特點(diǎn)，傳統(tǒng)設(shè)計(jì)手段難以應(yīng)付。因?yàn)樵O(shè)計(jì)中的設(shè)計(jì)階段并沒有對(duì)機(jī)電管線綜合進(jìn)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(duì)深化后的圖紙進(jìn)行進(jìn)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(fù)雜的機(jī)電系統(tǒng)管線布置會(huì)干擾到后期機(jī)電設(shè)備的安裝質(zhì)量和效率。

3.2.1.3 局部細(xì)節(jié)和構(gòu)件節(jié)點(diǎn)二維深化設(shè)計(jì)無法實(shí)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(tuán)隊(duì)在對(duì)各個(gè)專業(yè)圖紙進(jìn)行詳細(xì)分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合Revit軟件對(duì)該工程進(jìn)行了三維模型構(gòu)建。在建模時(shí)要先進(jìn)行結(jié)構(gòu)模型和建筑模型的建立，然后在此基礎(chǔ)上進(jìn)行其他設(shè)備管線模型的建立，并結(jié)合各個(gè)專業(yè)的施工要求來對(duì)不合理的地方進(jìn)行調(diào)整、避讓，最后匯成文檔出圖。設(shè)備管線的建模與調(diào)整、避讓其實(shí)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(shè)計(jì)

3.2.2.2.1 碰撞檢查

在確保工程建筑施工質(zhì)量的同時(shí)，按照裝修設(shè)計(jì)中對(duì)吊頂高度的要求，進(jìn)行了各個(gè)模型深化設(shè)計(jì)，并且還對(duì)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(jìn)行管線的調(diào)整完善。之后，借助于Revit軟件對(duì)機(jī)電管線碰撞點(diǎn)進(jìn)行檢測(cè)，并生成最終結(jié)果。如果碰撞的結(jié)果比較簡單，即可進(jìn)行內(nèi)部消化處理；如果需要對(duì)公共區(qū)域的凈高進(jìn)行調(diào)整，則要及時(shí)和設(shè)計(jì)方、業(yè)務(wù)、總包等進(jìn)行商討，在確定方案后，進(jìn)行模型調(diào)整，確定不再出現(xiàn)碰撞問題后，形成機(jī)電管線模型圖。[7]

3.2.2.2.2 優(yōu)化設(shè)計(jì)

對(duì)模型中的機(jī)電工程建筑結(jié)構(gòu)和豎井進(jìn)行碰撞檢測(cè)。要先對(duì)梁柱結(jié)構(gòu)和管線主體方向進(jìn)行校驗(yàn)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(jìn)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(yù)留洞，需要進(jìn)行記錄，并形成碰撞結(jié)果。校驗(yàn)時(shí)，如果出現(xiàn)預(yù)留孔和管道區(qū)域不相匹配的問題，需要對(duì)模型進(jìn)行調(diào)整修改，同時(shí)還要對(duì)模型中預(yù)留孔口進(jìn)行修補(bǔ)，以此來滿足管道區(qū)域的需求。在對(duì)豎井進(jìn)行碰撞時(shí)，需要對(duì)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(shè)計(jì)

實(shí)訓(xùn)樓的一處連廊設(shè)計(jì)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(gè)主軸的慣性距差非常大，所以，只能在腹板平面中應(yīng)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(yīng)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(diǎn)的影響，截面兩個(gè)主軸的慣性差距非常大，所以其應(yīng)用范圍非常小，在選擇時(shí)需要結(jié)合設(shè)計(jì)圖紙來選擇。使用時(shí)還要結(jié)合化學(xué)性能、力學(xué)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(biāo)高檢查過濾器，并按照要求設(shè)置管線的最低標(biāo)高，同時(shí)對(duì)過濾器顯示顏色進(jìn)行設(shè)置，在使用過濾器后，如果比設(shè)置的標(biāo)高管線低，就會(huì)通過相應(yīng)的顏色顯示出來。

其次，構(gòu)建天花板平面，并設(shè)置規(guī)范的標(biāo)高，然后對(duì)天花板和相關(guān)機(jī)電管線的距離進(jìn)行碰撞檢測(cè)，找出不符合凈高的位置。這一操作減少了人工成本和時(shí)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(duì)各個(gè)管線進(jìn)行科學(xué)合理的布置，在滿足使用要求的同時(shí)提高美觀性，實(shí)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(fù)雜交錯(cuò)的問題，在和設(shè)計(jì)方、業(yè)務(wù)和專業(yè)顧問進(jìn)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(fēng)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(shí)現(xiàn)了布局的美觀合理。

3.2.2.2.5 給排水綜合優(yōu)化

當(dāng)我們?cè)诮＿^程中面對(duì)風(fēng)管與橋架、水管同時(shí)相交時(shí)，當(dāng)水、風(fēng)兩個(gè)系統(tǒng)交叉時(shí)，誰應(yīng)該在上、誰應(yīng)該在下、誰應(yīng)該直行、誰應(yīng)該跨越這方面問題時(shí)，我們的解決措施按照從上到下先為風(fēng)，再為水的原則。風(fēng)管的截面比較大，因此，在綜合布置時(shí)要對(duì)風(fēng)管的走向和標(biāo)高考慮進(jìn)入，并且還要對(duì)口徑比較大的水管位置進(jìn)行分析，避免風(fēng)管和大口徑出現(xiàn)多次交叉、轉(zhuǎn)彎的問題，既可以減少風(fēng)、水流動(dòng)性的阻力問題，也可以減少水、風(fēng)管道產(chǎn)生氣阻、喘震、水擊等問題。[10]

當(dāng)在建模過程中遇到管線排布的問題時(shí)，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(fēng)管優(yōu)先、水管后之，橋架在上、水管在下的原則。因?yàn)檫x擇不同的施工材料，也會(huì)導(dǎo)致整個(gè)施工節(jié)點(diǎn)圖、施工出現(xiàn)問題，所以，在進(jìn)行深化設(shè)計(jì)的過程中，要對(duì)那些重點(diǎn)的施工位置和環(huán)境進(jìn)行詳細(xì)化的分析調(diào)整，以保障施工圖紙的科學(xué)性、完善性，確保施工質(zhì)量和效率。

參考文獻(xiàn)

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

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

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

［4］王珺.BIM理念及BIM軟件在建設(shè)項(xiàng)目中的應(yīng)用研究［D］.成都：西南交通大學(xué)，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(qiáng)，楊楊，劉貴華.BIM在土建應(yīng)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(tuán)隊(duì)［J］.工程質(zhì)量，2013，31? ?（2）：47-50.

［8］劉保石.打造BIM技術(shù)團(tuán)隊(duì)促進(jìn)企業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)［N］.建筑時(shí)報(bào)，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(xué)? ?碩士，2010.

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