“雙碳”目標(biāo)下建筑專業(yè)推進(jìn)BIM正向設(shè)計(jì)教學(xué)實(shí)踐

李提蓮　趙遲

摘要：BIM技術(shù)是建筑數(shù)據(jù)的三維可視化建模載體，廣泛應(yīng)用于建筑數(shù)據(jù)描述領(lǐng)域。文章研究“雙碳”目標(biāo)下，建筑專業(yè)推進(jìn)BIM正向設(shè)計(jì)的教學(xué)探索與實(shí)踐，分析BIM正向設(shè)計(jì)推進(jìn)的難點(diǎn)與技巧，探究我國(guó)相關(guān)建筑專業(yè)處理三維碰撞、三維可視化問(wèn)題的路徑。

關(guān)鍵詞：雙碳；BIM正向設(shè)計(jì)；建筑專業(yè)

2021年，碳排放和碳達(dá)峰問(wèn)題被納入政府的工作報(bào)告內(nèi)容。在這種背景下，中國(guó)建筑行業(yè)必須對(duì)實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)做出調(diào)整，因?yàn)榻ㄖO(shè)計(jì)技術(shù)與中國(guó)實(shí)現(xiàn)的低碳環(huán)境目標(biāo)密不可分。

目前，我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展不斷深入，BIM技術(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于建筑設(shè)計(jì)、施工、計(jì)算、運(yùn)營(yíng)等全過(guò)程。而B(niǎo)IM正向設(shè)計(jì)是一種全新的全職業(yè)三維協(xié)作設(shè)計(jì)方式，在中國(guó)建設(shè)領(lǐng)域的應(yīng)用越來(lái)越受到重視。

一、BIM正向設(shè)計(jì)概述

（一）什么是BIM正向設(shè)計(jì)

BIM技術(shù)是建筑現(xiàn)代數(shù)字化模式和施工數(shù)字模式，是全新的建筑、施工、算量和運(yùn)維一體化的新技術(shù)。在傳統(tǒng)三維數(shù)據(jù)技術(shù)基礎(chǔ)上，整合建筑施工過(guò)程等相關(guān)數(shù)據(jù)形成的現(xiàn)代工程數(shù)據(jù)模型，實(shí)現(xiàn)了對(duì)建筑新數(shù)據(jù)技術(shù)的高效運(yùn)用。BIM是協(xié)調(diào)管理工作的基石，能有效提高建筑工程的效率，減少施工項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)和環(huán)境影響，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)環(huán)保建筑和可持續(xù)建筑。

BIM是建筑領(lǐng)域一項(xiàng)新型的數(shù)字化建筑設(shè)計(jì)方法，運(yùn)用虛擬建筑信息模型進(jìn)行全面的建筑與管道綜合監(jiān)控等工作，可以在工程設(shè)計(jì)階段盡量減少錯(cuò)漏碰缺，減少工程設(shè)計(jì)死角，提高設(shè)計(jì)品質(zhì)，完善管線綜合，并進(jìn)行工程設(shè)計(jì)完畢以后的一鍵算量。BIM徹底改變了過(guò)去從工程業(yè)主到建筑設(shè)計(jì)、建筑施工、算量、管理運(yùn)維中間的界限隔閡，可以管控建筑施工的整個(gè)生命周期，大大提高了施工效益，降低了施工風(fēng)險(xiǎn)，減少了資源耗費(fèi)。

（二）BIM正向設(shè)計(jì)的特點(diǎn)

1.可視化

可視化技術(shù)應(yīng)用在建筑行業(yè)可以達(dá)到“所見(jiàn)即所得”的作用。如在施工冬紙中，冬紙上的相關(guān)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)雖然是用二維曲線繪制的，但是面對(duì)建筑的復(fù)雜造型卻不能實(shí)現(xiàn)。而B(niǎo)IM施工技術(shù)模塊里的全部信息都是可視化的，它既可以呈現(xiàn)三維結(jié)果，又可以確保項(xiàng)目的設(shè)計(jì)、施工、算量、運(yùn)維等都在可視化階段進(jìn)行。因此，利用BIM技術(shù)可以將過(guò)去二維表示的建筑結(jié)構(gòu)，用三維或者立體實(shí)體的方式表現(xiàn)出來(lái)。在移動(dòng)終端小型化便攜式的技術(shù)大潮流下，BIM輕量化的設(shè)計(jì)模式能為展現(xiàn)工程設(shè)計(jì)效果和開(kāi)展實(shí)際施工提供很大便利。

2.協(xié)調(diào)性

在施工企業(yè)中，協(xié)調(diào)是一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。施工單位、企業(yè)、建筑設(shè)計(jì)單位等要齊心協(xié)力，才能順利地達(dá)成工程任務(wù)。而在施工過(guò)程中，各專業(yè)建筑設(shè)計(jì)人員往往無(wú)法做到合理協(xié)調(diào)，容易產(chǎn)生專業(yè)沖突，如布置暖通等專用管道時(shí)，或許會(huì)出現(xiàn)某地具有梁等結(jié)構(gòu)障礙物的布置狀態(tài)，從而造成施工矛盾。

利用BIM正向設(shè)計(jì)的協(xié)調(diào)性服務(wù)，可以及時(shí)地找到問(wèn)題并解決?；贐IM的正向設(shè)計(jì)可以在建筑設(shè)計(jì)階段全學(xué)科協(xié)同設(shè)計(jì)，利用三維信息模型設(shè)計(jì)的技術(shù)，處理各學(xué)科之間的相互碰撞問(wèn)題，并通過(guò)模擬設(shè)計(jì)，評(píng)估未來(lái)可能產(chǎn)生的問(wèn)題。另外，利用BIM的協(xié)調(diào)性特點(diǎn)也可以處理其他設(shè)計(jì)問(wèn)題，如建筑物的凈高控制、綜合管線信息設(shè)計(jì)、消防分區(qū)設(shè)計(jì)、地下排水設(shè)計(jì)等。

二、BIM正向設(shè)計(jì)的難點(diǎn)

第一，設(shè)計(jì)時(shí)間較長(zhǎng)。從CAD的輔助設(shè)計(jì)到Revit建模的復(fù)雜工作，在工期緊張的情況下，設(shè)計(jì)人員難以按時(shí)完成。目前的主流模式還是利用CAD制圖、Revit沖模進(jìn)行BIM正向設(shè)計(jì)。

第二，難以達(dá)到施工圖審查深度?，F(xiàn)在國(guó)內(nèi)建設(shè)工程設(shè)計(jì)文檔審核主要是通過(guò)文件和PDF電子文件，而不是Revit模型。就工程電力而言，Revit的重點(diǎn)在于BIM的構(gòu)建與應(yīng)用，而CAD對(duì)文檔的要求和規(guī)格的準(zhǔn)確性仍存在不足。

例如，Revit的平面資訊系統(tǒng)連接采用導(dǎo)線，不夠靈活，影響無(wú)線網(wǎng)絡(luò)之間的區(qū)別，并且會(huì)出現(xiàn)“飛線”現(xiàn)象，不符合現(xiàn)階段建筑文檔的內(nèi)容要求；若自動(dòng)生成平面的連接，必須設(shè)置控制系統(tǒng)，工程量很大，且生產(chǎn)設(shè)計(jì)圖紙不能滿足現(xiàn)階段工程的深度需求。因此，建筑設(shè)計(jì)工作人員通常使用詳示線進(jìn)行系統(tǒng)間的連接，但詳示線具有線型小，有故障時(shí)不能自行斷開(kāi)的缺陷，增加了平面圖的繪制難度。

第三，處理三維碰撞問(wèn)題。從工程設(shè)計(jì)管理視角來(lái)看，Revit核心為可視化工程設(shè)計(jì)，在工程設(shè)計(jì)階段需要處理沖突，以及原本在后期推進(jìn)和實(shí)施配套過(guò)程中才必須處理的事情，如火災(zāi)報(bào)警指示燈和配電柜或照明開(kāi)關(guān)的沖撞，在CAD協(xié)助工程設(shè)計(jì)中，因處理各種控制系統(tǒng)平面圖而不能互相參考，不能直觀判定有無(wú)沖突；火災(zāi)感煙檢測(cè)器與進(jìn)氣口、阻隔間距只限于文字描述，無(wú)法直接判斷是否滿足規(guī)范的需要；在進(jìn)行大跨度的橋面布局時(shí)，只能計(jì)算柱寬、梁高，CAD無(wú)法直接判定是否存在碰撞，與其他專用管道、汽車之間的間距是否符合規(guī)范。上述難題聚集于設(shè)計(jì)期間，加大了設(shè)計(jì)的難度，對(duì)設(shè)計(jì)管理的需求與風(fēng)險(xiǎn)更高。

三、BIM正向設(shè)計(jì)需要注意的問(wèn)題

第一，系統(tǒng)設(shè)計(jì)要實(shí)現(xiàn)三維可視化。利用建筑物水平與三維視圖的協(xié)同調(diào)整，把裝置放在適當(dāng)方位，如電燈吸頂不懸空、電門(mén)貼墻不相碰、配電箱柜高度適當(dāng)?shù)?。此?xiàng)工作是各學(xué)科實(shí)現(xiàn)碰撞的重要因素，必須嚴(yán)格落實(shí)。

第二，當(dāng)完成本學(xué)科專業(yè)設(shè)備布置時(shí)，開(kāi)放每個(gè)學(xué)科專業(yè)的全部工作集，模型類別全部選擇并無(wú)過(guò)濾器限制信息展示，如此可以在樓層水平中發(fā)現(xiàn)與其他專業(yè)設(shè)備的沖突，從而結(jié)合三維視圖，以緩解沖突。此點(diǎn)設(shè)計(jì)是BIM正向設(shè)計(jì)相較于CAD輔助設(shè)計(jì)最大的差異與優(yōu)點(diǎn)。

第三，各學(xué)科都要采取中央建模文檔與本地建模文檔一致，并連接中心模塊的協(xié)同設(shè)計(jì)方法。根據(jù)工程電氣專業(yè)的特點(diǎn)，在設(shè)計(jì)電器照明、火災(zāi)感煙探測(cè)器、墻壁照明位置與插座時(shí)，建筑設(shè)計(jì)工作人員必須考慮每個(gè)工程的房屋、墻壁、窗戶的要求。因此，針對(duì)布置設(shè)備過(guò)程中出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，如結(jié)構(gòu)梁突出吊頂下、建筑物吊頂標(biāo)高不合理導(dǎo)致吊頂內(nèi)設(shè)施無(wú)法布置，墻與梁的關(guān)系不合理等，建筑設(shè)計(jì)工作人員應(yīng)該及時(shí)向?qū)I(yè)技術(shù)人員協(xié)調(diào)，各專業(yè)齊力完善模型，并建立有序的教學(xué)設(shè)計(jì)合作。

四、BIM正向設(shè)計(jì)技巧

第一，如果相同類型的裝置外形類似，但是大小參數(shù)類型不一樣，則可以通過(guò)一個(gè)不同長(zhǎng)度的立體實(shí)體，嵌套定義數(shù)目的類型。通過(guò)創(chuàng)建不同的族類，修改不同的大小限制類別和細(xì)節(jié)條目的可視化類別，構(gòu)建不同的寬度和不同的圖形表達(dá)類型。

第二，在建筑工程中，應(yīng)急燈、應(yīng)急疏散指示燈、聲光報(bào)警燈、自動(dòng)報(bào)警燈等往往會(huì)有兩個(gè)燈重疊在一起（實(shí)際的3D中，應(yīng)該是貼著墻壁安裝）。在裝備族成立后，建筑設(shè)計(jì)工作人員要根據(jù)位移量（以三維實(shí)體族基為基礎(chǔ)的位移量），在需要移動(dòng)的機(jī)械上，實(shí)現(xiàn)一個(gè)合適的位點(diǎn)。

第三，在建筑電氣中，建筑設(shè)計(jì)工作人員會(huì)采用既可吸頂裝，又可貼壁裝的裝置，如照明燈、消防緊急廣播等，此時(shí)必須在相對(duì)立面內(nèi)嵌二維詳示項(xiàng)目族，否則在壁裝時(shí)，水平無(wú)法表示二維詳圖項(xiàng)目族。

在設(shè)計(jì)階段，建筑設(shè)計(jì)工作人員要確定工程項(xiàng)目中包括什么學(xué)科，幫助每個(gè)學(xué)科通過(guò)BIM技術(shù)完成工程設(shè)計(jì)，增強(qiáng)整體工程設(shè)計(jì)中的規(guī)范性、專業(yè)性和精密度。在運(yùn)用BIM等軟件技術(shù)開(kāi)展復(fù)雜的電氣工程設(shè)計(jì)時(shí)，工程管理者應(yīng)建立一個(gè)高水平、高質(zhì)量的團(tuán)隊(duì)，以保證各類設(shè)計(jì)人才掌握必要的BIM設(shè)計(jì)知識(shí)、應(yīng)用與操作技能，確保各類設(shè)計(jì)任務(wù)順利開(kāi)展。

五、BIM正向設(shè)計(jì)在建筑設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

（一）方案設(shè)計(jì)階段

建筑設(shè)計(jì)技術(shù)人員利用BIM技術(shù)或者GIS方法，詳細(xì)勘測(cè)項(xiàng)目的自然環(huán)境和自然資源，獲取場(chǎng)地的三維資料信息，從而在實(shí)施建筑設(shè)計(jì)時(shí)，為用戶提供充分的依據(jù)資料。BIM技術(shù)具備了三維空間實(shí)時(shí)可視化、數(shù)據(jù)分析化、可參變的特點(diǎn)，在概念設(shè)計(jì)時(shí)也可以很好地輔助設(shè)計(jì)，在進(jìn)行建筑設(shè)計(jì)的時(shí)候，可以很直觀迅速地表現(xiàn)相應(yīng)的建筑設(shè)計(jì)情況。

在建筑項(xiàng)目的設(shè)計(jì)過(guò)程中，建筑設(shè)計(jì)工作人員采用BIM正向設(shè)計(jì)，從面積設(shè)計(jì)、功能設(shè)計(jì)、體型設(shè)計(jì)等方面優(yōu)化和修改，可以使整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程更加完整。在審核項(xiàng)目的過(guò)程中，建筑設(shè)計(jì)工作人員可以根據(jù)不同的角度和方式修改項(xiàng)目設(shè)計(jì)，確保項(xiàng)目的效果。

（二）初步設(shè)計(jì)階段

在初步設(shè)計(jì)過(guò)程中，建筑設(shè)計(jì)工作人員運(yùn)用BIM技術(shù)，能深度設(shè)計(jì)建筑設(shè)計(jì)，同時(shí)利用一些輔助程序，對(duì)建筑的內(nèi)部設(shè)計(jì)、功能表現(xiàn)以及所運(yùn)用的科技手段等進(jìn)行三維科學(xué)計(jì)算可視化校審，這樣可以直接地看出問(wèn)題并解決問(wèn)題。

比如，目前建筑的主體軟件平臺(tái)是Revit，結(jié)合Fuzor、Twinmotion、Navisworks等軟件，可以有效達(dá)到建筑三維可視化功能，可以通過(guò)檢測(cè)建筑的墻面功能，表達(dá)建筑的總體視覺(jué)感受，從而傳達(dá)建筑設(shè)計(jì)的整體風(fēng)格與理念。

（三）施工設(shè)計(jì)階段

圖紙?jiān)O(shè)計(jì)是現(xiàn)代建筑中的重要環(huán)節(jié)，是實(shí)施建筑設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ)，對(duì)施工、算量等有著關(guān)鍵的引導(dǎo)與指導(dǎo)作用。BIM全專業(yè)的正向協(xié)同建設(shè)，可以較好地解決目前建筑設(shè)計(jì)行業(yè)中普遍存在的先畫(huà)圖再翻模，BIM設(shè)計(jì)技術(shù)只能用作檢測(cè)工程設(shè)計(jì)錯(cuò)漏碰缺的手段等缺陷。

在Revit軟件平臺(tái)，建筑設(shè)計(jì)工作人員可以通過(guò)三維建模技術(shù)直接制作二維圖紙，做到圖模合一，并且可以通過(guò)明確建模原則、優(yōu)化設(shè)計(jì)過(guò)程、提高家族庫(kù)儲(chǔ)備、編制可參變的建筑設(shè)計(jì)原型圖等手段，在提高工程設(shè)計(jì)質(zhì)量的同時(shí)，達(dá)到一鍵算量建模的目的，從而實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)階段的低成本設(shè)計(jì)造價(jià)。

BIM技術(shù)的運(yùn)用，可以協(xié)助建筑設(shè)計(jì)工作人員更直接地完成方案之間的比選，從而做出最佳的產(chǎn)品設(shè)計(jì)。全學(xué)科BIM正向協(xié)作建設(shè)，要求工程隊(duì)伍和各個(gè)學(xué)科的設(shè)計(jì)師在同一網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)上采用鏈接的形式，完成本學(xué)科的協(xié)同建設(shè)，即時(shí)反映工程進(jìn)展，逐漸實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的工程功能，并能及時(shí)發(fā)現(xiàn)各學(xué)科是否出現(xiàn)問(wèn)題，以及學(xué)科之間相互沖突的現(xiàn)象，這對(duì)管線與工程設(shè)計(jì)和房屋空間設(shè)計(jì)尤為重要。

因此，在施工圖方案設(shè)計(jì)中運(yùn)用全學(xué)科BIM正向協(xié)同設(shè)計(jì)技能，可以保證施工圖紙的品質(zhì)與水準(zhǔn)，同時(shí)通過(guò)持續(xù)的技能積累，實(shí)現(xiàn)提高工程設(shè)計(jì)效果與管理水平的目的。

綜上所述，在建筑領(lǐng)域中，BIM技術(shù)也成為建筑行業(yè)廣泛采用的一項(xiàng)建筑設(shè)計(jì)方法。通過(guò)全學(xué)科BIM的正向共享建筑設(shè)計(jì)，能實(shí)現(xiàn)多個(gè)學(xué)科在同一個(gè)系統(tǒng)下合作構(gòu)建三維信息模型，共同完成建筑設(shè)計(jì)，最后生成計(jì)算工程量最大的三維信息模型，以及滿足標(biāo)準(zhǔn)的二維圖紙?jiān)O(shè)計(jì)等技術(shù)創(chuàng)新應(yīng)用。

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（作者單位：江蘇建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院）